我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨

我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨
发布时间：2022-12-01T02:59:04.707Z 来源：《新型城镇化》2022年22期作者：刘伟
[导读] 本文针对这些问题进行讨论，以期给我国特高压直流输电建设提供参考。

国网山西省电力公司超高压变电分公司山西省太原市 030031
摘要：针对我国电网的发展趋势，指出发展特高压交流输电是缓解我国电力供应紧张状况的有效途径，也是改善电网结构、促进全国联网的需要。

作者对目前我国特高压输电领域存在争议的一些问题进行了论述，包括：特高压输电线路异常雷击跳闸率的有效防治、合成绝缘子在特高压输电线路防污闪中的应用。

关键词：特高压交流输电；雷击跳闸；污闪
虽然±800kV特高压直流输电在技术上是可行的，但世界上还没有1条实际线路运行，缺乏实际经验。

我国在±800kV直流输电电磁环境、过电压与绝缘配合、直流偏磁、控制保护系统、特高压交直流混合电网的稳定性等重要问题上还需深入研究。

本文针对这些问题进行讨论，以期给我国特高压直流输电建设提供参考。

1±800kV特高压直流输电的电磁环境研究
1.1电磁环境概述
输电线路的电磁环境包括线路下方电场效应、无线电干扰和可听噪声等几方面内容，是输电工程设计、建设和运行中必须考虑的关键问题之一。

高压直流输电线路运行时在导线周围空间产生离子流场，线下合成场强对人体产生影响。

线路或换流站设备产生的无线电干扰对无线电通信正常接收产生干扰，产生的过高可听噪声易使附近居民或工作人员感觉烦躁不安。

随着电压等级的升高，电磁环境问题将更加突出，因此对特高压直流输电进行电磁环境研究十分重要。

1.2有关限值选取的建议
中国电力科学研究院建议将±800kV及以上电压等级直流输电线路的电磁环境指标限制在±500kV直流输电线路的水平，即合成场强限值为30kV/m，离子流密度限值为100nA/m2。

距正极性导线15m处的50%全天候可听噪声水平限值为45～50dB（A）；无线电干扰水平的限值参照GB15707–1995中对交流500kV输电线路的无线电干扰限值要求选取。

这些限值的选取还应结合我国的具体情况进行分析。

2特高压输电线路的防污闪
随着电力工业的发展，大气污染日益严重，对于运行中的线路，因表面污秽而引起的绝缘子闪络是电网安全运行的主要威胁。

特高压线路对可靠性的要求比超高压线路高，防污闪是保证特高压线路可靠运行的一个十分重要的方面。

综合考虑紧凑化和防污闪的需要，建议我国特高压线路采用大吨位、高强度的合成绝缘子，结合所经区域的污秽状况并预测今后的发展趋势，合理地选择绝缘子长度和爬电比距。

目前合成绝缘子的技术条件和生产能力已经基本具备，今后应结合特高压输电的需要进一步加强400~820kN大吨位合成绝缘子的研发。

经分析可知，在特高压线路中选用合成绝缘子是一种行之有效的防污闪技术措施。

3±800kV特高压直流输电的过电压与绝缘配合研究
3.1过电压与绝缘配合研究内容过电压与绝缘配合是±800kV特高压直流输电工程在安全性和经济性方面最重要的因素之一，目前还没有成熟的工程设计和运行经验可供借鉴和参考，过电压与绝缘配合的主要研究内容包括计算分析换流站、架空线路的过电压水平，研究限制过电压和防护措施等，确定绝缘配合的原则，分析换流站内主要设备的绝缘水平，确定过电压保护方案的基本配置等。

