小竞 (编辑)
2018年，地球上最大的变压器在中国安装。它利用高压直流（hvdc）技术在3324公里的距离上高效传输电力。因此，它经历更少的电压波动和最小的传输损失。这个变压器的容量为1,100kv，可以传输12gw的电力，比10gw增加了。
这是一种革命性的电力传输变压器，树立了高标准。然而，像很多人一样，你可能不知道它是如何工作的。那么，这个变压器背后的技术是什么？它如何能够在长距离上高效地传输电力？它能够利用海底电缆进行电力传输吗？
了解电力传输的工作原理对于你是否是电气工程师都是至关重要的。本文将为您提供hvdc变压器发展的背景信息。它还解释了这个变压器的技术以及它的好处。
世界上最大的变压器是什么？
按容量计算，世界上容量最大的变压器是西门子的产品。西门子设计了1,100kv的变压器，可以传输超过600公里的距离。由于该公司在hvdc系统方面的丰富经验，才有可能执行如此庞大的项目。根据《越南变压器》的说法，西门子是在其纽伦堡工厂制造这些变压器的。为中国国家电网公司（sgcc）建造的变压器可以传输最高587mva的功率。因此，它是世界上最大的hvdc系统。
对于西门子来说，建造这些变压器并不是一帆风顺的。一切都始于2016年，当时中国下了一个建造这样一个变压器的订单。一年后，它设计并建造了第一个变压器。在一次革命性的举措中，该公司创建了一个用于传输3284公里的变压器。它在长吉和吉官之间传输电力。来自西门子能源的数据显示，这个变压器的尺寸为37.5米长、12米宽、14.4米高。
西门子使用vacutap® vr®，一种带负载分接开关器，来设计hvdc换流站。因此，它的hvdc传输系统在保护系统免受可能的电压过载方面非常可靠。此外，vacutap®可以在维护之前执行多达30万次分接操作。它可以在每个远程放置的换流站中找到。因此，中国国家电网公司的技术人员只需在长时间内进行最少的维护。
西门子设计了第一台用于中国长吉和吉官之间的巨型hvdc。
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为什么这是最大的变压器独特的？
除了其庞大的尺寸外，世界上最大的变压器还因为其他几个原因而独特。它还传输了迄今为止在世界任何地方见到的最高电压的电力。此外，它是一个完整的系统，包括一个换流站和多个hvdc变压器。根据《reinhausen》的说法，以下是为什么这是最大的变压器系统和最独特的原因。
- 尺寸：中国南方电网公司（sgcc）建造的28台高压直流变压器的尺寸为37.5米长、14.5米高和12米宽。
- 重量：一台单相1,100kv变压器在安装并完全运行后重达909公吨。
- 容量：每台高压直流变压器可以传输高达587.1mva的功率和12mv的电压。
- 距离：高压直流变压器可以在总距离达到3,284公里的范围内传输电力。
- 效率：高压直流输电系统的效率可达到99％，比交流系统要好得多。
最大变压器背后的技术是什么？
世界上最大的变压器使用了高压直流（hvdc）技术。完整地说，hvdc是高压直流。它完全不同于占主导地位的高压交流（hvac）电力系统。虽然hvdc系统传输直流电，但在终端处需要将其逆转为交流电。hvdc电力传输将交流电转换为直流电，然后再将直流电转换为交流电。初始换流站在传输开始之前将交流电转换为直流电。然后系统通过长距离电缆（也可以是水下电缆）传输直流电。终端站将直流电转换回交流电，然后馈送到电网。
因此，高压直流输电系统在初始和终端站需要转换装置。它适用于超过600公里的长距离电力传输。对于地下传输，50公里以上是理想的。由于损耗减少，hvdc系统更加高效。它使用以下组件工作：
- 变流器：将交流电转换为直流电，然后将直流电转换为交流电的组件。它由逆变器和可控硅整流器组成。整流器将直流电转换为交流电，而逆变器将直流电转换为交流电。
- 电极：电极是将系统与地球连接的导体。
- 平滑反应器：平滑导体是连接到换流站极性的电感器。它们减少谐波、避免电流中断，并防止逆变器发生换相故障。
- 直流线路：这些可以是从电源到最终终端的架空线路或地下电缆，用于传输电力。
