第1章导论1.1高压直流输电概况1.1.1 交流输电还是直流输电？关于电能的输送方式，是采用直流输电还是交流输电，在历史上曾引起过很大的争论。

美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文都极力主张采用直流输电，而美国发明家威斯汀豪斯和英国物理学家费朗蒂则主张采用交流输电。

在早期，工程师们主要致力于研究直流电，发电站的供电范围也很有限，而且主要用于照明，还未用作工业动力。

例如，1882年爱迪生电气照明公司（创建于1878年）在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。

这一阶段发电、输电和用电均为直流电。

如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路（2kV，1.5kW）；1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯（Moutiers）到里昂（Lyon）的230km直流输电线路（125kV，20MW）等，均为此种类型。

但是随着科学技术和工业生产发展的需要，电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用，社会对电力的需求也急剧增大。

由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P＝IU）。

而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多；而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。

直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。

爱迪生虽然是一个伟大的发明家，但是他没有受过正规教育，缺乏理论知识，难以解决交流电涉及到的数学运算，阻碍了他对交流电的理解，所以在交、直流输电的争论中，成了保守势力的代表。

爱迪生认为交流电危险，不如直流电安全。

他还打比方说，沿街道敷设交流电缆，简直等于埋下地雷。

并且邀请人们和新闻记者，观看用高压交流电击死野狗、野猫的实验。

那时纽约州法院通过了一项法令，用电刑来执行死刑。

行刑用的电椅就是通以高压交流电，这正好帮了爱迪生的大忙。

在他的反对下，交流电遇到了很大的阻碍。

但是为了减少输电线路中电能的损失，只能提高电压。

在发电站将电压升高，到用户地区再把电压降下来，这样就能在低损耗的情况下，达到远距离送电的目的。

而要改变电压，只有采用交流输电才行。

1888年，由费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电。

他用钢皮铜心电缆将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站，在这里降为2500伏，再分送到各街区的二级变压器，降为100伏供用户照明。

