面向農(nóng)村偏遠電網(wǎng)的輸電線路交改直技術方案研究

李小偉 黎敏 李镕耀 莫昌明

摘要：目前，科學技術的發(fā)展迅速，電力工程的發(fā)展也有了很大的進步。與現(xiàn)有交流輸電線路擴容改造方案相比，將交流輸電線路改造成直流輸電線路（輸電線路交改直）的方式能夠最大程度地發(fā)揮原有線路的輸電能力使其輸電功率最大化，因而具有較好的應用前景。

關鍵詞：面向農(nóng)村偏遠電網(wǎng);輸電線路;交改直技術方案研究

引言

農(nóng)村偏遠地區(qū)由于遠離配電網(wǎng)核心區(qū)域，輸電線路較長，設備陳舊，導致供電可靠性低、電能質量差。對此，提出采用柔性直流配電網(wǎng)技術對現(xiàn)有偏遠農(nóng)村地區(qū)供電進行改造的方案。從經(jīng)濟性角度出發(fā)，指出采用將原有交流線路改造成直流線路的方式，可降低建設成本，可為實際工程規(guī)劃與分析提供參考。

1直流供電方案及其優(yōu)勢

直流供電方案是在配網(wǎng)核心區(qū)和農(nóng)村偏遠地區(qū)分別建設一個直流換流站C1和C2，然后采用直流線路將兩者連接，保留農(nóng)村配網(wǎng)原本的交流用電習慣，配電結構如圖1所示。虛線段表示將原交流線路改造成直流線路，直流線路上可實現(xiàn)沿線光伏、風電和儲能的并網(wǎng)。在換流器拓撲結構方面，考慮到供電的靈活性和可靠性，用戶側換流站C2需采用VSC（電壓源換流器），配網(wǎng)側換流站C1可采用VSC或晶閘管換流器等拓撲形式，在滿足系統(tǒng)運行方式的前提下，可采用性價比更優(yōu)的換流器形式。與采用交流配線的方式相比，該方案具備如下優(yōu)點：（1）由于直流線路大于交流線路的供電半徑，該方案能夠在保證電壓降的同時，將電能輸送至偏遠地區(qū)，并保證受端的電壓幅值和頻率可以滿足要求。（2）采用直流形式后，從配網(wǎng)核心區(qū)至農(nóng)村偏遠地區(qū)沿途的光伏、風機等新能源能夠通過直流配網(wǎng)掛網(wǎng)運行，實現(xiàn)新能源的便捷接入，解決了新能源電能難以輸出等問題，實現(xiàn)偏遠地區(qū)新能源資源的優(yōu)化利用。（3）通過在直流側配置儲能，能夠有效平抑光伏、風機等功率波動對配網(wǎng)的影響，同時提高農(nóng)村電網(wǎng)的供電可靠性。（4）圖1中虛線部分的直流線路可以由原交流線路改造而得，從而降低工程建設成本;同時，開展交改直的試點示范研究，有助于促進該技術的發(fā)展和應用。（5）當C1換流站與配網(wǎng)因故障隔離，或直流線路發(fā)生故障后，直流配網(wǎng)剩余系統(tǒng)與農(nóng)村電網(wǎng)將形成孤網(wǎng)，但系統(tǒng)可繼續(xù)運行，保障了農(nóng)村電網(wǎng)的供電可靠性。（6）C2換流站具備無功調節(jié)和電能質量治理等功能，能夠有效調節(jié)農(nóng)村電網(wǎng)的電壓水平和電能質量，降低農(nóng)村配網(wǎng)的線損。

2應對的措施

2.1加強對導地線的檢修

輸電線路中導地線的連接是通過配套的接續(xù)管來實現(xiàn)的，在導地線連接之前需要注意的是，要對相關試件的質量進行嚴格的檢測，確保所有的試件質量都符合標準，在對輸電線路的導地線進行檢修的過程中，要對新試件的強度進行嚴格的控制，其強度值要大于導地線計算拉力的95%，要控制在設計要求的范圍內(nèi)。對于輸電線路中應用的不用材質、不用規(guī)格的導線，不能在同一個耐張段內(nèi)進行連接。除此之外還要對接續(xù)管與耐張線夾之間的距離進行嚴格的把控，水平距離要控制在15m以上，與懸垂線之間的距離要控制在5m以上，與間隔棒之間的間距要保持在0.5m以上，同時為了盡可能減少線損，要減少接續(xù)管的使用數(shù)量。

