三峡电站是怎样向外输电的，本文主要内容关键词为：是怎样论文,向外论文,电站论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
三峡工程是迄今为止世界上最浩大、最复杂的水利枢纽工程，年发电量达8.46×10[10]kW·h，而主要输送目的地在华东、华南地区，相距千余公里.远距离输电的永恒话题是能量损耗，怎样以最低的损耗向远处输电是三峡电厂首先要认真研究的课题.未来的三峡电厂是采用历史上颇有争议而今天又重新崛起的直流输电！
一、特斯拉叫板爱迪生的“直流输电系统”
在电学的发展史上，美国两位赫赫有名的大发明家爱迪生和特斯拉为输电方式，曾发生过激烈的争论.本来，世界上最早的输电线路是直流的.爱迪生发明电灯后，在美国纽约架设了第一条具有实用价值的直流供电照明系统.爱迪生也因此自始至终地主张直流输电.但随着电力工业的发展，直流输电的弊端渐渐暴露：直流输电电压低，输电线路上热能损失较大，因此每一平方公里的地区就需要设置一个昂贵的直流发电机供电，另外还需要大量较粗的铜导线，经济效益差.针对上述问题，特斯拉发明了“交流多相电力传输系统”，采用变压器构成高电压低电流对外供电，不仅可以采用较细的导线，降低线路上的热损耗，而且也不需要分散的单机供电，实现电站集中大规模的远距离输电的愿望.但致力于直流输电的爱迪生久久不能接受这一挑战，甚至还说“使用交流电比使用直流电危险得多”.特斯拉为此专门举行了一场记者招待会，让交流电通过“特斯拉线圈”，流经自己身体，使电灯发光.特斯拉的安然无恙使爱迪生的“危险”论不攻自破.从此便于集约化大规模远距离供电的交流输电方式被社会广泛采用，直至今天依然是电力工业的主导模式.这种模式的原理可用图1表示.
二、交流输电并非完美无缺
在交流高电压低电流输电占绝对统治地位的电气时代，工程师们发现交流输电也有许多由其原理本身决定而又无法避免的缺点：首先电网稳定性问题突出，电网中许多交流发电机必须同步运转，使发出的交流电同时变大，同时变小，电网才能正常工作.当负载逐渐地或突然地改变时，发电机会因过载失去同步，导致整个电网失稳，无法正常工作.为保证电网稳定，需要许多特殊设备，经济成本高.其次，交流电路不仅有电阻还有电感和电容.在输送大功率电力时，输电导线横截面积超过95mm[2]，对于50Hz的交流电而言，此时感抗已超过电阻，使输电线路不仅产生热损耗，而且还有大量无功功率损失在感抗上，为了减少感抗作用也要增加不少特殊设备.另外，采用水下或地下电缆输电时，由于电缆是在金属芯线外面包一层绝缘皮，水和大地都是导体，于是金属芯线与水或大地构成电容器.电容器对交流电是通路，随着电缆长度的增加，这时电容器对交流电的旁路作用越来越大.实践表明，电缆长度超过50km，由于电容器的旁路作用，电能几乎无法传输出去.
三、直流输电具有强大的吸引力
1.直流输电的基本概念
直流输电系统由整流站、直流线路和逆变站三部分组成，如图2所示，图中交流电力系统Ⅰ和Ⅱ用直流输电系统相连.交流电力系统是提供换流器正常工作时必需的交流电源，该电源可以是复杂的交流电力系统也可以是同步发电机.图中已设定交流电力系统Ⅰ为送电端，Ⅱ为受电端.该系统是这样工作的：由交流系统Ⅰ送出交流功率给整流站的交流母线，经换流变压器1升压，送到整流器，把交流功率变换成高压直流功率，然后由直流线路把直流功率输送给逆变站内的逆变器，逆变器将直流功率变换成交流功率，再经换流变压器2降压，把交流功率送入受电端的交流电力系统Ⅱ.
