特高压直流输电成套设计和设备选型

,9/5/2015,#,特高压直流输电系统设计和设备选型,目,录,1,特高压直流输电技术特点,2,特高压直流输电系统成套设计,3,特高压直流输电系统设备选型,总结,2,4,目,录,特高压直流输电技术特点,1,特高压直流输电系统成套设计,总结,2,4,4,3,特高压直流输电系统设备选型,3,4,直流输电的发展,1901,1928,1957,1977,1980,1990,2008,(,年,),1972,1997,1999,1954,首次试验成功,F,i,rst successful,t,est,首次商业运行,瑞典哥特兰岛,F,i,rst,C,ommerc,i,al opera,ti,on,G,o,tl,and,S,w,ed,i,sh,汞弧整流管问世,Mercury,arc rec,ti,f,i,ers advent,具有栅极控制 能力的汞弧阀 问世,Mercury,arc,va,l,ve,w,it,h,ga,t,e con,t,rol capab,ilit,y advent,汞弧（水银） 阀时代,Mercury,arc va,l,ve,per,i,od,晶闸管阀时代,T,hyr,i,s,t,or va,l,ve,per,i,od,晶闸管问 世,T,hyr,i,s,t,o,r,advent,首次全部采用晶闸 管阀,伊尔河工程,F,i,rst,a,l,l,use,t,hyr,i,s,t,or,va,l,ve,E,e,l,R,i,ver,C,anada,轻型直流输电首 次试验成功,HVD,C,L,i,ght successfu,ll,y,t,es,t,ed,for,t,he,f,i,rst,tim,e,轻型直流输电首 次商业运行在,瑞 典哥特兰,F,i,r,s,t,c,o,mm,er,c,ia,l o,p,er,a,t,i,o,n,of,HVDC L,igh,t,p,r,o,je,c,t,G,o,t,la,nd,Swe,d,en,全控型器件迅速发 展,F,u,ll,-con,t,ro,ll,ed dev,i,ces deve,l,oped rap,i,d,l,y,交直流电压等级的发展,1000kV,A,C,750kV,A,C,800kV,DC,500kV,D,C,533kV,Caho,r,a,-,Ba,ssa,S,outh,A,fr,ica,1150kV,S,ovi,et,U,nion,1980s,600kV,I,taipu,B,r,azi,l,1000kV,J,apan,1990s,直流输电的特点,逾金宽闸天逾眼宽闸台遵,300,三升直,700,三升直,金眼迟筒酉私游左簧逾眼迟筒与变颁刷台仪遵制,3000,六闯,逾金碍加症咖天少普吗台仪念钻播刷咖跃蛙,私游逾眼撤全与伞墨务去构眼办编肘穷迭宽闸,私游逾眼考迭过廓糊,500K,V,直流走廊宽度,30,m,，送电,300,万千瓦,500K,V,交流走廊宽度,55,m,，送电,100,万千瓦,私游眼脉考迭测构眼宽眼游震龟酉迟筒满店金眼征征闭 看私游,私游左簧碍乙中桂取眉旦飞曳只乙桂台股育邻访幸台 取搅邦躺衬茎办信掷金眼加症与叙技凑尔加症摆头,私游编肘柏适镰构跃刷加茎台仪楔摩编肘诺泽你击发底 寻柔眼捂荡亨眉韵尽攒眼办编肘类宛泪年,例看摘游紧暂加加症播刷都访编肘碍亥游眼厌跃蛙,天眼腰乌露钱邦私游五艾，妙英鬃英普弓严中眼腰露与 伞五秃平拓咖彻哎忆诺曳台仪那钻都访加症旋攻,直流输电的特点,800KV,更具优势的直流方案,800,K,V,速,500,K,V,私游,眼厌杭,800,K,V,望,500,K,V,碍,1,.,6,倒,厌红碍私游贯复摘游叙厌噪友具奥织、粹增奥织,、摘游非、错马噪、私游异兴、旋掷瓸棉、考迭肉脚 纳攒击杭诺泽,杭天碍金眼宽闸,互博庄丝电厌私游,500,三升直,吗容垓下满电厌私游,640,三升直,隶展蝴博电厌私游,720,三升直,杭酉碍金眼迟筒,互博庄丝电厌私游,1418,六闯,吗容垓下满电厌私游,1905,六闯,隶展蝴博电厌私游,2078,六闯,800KV,更具优势的直流方案,特高压直流电压等级高、输送容量大，线路路径和线路选型 对环境起到关键的影响。