特高压换流站直流场内直流高速开关、隔离刀闸、互感器等设备需满足外绝缘爬距要求。

考虑带电导线之间、带电体与支撑结构或地间的最小允许空气间隙时，对长空气间隙放电特性的认识是其选择的基础。

支持带电体必要的固体绝缘，取决于直流工作电压和大气污秽程度，属于特高压直流绝缘子电气特性的研究范畴。

3.2直流绝缘子的选择
绝缘子是输电线路的重要设备，在相同运行条件下，直流绝缘子的积污量比交流绝缘子的要严重很多。

直流电压下绝缘子的积污情况与自然环境、污源及污秽物质的性质密切相关。

高海拔地区对直流绝缘子污闪特性的影响主要表现在低气压导致绝缘子污闪电压的下降。

此外，国内外对覆冰、酸雨条件下的外绝缘直流放电特性的研究较少，对±800kV直流输电线路在覆冰条件下的研究也很少。

因此，建议结合我国高海拔、重污秽等实际情况开展具体的试验研究。

目前绝缘子可选的类型有瓷、玻璃和合成绝缘子。

如在高海拔、重污秽地区特高压直流线路选用瓷或玻璃绝缘子，杆塔尺寸很大，设备造价高，导致工程建设成本很高。

合成绝缘子具有较优异的耐污闪能力，如在相同污秽条件下选用复合绝缘子可显著减小绝缘子串长，
缩小杆塔尺寸，有效降低工程造价。

目前我国合成绝缘子在伞裙形状、端部密封技术、伞套成型工艺、机械强度可靠性等方面已达到了国际先进水平，但大吨位绝缘子的制造技术还不成熟。

3.3需要重点研究的问题
鉴于目前没有特高压直流工程绝缘配合设计和运行经验可供借鉴和参考，许多关键问题，特别是我国的特有问题需要重点研究：①积极建设高海拔、重污秽、重冰区等典型地理气候条件下的特高压直流试验基地；②研究高海拔、污秽、覆冰（雪）、酸雨（雾）等复杂地理、气候条件下不同型式直流绝缘子的闪络特性和机理（积污、覆冰规律、绝缘子形状的影响），尤其是长串绝缘子的闪络和耐受特性研究；③研究长空气间隙直流、冲击放电特性和机理，特别是高海拔、低气压条件下的直流、冲击放电特性。

4±800kV特高压直流输电中直流偏磁对变压器的影响研究
4.1直流偏磁问题的存在
大型电力变压器的励磁电流比较小，允许直流偏置量为励磁电流的1～1.5倍，流过变压器很少量的直流电流就可能导致直流偏磁，引起铁心饱和，致使电流畸变，产生高次谐波，危害变压器和电力系统的安全运行。

高压直流输电线路以单极大地返回线方式运行时，易导致其周围交流变电站的变压器出现直流偏磁现象，换流变压器也会产生直流偏磁现象。

特高压直流输电接地极电流约为4000A，将导致更加严重的直流偏磁，需要开展相关研究。

4.2直流偏磁产生的原因及危害
4.2.1产生的原因
当直流输电线路采用单极大地返回线方式运行时，接地极周围变电站地网上感应出高的地电位（受入地电流和土壤电阻率的影响），使不同位置的变电站出现电位差。

变压器中性点接地运行时将构成直流通路，流入变压器中性点的直流电流和励磁电流共同作用引起变压器铁心磁通不对称饱和，产生直流偏磁现象。

太阳磁暴引起的地磁感应电流也会导致变压器的直流偏磁，本文不讨论这种情况。

换流变压器绕组中产生直流偏磁电流的主要原因有：触发角不平衡；工频电流流过直流线路；换流站交流母线出现正序2次谐波电压；单极大地返回运行期间因电流注入接地极引起换流站地电位升高。

4.2.2产生的危害
直流偏磁使变压器铁心半周饱和，在激励电流中产生大量谐波，谐波流入系统导致系统电压波形畸变、滤波器过载、继电保护误动、合空载长线时产生持续过电压、单相重合闸过程中潜供电流增加和断路器恢复电压增高。

变压器的无功消耗增加，使系统无功补偿装置过载或系统电压下降，影响系统正常运行。

4.3直流偏磁抑制措施
通常抑制直流偏磁的措施有：①在变压器中性点装设直流电压源或在关键变压器内设置消磁线圈，产生与流入中性点反向的补偿电流；②在变压器中性点串联电阻，限制直流电流的大小；③在变压器绕组出线上串联电容补偿，阻断直流的通路；④在变压器中性点串联电容，阻断直流电流。

各种方法都有优缺点，需要进一步研究优化。

4.4需要重点研究的问题±800kV、6.4GW特高压直流输电接地极的电流可达到4000A，由于地理条件复杂，很多问题值得深入研究：①限制流入变压器中性点的直流电流的方法，逐渐优化；②按照交直流混联电网的整体长期规划考虑直流接地极的选址，后续交流变电站的选址；③接地极的形状和结构及大地参数对接地性能的影响，合理选择接地极的形状和结构，使其技术性能达到最优；④高土壤电阻率下或复杂土壤结构下地中电流的分布。

5结论
±800kV特高压直流输电建设的前期准备、建设过程中和投运后都会出现一些问题。

本文在结合前人研究工作的基础上进行了总结，提出了一些对我国特高压直流输电建设、维护和运行有参考价值的建议希望可以改善我国特高压直流输电网络的建设水平。

参考文献：
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