日本直流输电的现状_技术水平与发展趋向

《日本直流输电的现状_技术水平与发展趋向》由会员分享，可在线阅读，更多相关《日本直流输电的现状_技术水平与发展趋向（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、日本直流输电 的现状、技术 水平与发 展 趋向? ? ? ? ? ? ?尹克宁? ?西 安交通大学?一、直流输电工程日本对 直流输电的研究和工程建设是 从? ?年代初开始的,迄今为止,共有佐久间变频站、新信浓变频站以及北海 道本州直流输电线路 三项工程陆续建成投入运行,现将各工程及其运行简况分述 于后?飞?佐 久间变频站?该变频站位于关东地区的静冈县 内,主要为联系日本国内? ?赫?以关东地区为主的电力系统? 和? ?赫?以关西地区为主的电力系统 ? 的 二大电力 系统,依靠这种“背靠背”的交直换流 站,来实现频率不 同 的二大系统间的 功率交换,借以提高系 统 运行经济性、减 少备用容量,并

2、于事故 时进行紧急 功率交换,以提高系统的运行可靠性和稳定性。该变频站于? ? 年? ?月建成投运,设备容量 为 ? ? 万千 瓦,电压为士?千伏。?新信浓变频站?由于系统容量的不断扩大,原有的佐久间变频站已不满足需要,日本又于? ?年建成新信浓变频站。该变频站位 干日本的长 野县境内,同样是为了联接东、西两大电力系统的需要而建设的。该变频站投入 时容量为? ? 万 千 瓦,匕压为? ?千伏,计划 的最终容量为? ? 万 千瓦。是日本第一个采用高压大容量可控硅阀做为换流设备的变频站,而且所用 的置于油箱内的油浸风冷式可控硅阀,当时在世界上也 属新型的 设备。?北海道本州直流输电工 程?北海道本

3、州的直流输电工程是为了联系北海道和本州的电力系统,以实现 二大电网间的功率交换,是日本靠国产 设备建成的第一条大容量直 流联络线路。直流线路全长约? ?公里,其中跨越著名的津轻海峡 的海底电缆线 路长约? ?公 里。该直流输电工程是分期建设的。第一期工程的容量为?兆瓦,直 流电压? ? 千伏,电流? ? ?安,于?年? ?月投入运行?第二期工程的容量为? 。兆瓦,直流电压? ? 千伏,单极,电流?。安,于? ?。年?月?日投入运行至今。关于直流输电工程在日本国内进 一步的发展问题,在上述三个工程的建设和运行的基础之 上,日本国内的一些 主管部 门曾于?年前后广泛征求各电力公司、制造厂商、科研部

4、门等的意见,并进行讨论归纳后,得出今后在日本直流输电的大致适用范围如表?所示,可供作参考。另外,日本 为了规划? ? 世纪 ? ?年代及? ?比纪初的电源与系统发展,于? ?年代末专门成立 了?刀?特高压?送 电专门委员会。根据 近年来的分析讨论,基于日本国内的资源条件,初步确定今后以在 远离负荷中心的偏远 地区建设大规模的原子能电厂,采用远 距离的交、直流特高压输电作为重点。规划 的特高压交流输电的 电压为? ?千伏。规划中的特高压直 流输电 电压为土? ?千伏,输送容量为?千万千瓦左右,拟采用双极双 回线,输送距离约为? ?公里左右。迄今正大力开展各项科研、试制工作,但 尚无工程着手建设的

5、具体期 限。表?电力系统构成?直流输适用范围的透适用范围用效果适 用的可能性电一?电源远距离大容量输电无稳定 性问题线路建设 等方面所 取得 的经济性?与 输送容量、距离有关?。地区间联络线直流分割电力公司间联络线直流分割和联系 ?包括不同频率间联系?限制短路容量 增大?解决稳定 性问题?进行潮流控制?事故时功率的紧急支援主千系统从 经济性 出发?与容量、离距中一小? ?关? ? ?一? ?关有一一大有城市近郊一般 地区地下电缆配电网络解决 短路容量问题由于是小 容量,经济性小系统构成的自由度小从经济性 出发?与容量、距离负荷系统海岛、大陆间输电系统海底电缆?输送功率没有界限一一?一一一一一曰

