【文章內容簡介】 大地回線方式 單極連接是用一根架空導線或電 纜線，以大地或海水作為返回線路組成直流輸電系統(tǒng)。如圖 (a)所示這種方式。由于正常運行時電流需流經(jīng)大地或海水，因此要注意接地電極的材料、埋設方法和對地下埋設物的腐蝕以及對地下通訊線路、航海羅盤的影響等問題，通常用正極接地方式較多。 圖 (a) 單極大地回線方式接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng) （ 2）單極金屬回線方式單極金屬回線方式是利用兩根導線構成直流側的單極回路，見圖 （ b） ,其中一根低絕緣的導線（也稱金屬返回線）用來代 替單極大地回線中的地回線。這種方式避免了電流從大地或海水中流過，又把某一導線的電位鉗位到零。其缺點是當負荷電流在流過導線時，要產(chǎn)生不小的電壓降，所以仍要考慮適當?shù)慕^緣強度。這種方式大多用于無法采用大地或海水作為回路以及作為雙極方式的過渡方案。 32 7 圖 (b) 單極金屬回線方式接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng) 此外，當雙極直流輸電工程在單極運行時，還可以接成雙導線并聯(lián)大地回線方式，其接線圖如圖 （ c）所示。 圖 （ c）雙導 線并聯(lián)大地回線方式接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng) 雙極線路方式有兩根不同極性的導線，即一正一負?？删哂写蟮鼗芈坊蛑行曰芈罚质鋈缦拢? （ 1）雙極兩端中性點接地方式如圖 (a)所示這種方式是將整流站和逆變站的中性點均接地，雙極對地電壓分別為 +V 和 V。正常運行時，接地點之間沒有電流通過。實際上，由于兩側變壓器的阻抗和換流器控制角的不平衡，總有不平衡電流以大地作為回路流過。當一線路故障切除后，可以利用健全極和大地作為回路， 維持單極運行方式。 圖 (a)雙極兩端中性點接地方式接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng) （ 2）雙極一端中性點接地方式這種運行方式如圖 (b)所示，它是在整流側或逆變側中性點單端接地，正常運行時和上述方式相同。但是一線故障時，就不可以繼續(xù)運行32 8 了。 圖 (b)雙極一端中性點 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng)接地方式接線圖 （ 3）雙極金屬中性線方式將雙極兩端的中性點 用導線連接起來，就構成雙極中性線方式，見圖 (c)所示。這種方式是在整流側或逆變側任一端接地，當一極發(fā)生故障時，能用健全極繼續(xù)輸送功率，同時避免了利用大地或海水作為回路的缺點。這種方式由于增加了一根導線，在經(jīng)濟上將增加一定的投資。 圖 (c)雙極金屬中性線方式接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4直流輸電線路； 5接地極系統(tǒng)； 6兩端交流系統(tǒng) （ backtoback）”換流方式 如圖 所示，沒有直流輸電線路，而將整流站和逆變站建在一起的直流系統(tǒng)稱為“背靠背”換 流站。這種方式用于不同額定頻率或者相同額定頻率非同步運行的交流系統(tǒng)的互聯(lián)。背靠背直流輸電系統(tǒng)的主要特點是直流側可以選擇低電壓大電流，可充分利用大截面晶閘管的通流能力，同時直流側設備也因直流電壓低而使其造價也相應降低。背靠背直流輸電由于整流器和逆變器均裝設在一個閥廳內，直流側諧波不會造成對通信線路的干擾，因此可降低對直流側濾波的要求，省去直流濾波器，減小平波電抗器的電感值。