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第2篇高压直流输电高压直流输电工程自1954年在瑞典Gotland投入工业化运行以来，至今经历了汞弧阀换流和晶闸管换流时期，目前世界上已有60多项直流输电工程投入运行，在远距离大容量输电、海底电缆和地下电缆输电以及电力系统联网工程中得到了较大的发展。
特别是在20世纪80年代以后，大功率电力电子技术及微机控制技术等高科技的发展，进一步促进了直流输电技术的应用与发展。
比较明显的是，背靠背非同步联网和多端直流输电工程以及采用新型半导体器件的轻型直流输电工程，近年来发展很快。
到20世纪末已有26项背靠背和2项多端直流输电工程投入运行，另外还有2项直流工程具有多端直流输电的运行性能。
到2000年已有5项轻型直流输电工程投入运行。
高压直流输电在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优点，它将在我国西电东送和全国联网工程中起到重要的作用。
到2005年我国已有8项高压直流输电工程相继投入运行。
本篇主要从直流输电换流技术、控制系统和保护装置、换流站主接线及主要设备、直流输电接地极、过电压及绝缘配合等方面，总结归纳了国内外高压直流输电工程的建设和运行经验。
第6章直流输电概论6.1 直流输电的发展6.1.1 国外直流输电的发展电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是直接从直流电源送往直流负荷，不需要经过换流，如1882年在德国建成的2kV 、1.5kW 、57km向慕尼黑国际展览会的送电工程；1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯（Mouties）到里昂（Lyon）的125kV、20MW、230km的直流输电工程等。
随着三相交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电所取代。
由于变压器可方便地改变交流电压，从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展，并很快占据了统治地位。
但是直流还有交流所不能取代之处，如远距离电缆送电、不同频率电网之间的联网等。
采用直流输电，必须要解决换流问题。
新课标人教版11选修一《高压输电》WORD教案4教学目标一、知识目标1、明白“便于远距离输送”是电能的优点之一．明白输电的过程．了解远距离输电的原理．2、明白得各个物理量的概念及相互关系．3、充分明白得；；中的物理量的对应关系．4、明白什么是输电导线上的功率和电压缺失和如何减少功率和电压缺失.5、明白得什么缘故远距离输电要用高压.二、能力目标1、培养学生的阅读和自学能力．2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的摸索．3、通过远距离输电原理分析，具体运算及实验验证的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种差不多方法：理论分析、运算和实验．三、情感目标1、通过对我国远距离输电挂图展现，结合我国行政村村村通电报导及个别违法分子偷盗电线造成严峻后果的现象的介绍，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民．2、教育学生节约用电，养成勤俭节约的好适应．教材分析及相应的教法建议1、关于电路上的功率缺失，可依照学生的实际情形，引导学生自己从已有的直流电路知识动身，进行分析，得出结论．2、讲解电路上的电压缺失，是本教材新增加的．目的是期望学生对输电问题有更全面、更深人和更接近实际的认识，明白阻碍输电缺失的因素不只一个，分析问题应综合考虑，抓住要紧方面．但真正的实际问题比较复杂，教学中并不要求深人讨论输电中的这些实际问题，也不要求对输电过程中感抗和容抗的阻碍进行深入分析．教学中要注意把握好分寸．3、学生常常容易将导线上的电压缺失面与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论．可引导学生进行讨论，澄清认识．那个地点要注意，切不可单纯由教师讲解，而代替了学生的摸索，否则会事倍功半，形快而实慢．4、课本中讲了从减少缺失考虑，要求提高输电电压；又讲了并不是输电电压越高越好．期望关心学生科学地、全面地认识问题，逐步树立正确地分析问题、认识问题的观点和方法．教学重点、难点、疑点及解决方法1、重点：（l）理论分析如何减少输电过程的电能缺失．（2）远距离输电的原理．2、难点：远距离输电原理图的明白得．