6、? ? ? ? ? 口? ? ? ? ?二、直流输电的设备制造与科学研究方面的发展下面仅就近年来日本在直 流输电的设备制造与科学研究成果的几个方面,择要加以介绍。?光直接触发可控硅元件和阀的研 制?光直接触发可控硅的原理如图?所示。即把从与大地等电位的发光元件?发光二极管?所发出的光信号,传送到位于高压 下的光可控硅使之 直接触发。比起以往的光间接触发方式来?图?,不仅可以大大减少设备部件,还显著地提高了可靠性。具体说来,其主要优点为?图?二种可控硅触发方式?”?光间接触发?的光直接触发?一发光元件?一脉冲发 生器?一光导束?一受光元件?一电源?一分 压电路?一阳极电抗器。?由于不需要处于高电

7、位下的光电转换系统?包括电源以及控制极触发脉冲放大回路等?,因而整个阀的部件数 可大幅度减低,约为以往方式的?一?肠。?由于部件数大幅度减少,显著地提高了阀组的运行可靠性,约为以往方式的二倍以上。?由于直接靠光来触发,故抗千扰性能较好。?由于高压控制极回路不要电源,故对于旁通对 方式运行,系统电压降低时的运行 等的限制较少。?由于大大简化了控制极回路,故 可 减少阀体的尺寸,简化其整体结构,方便运行维护,并预期造价也将降低。表?为日本东芝 公司对 两种阀 的比较。表?、表?为日立 公司 和东芝 公司所研 制的光直接触发 的可控硅元件的技术 规范。对?千 伏,? ?安 的元件而 言,所采用 的硅

8、片直径为? ?毫米。在研制光直接触发的可控硅元件时,主 要的课题之一是临界关断电压上升率和触发灵敏度这样两个具有相反倾向的特性 如何均能得到满足的问题。其次,要实现光直接触发,还需表?二种阀的比较?一一、一?阀型?项目?光间风冷一? ?千伏接触发阀组光直接触发阀组,? 。安?水冷一? ? 千伏,? ? ?安水冷一? ?千伏,? ?安阀体。?体积比公? ?体积?千瓦比? ?肠? ?肠?呱?透?肠?肠? ?量比? ? ?肠?肠? ?透一? ?肠? ?肠?肠?肠? !? ?一重幢一一一量数代年 件重部的造阀阀制要研制高出力的 发光 二极管,目前研制成功 的发光二极管的 出力约为?瓦,完全满足光 可控

9、硅 元件的最小触发光输入为? ? 毫瓦的要求。另外,不仅要求发光二极管是高出力的,还要求光出力与光导 纤维的藕合是高效率的。为 此,把集光部 的形状从一般的球形改为新 型的产品结构,其指 向特性可大大提高。表?日立公司制光直接触发可控硅 元件规范一一示一? 一”一” ? ? ?”? ?一姗 ?”?石 引 ?规格反复施加峰值关断电压反复施加反向峰值电压平均导通电流临界导 通电流上升率临界关断电压上升率最小触发光输入导通 电压? ? 千安?娜阻伏伏安安? 微秒伏? 微秒毫瓦伏度?瓦? ? ? ? ? ?。?。? ? ?表?东芝公司制 光可控 硅元 件规范? ? ?乙? ? ? ? ? 石 ? ?

10、己火? ? ? ?习乙? ? ? ? ? ? ? ?伏伏? ?伏伏? ?伏伏 平平 均导通电流流?、? ?安安?安安? ?安安?安安峰峰值 导通电 压压?伏伏?伏伏?伏伏?伏伏关关断时间间? ? ? ?微秒秒? ?微秒秒?微秒秒? ? 微秒秒临临界关断电压上升率率? ? ? ?。伏?微秒秒?。伏?微秒秒?伏?微秒秒? ?。伏?微秒秒临临界导通电流上升率率? ? ? ? ? ?安?微秒秒? ?安?微秒秒? ?安?微秒秒? ?安?微秒秒? ? ? ? ? ?毫瓦瓦瓦?毫 瓦?毫瓦瓦?充? ?气体绝缘的密闭式交直换流 站的研 制?随着直 流输电的不断发展,除了要求提高可靠性之外,还要求缩小换流站的体