這樣，整個直流系統(tǒng)的絕緣費用可以降低，有色金屬的消耗量和電能耗損較少。目前世界各國己修建和準備投建的“背靠背”直流工程較多，其主要優(yōu)點是有 利于系統(tǒng)增容時限制短路容量，從而不致更換大量的電氣設備。背靠背 HVDC 系統(tǒng)可根據(jù)互聯(lián)32 9 的目的和要求的可靠性而設計成單極或雙極運行。大多數(shù)點對點 (兩端 )帶線路的 HVDC輸電系統(tǒng)是雙極的，只在偶發(fā)事故時作單極運行。 圖 背靠背換流站原理接線圖 1換流變壓器； 2換流器； 3平波電抗器； 4兩端交流系統(tǒng) 高壓直流輸電系統(tǒng)的元件 HVDC系統(tǒng)主要由換流站 (有整流站和逆變站 )和 HVDC線路組成，主要包括換流器、直流平波電抗器、交直流濾波器、無功補償裝置、直流輸電線路以及電極。下圖是一個雙極聯(lián)絡線系 的基本組成元件示意圖，其他類型的接線，其主要元件與此圖所示基本相同。下面分別介紹如下： 圖 兩端高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設備 圖 中主要設備如下： (1)換流變壓器。換流變向閥橋提供適當?shù)燃壍牟唤拥厝嚯妷涸础Ｓ捎谧儔浩鏖y側32 10 不接地，直流系統(tǒng)能建立自己的對地參考點，通常將閥換流器的正端或負端接地。 (2)換流器 (閥橋 )。它們完成交 直流和直一交流轉換。換流器包括 6 脈動或 12 脈動安排的高壓閥。 (3)直流平波電抗器。這些大電抗具有很大的電感值，可以降低直流線路中的諧波電壓和電流，防止逆變器換相失敗， 防止輕負荷電流不連續(xù)，限制直流電流短路期間整流器中的峰值電流。 (4)諧波濾波器。換流器在運行時在交流和直流兩側均產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，這些諧波會導致電容器和附近的電機過熱，并干擾遠動通信系統(tǒng)。因此，在交流側和直流側都裝有濾波裝置。交流濾波器一般安裝在換流變壓器的交流側母線上。對單橋用交流濾波器吸收 6n177。 1 次諧波，對雙橋吸收 12n177。 1 次諧波。直流濾波器一般安裝在直流線路兩端，用來降低流入直流線路和接地極引線中的諧波分量。單橋時吸收 6n 次諧波，雙橋時吸收 12n 次諧波。 (5)無功補償裝置。直流換流器運行時需要消耗大量的無功功率。穩(wěn)態(tài)條件下，換流器所消耗的無功功率占傳輸功率的 40％～ 60％左右，而暫態(tài)情況下無功功率消耗更大。因此，必須在換流器附近提供無功電源。對于強交流系統(tǒng)，通常采用并聯(lián)電容補償?shù)男问?。根?jù)直流聯(lián)絡線和交流系統(tǒng)的要求，部分無功電源可采用同步調相機、無功補償電容器、交流并聯(lián)電抗器和靜止無功補償器等來提供。用作交流濾波的電容也可提供部分無功功率。 (6)電極。大多數(shù)的直流聯(lián)絡線設計采用大地作為中性導線，至少在較短的時間內是這樣。與大地相連接的導體需要較大的表面積 ，以便使電流密度和表面電壓梯度最小，這個導體被稱為電極。如果必須限制流經(jīng)大地的電流，可以用金屬性回路的導體作為直流線路的一部分。 (7)直流輸電線路。它們可以是架空線，也可以是電纜。背靠背直流輸電工程可以沒有直流輸電線。除導線數(shù)目和所需空間外，直流線路在其他方面與交流線路十分相似。 (8)交流斷路器。為了排除變壓器故障和使直流聯(lián)絡線停運，在交流側裝有斷路器。由于直流系統(tǒng)故障可以通過換流器的控制更快地切除，所以交流斷路器一般不用來切除直流系統(tǒng)的故障。 