Manutenção e teste de linha de transmissão UHVDC School of Electrical and Electronic Engineering 特高压直流输电线路维护与检测 Manutenção e teste de linha de transmissão UHVDC 王胜辉 Wang Shenghui 华北电力大学 North China Eletric Power University 2015.7.30

特高压直流输电线路维护与检测 (Manutenção e teste de linha de transmissão UHVDC) 0.绪论 (Introdução) 1.特高压直流输电线路防雷(Proteção de linha de transmissão UHVDC contra raios) 2.特高压直流输电线路防污闪与防冰闪(Proteção de pollution flashover e icing flashover de linha de transmissão UHVDC) 3.特高压直流输电线路监测与检测技术 (Tecnologia de monitoramento e teste de linha de transmissão UHVDC) 4.特高压直流输电线路带电作业( Trabalho em tensão de linha de transmissão UHVDC)

0.1直流输电的发展概况 (Breve introdução de desenvolvimento de transmissão DC) 国外发展： (Desenvolvimento estrangeiro) 世界上最早的直流输电是用直流发电机直接向直流负荷供电。1882年，法国物理学家德普勒用装设在米斯巴赫煤矿中的直流发电机，以1.5~2.0kV电压，沿着57km的电报线路，把电力送到在慕尼黑举办的国际展览会上，完成了有史以来的第一次直流输电试验。(Primeira transmissão HVDC do mundo foi diretamente fornecida à carga DC pelo gerador DC. Em 1882, o físico francês Pule transmitiu energia de gerador DC instalado em mina de carvão de Miesbach para a exposição internacional em Munique por corrente contínua a 1,5 ~ tensão 2.0kV, ao longo de 57 km de linhas telegráficas, completou o primeiro teste de transmissçao DC da história. ) 1912年采用直流发电机串联的方法，将直流输电的电压、功率和距离分别提高到125kV、20MW和225km。但直流电源和负荷均采用串联方法，运行方式复杂，可靠性差，因此直流输电在当时没有得到进一步的发展。(em 1912, usava-se método série de geradores DC, aumentaram tensão, potência e distância de transmissão DC para 125kV, 20 MW e 225 km. No entanto, ambas a fonte de alimentação DC e carga utilizavam método série, a forma de operação era complicada, era pouco confiável, portanto, transmissão DC não entrou em maior desenvolvimento.)

0.1直流输电的发展概况 (Breve introdução de desenvolvimento de transmissão DC) 20世纪50年代大功率汞弧阀的问世，推动了直流输电在工程领域的应用。但因其制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、可靠性较低、运行维护不方便，限制了直流输电的进一步发展。( Nos anos 50 de século 20, a invenção de válvula de vapor de mercúrio de alta potência promoveu aplicão de HVDC em engenharia. No entanto, por causa de tecnologia complexa de fabricação, preço alto, taxa alta de falha de arco inverso, baixa confiabilidade, operação e manutenção inconveniente, o desenvolvimento de transmissção DC foi limitado.) 20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术迅速发展，高压大功率晶闸管、微机控制和保护、光电传输技术、水冷技术、氧化锌避雷器等新技术，在直流输电工程中得到了广泛的应用，促使高压直流输电技术得到了较快的发展。(Depois de anos 70 de século 20, a tecnologia eletrônica de poder e tecnologia micro-eletrônica desenvolveu rápidamente. As tecnologias novas como tiristores de alta potência e alta tensão, controle e proteção de microprocessador, tecnologia de transmissão óptica, tecnologia de resfriamento de água, pára-raios de óxido de zinco, foram aplicadas amplamente em projeto de transmissão DC, o que promoveu o desenvolvimento rápido da tecnologia HVDC)

0.1直流输电的发展概况 (Breve introdução de desenvolvimento de transmissão DC) 1954~2000年，全世界投入运行的高压直流输电工程总数近100个，总容量超过70000MW。其中±450~±600kV直流输电工程有20多条。(1954~2000, havia Cerda de 100 projetos HVDC que estavam no funcionamento no mundo, com uma capacidade total mais de 70000MW. Entre si, havia mais de 20 projetos de transmissão DC de ± 450 ~ ±600kV) 直流输电工程输送容量年均增长率： (Taxa de crescimento média anual da capacidade dos projetos de transmissão DC) 1960~1975年：460MW/年 (1960~1975：460MW/ano) 1976~1980年：1500MW/年 (1976~1980：1500MW/ano) 1981~1998年：2096MW/年 (1981~1998：2096MW/ano) 2000年后增长率不断提高 (Após 2000, a taxa de crescimento tem aumentado continuamente)

