特高压交直流运检
本章包含《走进特高压》《特高压交流创新与实践认知》《特高压直流创新与实践认知》三门课程的核心知识点。
（一）走进特高压课程
1. 特高压定义
- 特高压直流指 ±800kV 及以上的直流系统；
- 特高压交流指 1000kV 及以上的交流系统。
2. 我国发展特高压的必要性
- 满足大规模、远距离、高效率电力输送要求；
- 保护生态环境；
- 提高电网运行安全性和社会综合效益；
- 提高能源输送保障能力。
3. 特高压的优越性
- 输电容量大；
- 传输距离远；
- 输电损耗低；
- 输电走廊占地少。
4. 特高压的工程应用
特高压技术以高效可靠经济的方式实现区域大电网互联，打造"西电东送、北电南供、水火互济、风光互补"的能源运输"主动脉"，保证资源广域优化配置和可再生能源集约开发消纳，是保障能源安全高效供应、推动能源转型和高质量发展、构建新型电力系统的重要路径。
5. 特高压电网的概念
特高压电网指以 1000kV 输电网为骨干网架，超高压输电网、高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层、分区，结构清晰的现代化大电网。
6. 交流输电的特点
（1）优点：
- 交流电压可以用变压器很容易实现变化电压；
- 交流变电站的运检比较简单；
- 有助于建立交流网络，便于电能的传输和分配。
（2）缺点：
- 交流输电线路塔的建设并不容易，而且与直流输电线路塔相比，交流输电线路塔的造价也很高；
- 由于趋肤效应的存在，线路阻抗会增大；
- 为了避免电晕效应，线导体之间的间距应该保持得更大，这进一步增加了塔的成本。
7. 直流输电的特点
（1）优点：
- 直流传输只需要两根导线，而交流传输需要三根导线；
- 由于没有无功损耗，传输损耗低；
- 解决异步交流系统间电力传输缺点。
（2）缺点：
- 设备较为昂贵，换流站结构复杂，操作维护标准较高；
- 需要使用交流滤波器来吸收谐波分量；
- 单极大地回线方式会造成电化学腐蚀和电磁污染。
8. 特高压直流输电的概念
直流输电是在送端（电源侧）将交流电经整流器变换成直流电输送至受端（负荷侧），再在受端用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的输电方式。送端是整流站，受端是逆变站，两者统称为换流站。其中进行交-直流变换的设备称为换流器。从此可见，直流输电的核心技术是换流和控制。换流的核心是换流器，换流的成功与否取决于控制。
9. 公司特高压输电的发展历程
- 首条特高压交流工程：晋东南-南阳-荆门特高压交流工程；
- 特高压直流发展：2010 年国家电网公司向家坝-上海、南方电网公司云南-广东 ±800kV 特高压直流输电示范工程建成投运；
- 吉泉直流是世界上电压等级最高、输送距离最远、输电容量最大的直流工程；
- 典型特高压交流工程特点：川渝特高压将西南电网主网架的电网等级从 500kV 提升到 1000kV，采用了十分裂导线的设计。
10. 我国大力发展特高压输电技术的国情背景
- 国民经济快速增长，电力需求持续提升；
- 能源资源与负荷中心呈逆向分布；
- 生态环境保护问题；
- 提升电网运行安全；
- 优化能源输送体系。
11. 交直流特高压输电的经济性对比
经济临界点为 800~1000km。
12. 柔性直流输电工程
甘浙工程、张北柔直工程（首个具有网络特性的柔直工程）、舟山柔直工程（五端柔直）。
13. 特高压输电"四基地两中心"
- 四基地：特高压交流试验基地、特高压直流试验基地、西藏高海拔试验基地、特高压杆塔试验基地；
- 两中心：国家电网仿真中心、特高压直流输电工程成套设计研发（实验）中心。
（二）特高压交流创新与实践认知课程
1. 特高压变电站典型设备有哪些？
特高压变压器、特高压电抗器、1000kV 组合电器（GIS）、1000kV 电压互感器、1000kV 避雷器、串联补偿装置、低压无功补偿装置等。
2. 特高压交流变压器主体结构、铁芯结构
- 主体结构：高压套管、中压套管、低压套管、中性点套管、线圈、冷却器、储油柜、高压出线、低压出线、中性点出线、中压出线、铁芯等；
- 铁芯结构：上铁轭、下铁轭、铁心柱、旁轭。
3. 1000kV 自耦无载变压器和 500kV 自耦无载变压器主要区别
- 绝缘耐受强度和试验电压高；
- 调压方式不同；
- 带低压补偿变压器；
- 采用分箱结构；
- 主体铁心及器身结构不同。
4. 特高压并联电抗器铁芯结构及绕组联结方式
特高压并联电抗器铁心由导磁的铁芯和非导磁的间隙交替组成。采用两芯柱带两旁轭的铁心结构型式。
特高压并联电抗器只有初级绕组。两芯柱绕组相串联；每个芯柱上，上下半柱绕组相并联，绕向相反。
5. 1000kV HGIS 贴地式布置的优点
- 贴地布置，中心线距离地面 1.3 米，保证了最可靠的抗地震强度；
- 所有的操作机构都布置在距地面小于 1.5m 的高度处，安装检修工作人员站在地面上即可操作，既方便又安全；