換流器的工作原理 換流技術是指交流電力與直流電力之間 相互交換的技術。換流器是實現(xiàn)這種交直流變換的主要設備，是直流輸電系統(tǒng)中的重要組成部分。換流器的主要元件是閥橋和換流變壓器。安裝在換流站內的換流器既可以運行于將交流變成直流的整流狀態(tài)，也可運行于反向變換的逆變狀態(tài)。運行于前一種狀態(tài)的換流器稱為整流器，運行于后一種狀態(tài)的32 11 換流器稱為逆變器。 換流器的基本電路 換流電路有多種可選擇的結構，為保證閥截止時閥上的反向峰值電壓較低，更充分地利用換流變壓器，高壓直流換流器采用三相全波橋式電路為基本模塊，即 6 脈動換流電路。此外，比較常用的還有 12 脈動換流電路，但由于 12 脈動換流器是由兩個 6 脈動換流器串聯(lián)而成，因此可用 6 脈動換流器來進行原理分析，其原理接線圖如圖 所示。其中， ea、 eb、 ec 為等值交流系統(tǒng)的基波正弦相電動勢， 為每相的等值換相電抗，Ld 為平波電抗值。為了闡述簡潔明晰，在以下的分析中若非特殊說明采用如下假設條件： (1)三相交流電源的電動勢是對稱的正弦波，頻率恒定。 (2)交流電網(wǎng)的阻抗是對稱的，而且換流變壓器的激磁導納忽略不計。 (3)直流側平波電抗器具有很大的電感值，使直流側電流濾波后其波形是平直的，沒有波紋。 (4)閥的特性是理想的，即通態(tài)正向 壓降和斷態(tài)漏電流可忽略不計。 (5)三相六個閥以 l/6 周期 (60176。 )的等相位間隔依次輪流觸發(fā)導通。 32 12 圖 六脈動整流原理接線圖 目前，直流輸電工程廣泛采用的晶閘管換流閥的特點有：①換流閥的單向導電性。換流閥只能在陽極對陰極為正電壓時，才單方向導通．不可能有反向電流。即直流電流不可能有負值。②換流閥的導通條件是陽極對陰極為正電壓和控制極對陰極加能量足夠的正向觸發(fā)脈沖兩個條件，必須同時具備，缺一不可。換流閥一旦導通，它只有在具備關斷條件時才能關斷，否則一直處于導通狀態(tài)。③換流閥的控制極無關斷能力，只有當流經(jīng)換流閥的電流為零時，它才能關斷（惟一的關斷條件），是靠外回路的能力來進行關斷的。換流閥一旦關斷，只有在具備上述兩個導通條件時，才能導通，否則一直處于關斷狀態(tài)。因此，以上基本概念對人們分析換流器的正常工況和故障工況都是很有用的。 六脈動整流器的工作原理 所謂理想情況是指同一時刻換流橋上、下半橋各有且僅有一個閥導通，不考慮變壓器漏抗造成的疊弧，也不考慮閥導通時的觸發(fā)延遲。此時，每一段導通的閥及輸出整流電壓的情況如表 所示。由該表可見， 6 個閥的導通順序為 V1 一 V2 一 V3 一 V4 一V5 一 V6。 32 13 表 單橋整流器等值電流閥工作情況 時段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 共陰極組中導通的閥 V1 V1 V3 V3 V5 V5 共陽極組中導通的閥 V6 V2 V2 V4 V4 V6 整流輸出電壓 Vd eaeb=eab eaec=eac ebec=ebc ebea=eba ecea=eca eceb=ecb 整流器的輸入、輸出波形如圖 所示。 圖 、輸出電壓波形 (a)直流端 m、 n對中性點的波形 (b)直流輸出電壓的波形 輸入波形中的 C1～ C6 為自然換相點。由圖 可知，理想情況下整流電路的工作特點為： (1)每個時刻均需 2 個晶閘管同時導通，從而形成向負載供電的回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，一個是共陽極組的，且不為同一相的晶閘管。 (2)對觸發(fā)脈沖的要求： 6 個晶閘管的脈沖按 V1— V2 一 V3 一 V4 一