直流换流原理示意图 Diagrama de teoria de conversor DC Linha neutra Linha AC

Linha de transmissão DC 直流输电系统的基本原理和元件 (teoria básica e componente de sistema de transmissão DC) 9 3 2 1 直流输电线路 Linha de transmissão DC 7 交流系统Ⅰ Sistema AC 1 换流站1 Estação conversora 1 换流站2 Estação conversora2 交流系统Ⅱ Sistema AC II 5 4 8 6 10 1-换流变压器 transformador conversor 6-直流滤波器 osciloscópio AC 2-换流器 conversor 7-控制保护系统 sistema de controle e proteção 3-平波电抗器 reator de onda plana 8-接地极线路 linha de aterramento 4-交流滤波器 osciloscópio AC 9-接地极 aterramento 5-静电电容器 capacitor eletrostático 10-远动通信系统 Sistema de comunicação remota North China Electric Power University

晶闸管换流阀 (válvula de tiristor de conversor )

±800kV换流变压器 (±800kV transformador de conversor )

±800kV直流旁路开关 (Interruptor de desvio ± 800kV DC) 复合外套绝缘子 (isolador de capa composta) 额定直流电流( Corrente DC norminal )：4000A 开断直流电流(Quebrando corrente AC )：4000A 雷电冲击耐受电压 (Tensão suportável de impulso de raios): 1950kV 操作冲击耐受电压 (Tensão suportável de impulso de operação)： 1600kV

±800kV直流隔离开关 (Interruptor de isolamento ± 800kV DC) 复合外套绝缘子(isolador de capa composta) 额定直流电流( Corrente DC norminal ) ：4000A 瞬时直流电流 ( Corrente DC trasitória)：20kA 雷电冲击耐受电压(Tensão suportável de impulso de raios)： 1950kV 操作冲击耐受电压(Tensão suportável de impulso de operação) ： 1600kV

±800kV直流电流测量装置 (Equipamento de medição de corrente DC ±800kV) 额定直流电流( Corrente DC norminal )： 3125A 精度 (precisão)： <0.2%

云广工程直流输电线路 (Linha de transmissão DC do projeto de Yunnan-Guangdong)

世界直流工程分布示意图 (diagrama de distribuição dos projetos DC do mundo)

世界直流工程分布示意图 (diagrama de distribuição dos projetos DC do mundo) 印度直流规划图 (mapa de planejamento DC da Índia 欧洲直流工程分布图 Distribuição dos projetos DC da Europa

0.1直流输电的发展概况 (Breve introdução de desenvolvimento de transmissão DC) 国内发展：(Desenvolvimento da China) 20世纪60年代开始对直流输电进行试验室研究。(Desde anos 60 do século 20, começaram pesquisa experimental de transmissão DC) 1977年在上海利用杨树浦发电厂至九龙变电所之间的23kV交流报废电缆，建成了国内第一个采用6脉动换流器的31kV、150A、4.65MW的直流输电实验工程，全场8.6km。(Em 1977 em Xangai, utilizando cabos inutilizados de 23kV AC de subestação Yangshupu para usina de energia Kowloon, construíram o primeiro projeto experimental de transmissão DC de31kV, 150A, 4.65MW que aplica conversor de 6 pulsos. O seu comprimento é 8.6 km) 1987年完全由中国自行完成的舟山直流输电工程。(Em 1987, foi construído o projeto de transmissão DC de Zhoushan, que foi completado pela China independente.)

0.1直流输电的发展概况 (Breve introdução de desenvolvimento de transmissão DC) 截至2007年，我国已有10项直流输电工程运行，总输送容量超过18000MW。Até 2007, a China já tem 10 projetos de transmissão DC no funcionamento, a sua capacidade transmitida total é mais de 18000MW. ±500kV葛洲坝——南桥直流输电工程 (± 500 kV Gezhouba - Nanqiao Projeto de Transmissão DC) ±500kV天生桥——广东直流输电工程 (± 500 kV Tianshengqiao - Guangdong Projeto de Transmissão DC) ±500kV三峡——常州直流输电工程(± 500 kV Três Gargantas – Changzhou projeto de transmissão DC) ±500kV三峡——上海直流输电工程(± 500 kV Três Gargantas -Shanghai projeto de transmissão DC) ±500kV三峡——广东直流输电工程 (± 500 kV Três Gargantas - Guangdong projeto de transmissão DC) ±500kV贵州——广州1回和2回直流输电工程(± 500 kV Guizhou - Guangzhou projeto de transmissão DC 1 e 2 circuito)