整流站与逆变站统称为换流站，在换流站内装配有整流器或逆变器，它们统称为换流器，它的功能是实现交流电力和直流电力的交换，是直流输电系统中的重要环节.换流器可由1个或数个换流单元串联组成，现代直流输电系统的换流器是由可控硅元件串联或串并联构成，能够获得足够高的输送电压，三峡电厂和拟建的三个超大型换流站也是世界上目前最大的换流站.其换流变压器容量可达720MVA，最高电压达1000kV.
2.直流输电和交流输电的比较
（1）直流与交流架空线路的比较
直流输电一般采用双极中性点接地方式如图3所示，因此直流线路仅需2根导线，而三相交流线路则需要3根导线，可以证明，在同样截面和绝缘水平条件下，2根导线的直流线路所能输送的功率和3根导线的交流线路所能输送的有功功率几乎相等.这就是说，直流架空线路与交流架空线路相比，只需两根导线，有色金属和绝缘子、金具都比交流线路节省1/3；而且减轻了杆塔的荷重，可以节省钢材；三峡电厂采用目前国内最优质的工程用ACSR—720/50500kV高导电率高强度的钢芯铝绞线，其价格自然不菲，直流比交流少一根导线，无疑成为降低成本的一个重要方面.由于采用两根导线，还可以减少线路走廊的宽度和占地面积.所以，直流输电线路的单位长度造价比交流线路有大幅度的降低.
（2）直流电缆线路与交流电缆线路比较
由于电缆绝缘在直流电压和交流电压作用下的电位分布和击穿机理不同，因此电缆绝缘用于直流的允许工作电压比用于交流时高两倍，例如35kV的交流电缆，容许在100kV左右的直流电压下工作，也就是说直流工作电压与交流相同时，直流电缆的造价低于交流电缆.
（3）直流换流站与交流变电站投资比较
直流换流站的设备比交流变电站复杂，它除了必须有换流变压器之外，还要有目前价格比较昂贵的可控硅换流器、换流器的控制调节装置、滤波装置、平波电抗器和其他附属设备.因此，直流换流站的投资高于同等容量和相应电压的交流变电站.
（4）直流与交流输电的等价距离
等价距离是指输送功率相同和输电可靠性相当的条件下，直流输电方式与交流输电方式相比，当输电距离达到某一长度时直流线路节省的那部分建设费用刚好抵偿直流换流站比交流变电站增加的那部分建设费用，这个输电距离称为交直流输电的等价距离.在相同的可比条件下，当输电线路长度大于等价距离时，采用直流输电所需的建设费用比交流输电小.随着科学技术的进步，不仅使直流输电的可靠性有进一步提高，而且降低了换流设备的造价，从而使等价距离不断缩短，直流输电优越性会更好地显示出来.很明显，直流输电在目前的技术条件下列适合远距离大功率输送电能.
（5）输电线路的功率损失
在导线截面相同、输送有功功率相等的条件下，直流线路功率损耗约为交流线路的2/3.另外，根据国外的运行经验，线路和站内设备的年折旧维护费用占工程建设费用的百分比，交流输电与直流输电大体相近.
四、直流输电技术的主要用途及其在我国的应用
直流输电技术是符合我国国情的，三峡电厂是一座面向未来的高技术的国家重点能源工程，是一座永久性工程建设，关系到国家“西电东送”等一系列与经济、文化、国防有关的大致方针.采用直流输电是走可持续发展之路而绝非一日之思，一时之见.这种模式具有以下几个交流输电无法比拟的优点.
1.远距离大功率输电
我国的水力资源70％以上分布在西南、西北地区；煤炭资源约70％集中于山西和内蒙一带，而用电较密集的负荷中心又分布在沿海地区.这些工程输电距离都在900km以上，输送功率大于1.0×10[9]W.目前这些工程都是在拟议和建设之中，随着我国西部电力开发，并向东部负荷中心输送，这些跨大区的远距离输电工程是输送电力的强大主干线，又是连接两个大交流电力系统的联络线，如果采用直流输电实现多个大区交流电力系统联网，可充分发挥直流输电的优点，取得最佳联网效益.
