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第一章 直流输电概论1

第一节 直流输电工程系统构成1

一、两端直流输电系统1

二、多端直流输电系统6

第二节 直流输电工程特点7

一、直流输电优点7

二、直流输电缺点9

第三节 直流输电应用与工程类型10

一、直流输电应用10

二、直流输电工程类型14

第四节 直流输电发展16

一、国外直流输电发展16

二、中国直流输电发展18

第二章 直流输电换流技术30

第一节 直流输电与换流技术30

第二节 换流站基本换流单元30

一、6脉动换流单元31

二、12脉动换流单元31

第三节 6脉动整流器工作原理33

一、不可控整流器理想空载直流电压33

二、可控整流器理想空载直流电压34

三、有载整流器直流电压35

第四节 6脉动逆变器工作原理37

第五节 12脉动换流器41

第六节 直流输电稳态工况计算常用公式44

第七节 直流输电换流技术新发展47

一、光直接触发晶闸管应用47

二、电容换相换流器47

三、轻型直流输电51

第三章 直流输电稳态特性57

第一节 直流输电工程额定值57

一、额定直流功率57

二、额定直流电流58

三、额定直流电压58

第二节 直流输电最小输送功率58

第三节 直流输电过负荷59

第四节 直流输电降压运行61

第五节 直流输电功率反送63

第六节 直流输电稳态运行特性65

一、换流器运行外特性66

二、换流器功率特性69

第七节 直流输电工程运行方式74

一、运行接线方式74

二、全压运行与降压运行方式77

三、功率正送与功率反送方式78

四、双极对称与不对称运行方式78

五、直流输电工程控制方式80

第八节 直流输电系统损耗82

一、换流站损耗82

二、直流输电线路损耗90

三、接地极系统损耗91

第四章 直流输电控制系统与控制保护装置93

第一节 控制系统配置要求93

一、控制系统多重化93

二、控制系统分层结构94

第二节 换流器触发相位控制96

一、等触发角控制96

二、等相位间隔控制96

第三节 直流系统基本控制原理97

第四节 换流器基本控制方式及其配置97

一、换流器基本控制方式97

二、换流器基本控制配置100

第五节 直流输电控制系统功能103

一、直流输电起停控制103

二、直流输电功率控制105

三、换流站无功功率控制107

四、换流变压器分接头控制109

五、直流输电潮流反转控制110

六、直流输电系统调制功能110

七、直流输电运行人员控制112

八、直流输电顺序控制113

第六节 直流输电系统控制保护装置114

一、控制保护装置基本组成114

二、控制保护系统结构配置工程实例118

第五章 直流输电系统故障分析与保护122

第一节 直流输电系统故障分析122

一、换流器故障122

二、直流开关场与接地极故障130

三、换流站交流侧故障131

四、直流线路故障135

第二节 直流输电保护系统136

一、直流保护配置原则与特点136

二、直流保护功能配置140

三、直流保护工程实例149

第六章 换流站无功补偿与交流侧滤波163

第一节 换流器消耗无功分析163

一、电网换相换流器无功特性163

二、无功消耗工程计算方法164

三、无功消耗计算实例166

第二节 换流站无功平衡与无功补偿168

一、交流系统无功支持能力与无功需求168

二、无功补偿设备类型169

三、容性无功补偿设备容量确定169

四、感性无功补偿设备容量确定170

五、无功补偿设备分组171

第三节 无功与电压控制172

一、无功补偿设备投切控制172

二、可投切高压电抗器控制176

三、交流系统其他无功补偿设备投切控制176

四、连续调节无功补偿设备控制177

五、换流器参与无功电压控制177

第四节 换流站交流侧谐波分析179

一、特征谐波179

二、非特征谐波180

三、其他谐波源183

四、实际谐波电流选取183

第五节 换流站交流侧滤波184

一、滤波系统性能要求184

二、滤波系统构成187

三、滤波系统计算分析与滤波器设计192

四、无功补偿与交流侧滤波的关系和协调196

五、交流滤波技术发展196

第七章 换流站直流侧滤波198

第一节 直流侧谐波分析198

