一、直流输电发展史
1875年法国巴黎建立了世界上第一座发电厂.该厂采用直流电机发电,用低压配电线直接供直流电动机和弧光灯用电,供电半径仅1~2km,这是世界上第一条直流输电线路.1882年法国物理学家德普勒用装在米斯巴赫煤矿中的直流发电机,以1.5~2kV直流电压,沿57km的电报线路,把1.5kw的电力送到在慕尼黑举办的国际展览会上,这是有史以来第一次远距离输电.这种直流输电方式曾经流行一时,但由于直流电机结构复杂,运行费用大,可靠性差,特别是大容量和高电压的直流电机很难设计,不能实现更远距离、更大容量的输电,因而妨碍了电力工业的发展. 1888年三相交流电气设备的出现是电工技术的一个新发展.因为,这样就能方便而又经济地升高或降低电压,使远距离输电成为可能;三相交流发电机和电动机结构简单,价格低,容量又可设计得很大;三相交流电气设备效率高,运行维护简单.所以三相输电迅速发展起来,并很快占了主导地位. 但是交流输电在发展过程中也遇到了问题,首先是由于其运行稳定问题使输送功率受到了限制,给过海及地下电缆输电带来一系列问题.这样,人们又回忆起直流输电在线路方面的许多优点(没有运行稳定问题,线路造价低、损耗少,直流电缆好做……等),而加以研究运用.
到了30年代,由于高压水银整流器(又称汞阀)研制成功,给直流输电系统的再次被采用创造了条件.这种直流输电系统充分利用了交流发电机、交流用电设备和直流输电线路的优点,因而在远距离输电和跨越海峡的电缆线路得到了应用.这是输电史上的又一个重大发展.自1954年瑞典高特藏岛第一条工业性高压直流输电线路投入运行以来,在交流输电发展的同时,直流输电也在不断发展着.但由于汞阀本身的固有缺点,如可靠性差、容易发生逆弧故障、制造工艺复杂……等,直流输电发展得相当缓慢.其发展规模远不能和交流输电相比.直到70年代出现大功率晶闸管(即可控硅),取代了汞阀用作换流装置以后,直流输电才得到了迅速发展.目前世界上已投运的数十条直流输电工程中,首推苏联的耶基巴斯图兹到中俄罗斯的直流输电线路规模最大,输送容量为600万kw,输电电压为±75万V,线路长度(2400km)已大大超过了交流输电线路.
二、直流输电的特点
直流输电与交流输电有很大区别.交流输电从发电到输电、用电全部是交流电(如图A). 直流输电是将高压交流电经换流装置将交流变成直流电(整流),用两根导线送到另一变电站,再将直流变成交流电(逆变),降压后供给用户(如图B).因而,发电和用电部分仍是三相交流电,但在输电线路上是高压直流电.直流输电所采用的设备与交流输电采用的设备也不相同.下面就直流输电采用的一次设备作一简介(见图B). 1、换流装置在直流输电中,换流装置的功能是进行整流或逆变,此外,还兼作开关,通过脉冲信号来接通或关断整个直流输电系统.70年代以前换流装置大都采用汞阀,70年代以后采用晶闸管整流器.对应于三相交流系统,换流装置都采用三相桥式接线,所以也称换流桥.每个换流桥有六个桥臂,由于每个桥臂是单方向导通,所以每个桥臂也称做为“阀”.每个阀由许多晶闸管串、并联组成,以满足电压和电流、容量的要求.为了保证系统安全经济地运行,每个换流装置均配有控制、调节和保护装置(K). 2、直流电抗器这是直流输电所特有的设备,也称平波电抗器.它串联在换流装置出线端和直流输电线路之间,对直流电压和电流中的谐波分量起扼流作用,以减小直流的脉动.当线路短路时,还可限制短路电流的增大速度. 3、滤波器 换流装置在运动时会产生高次谐波,如让高次谐波进入交流电网,会造成交流电网波形畸变,从而带来一系列危险(如通信受到干扰、电容器和旋转电机过热、产生谐振过电压等).所以在换流站交流侧必须装设滤波器.它通常由电容器、电抗器和电阻器串联组成,接在线路上,对某一谐波形成低阻抗通路,从而起到将某一谐波短路的作用. 4、无功功率补偿装置换流装置在运行时要消耗大量的无功功率,一般整流运行时消耗的无功功率为直流输送功率的30%~50%,逆变运行时消耗的无功功率为直流输送功率的40%~60%.这里无功功率除少部分可由逆波器中的电容器提供外,大部分将由另外安装的无功补偿电力电容或调相机供给. 其它一次设备还有供测量、继电保护、控制调节用的直流电流互感器和直流电压互感器以及直流避雷器等.
 三、直流输电的经济价值
用两根导线输送高压直流电这一特点,决定了直流输电的许多优点.可从如下四个方面说明: 1、电缆在交流电压作用下,会引起介质损耗、电容电流等有害现象.而在直流电压下,基本上没有这些效应.在直流电压下,每毫米厚的绝缘层平均可耐受3~4万伏电压,而在交流电压下,只能耐受1万伏电压.故在直流时,电缆的工作电压可以为交流的3~4倍,因而相应的输送功率也就会大大提高.在交流电压下,电缆愈长,线路电容电流愈大,有时会大到不能输送能量的程度,所以,交流电缆的长度会受到限制.如220千伏的输电线路,其长度不能超过400公里.而在直流电压下工作,电缆的使用长度则不受此限制.因此,同一根电缆,用于直流输电时,不仅输送容量可以大大提高,而且使用长度不受限制.反过来说,将输送容量相同的交、直流电缆作比较,直流电缆则重量轻,结构简单,制造价格便宜.据有关资料,输送容量31万kw,用三相交流电缆,电缆绝缘层厚26mm,每公里重93t;而用两根直流电缆,对地电压22万伏,绝缘厚度只需7.5mm,每公里重17t,只有交流电缆重量的18.3%.同时,直流电缆的损耗(53kw/km)只有交流电缆的40%,因此,直流输电的投资要比交流输电省得多.
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