2.海底电缆送电
输送相同的功率，直流电缆的费用比交流电缆低.此外，由于交流电缆存在较大的电容电流，海底电缆长度超过40km时，采用直流输电无论是经济上还是技术上都较为合理，我国海岸线长，沿海有许多岛屿，例如舟山群岛和台湾省、海南省等大岛.其中台湾岛离大陆在40km以上，如果与大陆电力系统相连，采用直流输电应当是最佳选择.
3.交流电力系统之间的非同步联络
直流输电技术能够用于不同额定频率系统之间以及变频与恒频系统之间的耦合，其中两个换流站设备可以合装在一地当作变频站.我国幅员辽阔，目前已形成东北、华东、华中、西北、西南和华南等七处跨省的电力系统.今后将逐步由跨省电力系统发展成为多个区联合电力系统.如果适当用直流输电系统联络各省电力系统，并把全国电力系统分隔为几个既获得联网效益又相对独立经营的交流电力系统，可以避免连成总容量总面积过大的交流电力系统带来的问题.
我国电力系统的频率统一规定为50Hz，而变频站可用于水力发电站、潮汐电站或抽水蓄能电站等非50Hz的设备与交流电力系统间的联系，水轮发电机组不受50Hz的限制，通过“交—直—交”变频站水轮发电机发出的非额定频率的电力可以变换成50Hz，送入交流电力系统.如果允许水轮机变速变频运行，则水轮机可随水位变化改变转速，从而运行于最佳效率区之中.
4.交流电力系统互联或配网增容时，作为限制短路电流的措施
两个交流系统如用交流线路互联，除了可能出现同步运行稳定性问题以外，还存在因电力系统容量增大而使整个系统或配电网短路电流增长带来的问题.如果换用直流输电线路实现联网——分割的目的，它的控制系统调节快，控制性能好，可以有效地限制短路电流使其基本保持原来的水平.
5.向用电密集的大城市供电
大城市人口稠密，电力负荷集中，随着城市现代化建设的发展，城市供电线路和走廊越来越拥挤，环境保护要求采用高电压、地下输入方式，如用地下电缆等.目前我国大中型城市的电力负荷密度增长很快，形成高电压、长距离、地下电缆送电的趋势，在供电距离超过交、直流输电的等价距离时，用高压直流电缆向城市供电更为经济，同时直流输电方式还可以作为限制城市供电网短路电流增长的措施.
6.可与新技术配套
直流输电技术还可用于磁流体发电、太阳能电池、燃料电池和热核聚变直流发电等多种新发电方式的配套，把它们产生的直流电力转换成交流电力送入系统供用户使用.当前，我国和其他国家对于高温超导材料及其在强电方面应用的研究方兴未艾，用于直流运行时，超导电缆无附加损耗；直流线路在控制系统作用下，短路电流小（只有额定电流的2～3倍），不大会发生超导失超事故，直流更适宜于超导输电.
五、直流输电技术的成功范例
1954年，瑞典最早从本土到高特兰岛建造了一条容量2×10[4]kW的直流输电系统，获成功.1970年，美国建成了沿太平洋南北地区，长达1330km，容量为1.44×10[6]kW，电压为±400kV，电流为1800A的直流输电线路，获成功.1975年，我国开始建设第一条超高压直流输电工程——葛洲坝至上海，容量为6.0×10[5]kW，电压为500kV，长达一千多公里的输电工程，获成功.随后又自行设计自行建造了100kV的舟山直流输电试验性工程，获成功.
消化和吸收已取得的经验，及早掌握直流输电技术，是我国电力发展的一项战略性决策，三峡电厂无疑成为时代先锋！