特高压交直流输电技术特点及应用场合浅析

2017-01-20王赛豪占小猛李良权

中国设备工程 2017年17期

关键词：大容量特高压经济性

王赛豪，占小猛，李良权

（平高集团有限公司，河南平顶山 467001）

特高压交直流输电技术特点及应用场合浅析

王赛豪，占小猛，李良权

（平高集团有限公司，河南平顶山 467001）

输电技术快速发展，我国已进入特高压输电广泛应用的时代。本文分析了特高压交、直流输电技术的主要特点，并对其技术经济性进行简要对比。在此基础上，对特高压输电技术在我国的应用场合进行了探讨。

特高压交流输电；特高压直流输电；可靠性；经济性；应用场合

推进特高压电网建设已成为国家发展战略。我国电网特点是资源和负荷的地理分布极不平衡，客观上存在长距离、大容量电力输送需求。从2009年1100kV特高压变流输电示范线路“晋东南一南阳一荆门”，到2010年±800kV云南—广东特高压直流电输电示范工程的成功投运，标志着我国特高压输电大规模应用时代拉开帷幕。

特高压电网是指1100kV级交流和±800kV级直流的输电电网。我国发展特高压输电技术，是为更经济、更可靠地解决当前大规模、远距离输电问题。经济性是特高压输电的重要基础。

我国特高压输电技术的试验能力和工程实践水平提升迅速，对于特高压交、直流两种输电方式的应用前景，是工程技术人员关心的问题。本文从对特高压交、直流输电技术特点入手，探讨其适用场合及经济性。

1 特高压交流输电技术特点

1.1 大容量输送能力

自然功率是评价线路输电能力的一项重要指标。线路输送自然功率时，电感吸收的无功和电容发出的无功保持平衡。大容量输电线路通常装设高压电抗器或串联补偿装置，以解决无功平衡和过电压问题。据测算，采取相同并联补偿度时，1100kV输电线路的自然功率是550kV线路的4．2倍。

1.2 长距离输送能力

阻抗与电压平方成反比，1100kV特高压线路阻抗折算到550kV线路，约为后者的1/4。输送相同容量时，采用1100kV特高压线路时，其输电距离要远大于550kV线路。据测算，输送2000MW电力时，单回1100kV线路输送距离可达1300km，而550kV常规线路输送距离仅为400km。

1.3 线路损耗低

线路损耗包括电阻性损耗和线路电晕损耗，其中电阻性损耗受电阻率、长度和电流的影响，电晕损耗受气象条件、导线型号及电压的影响。以典型线路为例，在导线截面、输送容量相同的条件下，1100kV线路比550kV线路的电流降低1/2，电阻降低3/4，综合损耗降低约54%。

1.4 节省线路走廊和占地面积

采用1100kV特高压交流输电，其线路走廊宽度大为降低，约为550kV线路走廊宽度的30%。在长距离、大容量输电中采用特高压输电，能提高走廊利用率，大幅节省土地占用面积，经济性显著。

1.5 系统稳定性及其他风险

特高压交流输电的主要风险是系统稳定性。据统计，1965～1984年间全世界共发生6次交流大电网瓦解事故，这表明采用交流系统进行互联的区域电网，存在稳定性、事故连锁及大面积停电等风险。

特别是在特高压输电线路建设初期，由于尚未形成网络，线路负载能力较低，这将带来系统稳定性风险。另外，特高压交流输电的电磁辐射对环境影响较大。

2 特高压直流输电技术特点

2.1 电网结构简单，易调控

特高压直流输电采用大功率、远距离、点对点的输送模式，无中间落点，直接将电力输送到负荷中心。当确定了送、受端之后，采用直流输电方式可实现交、直流电网并联输电，或者非同步联网输电，电网结构清晰易调控。

2.2 短路电流易限制

一般直流输电线路用于交流电网间的连接。对直流系统自身而言，它有定电流控制机制，可快速限制系统中出现的短路电流，使得系统短路容量不会因电网互联而增大。

2.3 系统高可靠性

利用可控硅换流器，在直流输电技术中可快速调整有功功率，实现电流方向的改变。另外，在正常状态下，直流系统可保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援。因此，当交、直流电网互联时，假若交流电网线路出现短路，可通过短暂增大直流输送功率的方式，来控制电源端的发电机转子速度，从而提高系统可靠性。

2.4 年电能损耗小，线路造价低

交流架空线输电需三根导线，而直流只需两根导线，电阻损耗小，没有线路感抗及容抗的无功损耗，也没有交流工况下的集肤效应，导线截面利用充分；直流输电方案若采用大地或海水作回路时，仅需一根导线，可大幅节省建设投资，在前期投资和运行费用上经济性突出。

2.5 大容量直流系统风险加大

通过特高压直流输电系统构建的交、直流互联电网，使得与大容量直流相关的系统风险有所加大。比如，对于多回大容量直流受端密集落点的电网，当交流系统发生故障时，可能导致多回直流输电线路同时出现换相失败，引起交流线路保护或开关拒动，导致交流故障不能及时清除，最终可能造成多回直流线路发生持续换相失败，甚至发生直流闭锁。

此外，直流换相失败后，电网中存在复杂的交直流相互影响，在功率恢复过程中，线路动态无功需求将大幅增加，但是由于负荷电网中无电源支撑，可能引起直流系统电压失稳，极端情况下导致大面积停电事故。

3 特高压输电技术的应用场合

我国已启动“五交八直”特高压工程，未来将建成“三华”特高压同步电网，1100kV交流输电和±800kV直流输电在大电网的发展中扮演着不同角色。

特高压交、直流输电只能互补，不能互相取代。直流输电方式由于中间无落点，因而只有输电功能，而不能构建网络，可定位于超大容量、超远距离的输受端明确的“点对点”输电。采用直流输电技术，可减少或避免过网的不均匀潮流，并且可以方便地控制潮流大小和方向，但是，其发挥作用的前提是必须结合坚强的交流网络。相对而言，交流输电方式则同时具备输电和构建网络的功能，可依据电源分布、负荷位置、输送容量等实际需求进行电网系统设计，同时线路中间可以设置落点，这会使得电力接入、传输和消纳更加灵活方便，可定位于构建各级坚强输电网，以及经济距离下的大容量、长距离输电，为直流输电提供重要支撑。

基于特高压交、直流输电系统特点，对我国特高压输电技术应用场合做以下探讨。

3.1 远距离大容量输送

我国水电、煤电和负荷中心分布极不平衡。其中，2/3的水电分布在西南地区，2/3的煤电分布在西北地区，而2/3的用电负荷位于东部沿海和京广铁路以东地区，输电网络明显呈现出“西电东送”、“北电南送”的格局，输电距离为600～2000km。输送容量5000～20000MW。从输电经济性角度讲，当距离超过l200km时，采用±800kV直流输电比1100kV交流输电更具经济性。