,特高压直流运行的电压等级更高，线路走廊和站址的环境较 为复杂和恶劣，面临高海拔、污秽、覆冰等复杂恶劣的外绝缘 环境条件，国内外没有现成的工程经验可以借鉴，也没有标准 规范可以参照。,特高压直流系统输送容量大，受端侧有多条直流线路与交流 系统相连。对送受端电网安全稳定运行提出了更严酷的要求。,特高压直流输电技术创新面临的挑战,特高压直流工程大多数设备属于世界上首次研制，在技术、 设计、制造等方面均存在需要突破的地方。关键设备电压等级 高、容量大、运输限界小、结构紧凑、制造工艺复杂，所涉及 的众多核心技术均是世界难题。,特高压直流输电在科研、设计、设备制造、工程建设和调试 等都是第一次，没有现成的工程经验可以借鉴，没有国际标准 可以参照。,特高压直流输电技术创新面临的挑战,特高压直流的关键问题,1、设备制造,2、外绝缘,3、过电压与绝缘配合,4、控制保护,5、对电网影响及稳控配置,6、无功配置,7、孤岛运行配置,13,目,录,特高压直流输电技术特点,1,特高压直流输电系统成套设计,总结,2,4,4,3,特高压直流输电系统设备选型,系统设计,换流器布置方案,每极单换流器,每极双换流器-并联,每极双换流器-串联,1,、练卖,2,、贯复明闸尔,3,、拭辖住,4,、贯复刷铁饭座天,5,、台鬃懂己,6,、逾金宽闸尔,1,、顿住摘游叙刷铁饭座,2,、治,12,茨助摘游卖兄台卖疏邻 访台鬃懂,3,、贯复明闸夜,4,、拭辖天,5,、墨务卡场,1,、攒摘游噪钱游茎办,2,、播刷、信拿编肘夏柜,3,、审顺左簧底看速尔,系统设计,换流器布置方案,眼厌切镰普榜,400,k,V,+,400,k,V,500,k,V,+,300,k,V,600,k,V,+,200,k,V,普榜泄钉航警团缘,贯复刷铁茎办,邦眼厌泪年,播刷信拿,邻访猜温懂,系统设计,平抗布置,闭看平弓年涌眼拷噪切臂圭桂油考 咖丰懂油考下,凑尔红非而碍板天掷育邻访眼厌崖 倾,0,.,000,0,0,.,002,5,0,.,005,0,0,.,007,5,0,.,010,0,0,.,012,5,0,.,015,0,0,.,017,5,0,.,020,0,42,0,41,0,40,0,39,0,38,0,37,0,43,0,44,0,k,V,V,91,有平,抗,临艾碍严,12,茨助摘游噪丰 露油考眼厌泄速,0,000,0,0,.,002,5,0,.,005,0,0,.,007,5,0,.,010,0,0,.,012,5,0,.,015,0,0,.,017,5,0,.,020,0,.,90,0,85,0,80,0,75,0,70,0,65,0,60,0,55,0,50,0,95,0,k,V,V,52a,有平,抗,湿玉，,52,板眼低摘游叙碍非红眼厌泄速,系统设计,平抗布置,系统设计,旁路开关,旁路开关,旁路开关,在每个,12,脉动阀组上并联旁,路开关，能够更为灵活的运行,方式。每个单阀组可以独立运,行,合理设置避雷器及平波电抗器分开设置，有效 降低绝缘水平,所采用的,MOA,配置使过电压降低，加上合适的安全裕度可使 对设备的绝缘要求相对降低。,800,千伏直流系统绝缘水平比,500,k,V,直流系统绝缘水平,的,1.6,倍降低最大达到,30,%。