一、特征谐波198

二、非特征谐波199

三、实际谐波电压选取200

第二节 直流侧滤波系统201

一、直流侧谐波危害201

二、滤波系统性能要求201

三、滤波系统构成204

四、直流滤波器型式与参数选择205

五、滤波器性能计算206

六、直流滤波器稳态额定值计算207

第三节 直流有源滤波器207

一、采用有源滤波器理由207

二、有源滤波器原理207

三、有源滤波器工程问题208

第八章 直流输电系统过电压保护与换流站绝缘配合210

第一节 换流站过电压保护210

一、换流站过电压保护变迁210

二、换流站过电压保护与绝缘配合213

第二节 直流输电系统过电压213

一、来自换流站交流侧过电压214

二、来自换流站直流侧过电压215

三、来自直流线路过电压216

第三节 换流站绝缘配合217

一、换流站避雷器配置217

二、避雷器参数初选218

三、过电压研究220

四、换流站主要设备绝缘水平确定222

五、避雷器参数确定与规范222

第四节 交直流滤波器过电压保护与绝缘配合223

一、滤波器过电压保护特点223

二、避雷器配置223

三、过电压研究225

四、绝缘配合225

第五节 换流站防雷保护225

一、换流站防雷设计特点225

二、防雷标准226

三、防雷措施226

第九章 直流输电外绝缘227

第一节 直流输电外绝缘电气特性227

一、直流电压下空气间隙放电特性227

二、操作冲击与雷电冲击电压下空气间隙放电特性229

三、直流电压下绝缘子污闪特性231

四、直流污秽试验234

五、换流站设备套管雨闪236

第二节 大气环境对直流输电外绝缘电气性能影响239

一、大气污染对直流绝缘子表面积污影响239

二、覆冰（雪）对绝缘子直流放电电压的影响243

三、高海拔对空气间隙放电电压与绝缘子污闪电压的影响248

第三节 直流输电外绝缘选择250

一、杆塔和换流站空气间隙确定250

二、直流绝缘子选择253

三、直流污秽外绝缘设计256

第十章 直流输电线路环境影响261

第一节 直流线路电晕261

一、直流线路电晕现象261

二、直流线路导线临界电场强度262

三、直流线路导线表面电场强度计算262

四、直流线路电晕损失264

第二节 直流线路电场效应265

一、空间电场与离子电流分布266

二、人在直流输电线下活动的感受与效应267

三、合成电场与离子电流密度测量270

四、合成电场与离子电流计算272

第三节 直流线路无线电干扰276

一、无线电干扰的横向衰减与频谱特性276

二、大气条件对无线电干扰的影响276

三、无线电干扰允许电平277

四、无线电干扰经验公式277

第四节 直流线路可听噪声278

一、可听噪声计量278

二、可听噪声横向衰减279

三、交直流线路可听噪声差别279

四、可听噪声的主观评价280

五、可听噪声的经验公式281

第十一章 直流输电换流站282

第一节 换流站概述282

第二节 换流站主接线283

一、换流阀组接线283

二、换流变压器与换流阀连接285

三、交流滤波器接入系统方式287

四、直流开关场接线288

五、换流站特殊接线方式291

第三节 换流阀292

一、晶闸管换流阀设计基本要求292

二、阀电气连接293

三、阀电气性能与参数选择294

四、阀热性能298

五、阀触发299

六、阀控制与保护300

七、阀冷却、绝缘与结构300

八、换流阀对阀厅的要求与阀厅防火302

九、阀冷却系统305

第四节 换流变压器308

一、换流变压器功能与特点308

二、换流变压器型式309

三、换流变压器主要参数选择310

四、换流变压器绕组直流偏磁314

第五节 平波电抗器315

一、平波电抗器主要参数选择315

二、平波电抗器型式316

第六节 交流滤波器318

一、交流滤波器设备配置原则318

二、交流滤波器电路类型319

三、交流滤波高压电容器选择319

四、交流滤波器设备安装方式321

五、交流滤波器设备主要电气应力321

第七节 直流滤波器322

一、直流滤波器配置原则323

二、直流滤波器电路类型323

三、直流滤波高压电容器选择324

四、直流滤波器设备主要电气应力324

第八节 无功补偿装置326

第九节 换流站避雷器328

