直流输电精品课件

1、关于直流输电第一张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 最后选其中最大的D值作为实际的空气间距，由此确定横担长度和两根极导线间的距离。 应该注意的是：在计算雷电过电压所要求的D3min时，不应简单套用交流线路的做法，即要求D3min的临界冲击击穿电压U50和绝缘子串的临界冲击闪络电压UCFO相配合。如取配合比为0.85，则第二张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 上述配合方法之所以不能应用于直流线路，其原因是：直流线路绝缘子串的片数系按直流工作电压下不发生污闪的要求选得，由于直流电压下集尘效应强，污染使直流闪络电压下降较多，因而直流线路所采用的泻漏比距和总泄漏距离要比同电压等级的交流

2、线路大得多。但是表面污染并不会使绝缘子串的雷电冲击闪络电压有大的降低，因而按直流工作电压的要求选得的绝缘子串，在冲击电压下往往处于“过绝缘”状态，如果再要求空气间距和这种“过绝缘”的绝缘子串相配合，显然是不合理的。即使取配合比等于0.85，仍将使选得的空气间距过大，不必要地增加了杆塔的钢材消耗量和线路投资。第三张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 在一般情况下，直流架空线路的塔头空气间距取决于内部过电压的要求，选取方法如下。 (1)确定直流线路的内部过电压计算值。 通常可取直流线路的内部过电压计算倍数等于1.7，如考虑最大工作电压可能比额定电压Udc高出5，则内部过电压计算值为： Us1

3、.7X1.05XUdc1.8Udc (2)经过修正的内部过电压计算值为: Us=KcKsUs=1.8KcKsUdc式中 Kc裕度系数，可取1.151.20； Ks操作波形换算系数，可取1.1。 如有足够可靠的“导线一杆塔”气隙的操作冲击击穿特性可资利用，即可查得相应的最小空气间距D2min值，并进而确定应有的塔头空气间距D之值。第四张，PPT共二十三页，创作于2022年6月Udc（kV）D2min（m）2501.24002.155002.96004.07506.0塔头最小间距400kV T型单柱自立杆塔（单位：mm）500kV T杆塔（单位：m）第五张，PPT共二十三页，创作于2022年6月

4、总之，直流架空线路塔头空气间距的选择，一般取决于内部过电压的要求，由于直流输电系统中内部过电压的倍数小于交流系统的倍数，所以直流线路的塔头空气间距可取得比交流线路更小一些，这是直流线路的优点之一。 第六张，PPT共二十三页，创作于2022年6月6、直流架空线路的杆塔 在已有的直流输电工程中，有两种双极杆塔结构获得比较广泛的采用，一种是T型单柱自立杆塔，另一种是单柱带拉线杆塔。 单极直流架空线路的杆塔结构是很特别的，如图为某直流输电系统的533kV单极铁塔，水平横但上悬挂极导线，向上倾斜的横担则用来悬挂避雷线。第七张，PPT共二十三页，创作于2022年6月4.3 直流电缆线路1、概述 在许多场合

5、必须采用电缆线路，成为选用直流输电的决定性因素。 在己建成投运的直流电缆线路中，绝大部分用作海岛供电或跨海峡联网。 由于特殊原因(例如需要跨越水域、难以解决架空线路走廊用地问题等等）而不得不采用电缆来送电时，往往需要采用直流输电，其主要理由如下： 第八张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 首先，电缆在直流电压作用下的绝缘强度几乎等于交流下的三倍，所以同样一根电缆用于直流输电，其工作电压可取得比交流输电时高得多，输电容量亦相应增大；由于这个原因，再加上电缆本身的制造价格十分昂贵，所以电缆线路的交、直流输电等价距离要比架空线路小得多(只有几十公里)。 其次，众所周知，电缆的电容是相当大的，因

