兩端直流輸電系統(tǒng)可以采用雙極和單極兩種運(yùn)行方式

編輯：礦用變壓器廠家 日期：2017-09-08 人氣：5850

　　在現(xiàn)代直流輸電系統(tǒng)中，只有輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然 是交流電。在輸電線路的送端，交流系統(tǒng)的交流電經(jīng)換流站內(nèi)的換流變壓器送到整流器， 將高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姾笏腿胫绷鬏旊娋€路。直流電通過輸電 線路送到受端換流站內(nèi)的逆變器，將高壓直流電又變?yōu)楦邏航涣麟?，再?jīng)過換流 變壓器將電能輸送到交流系統(tǒng)。在直流輸電系統(tǒng)中，通過控制換流器，可以使 其工作于整流或逆變狀態(tài)。

　　我國(guó)目前建成的高壓直流輸電工程均為兩端直流輸電系統(tǒng)。 兩端直流輸電系 統(tǒng)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(tǒng)可以采用雙極和單極兩種運(yùn)行方式。

　　在雙極運(yùn)行方式中，利用正負(fù)兩極導(dǎo)線和兩端換流站的正負(fù)極相連，構(gòu)成直 流側(cè)的閉環(huán)回路。兩端接地極所形成的大地回路可作為輸電系統(tǒng)的備用導(dǎo)線。正常運(yùn)行時(shí)，直流電流的路徑為正負(fù)兩根極導(dǎo)線。實(shí)際上，它們是由兩個(gè)獨(dú)立運(yùn) 行的單極大地回路系統(tǒng)構(gòu)成。正負(fù)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(dǎo)引入地。在雙極運(yùn)行時(shí)，不平衡電流一般控制在額定電流的 1%之內(nèi)。

　　單極運(yùn)行方式又分為單極金屬返回和單極大地返回兩種運(yùn)行方式。 在單極金 屬返回運(yùn)行方式中，利用兩根導(dǎo)線構(gòu)成直流側(cè)的單極回路，直流線路中的一根導(dǎo)線用作正 或負(fù)極導(dǎo)線，另一根用作金屬返回線。在此運(yùn)行方式中，地中無(wú)電流 通過。在單極大地返回運(yùn)行方式中，利用一根或兩根導(dǎo)線和大地構(gòu)成直流側(cè)的單 極回路。在該運(yùn)行方式中，兩端換流站均需接地，大地作為一根導(dǎo)線，通過接 地極入地的電流即為直流輸電工程的運(yùn)行電流。

　　高壓直流輸電與交流輸電相比，具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)高壓直流輸電具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。輸送相同功率時(shí)，直流輸電線路所用線材僅為交流輸電的 1/2～2/3。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(dǎo)線截面和電流密度相同的條件下，若不考慮趨膚效 應(yīng)，輸送相同的電功率，輸電線和絕緣材料可節(jié)省約 1/3。

　　如果考慮到趨膚效 應(yīng)和各種損 耗，輸送同樣功率交流電所用導(dǎo)線截面積大于或等于直流輸電所用 導(dǎo)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(jié)構(gòu)也比同容量的三相交流輸電線路的簡(jiǎn)單，線路 走廊占地面積也大幅減少，但是，直流輸電 系統(tǒng)中的換流站的造 價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用要比交流輸電系統(tǒng)變電站的高，當(dāng)輸電距離增加到一定值后，直流輸電線路所節(jié)省的費(fèi)用剛好抵償了換流站所增加的費(fèi)用， 此時(shí)這個(gè)輸電距離即被稱為 交流輸電與直流輸電的等價(jià)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(shí)，所需的費(fèi)用和輸電距離之間的關(guān)系 兩曲線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是等價(jià)距離。

　　(a)交流輸電線路走廊;(b)直流輸電線路走廊

　　(a)總投資與線路距離的關(guān)系;(b)架空輸電線路的損耗

　　(2)在電纜輸電線路中，高壓直流輸電線路不產(chǎn)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(chǎng)合，如輸電線路經(jīng)過海峽時(shí)，必須 采用電 纜。 由于電纜芯線與大地之間構(gòu)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(dòng)很小，基本上沒有電容電流加 在電纜上。

　　(3)采用直流輸電時(shí)，線路兩端交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行，而交流輸電必須同步運(yùn)行。 采用遠(yuǎn)距離交流輸電時(shí)， 交流輸電系統(tǒng)兩端電流的相位存在顯著差異; 并網(wǎng)的 各子系統(tǒng)交流電的頻率雖然規(guī)定為 50Hz，但實(shí)際上常產(chǎn)生波動(dòng)。這兩種 因素導(dǎo)致交流系統(tǒng)不同步， 需要用復(fù)雜而龐大的補(bǔ)償系統(tǒng)和綜合性很強(qiáng)的技術(shù)加 以調(diào)整，否則就可能在設(shè)備中形成強(qiáng)大的環(huán)流而損壞設(shè)備，或造成不同步運(yùn)行 而引起停電事故。采用直流輸電線路將兩個(gè)交流系統(tǒng)互連時(shí)，其兩端的交流電網(wǎng) 可以按各自的頻 率和相位運(yùn)行，不需進(jìn)行同步調(diào)整。

　　(4)高壓直流輸電控制方便、速度快，發(fā)生故障的損失比交流輸電的小。兩個(gè)交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，另一側(cè)要向故障側(cè) 輸送短路 電流。 因此， 將使兩側(cè)系統(tǒng)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(gè)交流系統(tǒng)互連，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅 速、方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，直流輸電線路向發(fā)生短路的交流系統(tǒng)輸送的 短路電流不大，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒有互連時(shí)幾乎一樣。因此不必更 換兩側(cè)原有開關(guān)及載流設(shè)備。

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