1、換流站與變電站，為何采用高壓直流輸電1. 總論電廠的任務是發電，電廠要能正常發電就需要使用和維護設備，使用和維護設備就是電廠的主要工作內容。變電站是將電廠發出的電能通過電力設備進行各種變換，然后輸送出去。其主要工作任務是：1、 使用和維護電力設備，使之保證長期連續對外供電。2、 監控電力設備運行情況，作好各項監控記錄，以便將來作為技術或故障分析的原始資料。3、 有些變電站還具有監控線路運行狀況的功能。2. 換流站高壓直流輸電的一種特殊方式，將高壓直流輸電的整流站和逆變站合并在一個換流站內，在同一處完成將交流變直流，再由直流變交流的換流過程，其整流和逆變的結構、交流側的設施與高壓直流輸電完全一樣

2、，具有常規高壓直流輸電的最基本的優點，可實現異步聯網，較好地實現不同交流電壓的電網互聯，將2個交流同步電網隔離，能有效地隔斷各互聯的交流同步網間的相互影響，限制短路電流，且聯絡線功率控制簡單，調度管理方便。與常規直流輸電比較，其優點更突出：1、 沒有直流線路，直流側損耗小；2、 直流側可選擇低壓大電流運行方式，以降低換流變壓器、換流閥等有關設備的絕緣水平，降低造價；3、 直流側諧波可全部控制在閥廳內，不會產生對通信設備的干擾；4、 換流站不需要接地極，無需直流濾波器、直流避雷器、直流開關場、直流載波等直流設備，因而比常規的高壓直流輸電節省投資。換流站是直流輸電工程中直流和交流進行相互能量轉換的

3、系統，除有交流場等與交流變電站相同的設備外，直流換流站還有以下特有設備：換流器、換流變壓器、交直流濾波器和無功補償設備、平波電抗器。換流器主要功能是進行交直流轉換，從最初的汞弧閥發展到現在的電控和光控晶閘管閥，換流器單位容量在不斷增大。換流變壓器是直流換流站交直流轉換的關鍵設備，其網側與交流場相聯，閥側和換流器相聯，因此其閥側繞組需承受交流和直流復合應力。由于換流變壓器運行與換流器的換向所造成的非線性密切相關，在漏抗、絕緣、諧波、直流偏磁、有載調壓和試驗方面與普通電力變壓器有著不同的特點。交直流濾波器為換流器運行時產生的特征諧波提供入地通道。換流器運行中產生大量的諧波，消耗換流容量4060的無

4、功。交流濾波器在濾波的同時還提供無功功率。當交流濾波器提供的無功不夠時，還需要采用專門的無功補償設備。平波電抗器能防止直流側雷電和陡波進入閥廳，從而使換流閥免于遭受這些過電壓的應力；能平滑直流電流中的紋波。另外，在直流短路時，平波電抗器還可通過限制電流快速變化來降低換向失敗概率。3. 變電站3.1 簡介改變電壓的場所。為了把發電廠發出來的電能輸送到較遠的地方，必須把電壓升高，變為高壓電，到用戶附近再按需要把電壓降低。這種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站的主要設備是開關和變壓器。按規模大小不同，稱為變電所、配電室等。3.2 組成變電站(Substation）是把一些設備組裝起來，用以切斷或接

5、通、改變或者調整電壓，在電力系統中，變電站是輸電和配電的集結點，變電站主要分為：升壓變電站，主網變電站，二次變電站，配電站。變電站是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施，它通過其變壓器將各級電壓的電網聯系起來。變電站起變換電壓作用的設備是變壓器，除此之外，變電站的設備還有開閉電路的開關設備，匯集電流的母線，計量和控制用互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置、調度通信裝置等，有的變電站還有無功補償設備。變電站的主要設備和連接方式，按其功能不同而有差異。3.3 工作原理變壓器是變電站的主要設備，分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器即高、低壓每相共用一個繞組

6、，從高壓繞組中間抽出一個頭作為低壓繞組的出線的變壓器。電壓高低與繞組匝數成正比，電流則與繞組匝數成反比。變壓器按其作用可分為升壓變壓器和降壓變壓器。前者用于電力系統送端變電站，后者用于受端變電站。變壓器的電壓需與電力系統的電壓相適應。為了在不同負荷情況下保持合格的電壓有時需要切換變壓器的分接頭。按分接頭切換方式變壓器有帶負荷有載調壓變壓器和無負荷無載調壓變壓器。有載調壓變壓器主要用于受端變電站。電壓互感器和電流互感器。它們的工作原理和變壓器相似，它們把高電壓設備和母線的運行電壓、大電流即設備和母線的負荷或短路電流按規定比例變成測量儀表、繼電保護及控制設備的低電壓和小電流。在額定運行情況下電壓互

