王書瑤

華北電力大學(xué)（北京 102206）

特高壓輸電技術(shù)是指采用500 KV以及750 KV交流和±500 KV直流之上的更高一級電壓，進(jìn)行輸電的技術(shù)。包括交流特高壓輸電技術(shù)和直流特高壓輸電技術(shù)兩部分。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，中國用電需求不斷增加。又由于中國的自然環(huán)境特點，使得超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力傳輸成為必然。為減少輸電線路的損耗和節(jié)約寶貴的土地資源，高效經(jīng)濟(jì)的輸電方式成為必然的要求。特高壓直流輸電技術(shù)恰好迎合了這一需求。直流聯(lián)網(wǎng)的特點又可提高全國互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平和供電可靠性。因此特高壓直流輸電技術(shù)在我國有較好的應(yīng)用前景。

1 特高壓直流輸電技術(shù)是我國電力跨區(qū)域大規(guī)模輸送的必然選擇

我國地域遼闊，發(fā)電能源和用電負(fù)荷的分布又極不均衡。華東、華南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電力市場空間大，能源卻最為匱乏；西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，用電水平和需求較低，而能源資源豐富。以水力資源為例，全國水電技術(shù)可開發(fā)容量約540 GW，其中22%分布在四川，20%在西藏，19%在云南。這一客觀現(xiàn)實決定了我國電力跨區(qū)域和大規(guī)模流動的必然性。

特高壓輸電技術(shù)包括交流特高壓輸電技術(shù)和直流特高壓輸電技術(shù)兩部分。在現(xiàn)今直流輸電系統(tǒng)中，輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然是交流電。即在輸電線路的輸送端，交流電經(jīng)換流變壓器送到整流器，將高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姾笏腿胫绷鬏旊娋€路。直流電通過輸電線路送到接受端換流站內(nèi)的逆變器，將高壓直流電又變?yōu)楦邏航涣麟姡俳?jīng)過換流變壓器將電能輸送到交流系統(tǒng)。

在直流輸電系統(tǒng)中，通過控制換流器，可以使其工作于整流或逆變狀態(tài)。我國目前建成的高壓直流輸電工程均為兩端直流輸電系統(tǒng)。兩端直流輸電系統(tǒng)主要由整流站、逆變站和輸電線路三部分組成。高壓直流輸電具有許多優(yōu)點。

(1)特高壓直流輸電無需復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，基本可以采用已經(jīng)應(yīng)用的±500 KV和±600 KV直流輸電系統(tǒng)類似的設(shè)計方法。

(2)特高壓直流輸電的輸送容量大，如±600 KV直流線路可輸送的功率約為 4 GW；±800 KV 直流線路可輸送的功率可達(dá)到6 GW，且輸電距離長，用于遠(yuǎn)距離輸電具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

(3)與交流輸電比，直流輸電更容易滿足接入電網(wǎng)的條件。

(4)與交流線路相比直流輸電線路本身不需要無功補償，在換流站利用站內(nèi)的交流濾波器和并聯(lián)電容器即可向換流器提供所需的無功功率。

(5)因土地資源越發(fā)匱乏，電網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)制約于線路走廊資源、站址資源的情況越發(fā)明顯。對于遠(yuǎn)距離大容量輸電，直流方案優(yōu)于交流方案，特高壓方案優(yōu)于超高壓方案。以輸送功率10 GW距離為2 000 km輸電方案為例，交流輸送所消耗資源高于直流輸送，見表1。

表1 10GW電力輸送2000km的交、直流輸電方案

因此特高壓直流輸電技術(shù)是我國電力跨區(qū)域大規(guī)模輸送的必然選擇。

2 特高壓直流輸電回顧及發(fā)展

20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)曾動工建設(shè)哈薩克斯坦——俄羅斯的長距離直流輸電工程，輸送距離為2400 km，電壓等級為±750 KV，輸電容量為6 GW。該工程將哈薩克斯坦的煤炭資源轉(zhuǎn)換成電力送往前蘇聯(lián)及歐洲中部，但由于政局動蕩，加上其晶閘管技術(shù)不夠成熟，該工程最終沒有投入運行。

由巴西和巴拉圭兩國共同開發(fā)的伊泰普工程采用了±600 KV直流和765 KV交流的超高壓輸電技術(shù)，第一期工程已于1984年完成，1990年竣工。1988～1994年為了利用亞馬遜河的水力資源，巴西電力研究中心和ABB組織了包括±800KV特高壓直流輸電的開發(fā)工作。

積極進(jìn)行特高壓直流輸電研究的還有印度，正在興建的第一條±800 KV特高壓直流輸電線路，將把6 GW水電輸往印度中部。

我國于 2010 年通過西北與華北直流聯(lián)網(wǎng)達(dá)到1.5 GW的電力輸送能力。四川向家壩±800千伏特高壓直流輸電示范工程正在緊張施工中，這是目前規(guī)劃建設(shè)的世界上電壓等級最高、輸送距離最遠(yuǎn)、容量最大的直流輸電工程。