3、解决方法通过自学、教师讲解例题分析、实验演示来逐步突破重点、难点、疑点．教学设计方案五、高压输电教学目的：一、知识目标1、明白“便于远距离输送”是电能的优点之一．明白输电的过程．了解远距离输电的原理．2、明白得各个物理量的概念及相互关系．3、充分明白得；；中的物理量的对应关系．4、明白什么是输电导线上的功率和电压缺失和如何减少功率和电压缺失.5、明白得什么缘故远距离输电要用高压.二、能力目标1、培养学生的阅读和自学能力．2、通过例题板演使学生学会规范解题及解题后的摸索．3、通过远距离输电原理分析，具体运算及实验验证的过程，使学生学会分析解决实际问题的两种差不多方法：理论分析、运算和实验．三、情感目标1、通过对我国远距离输电挂图展现，结合我国行政村村村通电报导及个别违法分子偷盗电线造成严峻后果的现象的介绍，教育学生爱护公共设施，做一个合格公民．2、教育学生节约用电，养成勤俭节约的好适应．教学重点：培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力．教学难点：高压输电的道理．教学用具：电能输送过程的挂图一幅（带有透亮胶），小黑板一块（写好题目）．教学过程：一、引入新课讲述：前面我们学习了电磁感应现象和发电机，通过发电机我们能够大量地生产电能．比如，葛洲坝电站通过发电机把水的机械能为电能，发电功率可达271.5万千瓦，这么多的电能因此要输到用电的地点去，今天，我们就来学习输送电能的有关知识．二、进行新课1、输送电能的过程提问：发电站发出的电能是如何样输送到远方的呢？如：葛洲坝电站发出的电是如何样输到武汉、上海等地的呢？专门多学生凭生活体会能回答：是通过电线输送的．在教师的启发下学生能够回答：是通过架设专门高的、专门粗的高压电线输送的．出示：电能输送挂图，并结合学生生活体会作介绍．板书：第三节高压输电输送电能的过程：发电站→升压变压器→高压输电线→降压变压器→用电单位．）2、远距离输电什么缘故要用高电压？提问：什么缘故远距离输电要用高电压呢？学生摸索片刻之后，教师说：那个实际问题确实是我们今天要讨论的重点．板书：（高压输电的道理）分析讨论的思路是：输电→导线（电阻）→发热→缺失电能→减小缺失讲解：输电要用导线，导线因此有电阻，假如导线专门短，电阻专门小可忽略，而远距离输电时，导线专门长，电阻大不能忽略．列举课本上的一组数据．电流通过专门长的导线要发出大量的热，请学生运算：河南平顶山至湖北武昌的高压输电线电阻约400欧，假如能的电流是1安，每秒钟导线发热多少？学生运算之后，教师讲述：这些热都散失到大气中，白白缺失了电能．因此，输电时，必须减小导线发热缺失．3、提问：如何减小导线发热呢？分析：由焦耳定律，减小发热,有以下三种方法：一是减小输电时刻，二是减小输电线电阻，三是减小输电电流．4、提问：哪种方法更有效？第一种方法等于停电，没有有用价值．第二种方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难．适用的超导材料还没有研究出来．排除了前面两种方法，就只能考虑第三种方法了．从焦耳定律公式能够看出．第三种方法是专门有效的：电流减小一半，缺失的电能就降为原先的四分之一．通过后面的学习，我们将会看到这种方法了也是专门有效的．板书结论：（A：要减小电能的缺失，必须减小输电电流．）讲解：另一方面，输电确实是要输送电能，输送的功率必须足够大，才有实际意义．板书：（B：输电功率必须足够大．）5、提问：如何样才能满足上述两个要求呢？分析：依照公式I=P/U，要使输电电流减小，而输送功率不变（足够大），就必须提高输电电压U．板书：（高压输电能够保证在输送功率不变，减小输电电流来减小输送电的电能缺失．）变压器能把交流电的电压升高（或降低）讲解：在发电站都要安装用来升压的变压器，实现高压输电．然而我们用户使用的是低压电，因此在用户邻近又要安装降压的变压器．讨论：高压电输到用电区邻近时，什么缘故要把电压降下来？（一是为了安全，二是用电器只能用低电压．）板书：（3.变压器能把交流电的电压升高或降低）三、引导学生看课本，了解我国输电电压，明白输送电能的优越性．四、课堂小结：输电过程、高压输电的道理．五、作业布置：某电站发电功率约271.5万千瓦，假如用1000伏的电压输电，输电电流是多少？假如输电电阻是200欧，每秒钟导线发热缺失的电能是多少？假如采纳100千伏的高压输电呢？探究活动考察邻近的变电站，学习日常生活中的电学知识和用电常识．了解变压器的工作原理调查生活中的有关电压变换情形．调查：在电能的传输过程中，为了减小能量损耗而采纳提高电压的方法，但是在提高电压后相应的对一些设备的要求也会提高，请调查在高压输电和低压输电过程中的投入产出比．。
架空输电线路运行规程1.范围本标准规定了架空输电线路运行工作的基本要求、技术标准，并对线路巡视、检测、维修、技术管理及线路保护区的维护和线路环境保护等。