6、此交流下的电容电流也很可观，每相电容电流为式中C0单位长度电缆美相的电容量（F/km）； l 电缆长度（km）； U额定电压（V）。第九张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 电流Ic通过缆芯，势必减小它的有效负载能力。因此，当需要敷设的电缆长度超过一定数值(例如3540km）时，如果用于交流下必然出现电容电流将占用电缆线芯的全部有效负软能力。 实际上，对每一种交流电缆都可以求出某一临界长度lcr，这时的电容电流Ic正好等于容许负载电流Ip，所以 由此可知，临界长度随电压的提高而缩短，在一般条件下，其数量级只有数十公里。与此形成对照的是直流电缆的容许长度几乎投有什么限制，因为在直流下，其稳

7、态电容电流仅由纹波电压所引起，数值甚小。第十张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 除了上述主要优点外，在跨越海蛱的场合采用直流电缆输电还有一个好处即在必要时，可仅用一根单芯电缆利用海水作为回流电路，来输送一定电力。第十一张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 目前实际使用的高压直流电缆有下列几种： (1)粘性浸渍纸绝缘电缆。这种直流电缆采用得最早，也用得最名。它的结构简单。价格也较便宜但其工作场强只能达到25kVmm左右，这一限制决定了这种电缆的工作电压只能制造到250300kV为止。这种电缆适合于作长距离海底敷设，因为它不需要附加的供油或供气设备，而且海水的良好冷却作用能避免浸渍剂

8、的流动。这种电缆不宜作大落差敷设，因为在这种条件下运行，容易发生浸渍剂的流失。 (2)充油电缆。它具有较好的绝缘性能、较高的工作场强和较高的运行温度。所以，当额定电压超过250kV时，大多采用这种电缆。近年来，由于较好地解决了长距离供油技术问题，更加扩大了它的应用范围。第十二张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 (3)充气电缆。它的电介质通常选用高密度浸渍纸再充以压缩气体(例如氮气)组成，有较高的绝缘强度，其工作场强可达25kVmm以上。它适宜于作长距离海底敷设及大落差敷设。但是，由于增大充气压力并不能使绝缘的冲击击穿场强显著提高，而对电缆及其附件的密封性与机械强度却提出了很高的要求，所

9、以它没有获得广泛的采用。 (4)挤压塑料电缆。这种电缆的绝缘层采用挤压成型的聚乙烯或交联聚乙烯，结构简单而坚固，工艺过程山简单。用作海底电缆是比较合适的。 总的来说，实际采用的直流电缆绝大多数是粘性浸渍纸绝缘电缆与充油电缆。但是，挤压塑料电缆由于在某些方面具有突出优点，所以在近年来亦受到广泛的注意。第十三张，PPT共二十三页，创作于2022年6月2、直流电缆绝缘工作条件的特点 直流电缆及其接头盒和交流电缆及其接头盒的工作条件差别很大，尤其是它们的绝缘层中的介质现象迥然不同。说明直流电缆绝缘工作条件特点的最好方法是将交、直流电缆进行对比。 （1）电位分布 在交流电缆的情况下，介质中的电位分布取决

10、于电容率(单位与电容率成反比关系)，而在直流下，稳态电位分布取决于电阻率(正比关系)，这是一个首要的特点。 第十四张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 当温度和电场强度在运行条件的范围内变化时，电容率基本上保持不变，不受影响，可见交流电缆中的电位分布几乎和温度及场强无关。与此相反，在直流电缆的情况，绝缘电阻与温度和场强的关系很密切。当缆芯中流过负荷电流时，绝缘层内各处的温度不等，因而电位分布也随之发生显著的空化。另一方面，当电缆受到过电压(它们随时间而快速变化)的作用时，电位分布却又取决于电容率 ，而不是取决于绝缘电阻。因此，直流电缆的电位分布问题要比交流电缆复杂得多，必须对无负荷、有负