第十节 换流站开关设备328

一、直流开关设备配置原则328

二、直流断路器基本构成329

三、直流断路器设计原则330

四、换流站交流断路器特点332

第十一节 直流测量装置333

一、直流电流测量装置334

二、直流电压测量装置335

三、微分电流互感器335

四、直流线路故障定位仪336

第十二节 远程通信系统338

一、电力线载波通信339

二、光纤通信340

三、微波中继通信340

第十三节 站用电系统340

一、站用交流电源340

二、站用直流电源与交流不停电电源341

第十二章 直流输电线路343

第一节 直流输电架空线路344

一、架空线路导线截面选择344

二、架空线路绝缘水平确定347

三、绝缘子选型与绝缘子片数确定354

四、铁塔设计原则与塔型分类358

五、地线选择362

六、架空线路投资估算363

第二节 直流电缆线路365

一、直流电缆应用场合与发展概况365

二、直流电缆技术特点367

三、直流电缆种类与结构369

第三节 直流接地极引线371

一、接地极引线绝缘水平371

二、接地极引线导线截面选择372

三、接地极引线设计原则373

四、杆塔373

第十三章 直流输电接地极374

第一节 接地极要求374

一、接地极的作用374

二、接地极运行特性375

三、对极址的要求376

第二节 接地极址选择376

一、极址搜索阶段377

二、极址论证阶段378

三、极址大地物理参数测定阶段378

第三节 极址大地（土壤）参数测量379

一、大地（土壤）电阻率379

二、热容率382

三、热导率382

四、土壤温度382

五、地下水位383

第四节 接地极材料383

一、馈电材料383

二、活性填充材料387

三、工程应用技术388

四、结论390

第五节 接地极设计原则390

一、系统条件390

二、使用寿命391

三、最大允许跨步电压392

四、最大允许温升394

第六节 接地极设计395

一、电极型式及其布置395

二、不同形状电极技术特性分析396

三、电极形状优化397

四、电极形状选择399

五、电极尺寸399

六、接地极埋设深度404

七、导流系统405

八、其他辅助设施405

第七节 接地极电流场计算406

一、网络法406

二、行波法410

第八节 接地极热扩散方程及其求解416

一、热扩散方程416

二、边界条件417

三、泊松方程有限差分表达式418

四、接地极热扩散方程稳态解422

五、接地极热扩散方程暂态解424

第九节 接地极地电流对环境的影响425

一、对电力系统影响425

二、对地下金属构件腐蚀428

三、对铁路系统影响432

第十四章 背靠背直流输电工程434

第一节 背靠背直流输电工程特点434

一、主回路设计435

二、换流站主接线436

三、无功功率（或交流电压）控制436

四、利用快速控制改善交流系统运行性能438

五、暂时过电压限制438

六、谐波影响439

第二节 背靠背直流输电工程应用与发展439

第十五章 多端直流输电工程443

第一节 应用场合与发展概况443

一、意大利—科西嘉—撒丁岛三端直流输电工程443

二、魁北克—新英格兰五端直流输电工程444

三、日本新信侬三端背靠背轻型直流输电工程446

四、纳尔逊河直流输电工程447

五、太平洋联络线直流输电工程448

第二节 构成方式449

一、基本接线方式449

二、接线方式比较450

第三节 控制保护451

一、基本控制原则451

二、控制模式452

三、启停控制456

四、潮流反转458

五、基本保护原则458

六、高压直流断路器作用459

第四节 发展前景460

第十六章 直流输电工程可靠性分析463

第一节 可靠性分析术语定义与设备分类463

一、术语定义463

二、设备分类465

第二节 可靠性评估方法465

一、可修复元件可靠性模型466

二、串并联系统可靠性466

三、高压直流输电系统可靠性与可用率计算举例470

第三节 提高直流输电工程可靠性措施477

一、降低元部件故障率477

二、冗余与多重化478

三、提高系统可靠性措施实例478

四、防火考虑480

附录 国外已运行的架空线路和电缆线路直流输电工程481

参考文献483