本标准适用于交流110（66）kV～750kV架空输电线路。
35kV架空线路及直流架空输电线路可参照执行。
2.规范性引用文件下列文件的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然后，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可用使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 2900.51 电工术语架空线路（GB/T 2900.51－1998，IEC 60050（466）：1990，IDT）GB/T 4365 电工术语电磁兼容（GB/T4365－2003，IEC 60050（161）：1990，IDT）GB/T16434 高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准DL/T 409 电业安全工作规程(电力线路部分)DL/T626 劣化盘形悬式绝缘子检测规程DL/T887 杆塔工频接地电阻测量DL/T966 送电线路带电作业技术导则DL/T5092 110～500kV架空输电线路设计技术规程DL/T5130 架空送电线路钢管杆设计技术规程中华人民共和国主席令第六十号《中华人民共和电力法》1995年12月中华人民共和国主席令第239号《电力设施保护条例》1998年1月中华人民共和国国家经济贸易委员会/中华人民共和国公安部第8号《电力设施保护条例实施细则》1999年3月3.术语和定义GB/T 2900.51和GB/T 4365确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1居民区 residenetial area工业企业地区、港口、码头、火车站、城镇、村庄等人口密集区，属于公众环境。
3.2非居民区 nonresidenetial area上述居民区以外地区，均属非居民区。
【图文精讲】高压直流输电技术解析一、高压直流输电概述高压直流输电：将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。
高压直流输电原理图如下：换流器（整流或逆变）：将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电的设备。
换流变压器：向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备。
平波电抗器：减小注入直流系统的谐波，减小换相失败的几率，防止轻载时直流电流间断，限制直流短路电流峰值。
滤波器：减小注入交、直流系统谐波的设备。
无功补偿设备：提供换流器所需要的无功功率，减小换流器与系统的无功交换。
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。
高压直流输电原理与运行第一章绪论1.1 高压直流输电的构成1.高压直流输电由整流站，直流输电线路和逆变站三部分构成。
常规高压直流输电，由半控型晶闸管器件构成，采用电网换相；轻型高压直流输电，由全控型电力电子构成，采用器件换相。
2.针对电网换相方式有：（1）长距离直流输电（单方向、双方向直流送电）；（2）BTB直流输电；（3）交、直流并列输电；（4）交、直流叠加输电；（5）三极直流输电。
3.直流系统的构成针对电网换相方式有：（1）直流单极输电1）大地或海水回流方式：可降低输电线路造价；但材料要求较高，对地下铺设设备、通信等有影响；2）导体回流方式：可分段投资和建设；（2）直流双极输电1）中性点两端接地方式：优点，当一极故障退出，另一极仍可以大地或海水为回流方式，输送50%的电力；缺点，正常运行时，变压器参数、触发控制的角度等不完全对称，会在中性线有一定的电流流通，对中性点接地变压器，地下铺设设备和通信等有影响。
2）中性点单端接地方式：优点，大大减小单极故障时的接地电流的电磁干扰；缺点，单极故障时直流系统必须停运，降低了可靠性和可利用率。
3）中性线方式：中性线设计容量小，正常运行时，流过中性线的不平衡电流小，降低电磁干扰。
3.直流多回线输电1）线路并联多回输电方式：可提高输电容量、输电的可靠性和了可利用率。
2）换流器并联方式的多回线输电：实现相互备用，提高直流输电的可靠性和可利用率。
4．多段直流输电1）并联直流输电方式：要实现功率反转必须通过断路器的投切来改变换流站与直流线路的连接方式。
2）串联多端直流输电方式：各换流器与交流系统的功率通过对电压的调整进行。
