对我国直流输电工程结构认识

(特变电工沈阳变压器集团有限公司 辽宁 沈阳 110144)

一、直流输电技术概况

现阶段我国已建成和在建的直流输电工程的电压等级有±500kV、±660kV和±800kV，越高的电压等级就能够将更多的电能输送到更远的距离，但是工程造价就越高，建设工期也越长。在电力电子开关器件新型晶闸管和换流阀技术能够适应更高的电压等级的情况下，更高电压等级的直流输电也将成为现实，如现在正处于研究阶段的±1000kV直流输电工程等。

我国第一条真正意义上的直流输电工程为葛洲坝—上海±500kV直流输电工程，其传输容量为1200MW，输送距离约1045km。现已建成有贵州—广东±500kV直流输电工程、宁东—山东±660千伏直流输电工程、云南—广东和华中的向家坝—上海±800kV直流输电工程等等，新的直流输电工程也在不断的规划和建设中。

二、直流输电工程的换流拓扑结构

完成直流输电简单来说就是完成电能的交—直—交的变换，首先将发电站发出的交流电转化为直流电(整流)远距离输送，然后再将直流电转化为交流电(逆变)配电给用户。在直流输电系统中将电能变换的整流和逆变单元统称为换流单元，其主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置等。

工程应用上有采用6脉动和12脉动两种换流技术，随着晶闸管换流阀在输电系统中的应用，绝大多数直流输电工程开始采用12脉动换流技术。相比与6脉动换流器，12脉动换流器具有交、直流电压质量好，所含的谐波成分少的优点。

以12脉动整流器为例。其整流器结构由两个6脉动整流桥叠加得到。三相交流电通过一个三相三绕组变压器，其一次A、B、C绕组接成三角形或是星形；二次三相绕组每相各有两个绕组a1、a2、b1、b2、c1、c2，将a1、b1、c1三个绕组接成星形，a2、b2、c2三个接成三角形，从而得到两组相位相差30°的交流电源，再将其接入整流器后输出得到的直流电压每个周期内含有12个脉动数，所以叫做12脉动整流。

两个整流桥有两种方式叠加，并联和串联。串联方式每个整流桥单元所承受直流电压为直流极的1/2，直流电流为直流极电流；并联方式的直流电流为直流极电流的1/2，但每个整流桥单元需承受整个直流极的电压。在高电压低电流的输电工程中，串联方式能够降低开关器件的耐压值，是直流输电工程所广泛采用的结构形式。

直流输电工程中的逆变器为有源逆变器，结构同整流器结构，只是换流阀的导通方式必须与整流器的相一致，以保证直流电流的流通。

如图1.1所示，±800kV直流输电工程的接线原理图。采用双极运行方式，每极两组换流单元串联运行。一般情况下，直流输电工程都采用一组基本换流单元，因其换流站设备少，投资最省，运行可靠性也最高。但当直流输送容量大而交流系统相对较小时，换流设备(如换流变压器)在制造和.运输上有困难时，还有在经济方面的考虑等，会采用每极两组换流单元，实现运行一半的单极容量，以增加直流输电的灵活性。

图1.1 ±800kV直流输电工程接线原理图

三、换流变压器型式

由1.2章介绍可知，换流变压器处于交流电和直流电互相交换的核心位置，是直流输电工程中的核心设备。在晶闸管开关技术的不断发展进步中，换流变压器的制造技术是实现更高电压等级直流输电工程的关键因素。换流变压器的总体结构分为三项三绕组式、三相双绕组式、单相双绕组式和单相三绕组式四种。采用何种结构形式应根据换流变压器交流侧及直流侧的系统电压的要求、变压器的容量、运输条件以及换流站布置要求等因素考虑。

为了实现12脉动换流，换流变压器需要给换流器提供两相相角相差30°的电源，这就决定了每组换流单元，变压器的二次需要一个星形联结，一个角形联结。基于换流站和换流变压器的结构要求，一个换流单元需要1台三相三绕组变压器或2台三相双绕组变压器(一个Yy联结，一个Yd联结)或3台单相三绕组变压器(一个网侧绕组和两个阀侧绕组，一个Y接，一个D接)或6台单相双绕组变压器(三个Yy 单相，三个Yd单相)。

对于中等额定容量和电压的换流变压器可选用三相变压器，有节省成本和占地空间，还有降低空载损耗等优点。对于高压大容量直流输电系统一般采用单相变压器组，减小每台变压器的容量，降低制造和运输的难度。我国现阶段已建和在建的直流输电工程的换流变压器均采用单相变压器组，容量较小的选用单相三绕组，如西北-华中背靠背联网工程灵宝换流站和中俄联网背靠背黑河换流站工程直流；容量较大的选用单相双绕组，如贵广一回和二回±500kV直流输电工程，云广±800kV直流输电工程，向家坝—上海±800kV直流输电工程，两渡直流输电工程和锦屏—苏南直流输电工程等。

四、总结

现我国已实现所有电压等级换流变压器的设计和制造，且技术水平也在慢慢达到国际领先水平。