直流輸電線路導線選型中的損耗小時數取值分析

林繼亮，夏 亮，溫作銘，王子瑾

(中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200001)

0 引言

近年來，對于長距離、電壓等級較高的輸電線路，導線選型主要采用年費用最小法進行計算和比較，再結合機械、電氣等特性，綜合分析確定技術可行、經濟合理的導線選型方案。

年費用最小法涉及到年損耗小時數τ的取值。對于傳統交流輸電線路工程的年損耗小時數τ值選擇，一般是按最大負荷利用小時數Tmax直接從《電力系統設計手冊》[1]中查取對應的損耗小時數τ。《電力系統設計手冊》中關于損耗小時數τ與最大負荷利用小時數Tmax之間的關系是通過對損耗小時數τ公式定義進行一系列簡化處理而得到的。損耗小時數τ值不僅與最大負荷利用小時數Tmax與有關，還與功率因數 cosφ有關[1]。

然而，直流輸電線路的損耗機理和特性與交流輸電線路存在差異，而且直流輸電大多為清潔能源送出，電源點輸送容量變化較大，實際應用中還存在與負荷端需求有關的內火打捆等情況。直接從《電力系統設計手冊》中查取對應的損耗小時數τ會導致與實際值存在偏差，導致所選導線參數偏離正常值，從而引起整體工程投資偏差，因此，不應直接查值。本文研究直流輸電線路導線選型中的損耗小時數取值方法。

1 交流輸電線路工程損耗小時數計算

電網運行中由于運行方式經常變化，線路通過功率也相應發生變化，其功率損耗也隨時間而變化。在分析線路或系統運行時的經濟性時應根據不同功率及相應時間段進行計算以求得全年的電能損失ΔA，損耗小時數τ為全年電能損耗ΔA除以最大負荷時的功率損耗ΔPmax，即：

交流輸電線路最大負荷利用小時數Tmax一般為4 000～6 000 h之間，功率因數cosφ一般維持在0.95，年損耗小時數τ值維持在2 000～4 000 h之間，負荷利用小時數Tmax與年損耗小時數τ值相差約1 800 h。

表1 最大負荷利用小時數Tmax與損耗小時數τ的關系表

2 直流輸電線路工程損耗小時數計算

近年來，適合長距離輸送的直流輸電線路已廣泛應用于綠色能源的長距離輸送。綠色電源點出力不穩定，導致直流輸電線路的最大負荷利用小時數Tmax比交流工程明顯偏低，而且由于工作機理不同，導致電阻和電暈損耗計算方式略有差異，通過傳統方法確定損耗小時數τ已不能反映工程實際情況。

目前，直流輸電線路工程損耗小時數τ的確定主要采用兩種方法。一種方法是對電源點每天(或每階段)(一般以年為計算單元)出力進行實時預測，通過全年負荷折算每小時負荷進而得到全年電能損耗值ΔA，通過式(3)計算得到損耗小時數τ，經過經濟比選確定最終導線選型方案。直流工程中往往受到綠色能源實際條件限制，比如枯水期、陰雨天氣等因素影響，對電源點出力的實時預測往往具有假設性，從而影響損耗小時數τ值準確性。此種方法雖然粗糙但在工程使用中基本可行。

式中：τ為損耗小時數；ΔA為全年電能損耗；ΔPmax為電阻損耗功率。

另一種方法則是通過計算已建直流線路工程每天(一般以年為計算單元)實際出力，通過全年負荷折算每小時負荷進而得到全年電能損耗值ΔA，通過式(3)計算得到損耗小時數τ，進而確定最大負荷利用小時數Tmax與損耗小時數τ之間的關系，通過插值法確定擬建直流工程的 τ值[3-5]。

3 工程應用

我國某新建特高壓直流輸電線路工程邊界條件為系統額定電壓U=±800 kV、系統每回輸送功率S=8 000 MW。線路長度較長，跨越多種氣象區，導線投資在整個工程中的占比較大。由于該工程承擔多個小水電電源點的送出，受枯水期影響每階段實際出力差異較大。

本工程損耗小時數τ按照電源點出力預測法和插值法兩種方法計算比較確定。

3.1 電源點出力預測法

由于此新建特高壓直流輸電線路工程電源點為多個小水電送出，結合枯水期和平水期，該工程預測出力曲線見圖1。

圖1 輸送容量為8 000 MW條件下的負荷曲線和損耗曲線

通過圖1中的負荷曲線得到負荷利用率，進而計算得到直流運行小時數；通過損耗曲線分別得到相應的電能損耗值ΔA和電阻損耗功率ΔPmax，通過式(3)得到損耗小時τ。其中，電阻損耗功率ΔPmax=I2×R×2，計算結果見表2。

表2 電源點出力預測法計算得到的利用小時數和損耗小時數

3.2 插值法

某已建直流輸電線路2014年度、2015年度直流每日最大、最小、平均出力圖見圖2。通過分析圖2中的出力曲線可知，該直流輸電線路工程最大負荷利用小時數與損耗小時數相差1 600 h左右。根據擬建直流工程最大負荷利用小時數，通過內插法可得到該工程損耗小時數的大致范圍值，為工程推進提供指導。雖然每個工程由于所輸送地區、輸送功率不同而呈現不同特性，但最大負荷利用小時數與損耗小時數關系基本呈現以上規律性。

圖2 某已建直流線路每日最大、最小、平均出力曲線

通過負荷曲線得到負荷利用率，進而計算得到直流運行小時數。通過損耗曲線得到相應的電能損耗值ΔA和電阻損耗功率ΔPmax，通過式(3)得到損耗小時數τ。其中，電阻損耗功率ΔPmax=I2×R×2，計算結果見表3。

表3 采用插值法計算得到的利用小時數和損耗小時數

3.3 比較分析

通過電源點出力預測法和內插法分別對某新建特高壓直流輸電線路工程損耗小時數進行分析計算，最大負荷利用小時數與損耗小時數相差約1 600 h，雖然每個工程由于所輸送地區、輸送功率不同而呈現不同特性，但最大負荷利用小時數與損耗小時數關系基本呈現以上規律性。

4 結語

本文依托擬建和已建的2條直流輸電線路工程，分析得到直流輸電線路工程最大負荷利用小時數與損耗小時數之間的相對關系，兩者相差約1 600 h。受資料所限，這是從2個工程實例得到的初步結論，有一定的合理性，但尚不具備普適性。后續將分析總結更多的工程實例，進一步研究、驗證直流工程中最大負荷利用小時數與損耗小時數之間的相對關系。電源點出力預測法要求工程必須提供預測曲線或數據，插值法僅需提供最大負荷利用小時數即可進行分析，隨著工程推進兩種方法可互相驗證。該研究方法、結果對于類似工程在前期設計階段快速確定損耗小時數取值具有借鑒意義。