1.2 高压直流输电的特点及应用场合1.直流输电的特点1）经济性：流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小；直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小、不易老化、寿命长，且输送距离不受限制；➢通常规定，当直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和交流变电所的造价相等时的输电距离为等价距离。
1、简述直流输电的基本原理
从交流电力系统1向系统2输电时，换流站CS1将送端功率的交流电变换成直流电，通过直流线路将功率送到换流站CS2，再由CS2把直流电变换成三相交流电。
通常把交流变换成直流称为整流，而把直流变换成交流称为逆变。
CS1也称为换流站，CS2又称为逆变站。
2、简介“轻型直流输电”。
轻型HVDC是在绝缘栅双极晶闸管IGBT和电压源换流器基础上发展起来的一种新型直流输电技术，可自由地控制电流的导通或关断，从而使HVDC换流器具有更大的控制自由度。
3、列举直流输电适用场合
远距离大功率输电；海底电缆输电；不同频率或者同频率非同步运行的两个交流系统之间的联络；用地下电缆向用电密度高的大城市供电；交流系统互联或配电网增容时作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电。
4、延迟角、重叠角、超前角、熄弧角的概念
延迟角：从自然换相点到阀的控制极上加以控制脉冲这段时间，用电气角度表示。
重叠角：换相过程两相同时导通时所经历的相位角。
超前角：从逆变器阀的控制极上加以控制脉冲到自然换相点这段时间，用电气角度来表示。
熄弧点：在自然换相结束时刻到最近一个自然换相点之间的角度。
5、见图
6、见图
7、为什么逆变器的熄弧角必须有一个最小值？
在换相结束（V5关断）时刻到最近一个自然换相点（c4）之间的角度成为熄弧角。
由于阀在关断之后还需要一个使载流子复合的过程，因此熄弧角必须足够大，使换流阀有足够长的时间处于反向电压作用之下，以保证刚关断的阀能够完全恢复阻断能力。
如果熄弧角太小，在过c4点后V5又承受正向电压，而此时载流子尚未复合完，则V5不经触发就会导通，使V1承受反向电压而被迫关断。
这种故障被称为换相失败。
这就要求逆变器的熄弧角必须有一个最小值，其大小为阀恢复阻断能力所需时间加上一定裕度，一般为15度或更大一些。
8、见图
9、见图
10、HVDC对晶闸管元件的基本要求有哪些？
耐压高；载流能力大；开通时间和电流上升率di/dt限制，防止刚刚开通时晶闸管局部过热而损坏元件；关断时间与电压上升率dV/dt的限制，防止未加触发脉冲时晶闸管提前导通。
11、换流变压器的作用是什么？
将送端交流电力系统的电功率送到整流器或从逆变器接受功率送到受端交流电力系统。
它利用两侧绕组的磁耦合传送功率，实现了交流系统和直流系统的电绝缘与隔离，避免交流电力网的中性点接地和直流部分的接地造成某些元件的短路。
另一方面是实现电压的变换，使换流变网侧交流母线电压和换流桥的直流侧电压能分别符合两侧的额定电压及容许电压偏移。
此外，它对于从交流电网入侵换流器的过电压还起抑制作用。
12、平波电抗器的作用是什么？
平波电抗器可在直流发生短路时抑制电流上升速度，防止继发换相失败；在小电流时保持电流的连续性；在正常运行时减小直流谐波‘直流滤波器在谐振频率下呈现谐振阻抗，从而达到抑制直流谐波的目的。
13、高压直流输电线路按构成方式可分为哪几种？
（1）单级线路：只有一级导线，一般以大地或海水作为回路。
（2）同级线路：具有两根同级性导线，同时也利用大地或海水作为回流电路。
（3）双极线路：具有两根不同级性的导线，有些采用大地（海水）回流，也有一些采用金属回流。
当两级导线中的电流相等时，回流电路中就没有电流。
15、采用大地回路的优点是什么？
（1）和同样长度的金属回路相比，大地回路具有较小的电阻和较小的损耗；
（2）采用大地回路，就可以根据输送容量的逐步增大而分期建设。
第一期可以先按一级导线加大地回路的方式作单级运行，第二期再假设另一极导线，使之成为双极线路。
（3）在双极线路中，当一级导线或一组换流器停止工作时，仍可利用另一极导线和大地回路输送一半或更多的出力。
16、见图
17、目前送电广东的四条直流输电线路的名称及其起止点、额定电压、额定容量等。
天广直流输电工程，西起天生桥，东至广东北郊，980KM,180万KW，正负500KV
三广（江城）直流输电工程北起湖北荆州，南至广东惠州，940KM,300万KW，正负500KV 贵广一回（高肇）直流输电工程西起贵州安顺，东至广东肇庆，882KM,300万KW，正负500KV
贵广二回（兴安）直流输电工程西起贵州兴仁，东至广东深圳，1225KM,300万KW，正负500KV.
