直流特高壓輸電項(xiàng)目的工程難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)探究和分析

盧少鵬 孫錚

摘 要：直流特高壓輸電項(xiàng)目作為國內(nèi)重點(diǎn)建設(shè)的輸電工程，被國內(nèi)外業(yè)界所重點(diǎn)關(guān)注。本文首先研究了直流特高壓輸電項(xiàng)目發(fā)展的必然性，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)特高壓直流輸電項(xiàng)目的難點(diǎn)，并針對直流特高壓輸電項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析了過壓抑制、無功功率平衡、絕緣配合和外絕緣部分設(shè)計(jì)，明確了直流特高壓輸電項(xiàng)目的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：直流特高壓；輸電項(xiàng)目；過壓抑制

1 前言

電力輸電體系將直流在±800kV以上的電壓級別輸電項(xiàng)目定義為直流特高壓輸電項(xiàng)目。中國國土面積大，負(fù)荷中心主要集中在華東與華南區(qū)域，但能源則主要聚集在西部區(qū)域。直流特高壓輸電項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)是輸送容量大、輸電距離長，能夠很好的解決國內(nèi)能源中心和負(fù)荷中心分布不平衡的問題。研究直流特高壓技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大區(qū)域，高容量的能源轉(zhuǎn)移。

2 直流特高壓輸電項(xiàng)目發(fā)展的必然性

2.1 電力能源需求量增大

綜合國內(nèi)電力體系和社會，經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。電力能源損耗也逐年增加，并且將在很長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定上漲的態(tài)勢。截至2016年底，國內(nèi)發(fā)電機(jī)組的整體容量是13.8億kW，水電機(jī)組為3.2億kW，占據(jù)整體裝機(jī)容量的20%左右。此外，根據(jù)2016年電力統(tǒng)計(jì)年鑒可知，2016年全國用電負(fù)荷為56132億kW。

2.2 電力負(fù)荷以及資源分布狀態(tài)不均衡

伴隨國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速增長以及工業(yè)生產(chǎn)水平的逐步推進(jìn)，負(fù)荷需求不斷增加，但資源與負(fù)荷的區(qū)域分布差異，對電能的開發(fā)以及輸送提出很大挑戰(zhàn)。對于國內(nèi)資源分布狀態(tài)而言，需要電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源整合，高效化輸送。

2.3 特高壓直流輸電項(xiàng)目的綜合聯(lián)網(wǎng)效益

特高壓輸電項(xiàng)目具備較好的經(jīng)濟(jì)效益，并且能夠減少電力輸送的運(yùn)行開銷，在相同標(biāo)準(zhǔn)下，直流特高壓輸電的輸送能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他輸電方式。此外，直流特高壓輸電能夠有效降低線路走廊寬度。

2.4 本章總結(jié)

本章首先研究了直流特高壓輸電項(xiàng)目發(fā)展的必然性，包括電力能源需要量增大、電力負(fù)荷以及資源分布不均衡、特高壓直流輸電項(xiàng)目的綜合聯(lián)網(wǎng)效益，闡述了直流特高壓輸電項(xiàng)目具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

3 特高壓直流輸電項(xiàng)目的難點(diǎn)

3.1 對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的擾動

特高壓直流輸電項(xiàng)目不可避免地對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在影響，由于直流輸電項(xiàng)目屬于外部電網(wǎng)送點(diǎn)，因而容易造成對受端電網(wǎng)產(chǎn)生擾動。

3.2 電力系統(tǒng)的可靠性問題

此外，直流特高壓輸電系統(tǒng)對電網(wǎng)可靠性的影響也很突出，該現(xiàn)象主要基于直流特高壓線路長、設(shè)備復(fù)雜、障礙率較高，當(dāng)直流特高壓系統(tǒng)發(fā)生問題時，容易引發(fā)連鎖事故并且給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來影響。

3.3 送受端交流系統(tǒng)網(wǎng)架對直流特高壓技術(shù)的限制

如果直流特高壓項(xiàng)目的送端、受端電網(wǎng)薄弱，將對直流特高壓項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。此外，直流特高壓輸電項(xiàng)目也對環(huán)境產(chǎn)生不可避免的干擾。

3.4 本章總結(jié)

本章研究了特高壓直流輸電項(xiàng)目的難點(diǎn)，包括對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的擾動、電力系統(tǒng)的可靠度狀況頻發(fā)以及送受端交流系統(tǒng)網(wǎng)架對直流特高壓技術(shù)的局限性限制。

4 直流特高壓輸電項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 直流特高壓輸電項(xiàng)目的過電壓關(guān)鍵技術(shù)