,系统设计,过电压绝缘配合,增设,A,2,避雷器,平波电抗器极母线和中性线分设,800,k,V关键设备绝缘水平,绝缘水平,500,k,V,换流变 高压阀侧,/(,x1,.,6,),换流变 高压阀侧,平波电抗器 前的高压直 流极设备,平波电抗器 后的高压直 流极设备,S,I,W,V,(,k,V,),1175,/,188,0,160,0,160,0,160,0,L,I,W,V,(,k,V,),1675,/,268,0,180,0,180,0,195,0,S,I,W,V,/,L,I,W,V,0,.,70,1,0,.,88,9,0,.,88,9,0,.,82,1,绝缘配合：安全裕度,说明,绝缘裕度,(,S,I,W,V,/,L,I,W,V,/,S,T,I,W,V,),阀,15,%,/,15,%,/,20,%,换流变（阀侧）,15,%,/,20,%,/,25,%,平波电抗器,15,%,/,20,%,/,25,%,阀厅设备,15,%,/,20,%,/,25,%,直流场,15,%,/,20,%,/,25,%,系统设计,外绝缘,直流污闪电压与绝缘距离的关系,（,a,）,I,-,串布置,（b）,V-,串布置,在瑞典ST,RI,进行。验证了污闪电压与绝缘距离具有良好的线性,关系；憎水性闪络梯度比亲水性高出近150%,系统设计,外绝缘,决函眼厌舵变电懂,单节和双节结构在模拟的塔头布置进行操作冲击和雷电冲击试验，结果 表明，单节结构复合绝缘子绝缘性能更优。,系统设计,电磁环境,800,k,V特高压直流线路电磁环境限值,直流线路下方地面合成电场：,30,k,V,/m,临近民房的最大合成场强：,25,k,V,/m,离子流密度的限值：,100nA/,m,2,直流磁场限值：,10,m,T,直流极线外侧,20,m,处无线电干扰限值：,58,d,B,V,/m,可听噪声限值：,45,d,B,(,A,),系统设计,过电压与绝缘配合,私游错马噪又明,持续运行电压幅值（CC,O,V）,持续运行电压峰值（PC,O,V）,荷电率,V：0,.,951,A2：,0,.,95左右,C,2、,M1,、,M2,、,C,B,1A、,C,B,1B：0,.,9左右,DB、DL：0,.,80,.,9左右。,直流参考电压（U,ref,）,避雷器的残压特性（V,-,I,曲线）,避雷器能量。,系统设计,过电压与绝缘配合,绝缘裕度,设备,绝缘裕度 (,S,I,W,V,/,LI,W,V,/,S,T,I,W,V,),非,15,%,/,15,%,/,20,%,摘游叙非侯,15,%,/,20,%,/,25,%,年拷,15,%,/,20,%,/,25,%,私游圾贯复,15,%,/,20,%,/,25,%,特高压直流输电控制系统结构,播刷编肘镰臂碍堂柏诺泽,台鬃懂,播刷编肘提以碍汤窝懂,台看症,播刷编肘碍暂旦飞汤帽邻访,牛进堂柏镰臂诺泽碍抢沫,夜闲北,播刷编肘闭看夜中台看钱铺碍聋桃,帽课夜闲北普榜反钱铺上受于,切居聋桃,直流输电控制保护从工程设计到系统试运行的工作过程,30,目,录,特高压直流输电技术特点,1,特高压直流输电系统成套设计,总结,2,4,3,特高压直流输电系统设备选型,工程实践,云广特高压直流输电工程,楚雄换流站,穗东换流站,云广直流工程西起云南楚雄州禄丰县，东至广东省广州 增城市，途经云南、广西、广东三省（区），线路全长 1373km，额定电压800kV，输电容量500万kW，总投资,140.7亿元。工程2009年12月28日单极投运，2010年6月,18日双极投运。,楚雄侧接地极,穗东侧接地极,工程概况,工程建设规模：,云南侧楚雄换流站、广东侧穗东换流站,直流线路,1373km，接地极线路楚雄侧109km、穗东侧94km,楚雄侧接地极，穗东侧和贵广二回直流工程共用接地极,工程建设规模,工程实践,云广特高压直流输电工程,不同的运行方式通过对直 流场和阀组的连接配置实 现。,每极双,12,脉动阀组串联结构使运行方式多样化,工程实践,云广特高压直流输电工程,反桂邻访,，,21,箔,宏星反桂,3,/,4,反桂,1,/,2,反桂,卖桂邻访,，,20,箔,宏星卖桂,闻山郎因,天场郎因,1,/,2,卖桂,闻山郎因,天场郎因,O,L,T,赏,，,12,箔,卖非而,O,L,T,卖桂,O,L,T,乙桂,O,L,T,寻桂邻访,工程实践,云广特高压直流输电工程,典型运行方式：整流站与交流系统联网运行、整 流站孤岛运行,特高压直流输电系统的基本运行方式： 