- 所有的 SF₆ 密度检测表都布置在低处，读数记录方便，整个 GIS 设备不需要操作平台和梯子。
6. 1000kV 电压互感器选择非叠装式结构的原因
多数 CVT 事故是电磁单元中的部件损坏，特别是补偿电抗器两端并联的限幅装置损坏。电网中，限幅装置发生损坏事故时，打开特高压叠装式 CVT 电磁单元箱盖需要动用大型起重设备，更换至少需要半天时间。由于 1000kV CVT 误差特性受杂散（分布）电容影响较大，现场安装后的误差测量数据和例行（出厂）试验数据可能存在较大差异，将调节端子置于电磁单元箱体外侧，可以方便现场调试。
7. 特高压避雷器的作用
特高压避雷器主要作用是限制过电压。当系统中出现雷击过电压、操作过电压等异常高电压时，特高压避雷器能迅速导通，将过电压限制在设备耐受范围内，从而保护变压器、断路器等关键电气设备避免受过电压损坏，保障电网安全稳定运行。
8. 串联补偿装置的作用
串联补偿是利用电容器组串联于交流输电线路中，用于补偿交流输电线路的电气距离（线路电抗），从而缩短交流输电线路的等值电气距离，减少电压损失，提高线路末端电压水平，以增大输送容量。
9. 低压无功补偿装置的作用
电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡，电力系统的实际运行中，由于事故的发生或运行方式的改变，常常会出现系统中无功过剩或无功不足的现象，导致系统电压的偏移，这就需要进行无功补偿，使电压恢复到额定电压水平。
（三）特高压直流创新与实践认知课程
1. 特高压直流换流站的作用
换流站是直流输电系统中的核心节点，它的核心作用是"交直流的转换器与控制器"。
- 整流站在输电的起点，将发电厂或交流电网送来的交流电，转换为直流电，以便通过直流线路进行远距离传输；
- 逆变站在输电的终点，将直流线路送来的直流电，重新转换为交流电，注入目标地区的交流电网，供用户使用。
2. 换流站的区域及主要一次设备
| 区域 | 主要一次设备 |
|---|---|
| 换流场（阀厅及换流变区域） | 换流变压器、换流阀 |
| 直流场 | 直流滤波器、平波电抗器、直流断路器、直流分压器 |
| 交流场 | GIS |
| 交流滤波器场 | 交流滤波器 |
3. 换流变压器
换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互转换，主要作用是为换流阀提供不接地的三相电压，实现交、直流侧电压的匹配，隔离交直流系统，抑制故障电流上升。特高压换流变压器一般采用单相双绕组变压器。
4. 换流阀
- 作用：把交流电变换成直流电（称为整流），或者把直流电变换成交流电（称为逆变）；
- 结构：换流阀的结构部分由小到大区分为以下几个部分：晶闸管级 → 晶闸管组件 → 换流阀阀层 → 换流阀单阀 → 换流阀阀塔 → 换流阀阀组；
- 晶闸管：晶闸管有光触发 LTT（Light Trigger Thyristor）换流阀和电触发 ETT（Electric Trigger Thyristor）两种型式。
5. 平波电抗器
- 与直流滤波器一起构成换流站直流侧的直流谐波滤波回路；
- 防止由直流线路或换流站所产生的陡波冲击波进入阀厅，从而使换流阀免于遭受过电压应力而损坏；
- 平滑直流电流中的纹波，避免在低直流功率传输时电流的断续；
- 限制由快速电压变化所引起的电流变化率来降低换相失败率。
6. 直流断路器
直流断路器的核心作用是防止故障扩大，保护天价的换流阀等核心设备免遭烧毁，并确保电网其他大部分区域能继续安全稳定运行。
7. 直流分压器
直流分压器用于测量直流电压，通过电容电阻串并联得到测量值。
8. 二次系统（直流控制保护系统，被称为特高压的"大脑"和"免疫系统"）
- 二次系统为换流站一次设备提供监视、测量、控制和保护等功能；
- 控制系统作用：稳住局面，维持运行；精准调节，执行指令；
- AB 套冗余配置：正常运行时，双重化的控制系统一套值班，一套备用；
- 保护系统"三取二"冗余配置：三套独立系统同时运行，任意两套结果一致即执行，确保极致可靠性。三套保护主机中有两套相同类型保护动作被判定为正确的动作行为，才允许出口闭锁或跳闸，以保证可靠性和安全性。一套保护退出：二取一；两套保护退出：一取一；全部退出：闭锁/停运；
- 保护系统分层分区保护：阀层保护、极层保护、站层保护。
9. 辅助设备
- 阀冷系统：用于给换流阀降温，保证换流阀正常运行；
- 消防系统：变压器水喷雾灭火系统、CAFS 压缩空气泡沫系统、涡扇炮、消防给水系统、火灾自动报警系统；
- 空调系统。
10. 换流站定员
常规站（±800kV 以下）40 人；特高压站（±800kV 及以上）50 人；特高压站含调相机 60 人。
11. 运维班及检修班的工作职责
- 运维班：全天候监控、调度指令执行、应急处置与初步分析、许可管理；
- 检修班：计划性检修、消缺与故障检修、一次设备检修、二次系统检修、辅助系统检修。