中国运行的直流输电工程（截至2012年）(projetos de transmissão DC no funcionamento da China (até 2012)

0.1直流输电的发展概况 (Breve introdução de desenvolvimento de transmissão DC) 直流输电的优点：( Vantagens de transmissão DC) 送电容量大 (Grande capacidade de transmissão) 送电距离远 ( Longa distância de transmissão) 线路走廊利用率高 (Alta utilização de canal de linha) 控制灵活 (Flexibilidade de controle) 调节速度快，运行可靠 ( Alta velocidade de ajustar, confibilidade de operação) ……

世界上长距离架空线路高压直流输电工程 (Projeto de transmissão HVDC de linhas aéreas de longa distância no mundo) 序号número 项目 projeto 额定电压（千伏）tensão norminal(kV) 额定功率（万千瓦） potência norminal(mW) 输电距离（公里）distância de transmissão (km) 投 运时 间tempo de funcionamento 国家 país 1 卡布拉-巴萨（Cahora Bassa） Cabra ±533 192 1360 1978 莫桑比克-南非Moçambique-África do sul 2 因加—沙巴（Inga-Shaba ） ±500 56 1700 1982 刚果 congo 3 纳尔逊河二期（Nelson River Bipole 2） 180 937 1985 加拿大 Canadá 4 山间直流（Path 27） 784 1986 美国 América 5 伊泰普一期（Itaipu 1） ±600 315 785 1984 巴西 Brasil 6 伊泰普二期（Itapúa 2） 850 7 太平洋联络线（Pacific DC Intertie） 310 1361 1989 8 葛上（Gezhouba - Shanghai） 120 1052 1989/90 中国 China 9 魁北克多端（England Transmission） ±450 200 1100 1986/90/92 加拿大-美国 Canadá-América 10 亨德-德里（Rihand-Delhi） 150 814 1992 印度 Ínida 11 天广（Tianshengqiao-Guangdong） 960 2000 12 东南联接（East South-II ESI II） 1450 2002 印度 Índia 13 三常（Three Gorges-Changzhou） 300 890 2003 14 三广（Three Gorges-Guangzhou） 946 2004 15 贵广（Guizhou-Guangdong） 882 16 三上（Three Gorges-Shanghai） 1040 2006 17 贵广II（Guizhou-Guangdong II） 1194 2007 18 印度 – Ballia（HVDC Ballia-Bhiwadi） 250 780 2009 19 云广（Yuannan-Guangdong） ±800 500 1373 2010 20 向上（Xiangjiaba-Shanghai） 640 1907 21 宁夏-山东（Ningxia- Shandong） ±660 400 1350 22 呼辽（Hulunbeir-Liaoning） 920

中国在建长距离直流输电工程 (projeto de transmissão DC de longa distância na construção da China) 序号 número 项目 projeto 额定电压（千伏） Tensão norminal (kV) 额定功率（万千瓦）potência norminal(MW) 输电距离（公里） Distância de transmissão (KM) 计划投运时间 Tempo de funcionamento do plano 1 锦屏-苏南（Jinping - East China） ±800 640 2095 2012 2 溪洛渡-广东（Xiluodu-Guangdong） ±500 320*2 1254 2013 3 糯扎渡-广东（Nuozhadu - Guangdong） 1451 5 呼盟-青州（Humeng - Shandong） 2015 6 溪洛渡-杭州（Xiluodu - Hangzhou） 1688 7 金沙江中游-广西（Jinshaj-Guangxi） 1139 8 哈密－郑州（Hami-Zhengzhou） 2014 9 准东－重庆（Zhundong-Chongqing） ±1100

Plano do projeto de transmissão HVDC da China antes de 2020 到2020年，我国预计将建设的直流输电工程达50项左右 Até 2020, a China construirá cerca de 50 projetos de transmissão DC

