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电网“高铁”装刹车了!全球首个高压直流断路器投运

北极星智能电网在线  来源:中国能源报  作者:王旭辉 程宇婕  2016/12/30 9:04:03  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:12月29日,国家电网公司自主研发制造的200千伏高压直流断路器在浙江舟山投运,成功应用于舟山五端柔性直流输电工程中。

柔性直流输电具有独立调节有功及无功功率等特点,构建柔性直流电网对于大规模新能源并网、提高电网大规模远距离输电能力、提高配电网供电的灵活性及可靠性意义重大,将给新能源的高效利用及电网发展带来革命性的变化。

直流断路器是实现柔性直流电网故障元件快速隔离、构建直流电网的关键设备,如果缺少直流断路器,一旦在换流站或输电线路上发生短路故障,整个柔性直流电网系统将全部闭锁退出运行,待故障元件隔离后才能恢复运行,大大降低了供电可靠性,严重制约了柔性直流输电技术的发展及应用。

大功率直流输电不同于目前的交流输电,电流及电压连续不间断,相当于高速奔驰的高铁列车,能量巨大。柔性直流电网设备故障时短路电流上升极快,为确保设备安全及系统安全运行,要求直流断路器在数毫秒(3毫秒以内)内断开故障电流、隔离故障点,这相当于将一列高速奔驰的列车在几毫秒的时间停下来,难度极大,现有的开断技术无法满足要求。如何解决大功率直流开断,长期以来困扰着国内外学术界和工程界,因此被誉为电力技术领域的百年难题。

舟山200千伏高压直流断路器作为全球首个投入工程应用的高压直流断路器,整体技术水平达到国际领先,工程成功投运是我国在直流输电领域持续创新的重要里程碑。该断路器基于超高速机械开关和级联全桥模块混合,可实现双向故障电流的快速断开,整体控制简单,可靠性高,可在3毫秒内,断开一条200千伏高压直流输电线路产生的高达15千安的故障电流,速度比人类眨眼还要快100倍。

200千伏高压直流断路器在工程领域的首次示范应用,为后续的±500千伏张北柔性直流电网示范工程的建设奠定了坚实基础,对我国直流电网的加快发展、大规模新能源的高效并网消纳、抢占高端电工装备制造业制高点具有重要意义。

一是推动直流电网加快发展,提高交直流电网安全稳定性。

直流输电损耗低,特别适用于远距离传输,如果将直流线路连成网络,将给能源的高效利用带来革命性的变化,加装直流断路器后,断路器可以快速切断故障电流,对直流输电系统和直流电网的安全可靠运行有着极其重要的作用。同时,直流电网作为未来电网的重要发展方向,可以与目前技术成熟的交流电网形成互补,有力推动电网互联互通进程。

二是支撑新能源高效并网消纳,提高配电网供电灵活性。

200千伏高压直流断路器在柔性直流工程的成功应用,也对我国新能源的发展具有重要示范作用。柔性直流输电具有独立调节有功及无功功率等特点,构建柔性直流电网对于大规模新能源并网、提高电网大规模远距离输电能力、提高配电网供电的灵活性及可靠性意义重大。柔性直流输电配置断路器之后,将提高新能源并网与外送工程运行可靠性与灵活性,有力支撑新能源高效并网和消纳。

三是推动我国电工装备制造业抢占世界制高点。

200千伏高压直流断路器作为我国电工装备制造业的世界级成果,将极大推动直流输电技术的快速发展,从而带动功率半导体、高压开关等产业技术发展和制造工艺提升,构建高压直流技术装备产业链,带动我国电力电子与电工装备制造业的进步,抢占电工装备制造业制高点,推进“一带一路”建设等战略的实施。

名词解释

舟山五端柔性直流输电工程

舟山五端柔性直流输电工程是目前世界上运行的电压等级最高、端数最多、单端容量最大的多端柔性直流输电工程。该工程共建有舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋5座换流站,总容量100万千瓦。工程于2014年7月4日正式投运,累计输送电量近5亿千瓦时。工程在舟山岛际间架起了一个直流互联电网,提升了海岛电网供电可靠性,改善了舟山电网的风电消纳能力,实现了舟山北部各个岛屿间的电网互联互通。

高压直流断路器

直流断路器能够快速断开直流系统中的短路故障电流,切断故障线路并实现换流站与故障点隔离,是构建直流电网的关键设备,将有力推动直流输电技术的从两端直流、多端直流,再进一步发展到直流电网阶段。

国家电网公司研发的高压直流断路器创造性地提出了超高速机械隔离开关与大功率IGBT全桥级联组件相结合的技术路线,解决了固态直流断路器高损耗的缺陷,有效地克服了机械断路器开关速度的限制难题,实现了电气与机械结构的模块化设计,研制的高压直流断路器可以在3毫秒内断开一条200千伏高压直流输电线路产生的高达15千安故障电流,性能指标达到国际领先水平,具备以下优点:

1.切断速度快。能在3毫秒内快速隔离直流线路故障,无须跳开交流侧断路器,实现故障近端换流站快速重启动,从而实现换流站灵活投退,提高多端直流及直流电网运行的经济性和可靠性。

2.可靠性高。能大幅降低故障电流对换流站设备和交流系统的冲击,实现故障后直流子系统稳定运行和网络重构,保障系统设备安全。

3.适应性好。采用紧凑的模块化设计,具备良好的动态均压和关断过冲抑制能力,降低了对IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)器件一致性的苛刻要求,整体控制简单,扩展性强、适用性好,有利于多端直流及直流电网的扩建。

此前,ABB和Alston曾相继宣布完成了80千伏、120千伏高压直流断路器的原理样机研制工作。以下为相关企业研制的高压直流断路器参数比较:

原标题:电网“高铁”装刹车了!全球首个投入工程应用的高压直流断路器在舟山投运

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