以后，俄国的多利沃──多布罗沃斯基又于1889年最先制出了功率为100瓦的三相交流发电机，并被德国、美国推广应用。

事实成功地证实了高压交流输电的优越性。

并在全世界范围内迅速推广。

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。

同时变压器又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。

随着科学的发展，为了解决交流输电存在的问题，寻求更合理的输电方式。

由于直流输电具有远距离海底电缆或地下电缆输电，不同频率电网之间的联网或送电等优点，人们现在又开始采用直流超高压输电。

但这并不是简单地恢复到爱迪生时代的那种直流输电。

发电站发出的电和用户用的电仍然是交流电，只是在远距离输电中，采用换流设备，把交流高压变成直流高压。

这样做可以把交流输电用的3条电线减为2条，大大地节约了输电导线。

如莫桑比克的卡布拉巴萨水电站至阿扎尼亚的线路架空直流输电线路，长1414公里，输电电压为50万伏，可输电220万千瓦。

1954年HVDC输电首次商业性成功地应用于瑞典大陆与哥特兰岛之间的输电线路，这套系统采用汞弧阀，通过90km的水下电缆供给20MW的功率。

从此高压直流输电得到了稳步发展。

随着晶闸管阀的出现，高压直流输电更加具有吸引力。

第一个采用晶闸管阀HVDC系统是于1972年建立的依尔河系统，它是连接加拿大新不伦威克省和魁北克省的一个320MW 背靠背直流输电系统。

晶闸管阀已成为直流换流站的标准设备。

换流设备的新发展，使其体积减小、成本降低，而可靠性得到了提高。

这些发展使高压直流输电得以更广泛地应用，电力电子技术和计算机技术的迅速发展使直流输电技术日趋完善，多端直流输电技术也已取得运行经验。

1.1.2 我国直流输电现状（1）早在50年代初，中国就已关注直流输电，当时政府派人去学习苏联的高压汞弧阀设计制造。

1978年上海投运一条31kV、150A、送电电缆长9km的直流输电试验线，累计运行2 300h。

（2）舟山直流输电工程于20世纪70年代后期开始进行调查研究与可行性分析。

1980年底由中国国家计委和国家科委正式批准建设。

1981年国家科委与浙江省电力工业局、西安电力机械制造公司（简称西电公司）签订了科研总合同。

1982年签订了新产品研制协议与供货合同，由西安电力机械制造公司、北京重型机械厂、红旗电缆厂和上海继电器厂承制。

1984年开始土建，1986年底完成设备安装，1987年进行调试，于同年12月投入试运行，1989年9月1日通过了国家鉴定，并正式投入运行。

该工程的输电距离为54.1km，其中架空线分三段，总长42.1km；海底电缆分二段，总长12km。

第一期工程的规模为：单极直流-100kV，500A，50MW，采用6脉动换流器。

留有扩建二期工程的位置。

最终规模为：双极直流±100kV，500A，100MW。

建设该工程的目的：除了实行大陆向舟山地区供电以外，同时通过工程建设还可促进中国高压直流输电技术的发展。

（3）为了把葛洲坝水电站丰水期多余电力送至上海，1984年10月国家批准建设葛洲坝至上海直流输电工程，于1989年投入运行。

规模为：±500kV、1.2kA、双极额定输送容量1 200MW，线路全长1 045.7km。

设备及技术主要从瑞士BBC公司引进，由中国安装调试。

（4）随着天生桥一、二级水电站的建设，天生桥送广东500kV交流输电线已有二条。

增加一条直流线路，可以利用附加控制功能进行直流调制，以抑制两个电力系统间的功率振荡，同时可以增加原有交流联网线路的输送容量。

天广500kV直流输电工程西起贵州安龙马窝，东至广州北郊，该线1998年4月16日开工，由西门子公司总承包，总投资39.8亿元。

规模:±500kV、1.8kA、双极额定容量1 800MW，线路全长980km。

该线已于2000年12月底单极投产，2001年6月26日双极投产。

工程有所创新，采用了有源直流滤波器、直流光纤电流互感器、合成材料穿墙套管等，同时，在工程质量、造价控制、建设速度以及调试方面都是国内最好水平。

（5）三峡至常州±500kV直流输电工程西起宜昌龙泉，东至常州政平，全长890km，额定输电容量3 000MW，2002年单极投运，2003年双极投运。

直流线路采用ASCR-720/50四分裂导线，是我国采用截面最大的导线。

随线架设OPGW复合地线光缆一条，不但提供快速、可靠的远动信号，完善了调度通信功能，还可望在东西部之间架起信息高速公路。

（6）随着三峡电站将于2003年开始投运，国家电力公司部署了“西电东送、南北互联、全国联网”的方针。

全国互联电网的基本格局是：以三峡输电系统为主体，向东西南北方向辐射，形成以北、中、南送电通道为主体，南北电网间多点互联，纵向通道联系较为紧密的全国互联电网格局。

北、中、南三大片电网之间原则上采用直流背靠背或常规直流隔开，以控制交流同步电网的规模。

另一方面，随着西部开发号角的吹响，龙滩、公伯峡、洪家渡、索风营、乌江渡扩机、百色水利枢纽、紫坪铺水利枢纽等水电工程的开工，以及后继工程小湾、三板溪、溪洛渡、景洪、瀑布沟、拉西瓦、彭水等正在编制可行性研究，预计今后十几年内直流输电项目不少。

“十五”期间安排了7项直流输电工程。

除三峡至常州外，荆州至惠州博罗响水镇±500kV、3000MW、940km工程已由ABB公司中标，将于2005年投运；安顺至肇庆±500kV、3 000MW、980km工程已由西门子公司中标，也将于2005年投运；稍后开工的还有三峡至上海练塘±500kV、3 000MW工程；作为大区互联的直流背靠背工程，将有陕西至河南灵宝、邯郸至新乡、东北至华北项目，其中灵宝直流换流站，额定容量为360MW，已被列为直流输电国产化的依托工程，后两项目的规模及落点也将在近期内明确。

1.1.3 已采用的直流输电类型以下是已采用的高压直流输电的类型：(1)超过30km左右的水下电缆。

由于电缆的大电容需要中间补偿站，对这么长的距离来说，交流输电是不切实际的。

瑞典FENNO－芬兰SKAN，横跨海峡，采用220km长的电缆。

(2)两个交流系统之间的异步联接。

由于直流系统稳定性问题或两系统的额定频率不同，在这钟情况下也不适宜采用交流联接。

另外，两大系统逐渐发展需要互联，它们虽有相同的频率，有时却不同期，采用直流互联也是常用手段。

这两种情况在美国最多见，其它(印度、日本、欧洲等)地方也采用。

(3)大容量远距离架空线输电。

超过700km距离时，用高压直流输电替代交流输电，极具竞争力．美国BPA系统、加拿大纳尔逊河输电系统、我国的葛上直流工程和天广直流工程均属此类型。

高压直流输电系统具有快速控制传输功率的能力。

因此，对于与交流电力系统有关的稳定性问题，HVDC系统有明显的影响。

理解HVDC系统的特性，对于电力系统的运行和稳定控制都是极其重要的。

尤为关键的是，HVDC控制的正确设计是使整个交、直流系统具有满意运行性能的重要保证。

1.2 高压直流输电运行特性及其与交流输电的比较电力系统规划人员在对直流输电和交流输电两种方式进行比较时，应当考虑以下因素：(1)技术性能；(2)可靠性；(3)经济性．随着负荷增长而不断扩展是电力系统的主要特点之一。

这就要求在建立一条特定的输电线路时，应当将其作为整个系统长期规划的一部分来考虑。

1.2.1 技术性能高压直流输电系统具有下列运行特性：（1）功率传输特性。

众所周知，随着输送容量不断增长，稳定问题越来越成为交流输电的制约因素。

为了满足稳定问题，常需采用串补、静补、调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电电压。

但是，这将增加很多电气设备，代价是昂贵的。

直流输电没有相位和功角，当然也就不存在稳定问题，只要电压降、网损等技术指标符合要求，就可达到传输的目的，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。

（2）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0.4～0.8s，加上重合闸时间，约0.6～1s恢复。

直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降到0，迫使直流电流降到0，故障电弧熄灭不存在电流无法过0的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35s内。