對我國直流輸電工程結構認識

(特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、直流輸電技術概況

現階段我國已建成和在建的直流輸電工程的電壓等級有±500kV、±660kV和±800kV，越高的電壓等級就能夠將更多的電能輸送到更遠的距離，但是工程造價就越高，建設工期也越長。在電力電子開關器件新型晶閘管和換流閥技術能夠適應更高的電壓等級的情況下，更高電壓等級的直流輸電也將成為現實，如現在正處于研究階段的±1000kV直流輸電工程等。

我國第一條真正意義上的直流輸電工程為葛洲壩—上海±500kV直流輸電工程，其傳輸容量為1200MW，輸送距離約1045km。現已建成有貴州—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—上海±800kV直流輸電工程等等，新的直流輸電工程也在不斷的規劃和建設中。

二、直流輸電工程的換流拓撲結構

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

工程應用上有采用6脈動和12脈動兩種換流技術，隨著晶閘管換流閥在輸電系統中的應用，絕大多數直流輸電工程開始采用12脈動換流技術。相比與6脈動換流器，12脈動換流器具有交、直流電壓質量好，所含的諧波成分少的優點。

以12脈動整流器為例。其整流器結構由兩個6脈動整流橋疊加得到。三相交流電通過一個三相三繞組變壓器，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繞組a1、a2、b1、b2、c1、c2，將a1、b1、c1三個繞組接成星形，a2、b2、c2三個接成三角形，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周期內含有12個脈動數，所以叫做12脈動整流。

兩個整流橋有兩種方式疊加，并聯和串聯。串聯方式每個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；并聯方式的直流電流為直流極電流的1/2，但每個整流橋單元需承受整個直流極的電壓。在高電壓低電流的輸電工程中，串聯方式能夠降低開關器件的耐壓值，是直流輸電工程所廣泛采用的結構形式。

直流輸電工程中的逆變器為有源逆變器，結構同整流器結構，只是換流閥的導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。采用雙極運行方式，每極兩組換流單元串聯運行。一般情況下，直流輸電工程都采用一組基本換流單元，因其換流站設備少，投資最省，運行可靠性也最高。但當直流輸送容量大而交流系統相對較小時，換流設備(如換流變壓器)在制造和.運輸上有困難時，還有在經濟方面的考慮等，會采用每極兩組換流單元，實現運行一半的單極容量，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備。在晶閘管開關技術的不斷發展進步中，換流變壓器的制造技術是實現更高電壓等級直流輸電工程的關鍵因素。換流變壓器的總體結構分為三項三繞組式、三相雙繞組式、單相雙繞組式和單相三繞組式四種。采用何種結構形式應根據換流變壓器交流側及直流側的系統電壓的要求、變壓器的容量、運輸條件以及換流站布置要求等因素考慮。

為了實現12脈動換流，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星形聯結，一個角形聯結。基于換流站和換流變壓器的結構要求，一個換流單元需要1臺三相三繞組變壓器或2臺三相雙繞組變壓器(一個Yy聯結，一個Yd聯結)或3臺單相三繞組變壓器(一個網側繞組和兩個閥側繞組，一個Y接，一個D接)或6臺單相雙繞組變壓器(三個Yy 單相，三個Yd單相)。

對于中等額定容量和電壓的換流變壓器可選用三相變壓器，有節省成本和占地空間，還有降低空載損耗等優點。對于高壓大容量直流輸電系統一般采用單相變壓器組，減小每臺變壓器的容量，降低制造和運輸的難度。我國現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-華中背靠背聯網工程靈寶換流站和中俄聯網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—上海±800kV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

現我國已實現所有電壓等級換流變壓器的設計和制造，且技術水平也在慢慢達到國際領先水平。