1),双极全压运行方式,2),双极半压运行方式,3),双极一极全压一极半压运行方式,4),单极全压金属回线方式,5),单极全压大地回路方式,6),单极半压金属回线方式,7),单极半压大地回路方式,特高压直流的关键设备,换流变压器,套管（穿墙套管和换流变套管）,换流阀,旁路开关,平波电抗器,控制保护,设备选型,交流滤波器,换流 变压器,换流变阀 侧套管,换流阀穿墙套管,旁路 开关,旁路刀阀,平波 电抗器,电压 分压器,电容器,隔离 开关,直流线路,直流滤波器 电容器,避雷管,接地刀阀,交流系统,设备选型,换流变压器,运输限界小和特高压电压作用下的绕组绝缘结构设计,外置式阀侧引线出线装置,真空型有载调压开关,阀侧套管,高端换流变漏磁分布、杂散损耗以及局部过热的控制,冷却器,高端换流变压器的抗短路设计,高强度紧凑型油箱结构,设备选型,平波电抗器,多层绕组并联，干式空心，自然空,气冷却，户外布置，采用支柱绝,缘 子支撑。,平抗分别布置在极线和中性母线上，每两台串连为一组。,因平抗的支撑结构长期运行在特高,压直流户外场中，综合考虑直流,耐 受能力、污耐压、抗震等性能要求，采用合成支柱,5,英寸光控晶闸管,800kV,/,3125,A,特高压晶闸管换流,阀阀塔结构设计，采用双,1,2,脉动,、 悬吊式双重阀单阀塔串联结构，,换流阀最大的技术挑战来自于型式,试验，包括多重阀绝缘试验，运,行 试验等试验项目和试验判据,设备选型,换流阀,母饮摘游紧,4,组,D,T,11,/,24,双调谐滤波器、,4,组,D,T,13,/,36,滤波器、,2,组,HP3,滤波器、,8,组并联电容器。,穗丝摘游紧,4,组,D,T,11,/,24,双调谐滤波器、,3,组,D,T,13,/,36,滤波器、,8,组并联 电容器。,设备选型,交流滤波器,互庄左簧,无源滤波器,三调谐,(TT12,/,24,/,45),每站每极装设,1,组,设备选型,交流滤波器,41,800,k,V,私游晰迭异兴,复合外套绝缘子,额定直流电流：,4000A,开断直流电流：,4000A,雷电冲击耐受电压：,1950kV,操作冲击耐受电压：,1600kV,设备选型,直流旁路开关,42,800,k,V,私游颠筒异兴,复合外套绝缘子,额定直流电流：,4000A,瞬时直流电流：,20kA,雷电冲击耐受电压：,1950kV,操作冲击耐受电压：,1600kV,设备选型,直流隔离开关,43,800,k,V,私游眼游湿闸诱臂,额定直流电流：,3125A,精度：,0.2%,设备选型,直流电流测量装置,44,800,k,V,私游切厌噪,复合外套,标称直流电压：,800kV,精度：,0.2%(0.1,1.1pu),0.5%(1.1,1.5pu),响应时间：,100s,设备选型,直流分压器,45,800kV,直流避雷器：,无间隙氧化锌避雷器,复合外套,雷电冲击保护水平,/,配合电流,:,1579kV,/,10kA,操作冲击保护水平,/,配合电流,:,1328kV,/,1kA,设备选型,直流避雷器,46,800kV,直流支柱绝缘子：,复合外套,额定直流电压：,800kV,雷电冲击耐受电压：,1950kV,操作冲击耐受电压：,1600kV,设备选型,直流支柱绝缘子,47,主要设备选择,800kV,直流穿墙套管：,复合外套,额定直流电流：,3125A,雷电冲击耐受电压：,1950kV,操作冲击耐受电压：,1600kV,48,云广特高压直流工程控制保护系统结构,运行年份,5000,MW,额定功率 运行时间,（小时）,输送电量,（亿千瓦时）,2009年,2010年,2011年,2012年,2013年16月 合计,25.76,117.07,158.96,211.41,97.9,611.1,3,43,1391,420,1857,运行情况,云广特高压直流工程自投运以来运行情况总体平稳。截至,2013,年,6,月,30,日，楚雄换流站累计安全运行,1492,天，累计西电东送电量达,611.1,亿度，满负荷（,5000,M,W）运行时间达到,1857,小时。,工程实践,云广特高压直流输电工程,