2020年前后西部水電的大部分電力將通過直流特高壓通道向華中和華東地區(qū)輸送，其中金沙江一期溪洛渡和向家壩水電站、二期烏東德和白鶴灘水電站向華東、華中地區(qū)送電；錦屏水電站向華東地區(qū)送電；寧夏和關(guān)中煤電基地向華東地區(qū)送電；呼倫貝爾盟的煤電基地向京津地區(qū)送電，輸電容量均為6 GW的±800 KV級特高壓直流輸電線路。

3 特高壓直流輸電關(guān)注的技術(shù)問題

(1)過電壓和絕緣

我國正在建設(shè)的±800 KV特高壓直流輸電四川向家壩工程電壓等級最高，電壓等級的提高增大了輸送容量，同時對高電壓下的絕緣提出了更高的要求，因為運行中如出現(xiàn)絕緣故障，帶來的損失和系統(tǒng)擾動問題將很嚴(yán)重。此外我國西部水電資源位于高海拔地區(qū)，存在較嚴(yán)重的污穢、履冰等問題，因此過電壓保護(hù)以及絕緣配合將是特高壓直流輸電的最根本性問題，合理優(yōu)化過電壓保護(hù)和絕緣配合將為系統(tǒng)安全穩(wěn)定提供有利的保障。

(2)控制保護(hù)

直流工程的核心就是控制保護(hù)?？刂票Ｗo(hù)的關(guān)鍵技術(shù)有：軟硬件平臺技術(shù)；直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計；閥觸發(fā)控制；直流保護(hù)等。直流系統(tǒng)故障有很大一部分是控制保護(hù)系統(tǒng)原因造成的。由于特高壓直流輸送能量大，因此深入開展最優(yōu)控制、智能控制等與先進(jìn)算法相結(jié)合的研究， 避免在多回路直流落點相對集中時發(fā)生換相失敗等故障，具有特別的重要性。

(3)電磁環(huán)境

這里指的是輸電線路的電磁環(huán)境，包括線路下方電場效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪聲等幾方面的內(nèi)容，在工程設(shè)計、建設(shè)以及運行中是必須考慮的關(guān)鍵問題。直流線路運行時，導(dǎo)線周圍空間產(chǎn)生離子場，線下合成場強對人體產(chǎn)生影響。線路和換流站設(shè)備產(chǎn)生的無線電干擾會對無線電通信產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生的噪聲會使附近的居民以及換流站的工作人員受到傷害。隨著電壓等級從±500 KV提高±800 KV，電磁環(huán)境問題將更加突出。目前我國技術(shù)人員經(jīng)論證給出了推薦方案，但是在換流站建成后，是否能夠滿足技術(shù)、環(huán)保和周圍居民以及工作人員的要求，仍需繼續(xù)研究，以經(jīng)得住實際運行的考驗并能在發(fā)生問題時及時給出解決方案。

(4)其它方面

特高壓直流輸電與超高壓直流輸電工程相比，由于電壓等級高，線路在同等條件下的電暈效應(yīng)包括電暈損失、無線電干擾和可聽噪聲等，明顯大于超高壓直流輸電工程。特別是線路經(jīng)過高海拔地區(qū)時，這一問題更加突出。因此特高壓直流輸電線路導(dǎo)線的選擇要從經(jīng)濟(jì)性要求出發(fā)，比較經(jīng)濟(jì)電流密度、電能損耗以及年運行費用，另外由于特高壓直流輸送功率大，對電網(wǎng)全局的影響也相對較大，因此輸電方案的比較更側(cè)重各方案對輸電能力以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的影響。不同的特高壓直流輸電工程又有各自的研究重點。如：需要重點研究提高輸送能力的措施，或當(dāng)發(fā)生直流單極閉鎖故障時，為能保持電網(wǎng)穩(wěn)定運行，擬定多種換流站群組與交流主網(wǎng)的聯(lián)接方案等。

4 結(jié) 語

特高壓直流輸電具備點對點、超遠(yuǎn)距離、大容量送電能力，主要定位于我國西南大水電基地和西北大煤電基地的超遠(yuǎn)距離、超大容量向外輸送。

特高壓直流輸電在我國已全面投入建設(shè)。金沙江一期溪洛渡和向家壩送電工程，計劃在2011年底～2016年期間陸續(xù)建成投入運行。后續(xù)將有金沙江二期烏東德、白鶴灘水電站輸送工程。發(fā)展特高壓直流輸電，還為我國后備能源基地西藏水電和新疆煤電開發(fā)提供經(jīng)濟(jì)的輸電方式，為加強與相鄰國家的電力合作提供技術(shù)保障。

目前我國已具備特高壓輸電工程的建設(shè)條件，我國能源與負(fù)荷分布的嚴(yán)重不平衡以及未來電力發(fā)展的巨大空間迫切需要特高壓直流輸電技術(shù)。特高壓直流輸電技術(shù)符合電力工業(yè)發(fā)展規(guī)律和電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向，在技術(shù)上已沒有不可逾越的障礙，在我國有廣闊的應(yīng)用前景。

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