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高压直流输电技术:三大特性突出节能效果

来源: 线缆招聘网      作者:cabhr     发布时间:2018-04-16 15:46:00     浏览次数:119    

  自上世纪80年代以来,电力传输技术的发展步伐明显加快,提高传输能力的办法不断涌现,既有直流输电技术、柔性交流输电技术、分频输电技术等高新技术,同时也有对现有高压交流输电线路的增容改造技术,如升压改造、复导增容改造、交流输电线路改为直流输电技术等。直流输电,对于提高现有传输系统的传输能力,挖掘现有设备潜力,具有十分重要的现实意义,实施起来可收到事半功倍的效果。

高压直流输电技术

  经济性 三大特性突出节能效果

  从经济方面看,直流输电有以下三个主要优点:

  首先,线路造价低,节省电缆费用。直流输电只需两根导线,采用大地或海水作回路只用一根导线,能够节省大量线路投资,因此电缆费用省得多。

  其次,运行电能损耗小,传输节能效果显著。直流输电导线根数少,电阻发热损耗小,没有感抗和容抗的无功损耗,且传输功率的增加使单位损耗降低,大大提高了电力传输中的节能效果。

  最后,线路走廊窄,征地费省。以同级500千伏电压为例,直流线路走廊宽仅40米,对于数百千米或数千千米的输电线路来说,其节约的土地量是很可观的。

  除了经济性,直流输电的技术性也可圈可点。直流输电调节速度快,运行可靠。在正常情况下能保证稳定输出,在事故情况下可实现紧急支援,因为直流输电可通过可控硅换流器快速调整功率、实现潮流翻转。此外,直流输电线路无电容充电电流,直流线路无电容充电电流,电压分布平稳,负载大小不发生电压异常不需并联电抗。

  提升空间 大功率电力电子器件将改善直流输电性能

  直流输电最核心的技术集中于换流站设备,换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互能量转换,除在交流场具有交流变电站相同的设备外,还有以下特有设备:换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器以及直流场设备,而换流阀是换流站中的核心设备,其主要功能是进行交直流转换,从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀。

  晶闸管用于高压直流输电已有很长的历史。近10多年来,可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等大功率电子器件的开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的研究开发和应用,将进一步改善新一代的直流输电性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价。

  【 观点 】

  远距离输电优势明显

  发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电,然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电,注入受端交流电网。业内专家一致认为。高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点,特别适合用于长距离点对点大功率输电。

高压直流输电技术

  其中,轻型直流输电系统采用可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等可关断的器件组成换流器,使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。

  此外,可关断器件组成的换流器,还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电,未来还可用于城市配电系统,接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。

  【 工程应用 】

  1.±660千伏宁东—山东直流输电工程于2011年2月28日投运,山东接受外送电力的能力由350万千瓦提升至750万千瓦。据统计,山东因此每年可节约原煤1120万吨。由此全省减少二氧化硫排放5.7万吨,二氧化硫排放量降低1.1个百分点,大大促进了资源节约型、环境友好型社会建设。

  仅2011年第一季度,山东电网就接纳省外来电91.3亿千瓦时,同比增长176%。

  2.锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程采用900平方毫米导线,节能环保效果明显,抗自然灾害能力强,可进一步促进电力技术创新和行业技术升级。与传统的630平方毫米截面导线相比,锦苏特高压直流线路应用900平方毫米截面导线,按照年运行3000小时计算,每年每千米线路可节电4.32万千瓦时,全线一年将创造直接效益4000多万元。

  按供电煤耗360克标煤/千瓦时计算,全线一年将减少标煤消耗7.735万吨,减排二氧化碳约20.12万吨。而在抵御自然灾害方面,大截面导线的大风水平荷载降低约10%,15毫米覆冰垂直荷载减小约7%。

  3.三峡—上海±500千伏直流输电工程线路全长1048.6千米,输送容量300万千瓦,若按中强度全铝合金导线替代普通导线计算,正常功率下,如果一年的输送小时数为4000小时,可节约电能7.98万千瓦时/千米,全线每年可节电8372万千瓦时。

  高压直流输电对比交流输电:

  1)技术性

  功率传输特性

  交流为了满足稳定问题,常需采用串补、静补等措施,有时甚至不得不提高输电电压。将增加很多电气设备,代价昂贵。直流输电没有相位和功角,无需考虑稳定问题,这是直流输电的重要特点,也是它的一大优势。

  线路故障时的自防护能力

  交流线路单相接地后,其消除过程一般约0.4~0.8秒,加上重合闸时间,约0.6~1秒恢复。直流线路单极接地,整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁,电压降为零,迫使直流电流降到零,故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难,直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。

  过负荷能力

  交流输电线路具有较高的持续运行能力,其最大输送容量往往受稳定极限控制。直流线路也有一定的过负荷能力,受制约的往往是换流站。通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。前两者葛上直流工程分别为10%和25%,后者视环境温度而异。就过负荷而言,交流有更大灵活性,直流如果需要更大过负荷能力,则在设备选型时要预先考虑,此时需增加投资。

  潮流和功率控制

  交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式,值班人员需要进行调度,但又难于控制,直流输电则可全自动控制。直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。

  短路容量

  两个系统以交流互联时,将增加两侧系统的短路容量,有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。直流互联时,不论在哪里发生故障,在直流线路上增加的电流都是不大的,因此不增加交流系统的断路容量。

  电缆

  电缆绝缘用于直流的允许工作电压比用于交流时高两倍,例如35kV的交流电缆容许在100kV左右直流电压下工作,所以在直流工作电压与交流工作电压相同的情况下,直流电缆的造价远低于交流电缆。

  输电线路的功率损耗比较

  在直流输电中,直流输电线路沿线电压分布平稳,没有电容电流,在导线截面积相同,输送有用功率相等的条件下,直流线路功率损耗约为交流线路的2/3。并且不需并联电抗补偿。

  线路走廊

  按同电压500kV考虑,一条500kV直流输电电线路的走廊约40m,一条500kV交流线路走廊约为50m,但是1条同电压的直流线路输送容量约为交流的2倍,直流输电的线路走廊其传输效率约为交流线路的2倍甚至更多一点。

  总的来说,下列因素限制了直流输电的应用范围:不能用变压器来改变电压等级;换流站的费用高;控制复杂。

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