7、感器二次電壓為l00V，電流互感器二次電流為5A或1A。電流互感器的二次繞組經常與負荷相連近于短路,請注意：絕不能讓其開路，否則將因高電壓而危及設備和人身安全或使電流互感器燒毀。開關設備。它包括斷路器、隔離開關、負荷開關、高壓熔斷器等都是斷開和合上電路的設備。斷路器在電力系統正常運行情況下用來合上和斷開電路故障時在繼電保護裝置控制下自動把故障設備和線路斷開，還可以有自動重合閘功能。在我國，220kV以上變電站使用較多的是空氣斷路器和六氟化硫斷路器。隔離開關（刀閘)的主要作用是在設備或線路檢修時隔離電壓，以保證安全。它不能斷開負荷電流和短路電流，應與斷路器配合使用。在停電時應先拉斷路器后拉隔離開

8、關，送電時應先合隔離開關后合斷路器。如果誤操作將引起設備損壞和人身傷亡。負荷開關能在正常運行時斷開負荷電流沒有斷開故障電流的能力，一般與高壓熔斷絲配合用于10kV及以上電壓且不經常操作的變壓器或出線上。為了減少變電站的占地面積近年來積極發展六氟化硫全封閉組合電器(GIS)。它把斷路器、隔離開關、母線、接地開關、互感器、出線套管或電纜終端頭等分別裝在各自密封間中集中組成一個整體外殼充以六氟化硫氣體作為絕緣介質。這種組合電器具有結構緊湊體積小重量輕不受大氣條件影響，檢修間隔長，無觸電事故和電噪聲干擾等優點，具有發展前765kV已在變電站投入運行。目前，它的缺點是價格貴，制造和檢修工藝要求高。3.4

9、 其它相關變電站還裝有防雷設備，主要有避雷針和避雷器。避雷針是為了防止變電站遭受直接雷擊將雷電對其自身放電把雷電流引入大地。在變電站附近的線路上落雷時雷電波會沿導線進入變電站，產生過電壓。另外，斷路器操作等也會引起過電壓。避雷器的作用是當過電壓超過一定限值時，自動對地放電降低電壓保護設備放電后又迅速自動滅弧，保證系統正常運行。目前，使用最多的是氧化鋅避雷器。4. 為什么采用高壓直流輸電？追溯歷史，最初采用的輸電方式是直流輸電，于1874年出現于俄國。當時輸電電壓僅100V。隨著直流發電機制造技術的提高，到1885年，直流輸電電壓已提高到6000V。但要進一步提高大功率直流發電機的額定電壓，存在

10、著絕緣等一系列技術困難。由于不能直接給直流電升壓，輸電距離受到極大的限制，不能滿足輸送容量增長和輸電距離增加的要求。19世紀80年代末，人類發明了三相交流發電機和變壓器。1891年，世界上第一個三相交流電廠在德國竣工。此后，交流輸電普遍代替了直流輸電。隨著電力系統的迅速擴大，輸電功率和輸電距離的進一步增加，交流輸電遇到了一系列技術困難。大功率換流器（整流和逆變）的研究成功，為高壓直流輸電突破了技術上的障礙，直流輸電重新受到人們的重視。1933年，美國通用電器公司為布爾德壩樞紐工程設計出高壓直流輸電裝置；1954年，建起了世界上第一條遠距離高壓直流輸電工程。之后，直流輸電在世界上得到了較快發展，

11、現在直流輸電工程的電壓等級大多為±275±500kV，投入商業運營的直流工程最高電壓等級為±600kV（巴西伊泰普工程），我國計劃在西南水電送出的直流工程中采用±800kV電壓等級。在現代直流輸電系統中，只有輸電環節是直流電，發電系統和用電系統仍然是交流電。在輸電線路的送端，交流系統的交流電經換流站內的換流變壓器送到整流器，將高壓交流電變為高壓直流電后送入直流輸電線路。直流電通過輸電線路送到受端換流站內的逆變器，將高壓直流電又變為高壓交流電，再經過換流變壓器將電能輸送到交流系統。在直流輸電系統中，通過控制換流器，可以使其工作于整流或逆變狀態。我國目前建成

12、的高壓直流輸電工程均為兩端直流輸電系統。兩端直流輸電系統主要由整流站、逆變站和輸電線路三部分組成。兩端直流輸電系統可以采用雙極和單極兩種運行方式。在雙極運行方式中，利用正負兩極導線和兩端換流站的正負極相連，構成直流側的閉環回路。兩端接地極所形成的大地回路可作為輸電系統的備用導線。正常運行時，直流電流的路徑為正負兩根極導線。實際上，它們是由兩個獨立運行的單極大地回路系統構成。正負兩極在地中的電流方向相反，地中電流為兩極電流之差。兩極電流之差形成的電流為不平衡電流，由接地極導引入地。在雙極運行時，不平衡電流一般控制在額定電流的1%之內。單極運行方式又分為單極金屬返回和單極大地返回兩種運行方式。在單