- 谐波滤波器：这些组件最大限度地提高了系统转换器中的电压和电流谐波。
- 无功补偿装置：这些并联电容器用于补偿两个终端的换流器所消耗的无功功率。
- 交流断路器：交流断路器的作用是在直流链路中发生断连或变压器发生故障时提供安全保护。
hvdc电力传输的工作原理
发电变电站产生交流电。发送换流站内的整流器将交流电转换为直流电。架空线路或地下电缆将直流电传输到最终站点。终端换流站内的逆变器将直流电再次转换为交流电，然后流入电网。由于通过线路传输的直流电量等于终端接收到的电量，所以没有损耗。因此，hvdc系统更加高效。
hvdc电力传输的好处
hvdc变压器最大的优势之一是能够在长距离上传输电能。因此，它们比hvac传输系统更高效。通过更高效地传输电能，hvdc系统减少了传输更多电能的需求。以下是hvdc变压器的好处：
1. 更高效的传输
hvdc系统在长距离传输中的传输效率是最大的优势。在传输距离超过600km时，直流电比交流电更好。后者在大规模传输电能时往往会遇到大量损耗。《美国国家科学院院刊》（pnas）的一篇文章将交流输电的最佳距离定为600km至800km之间。
全球最大的变压器效率提高了99％。其电力传输机制更好地工作，以减少交流系统中常见的电容损耗。由于hvac发射器的导体接近地面，因此使用架空线路或地下电缆传输直流电更加高效。
以下是hvdc系统更高效的原因：
零无功功率
hvdc电力系统主要具有有功功率而不是无功功率。它们与浪费大量电力的交流系统不同。因此，使用hvdc系统时无需产生额外的电力来补偿损耗。
较少导电材料
交流电力线路使用捆绑导体来减少由固有频率引起的能量损失。另一方面，直流发射器不需要捆绑导体。直流电没有频率，损失较小。
hvdc可能更便宜
在某些情况下，hvdc电力传输基础设施可能更便宜。毕竟，它们可以在极长的距离上传输高压电力。典型的hvdc系统可以承载比同样粗的hvac线路高得多的电压。因此，hvdc需要较少而且体积较小的电力塔，更加经济实惠。
2. 能源系统互联
世界上最大的变压器之一的目的是连接中国的两个能源系统——昌吉和吉冈。因此，它在创纪录的3,284km距离上提供了12gw的电力。其容量相当于12个hvac电站。但是为什么hvdc发射器在连接电力系统方面更好？ hvdc传输在频率不同的电力系统中运行完美。因此，它们不需要交流电功率具有相同的频率。
3. 海上电力传输
hvdc与海上能源发电非常配合。
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海上电力传输是hvac传输系统可能有效工作的一个领域。全球各国都在海上位置安装了风力发电机，而在这些位置实施架空输电线路可能会很困难。中国海洋石油公司（cnooc）可能是世界上最大的离岸风力发电设施投资者。 2024年4月，中国政府批准在南海建造离岸风电场。这些风电场将使用精心设计的hvdc系统将电力输送到国家电网。
但是为什么中国人更喜欢为这样的项目选择最大的变压器呢？ hvdc变压器占地面积少30％，重量少50％。安装一个600mw的hvdc变压器只需要一个英亩的空间，而传统的hvac变换器需要多达4英亩。因此，hvdc变压器在海上占用的空间更小。此外，它们不需要架空输电线路。您可以使用海底电缆高效传输电力。
将所有内容整合在一起
世界上最大的变压器是由西门子为国家电网公司设计和制造的。它可以在长达3284公里的距离上传输电力。这个1100kv的变压器可以支持高达587.1mv的电力传输。但是，该系统不仅仅是一个变压器 – 它由一个变流器和高达28个独立变压器组成。
变压器系统的一个主要优势是其传输电力的效率。与典型的hvac系统不同，hvdc发射机的效率更高99％。它们几乎不损失任何电力，因此不需要产生额外的电力来弥补损失。
借助世界上最大的变压器，海底电力传输更为高效。因此，它们非常适合海上风车。这些传输系统可以利用30％的空间，使其成本更低。您还可以使用它们连接两个或更多功率系统，而不受频率差异的影响。尽管这些变压器是新的，但它们在中国，欧洲和美洲的成功部署证明了它们的重要优势。