0.2特高压直流输电关键技术 (Tecnologia de chave de transmissão UHVDC) 从20世纪70年代初期开始，美国、苏联、巴西、加拿大、南非等国考虑到特大容量、超远距离输电的需求，在进行特高压交流输电研究的同时，也启动了特高压直流输电的研究工作。CIGRE、IEEE、美国EPRI、巴西CEPEL、加拿大IREQ、瑞典ABB等科研机构和制造厂商，在特高压直流输电关键技术研究、系统分析、环境影响研究、绝缘特性研究和工程可行性等方面得到了大量的研究成果。(Desde o início dos anos70 do século 20, os Estados Unidos, a União Soviética, Brasil, Canadá, África do Sul e outros países consideravam as necessidades de grande capacidade e transmissão de ultra-longa distância, pesquisavam transmissão UHV AC, ao mesmo tempo, começaram pesquisa de transmissão UHVDC. CIGRE, IEEE, US EPRI, CEPEL do Brasil, IREQ da Canadá, ABB da Suécia, e outras instituições de pesquisa e fabricantes, tiveram muitos resultados de pesquisa em pesquisa de tecnologia de chave de transmissão UHVDC, análise de sistemas, estudo de impato ambiental, estudo de caraterística de isolamento, viabilidade de projeto e outros aspetos.)

0.2特高压直流输电关键技术 (Tecnologia de chave de transmissão UHVDC) 1.在1400~3000km的距离输送大量的电力，从经济和环境等角度考虑，高于±660kv的特高压直流是优选的输电方式。(Transmitir muita energia em distância de 1400 ~ 3000 km, a melhor forma de transmissão é HVDC mais de 600kV, considerando de ponto de vista económica e ambiental.) 2.±800kV直流输电系统的设计、建设和运行在技术上是完全可行的，但应开展一些工程研究以进一步优化系统的性能和经济指标。(  O design de sistema de transmissão ± 800kV HVDC, a construção e operação é tecnicamente viável, mas deve realizar alguns estudos de engenharia para otimizar mais desempenho e indicadores ecomômicos de sistema.) 3.基于目前的技术及可预见的发展，±1000kV的高压直流输电系统在理论上是可行的，但必须进行大量的研究、开发工作。(Baseado na tecnologia atual e desemvolvimento previsível, sistema HVDC ± 1000kV é teoricamente viável, mas deve realizar muitos trabalhos de pesquisa e exploração.) 4.目前看来，发展±1200kV直流输电系统是不切合实际，即便将来通过大量深入细致的研究工作会有更好的设计，但仍然需要有重大技术突破，才有可能进行较为经济的设计，前景难以预测。(Atualmente, desenvolver o sistema de transmissão ± 1200KV DC não é prático, mesmo que houver no futuro design melhor através de muito trabalho intenso e profundo, precisa de um grande avanço tecnológico para realizar design mais econômico, portanto, a perspetiva é difícil de prever. )

0.2特高压直流输电关键技术 (Tecnologia de chave de transmissão UHVDC) 前苏联曾计划建设从埃基巴斯图兹到唐波夫的±750kV、输送功率6000MW、输送距离2400km的直流工程，所有设备都已通过型式试验，并已建成1090km线路，但最终停止了建设，没有特高压直流输电系统的实际运行经验。(A União Soviética tinha planejado construir um projeto ± 750 kV DC, de potência de transmissão 6000MW, de distância 2400km, a partir de Ekibastuz para Tang Bofu. Todos os dispositivos tinham passado teste de tipo, a linha de 1.090km tinha sido construído, mas finalmente parou de construir. Não tinha experiência real de operação do sistema de transmissão UHV DC) 中国±800kV高压直流输电工程途径高海拔、重污秽、覆冰、高地震烈度地区，为实现±800kV特高压直流输电工程，对线路的电磁环境、过电压与绝缘配合、高海拔地区空气间隙外绝缘特性、绝缘子污闪特性、换流站接线方式、主设备技术规范、大件运输等关键技术问题，都需要结合实际情况进一步进行研究。( O projeto de transmissão± 800kV HVDC da China passa por área de alta altitude, de contaminação pesada, de congelamento, zona de alta intensidade sísmica, para a realização do projeto, precisam de estudar mais segundo a situação real sobre os problemas técnicos de chave como ambiente eletromagnético de linha, sobretensão e coordenação de isolamento, caraterística de isolamento do air gap na zona de alta altitude, característica de poluição flashover de isolador,forma de ligação de estação conversora, a especificação de tecnologia de equipamentos principais, transporte de grande objeto, etc.)