11、荷、直流工作电压、过电压等不同情况分别考虑。在油浸纸绝缘电缆中，由于纸和油的电阻率与电容率各不相同，所以在直流电压下，强电场出现在纸质部分；而在电压瞬时大幅度变化或过电压下，则出现在油层部分。第十五张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 （2）最大电场强度 在交流电缆中，最大场强总是位于电缆芯线表面处；而在直流电缆中，最大场强可以出现在电缆芯线表面处，也可以出现在绝缘层外边界处(如有铅包护套时，即出现在铅包内表面)，视温度或温度梯度的条件而定。通常在空载时，最大场强位于导电芯线外表面，带负荷时转移到铅包内表面，如图所示。在电压瞬时大幅度变化或过电压下，最大场强一般均出现在芯线侧。直流电缆中

12、的电场强度第十六张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 （ 3）耐压强度 电缆绝缘的直流耐压强度要比交流耐压强度大得多，所以直流电缆的工作场强往往可取之等于交流电缆的2 .02.5倍，甚至更大。这是直流电缆的突出优点之一。 （4）温度极限 交流电缆的温度极限是按材料的物理特性与敷设方式规定出来的，而直流电缆的温度极限不仅受到材料与结构的限制，而且还取决于温度改变时介质中场强的变化情况。 第十七张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 （5）作用电压 除了直流电压外，直流电缆绝缘在运行中还会受到和交流系统中相似的雷电过电压(全程均用直流电缆的线路例外)和某些内部过电压的作用。尤其要强调的是

13、：在直流系统中还会出现一些特有的内部过电压(例如直流电压分量和操作波叠加在一起的内部过电压)和潮流反向使电压极性反转等特殊工作条件，这是在研究直流电缆绝缘问题时必须特别注意的。第十八张，PPT共二十三页，创作于2022年6月3、高压直流电缆的结构 （1）导电芯线 导线芯线的材料一般为铜。截面积按额定电流、允许电压、短路容量等因素选定。在选择芯线结构肘，应着重考虑发生故障时海水通过芯线内缝隙渗透的问题，一般可采取压紧、焊接、涂水密材料等堵水措施。 （2）绝缘层 直流电缆绝缘层的厚度取决于所用的绝缘材料与绝缘结构，并应满足以下四方面的要求：在额定直流电压下，空载时芯线表面处的场强应在允许值以下；在

14、额定直流电压下，在最大允许超载时铅包内表面处的场强应在允许值以下；能耐受冲击试验电压的作用；在额定电流下，芯线表面处的温度不超过允许值。第十九张，PPT共二十三页，创作于2022年6月 （3）外护层 电缆外护层结构的选择和敷设条件有关，直流电缆大多为水下敷设，所以下面以海底电缆为例进行介绍。海底电缆外护层包括：金属护套：从耐蚀性、可挠性等要求出发，海底电缆不宜用铝护套，而希望用铅包，铅护套的厚度一般为2.53.0mm；防蚀层：通常只要加一层由塑料制成的护套，即可防止电腐蚀，但一旦苏塑料防蚀层受损伤，将出现局部性的加速腐蚀，所以有些电缆用浸沥青绝缘胶的纸带组成轻防蚀层，或在几层橡胶带之间涂上沥青绝缘胶。 第二十张，PPT共二十三页，创作于2022年6月铠装：由于海底电缆在敷设过程中会受到很大的张力，敷设后会受到潮汐、波浪的磨损，锚具、渔具等也可能造成外伤，所以对于海底电缆的铠装必须十分重视，一般可用直径为68mm的镀锌钢丝作铠装，受外伤的可能性较大者，更需采用双层铠装。 海底电缆在敷设和捞起检修时，由于电缆的自重很大，会使电缆受到很大的机械应力：同时，在复杂的海洋环境中，电缆还会受到海水、海洋生物等的侵蚀、潮水和波浪造成的磨损和锚具与渔具的伤害。这一切都对海底电缆的外护层提出了很高的要求。实际运行经验表明，外护层的质量直接影响海底电缆的使用寿命何运行可靠性。第二