11、积与降低造价。但据世界上 现有直流工程运行情况的统计,换流装置的故障其大部分起因于控制装置以及空气中绝缘部分的绝缘击穿。对于控制装置的故障,可依靠数字化、提高元件的可靠性、简化回路、重要回路的多重化等措施来加以解决?详后?而 空气中的绝缘击穿事故,则根据交流全封闭充? 尸?气体的组合式 配 电装置?简称? ? 装置?的运行经验可知,这类装置可 以大大降低空气中的绝缘事故,还可缩小配电装置的尺寸。因而,就考虑到了研制类似交流? ?装置的交直换流站的必要性。要研制这样的装置,认为研制新型 的用? ?。气体绝缘和冷却的阀 ?简称充气式阀?还是必要 的,这种阀与空气绝缘水冷阀、油绝缘油冷阀的性能比较结

12、果如表?所示。一?一一?空空气绝缘水冷式式油绝缘油冷式式习尸?气体绝缘、绝绝缘距离大大大习尸。气体冷 却式式绝绝绝缘距离小、重量大大绝缘距离小、高电压压 化化化化有利利冷冷却性能好大电流化化冷却性能好大电流化化有可 能大电流化化 最最合适适合适适适结结构构迭积式结构、屋内珍?接地油箱式结构、屋外式式接地油箱式结构、屋外式式抗抗震性性出不 磊一鱿危支撑需要专“?强强“微护?衡 霭 聚 毓 留”施从阀厅沙由一气“管部分去联接接容易联接适应性强强可靠 性根据 阀厅 的性能受 周围环境的影响不受周 围 环境的影 响、可靠性高不受周围环 境影响 可靠性 高?更换部件 的单元 较小?组件?空气干净?更换部

13、件的单元 大 ?阀体?维护险查简便运行维护及其它 ?必须有除湿,水质 管理措施?阀需在现场组装?更换部件 的单元 大 ?阀体?。需要对绝缘油的劣化 管理 3.易燃性,油 处理不方便4.阀需要 在现场组装3.阀体在工厂组装,整体运输 4.可缩短换流站的建 设时间有运行经验,可实现高 电压、大电流,为目前 的主犬方 式有一定运行经 验 综合评价对高电压化有利,可 靠性高。适应于气体 缘封闭式换流站,绝 用的可能性很大。来将为了研制这种SF6气体绝缘的密闭式换流站,日本的三菱电机公司 和关西 电力公 司协作,首先进行了在直 流高压 下SF。气体绝 缘特性、冷却特性等的基础 研究以及氧化锌元件的直流耐

14、压特性的研究,并在比基础之上以未来的50 0千伏大容量充气密闭式交直换流站为 目标,进行了产品的研制。迄今己完成12 5千伏的充SF6气体的阀体组件的试制以及1 6千伏,6 00安“背靠背”式 气体绝缘 的密 闭式换流站 的试 品的 研制,还进 行直 流5 00千伏气体绝缘 密闭式交直换流站的概念 设计,论证 了其可行性。3.直 流高压断路器的 研制:为 了在更广的范围内发挥直 流输电的优点,研 制超高压 的直流断路器是令人嘱目以求的。由于直 流 电流没有过零点而给熄灭 电弧造 成困难,因而,关键在于,首先应以某种方式使直 流 电流产生过零点。迄今为 止,欧美、日本等国对直 流高压断路器的研制

15、都做了大量的工作。据日本研究,直流高压断路器从原 理上可分为下列类型:产生反 向电压的方式(由电弧产生反 向电压并限流) (1)限流式l 换流方式(由电吝、电阻等以换流)一产生自激振荡的方式 (把振幅逐渐加大的高频电流迭加到直(2)振荡电流式一,流上,. 傅之产 生 电流的零点)插入 反 向电流的方式(把从预先充电的 电容所产 生的 高频电流迭加于直流 上,使 之产 生电流的零点)。据报导,目前日本已完成了25 0千伏、 20 0安的 直流 高压断路器 的样品的试制。另外,目前进行的直流输电系统,一般都是两端系统,由于换流装置与直流输电线是1比1相对应的,所以在主 干线上可以不装直流断路器,具体工程中采用的例子也没 有。但是,在两端输电系统中,直流高压断路器有时也用于单极输电时的返回线的保护,以提高运行的可靠性。图2为在北海道本州的直流输电工程中采用 直流断路器作为金属 返 回线保护 时的接线示意 图。这种方 式又称为MR P B,使用 它后 当返回线发生接地事故时,可以在不停止运行的情况下除去故障。通常 MR PB回路是由换流断路器C