2.2強化線路巡檢工作

線路巡檢是輸電線路檢修工作的重要內(nèi)容，為了盡可能減少輸電線路故障發(fā)生的概率，就需要加強輸電線路巡檢工作力度。在巡檢工作開始之前，①需要做的就是明確巡檢工作的具體內(nèi)容，并且要能夠做到定時、定人、定線的巡檢，以此來保證輸電線路的巡視率能夠達到百分之百。還需要根據(jù)輸電線路架設當?shù)氐臍夂蜃兓瑏聿欢ㄆ诘陌才畔鄳难矙z工作，以此來降低氣候因素對輸電線路安全、穩(wěn)定運行帶來的影響。②需要加強對線路通道的運行管理，在巡視過程中將發(fā)現(xiàn)的線路的缺陷詳細記錄下來，這樣在之后的檢修工作中就能夠根據(jù)這些缺陷采取針對性的措施。③要對線路范圍內(nèi)的樹木以及房屋進行合理的處理，這樣能夠確保檢修工作的順利進行。

2.3加大對重點地區(qū)的線路檢查力度

對于一些輸電線路架設規(guī)模較大、數(shù)量較多以及地理環(huán)境較復雜的區(qū)域，應加大在人力、物力、財力方面的投入力度，應該對該地區(qū)的輸電線路情況進行重點檢查，由于輸電線路架設現(xiàn)場的情況相對來說比較復雜，為了提高檢修工作的質量和效率，使檢修人員的生命安全得到保障，該地區(qū)的檢修人員應該有著統(tǒng)一的指揮、統(tǒng)一的安排、明確的分工，要能夠使檢修現(xiàn)場所有的檢修工作都能夠按照一定的秩序來開展。除此之外，在檢修工作開展之前，需要事先做好技術交底工作，要能夠使檢修操作人員對整個檢修計劃有著非常詳細的了解，這對提高檢修工作的效率來說有著非常重要的作用。

3拓撲結構

如果將AB、BC和BD3條交流線路改造成直流線路，且采用TPS-HVDC或TPT-SWAC-HVDC結構，那么，過渡階段需要進行電壓反向的一極要控制好各換流站直流電流，維持該極上的直流電流在電壓反向過程中始終保持為0，以維持功率穩(wěn)定。這需要較為復雜的協(xié)調控制和快速通信，另外，大范圍同時性的電壓電流調節(jié)對系統(tǒng)的可靠性也是一個考驗。如果被改造的線路采用TWBS或TBPT-SWAC結構，其中，每個換流站的直流側僅含正負極端口，與雙極直流相同，能夠和雙極線路無縫銜接。擴展式MTDC具有易擴展特性，同時，無論多端直流網(wǎng)絡的端口數(shù)目有多大，都不需要如同TPS-MTDC所需的全網(wǎng)全站式協(xié)調控制。在電能擴容傳輸方面，通過引入TWBS或TBPT-SWAC，能夠充分利用原有交流線路的傳輸線，擴大傳輸容量。每條線路內(nèi)的電壓電流轉換過程各不干擾，無需通訊協(xié)調。針對基于TWBS結構的擴展式三端直流進行了較為詳細的研究和仿真分析，驗證了該改造方案的可行性。隨著化石能源的大量開采，環(huán)境問題受到了越來越多的關注，開發(fā)利用清潔可再生能源的呼聲也越來越高。而直流電網(wǎng)是有效解決新能源大規(guī)模接入的一種方案。在直流電網(wǎng)建設過程中，從新建輸電走廊的經(jīng)濟性和困難度來看，將交流線路改造成直流線路的方法顯得更加可行。給出一個含有25個節(jié)點的直流電網(wǎng)模型，其中，每個節(jié)點代表一個與交流系統(tǒng)相連的換流站，兩個節(jié)點之間的黑線代表傳統(tǒng)雙極傳輸線，藍色線代表采用TWBS或TPBT-SWAC技術的三線傳輸線。給出了3種三線傳輸線的連接方式：兩節(jié)點連接型，三節(jié)點連接型和四節(jié)點環(huán)形連接型。

結語

輸電線路關系到正常的生產(chǎn)生活以及社會的穩(wěn)定，所以輸電線路的檢修工作受到了越來越高的重視，加強對輸電線路檢修工作的研究力度也是現(xiàn)階段電力企業(yè)的重要工作內(nèi)容之一。本文僅介紹了交流線路改造成直流線路的換流站拓撲方案，而實際改造工程中，輸電線路的選型、輸電桿塔的改造、直流配線電壓電流等級等方案選擇同樣重要，有待進一步研究。

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