13、極金屬返回運行方式中，利用兩根導線構成直流側的單極回路，直流線路中的一根導線用作正或負極導線，另一根用作金屬返回線。在此運行方式中，地中無電流通過。在單極大地返回運行方式中，利用一根或兩根導線和大地構成直流側的單極回路。在該運行方式中，兩端換流站均需接地，大地作為一根導線，通過接地極入地的電流即為直流輸電工程的運行電流。高壓直流輸電與交流輸電相比，具有諸多優點：1、 高壓直流輸電具有明顯的經濟性。輸送相同功率時，直流輸電線路所用線材僅為交流輸電的1/22/3。直流輸電采用兩線制，與采用三線制三相交流輸電相比，在輸電線路導線截面和電流密度相同的條件下，若不考慮趨膚效應，輸送相同的電功率，輸電線和

14、絕緣材料可節省約13。如果考慮到趨膚效應和各種損耗，輸送同樣功率交流電所用導線截面積大于或等于直流輸電所用導線截面積的1.33倍。因此，直流輸電所用的線材幾乎只有交流輸電的一半。另外，直流輸電線路的桿塔結構也比同容量的三相交流輸電線路的簡單，線路走廊占地面積也大幅減少。但是，直流輸電系統中的換流站的造價和運行費用要比交流輸電系統變電站的高，當輸電距離增加到一定值后，直流輸電線路所節省的費用剛好抵償了換流站所增加的費用，此時這個輸電距離即被稱為交流輸電與直流輸電的等價距離。如果把交流輸電和直流輸電兩種輸電方式在輸送一定功率時，所需的費用和輸電距離之間的關系繪成曲線，兩曲線交點的橫坐標就是等價距離

15、。2、 在電纜輸電線路中，高壓直流輸電線路不產生電容電流，而交流輸電線路存在電容電流，引起損耗。在一些特殊場合，如輸電線路經過海峽時，必須采用電纜。由于電纜芯線與大地之間構成同軸電容器，在交流高壓輸電線路中，空載電容電流極為可觀。而在直流輸電線路中，由于電壓波動很小，基本上沒有電容電流加在電纜上。3、 采用直流輸電時，線路兩端交流系統不需同步運行，而交流輸電必須同步運行。采用遠距離交流輸電時，交流輸電系統兩端電流的相位存在顯著差異；并網的各子系統交流電的頻率雖然規定為50Hz，但實際上常產生波動。這兩種因素導致交流系統不同步，需要用復雜而龐大的補償系統和綜合性很強的技術加以調整，否則就可能在設

16、備中形成強大的環流而損壞設備，或造成不同步運行而引起停電事故。采用直流輸電線路將兩個交流系統互連時，其兩端的交流電網可以按各自的頻率和相位運行，不需進行同步調整。4、 高壓直流輸電控制方便、速度快，發生故障的損失比交流輸電的小。兩個交流系統若用交流線路互連，則當一側系統發生短路時，另一側要向故障側輸送短路電流。因此，將使兩側系統原有斷路器切斷短路電流的能力受到威脅，需要更換斷路器。若用直流輸電將兩個交流系統互連，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進行調節，直流輸電線路向發生短路的交流系統輸送的短路電流不大，故障側交流系統的短路電流與沒有互連時幾乎一樣。因此不必更換兩側原有開關及載流設備

17、。5、 在高壓直流輸電工程中，各極是獨立調節和工作的，彼此沒有影響。所以，當一極發生故障時，只需停運故障極，另一極仍可輸送至少50%的電能。但在交流輸電線路中，任一相發生永久性故障，必須全線停電。高壓直流輸電也有其缺點：1、 直流換流站比交流變電站的設備多、結構復雜、造價高、損耗大、運行費用高；2、 諧波較大；3、 直流輸電工程在單極大地回路方式下運行時，入地電流會對附近的地下金屬體造成一定腐蝕，竄入交流變壓器的直流電流會使變壓器噪聲增加;4、 若要實現多端輸電，技術比較復雜。由上可見，高壓直流輸電具有線路輸電能力強、損耗小、兩側交流系統不需同步運行、發生故障時對電網造成的損失小等優點，特別適

18、合用于長距離點對點大功率輸電。而采用交流輸電系統便于向多端輸電。交流與直流輸電配合，將是現代電力傳輸系統的發展趨勢。在現代直流輸電系統中，只有輸電環節是直流電，發電系統和用電系統仍然是交流電。在輸電線路的送端，交流系統的交流電經換流站內的換流變壓器送到整流器，將高壓交流電變為高壓直流電后送入直流輸電線路。直流電通過輸電線路送到受端換流站內的逆變器，將高壓直流電又變為高壓交流電，再經過換流變壓器將電能輸送到交流系統。什么是變電站的一次接線圖（即模擬圖）？答：將變電站的一次接線用規定的設備文字和圖形符號按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置（GIS）的全部組成和連接關系的單線接線圖，稱為變電站的一次接線圖。也可認為是模擬圖。將電站'>變電站的一次接線用規定的設備文字和圖形符號按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置（GIS）的全部組成和連接關系的單線接線圖，稱為電站'>變電站的一次接線圖。也可認