0.2特高压直流输电关键技术 (Tecnologia de chave de transmissão UHVDC) 自2005年开始，中国国家电网公司组织有关科研、设计单位和高等高校，密切结合特高压直流在中国应用的实际情况，对特高压直流输电技术的关键问题展开研究，并于2007年在北京建成了特高压直流实验基地，2008年在西藏建成了高海拔直流试验基地。从此中国具备了进行±1000kV及以下特高压直流输电工程在不同海拔高度下的电磁环境、空气间隙放电特性、绝缘子污秽放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力，试验功能达到了世界领先水平。(Desde 2005, a China State Grid Corporation tem organizado para os institutos de pesquisa científica, de concepção e universidades superiores pesquisar as questões chave de tecnologia de transmissão UHVDC, de perto situação real na China aplicado para questões-chave de pesquisa de tecnologia de transmissão HVDC, combinando a situação real da aplicação de UHV DC na China. Em 2007, foi construída em Pequim base de teste UHV DC, foi construída em 2008 em Tibete, base de teste DC de alta altitude. Desde então, a China possui capacidade de realizar pesquisa de teste sobre ambiente eletromagnético de projeto de transmissão UHV DC ±1000kV ou menos e em altitudes diferentes, características de descarga de air gap, características de descarga de contaminação de isoladore, tecnologias de chave dos equipamentos como DC pára-raios, a função de teste atingiu nível de líder mundial. )

0.2特高压直流输电关键技术 (Tecnologia de chave de transmissão UHVDC) 中国国家电网公司±800kV高压直流输电研究成果 (Realzações de pesquisa de transmissão ±800kV HVDC da State Grid Corporation of China （1）特高压直流输电电压等级研究 (Pesquisa de nível de tensão de transmissão UHV DC) 技术经济、有效送电距离、经济输电容量、线路走廊、接地极资源 (Tecnologia e economia, a distância efetiva de transmissão, capacidade de transmissão econômica, corredores de linhas, recursos de aterramento) （2）±800kV特高压直流换流站主接线研究 (Fiação principal ± estudo estação conversora de 800kV UHVDC) 换流设备的提供能力、运行的可靠性和灵活性 (capacidade de fornecimento de equipamento de conversor, confiabilidade e flexibilidade de operação) （3）±800kV特高压直流输电电磁环境影响研究 (Pesquisa de impato de ambiente eletromagnético de transmissão ± 800kV UHVDC) 6×720mm2导线，分裂间距取45cm，海拔高度大于2600m后，选择6×800mm2导线，分裂间距取45cm，极导线对地最小高度取18cm，可以将直流输电线路的噪声、无线电干扰、地面合成电场强度、离子电流密度限制在电磁环境限值要求内。(Condutor de 6 × 720mm2 , espaçamento de lacuna (cracking bundle) de 45cm, quando altitude superior a 2600m, selecione condutor de 6 × 800mm2 , espaçamento de lacuna é 45 cm, a altura mínima do fio de pólo para solo é 18cm, pode limitar ruído de linha de transmissão DC, interferência de rádio, intensidade de campo elétrico total do chão, densidade de corrente de iões dentro de limites de tolerância de ambiente electromagnético) （4）过电压与绝缘配合 (Sobretensão e coordenação de isolamento) 抑制并降低过电压，降低高压设备的绝缘水平，使技术经济上更合理，如采用将平波电抗器平均分至于极线和中性母线的接线方式。(Suprimir e reduzir sobretensão, baixar nível de isolamento de equipamento de alta tensão, tornar a tecnologia mais razoável em termos económicos, tais como aplicar forma de ligação de pôr reator de onda plana em linha de pólo e geratriz neutra. （5）污秽外绝缘研究 (Pesquisa de isolamento de contaminação) 直流设备积污较交流严重，输电线路及换流站 污秽外绝缘的设计是否合理、正确，是特高压直流输电的关键。(Equipamentos AC têm problema de contaminação mais grave do que DC. O design de linha de transmissão e isolamento externo de contaminação de estação conversora se é razoável e adequado, é especialmente crucial de HVDC) （6）空气绝缘研究。(Pesquisa de isolamento aéreo) 空气间隙放电电压在更高的操作过电压下呈现饱和特性，±800kV特高压下的外绝缘问题关系到系统能否可靠运行。(Sob operação mais elevada de sobretensão, a tensão de descarga de air gap mostra caraterística saturação, a questão de isolamento exterior de ± 800kV UHV tem a ver com a operação confiável de sistema.)

平波电抗器 (Reator de onda plana)