18、讲述高次谐波的概念及危害。
通常我们将与工频同频率的电气量波形成为基波分量；而将频率为基波整数倍的周期性电气量波形成为高次谐波。
通常认为，电力系统的电源是频率按单一恒定工业频率（50HZ），波形按正弦规律变化的电压源。
高次谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压和产生的电流不成线性（正比）关系而造成的波形畸变。
造成系统正弦波形畸变产生高次谐波的设备和负荷被称为（高次）谐波源。
当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递（如变压器）、变流（如换流器）、吸收（如电弧炉）系统发电机所供给的基波能量时，又把部分基波能量转换为高次谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波，使得电力系统的正弦波形畸变，电能质量下降；可能引起电网局部谐振，损坏系统设备（电容器、电动机和电缆等）；威胁电力系统的安全运行（如造成继电保护及自动装置误动作）；增加电力系统元件的附加损耗功率等，甚至造成过热损坏；干扰临近的通信系统，使临近的电话线产生杂音，降低通信质量。
这些都给系统及其用户带来危害，被视为“电力污染”。
19、什么是谐波含有率和总谐波畸变率？
谐波含有率（HR）：n次谐波分量的有效值（或幅值）与基波分量的有效值（或幅值）之比，用百分数表示；
总谐波即便率（THD）：谐波总量的有效值与基波分量的有效值之比，用百分数表示。
21、见图
22、见图
23、见图
26、直流输电系统控制系统的基本要求？
（1）限制电流的最大值，避免电流流过阀和其他载流元件出现危险的状况；
（2）限制电流的最小值，避免电流间断而引起过电压；
（3）要求限制由于交流系统的波形而引起的直流电流波动；
（4）尽可能使功率因数保持较高的值；
（5）尽可能防止逆变器换相失败；
（6）为了使功率损耗减小，要求保持线路送端电压恒定并且等于额定值；
（7）为控制所输送的功率，有时则要求控制某一端的频率。
27、直流输电系统在稳态正常运行方式下的运行参数。
主要是两端的直流电压、直流电流和输送功率。
28、直流输电系统控制的基本方式有：（1）定电流控制；（2）定电压控制；（3）定超前角控制；（4）定熄弧角控制；（5）定延迟角控制；（6）定功率控制。
30、直流系统的一个独特优点是。
输送功率的大小不受各端交流系统电压的相位变化以及频率变化的影响，而且还能方便加以控制，其响应速度要比交流发电机组快得多。
因此，可以利用附加的直流功率控制来承受或参与交流系统的频率调节，以改善交流系统的运行性能和供电质量。
31、潮流翻转的意义、实现方法。
直流输电的优点之一是能迅速而方便地实现潮流翻转，这样不仅在正常运行时可以按照经济的原则调节输送功率的大小和方向，而且还可以在事故情况下很方便地实现事故紧急支援。
因此，潮流翻转这一特点，大大加强了两个交流系统的联系，从而提高了系统运行的稳定性和可靠性。
由于换流阀单向导电的特性，所以直流电流的方向是不能改变的，要实现潮流（功率）的翻转，只有使线路的直流电压改变极性。
这时通过调节整流器的触发相位，使延迟角大于90度，变为逆变状态运行。
而同时把原来的逆变器触发相位提前，变为整流状态运行，翻转过程是自动进行的。
32、直流系统正常起动控制的基本方法是。
在两端换流器加上交流电源后，逆变器先加上触发脉冲，触发角a保持在95-105度，然后在整流器上加触发脉冲，其a略大于90度；接着使电流设定值从零开始线性的上升，在整流端电流调节器的作用下，直流电流Id跟随设定值而上升。
当Id迅速越过可能发生直流电流间断区以后，例如达到额定值的10%时，逐渐地增大逆变器的a，使直流电压平稳的上升。
这个过程一直进行到Id抵达预定值、逆变器角减小至为止。
33、通常意义上的特高压输电的电压等级是如何界定的。
特高压输电技术指的是比超高压输电更高一个电压等级的输电技术，也就是1000KV （750KV）及以上交流和正负800KV（正负660KV）及以上直流输电技术。
34、简述我国特高压交流输电和特高压直流输电的功能定位。
发展特高压交流输电定位于更高一级电压等级的网架建设和跨大区域联网送电；而特高压直流输电将定位于我国西部水电基地和大煤电基地的超远距离超大容量的电力外送。
