對(duì)我國(guó)直流輸電工程結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)

(特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110144)

一、直流輸電技術(shù)概況

現(xiàn)階段我國(guó)已建成和在建的直流輸電工程的電壓等級(jí)有±500kV、±660kV和±800kV，越高的電壓等級(jí)就能夠?qū)⒏嗟碾娔茌斔偷礁h(yuǎn)的距離，但是工程造價(jià)就越高，建設(shè)工期也越長(zhǎng)。在電力電子開關(guān)器件新型晶閘管和換流閥技術(shù)能夠適應(yīng)更高的電壓等級(jí)的情況下，更高電壓等級(jí)的直流輸電也將成為現(xiàn)實(shí)，如現(xiàn)在正處于研究階段的±1000kV直流輸電工程等。

我國(guó)第一條真正意義上的直流輸電工程為葛洲壩—上?！?00kV直流輸電工程，其傳輸容量為1200MW，輸送距離約1045km?，F(xiàn)已建成有貴州—廣東±500kV直流輸電工程、寧東—山東±660千伏直流輸電工程、云南—廣東和華中的向家壩—上?！?00kV直流輸電工程等等，新的直流輸電工程也在不斷的規(guī)劃和建設(shè)中。

二、直流輸電工程的換流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

完成直流輸電簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是完成電能的交—直—交的變換，首先將發(fā)電站發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電(整流)遠(yuǎn)距離輸送，然后再將直流電轉(zhuǎn)化為交流電(逆變)配電給用戶。在直流輸電系統(tǒng)中將電能變換的整流和逆變單元統(tǒng)稱為換流單元，其主要包括換流變壓器、換流器、相應(yīng)的交流濾波器和直流濾波器以及控制保護(hù)裝置等。

工程應(yīng)用上有采用6脈動(dòng)和12脈動(dòng)兩種換流技術(shù)，隨著晶閘管換流閥在輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用，絕大多數(shù)直流輸電工程開始采用12脈動(dòng)換流技術(shù)。相比與6脈動(dòng)換流器，12脈動(dòng)換流器具有交、直流電壓質(zhì)量好，所含的諧波成分少的優(yōu)點(diǎn)。

以12脈動(dòng)整流器為例。其整流器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)6脈動(dòng)整流橋疊加得到。三相交流電通過一個(gè)三相三繞組變壓器，其一次A、B、C繞組接成三角形或是星形；二次三相繞組每相各有兩個(gè)繞組a1、a2、b1、b2、c1、c2，將a1、b1、c1三個(gè)繞組接成星形，a2、b2、c2三個(gè)接成三角形，從而得到兩組相位相差30°的交流電源，再將其接入整流器后輸出得到的直流電壓每個(gè)周期內(nèi)含有12個(gè)脈動(dòng)數(shù)，所以叫做12脈動(dòng)整流。

兩個(gè)整流橋有兩種方式疊加，并聯(lián)和串聯(lián)。串聯(lián)方式每個(gè)整流橋單元所承受直流電壓為直流極的1/2，直流電流為直流極電流；并聯(lián)方式的直流電流為直流極電流的1/2，但每個(gè)整流橋單元需承受整個(gè)直流極的電壓。在高電壓低電流的輸電工程中，串聯(lián)方式能夠降低開關(guān)器件的耐壓值，是直流輸電工程所廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式。

直流輸電工程中的逆變器為有源逆變器，結(jié)構(gòu)同整流器結(jié)構(gòu)，只是換流閥的導(dǎo)通方式必須與整流器的相一致，以保證直流電流的流通。

如圖1.1所示，±800kV直流輸電工程的接線原理圖。采用雙極運(yùn)行方式，每極兩組換流單元串聯(lián)運(yùn)行。一般情況下，直流輸電工程都采用一組基本換流單元，因其換流站設(shè)備少，投資最省，運(yùn)行可靠性也最高。但當(dāng)直流輸送容量大而交流系統(tǒng)相對(duì)較小時(shí)，換流設(shè)備(如換流變壓器)在制造和.運(yùn)輸上有困難時(shí)，還有在經(jīng)濟(jì)方面的考慮等，會(huì)采用每極兩組換流單元，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行一半的單極容量，以增加直流輸電的靈活性。

圖1.1 ±800kV直流輸電工程接線原理圖

三、換流變壓器型式

由1.2章介紹可知，換流變壓器處于交流電和直流電互相交換的核心位置，是直流輸電工程中的核心設(shè)備。在晶閘管開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步中，換流變壓器的制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)更高電壓等級(jí)直流輸電工程的關(guān)鍵因素。換流變壓器的總體結(jié)構(gòu)分為三項(xiàng)三繞組式、三相雙繞組式、單相雙繞組式和單相三繞組式四種。采用何種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)換流變壓器交流側(cè)及直流側(cè)的系統(tǒng)電壓的要求、變壓器的容量、運(yùn)輸條件以及換流站布置要求等因素考慮。

為了實(shí)現(xiàn)12脈動(dòng)換流，換流變壓器需要給換流器提供兩相相角相差30°的電源，這就決定了每組換流單元，變壓器的二次需要一個(gè)星形聯(lián)結(jié)，一個(gè)角形聯(lián)結(jié)?；趽Q流站和換流變壓器的結(jié)構(gòu)要求，一個(gè)換流單元需要1臺(tái)三相三繞組變壓器或2臺(tái)三相雙繞組變壓器(一個(gè)Yy聯(lián)結(jié)，一個(gè)Yd聯(lián)結(jié))或3臺(tái)單相三繞組變壓器(一個(gè)網(wǎng)側(cè)繞組和兩個(gè)閥側(cè)繞組，一個(gè)Y接，一個(gè)D接)或6臺(tái)單相雙繞組變壓器(三個(gè)Yy 單相，三個(gè)Yd單相)。

對(duì)于中等額定容量和電壓的換流變壓器可選用三相變壓器，有節(jié)省成本和占地空間，還有降低空載損耗等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于高壓大容量直流輸電系統(tǒng)一般采用單相變壓器組，減小每臺(tái)變壓器的容量，降低制造和運(yùn)輸?shù)碾y度。我國(guó)現(xiàn)階段已建和在建的直流輸電工程的換流變壓器均采用單相變壓器組，容量較小的選用單相三繞組，如西北-華中背靠背聯(lián)網(wǎng)工程靈寶換流站和中俄聯(lián)網(wǎng)背靠背黑河換流站工程直流；容量較大的選用單相雙繞組，如貴廣一回和二回±500kV直流輸電工程，云廣±800kV直流輸電工程，向家壩—上?！?00kV直流輸電工程，兩渡直流輸電工程和錦屏—蘇南直流輸電工程等。

四、總結(jié)

現(xiàn)我國(guó)已實(shí)現(xiàn)所有電壓等級(jí)換流變壓器的設(shè)計(jì)和制造，且技術(shù)水平也在慢慢達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。