若在操作開關(guān)動作或者內(nèi)部發(fā)生短路的狀況時，電氣設(shè)備往往面臨短時過電壓。此外，若在遇到雷擊時，往往也容易發(fā)生過電壓，對電力裝備的運(yùn)行非常不利。因而，需要對各類過電壓工況進(jìn)行研究并選取相關(guān)的保護(hù)方式。

4.2 無功功率平衡關(guān)鍵技術(shù)

直流特高壓輸電的輸送容量較大，其電力電子設(shè)備對無功的消耗也很大，因此無功功率平衡研究也是直流特高壓技術(shù)的一個重要部分。選取現(xiàn)有的限定線路容升方式，即在線路中設(shè)置給定的電抗能夠改變線路的容升作用，但也會在一定程度上降低特高壓輸電線路的輸送限制。

4.3 絕緣配合和外絕緣部分設(shè)計(jì)

針對輸電線路的導(dǎo)體模塊以及非導(dǎo)體模塊完成有效絕緣設(shè)計(jì)能夠保障電能的安全輸送。直流特高壓輸電線路的電壓水平較高，絕緣裝置的費(fèi)用在整個輸電項(xiàng)目投資中占據(jù)了很大的比重。合理地選取電力裝備的絕緣水平非常重要，需要對換流站和輸電線路上產(chǎn)生的過電壓研究進(jìn)行相關(guān)的絕緣設(shè)計(jì)。

4.4 本章總結(jié)

本章主要分析了直流特高壓輸電項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)，研究了直流特高壓輸電項(xiàng)目的過電壓保護(hù)、無功功率平衡以及絕緣配合和外絕緣部分設(shè)計(jì)。

5 直流特高壓輸電項(xiàng)目的優(yōu)勢

5.1 電能輸電距離遠(yuǎn)，輸送容量大

直流特高壓輸電項(xiàng)目電壓等級較高，具備輸送功率大并且輸送距離長的優(yōu)點(diǎn)，對日漸增加的電能需求具備重要的實(shí)際意義，并且能夠達(dá)到緊湊輸電的效果。

5.2 直流特高壓輸電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益高

相比其他輸電模式，選取直流特高壓模式完成電能輸送，其單位容量輸送的成本較低，經(jīng)濟(jì)效益好，對電力公司和用戶來說是多方有益的。

5.3 輸電線路占據(jù)面積小，走廊寬度較窄

選取特高壓直流輸電項(xiàng)目進(jìn)行輸電，雖絕緣距離增加，但輸送功率隨之提升，且輸電線路僅需正、負(fù)極兩回輸電線路，單位輸送容量所需求的線路走廊寬度降低，能夠大量節(jié)約輸電線路占據(jù)的用地面積。

5.4 輸電進(jìn)程中的功率損耗小

直流特高壓輸電項(xiàng)目的電壓等級高，對降低電力系統(tǒng)電流以及功率損耗非常有益。國內(nèi)電能損耗量很高，減少電能輸送的進(jìn)程中帶來的功率損耗混產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，能夠給能源利用率的提升以及構(gòu)建環(huán)保級城市帶來巨大的有益影響。

5.5 本章總結(jié)

本章首先分析了直流特高壓輸電項(xiàng)目的優(yōu)勢，該項(xiàng)目具有電能輸電距離遠(yuǎn)、輸送容量大、直流特高壓輸電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益高、輸電線路走廊寬度較窄的特點(diǎn)，此外，輸電進(jìn)程中的功率損耗小。

6 本文總結(jié)

伴隨國家經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，直流特高壓輸電項(xiàng)目也在不斷建設(shè)和完善中。本文首先研究了直流特高壓輸電項(xiàng)目發(fā)展的必然性，包括電力能源需要量增大、電力負(fù)荷以及資源分布不均衡、特高壓直流輸電項(xiàng)目的綜合聯(lián)網(wǎng)效益，闡述了直流特高壓輸電項(xiàng)目具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。研究了特高壓直流輸電項(xiàng)目的難點(diǎn)，包括對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的擾動、電力系統(tǒng)的可靠度狀況頻發(fā)以及送受端交流系統(tǒng)網(wǎng)架對直流特高壓技術(shù)的局限性限制。

參考文獻(xiàn)

[1]丁偉，胡兆光.特高壓輸電經(jīng)濟(jì)性比較研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，6（19）：1-9.

[2]汪秀麗.特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展[J].水利電力科技，2006，8（2）：1-3.

（作者單位：1.安徽送變電工程公司；2.國網(wǎng)國際發(fā)展有限公司）