特高压交直流输电系统可靠性分析

特高压交直流输电系统可靠性分析
摘要：根据交直流输电系统结构建立基于确定性指标的输电系统串并联可靠性
模型，提出评估方法，以相关的元器件和子系统实际运行可靠性指标评估两种输
电系统可靠性，比较分析两种输电系统可靠性的特点，讨论两种输电系统强迫停
运对电网运行稳定性的影响以及保持电网运行稳定措施的经济性。

关键词：输电系统；可靠性；模型；评价方法；稳定措施；经济性
1 交/直流输电系统通用可靠性模型和评估方法
1.1 交/直流输电系统可靠性概念
交/直流输电系统的可靠性是在一定条件下和一定时间内完成设计确定的输送
电力和电能的概率。

目前，输电系统可靠性采用确定性可靠性指标表示和统计。

这些指标包括：强迫停运率（次/a）、强迫停运时间（h/次）和计划停运率（次
/a），计划停运时间（h/次）以及能量可利用百分比（energy utilization percent，
即实际可利用的输送功率与最大持续输电能力（maximum continuous capacity）的百分比）。

1.2交/直输电系统可靠性与设计准则、元件可靠性、运行环境和运行管理有关。

输电系统一次建设成本随能量实际可利用率或可靠性指标的提高呈指数上升，同时用户因停运投入的附加成本和不可靠性损失成本随可靠性指标的提高而減少。

可靠性的优化目标是输电系统为提升系统可靠性所增加的一次建设成本等于用户
所减少的可靠性损失成本。

目前，输电系统多按寿命周期成本最小进行技术经济
比较，接入电网后在 N1 运行可靠性准则基础上优化建设成本和运行成本。

2 输电系统可靠性
基于元器件确定性的可靠性指标是评估输电系统可靠性的基础。

1 000 kV 特
高压交流输电的元器件与超高压交流输电具有相同的原理和结构。

鉴于我国特高
压输电尚未积累元器件运行可靠性指标，且本文目标是分析比较两种输电可靠性
特点，拟用较相近电压等级已有的运行可靠性数据，研究分析可靠性预期特点。

3可靠性比较定性分析
架空线路的强迫停运率随线路长度减小而减小。

影响交流输电强迫停运的主
要因素是架空线，而影响直流输电单极强迫停运的主要因素是换流站，其强迫停
运率不因线路长短变化。

随着输电距离的减小，800 kV 直流输电系统单极强迫停
运率与1 000 kV 交流输电的比值会更大，换句活说，1 000 kV 输电系统可靠性会
更高于800 kV 输电系统。

800 kV 直流输电系统，当一极线路接地故障时健全极线将产生过电压，线路
长为 2 000 km 左右的最大操作过电压达 1 450~1 520 kV。

1 000 kV 交流输电系统当采用带分合闸电阻的 SF6 断路器时，500 km 线路接地故障操作过电压可限制到 1 430~ 1 520 kV（峰值）。

两种输电线路的绝缘均决定于操作过电压水平，由于操
作过电压水平相当，它们的绝缘水平基本相同。

在相同污秽条件下，直流污闪电
压低于交流污闪电压。

雷电对架空导线反击和绕击的形成规律表明，当导线离地
达到一定高度时，侧击雷更易发生，即边侧导线或杆塔边侧遭雷击。

超高压交流
架空线和相同电压等级的直流架空线的强迫停运由侧击雷引起。

800 kV 直流输
电线路对地高度比500 kV 直流输电高得多，线路强追停运的起因与 1 000 kV 交
流输电线路同是侧击雷。

在相同的设计准则和运行气象环境下，±800 kV 架空线
与 1 000 kV 架空线遭受雷击的概率相当，因而强迫停运概率相当，或者说，具有
相当的可靠性。

4 1 000 kV /800 kV 交/直流输电系统强廹停运对电网运行稳定性的影响1 000 kV/±800 kV 大容量交/直流输电系统强迫停运的后果表现为接入 500 kV 电网运行的系统稳定性。

它们分为静态稳定和暂态稳定。

输电系统的强迫停运主要影响电网的暂态稳定性，包括功角、电压和频率的暂态稳定性。

5 结论
1）1 000 kV/±800 kV 交/直流输电系统基于确定性运行可靠性指标的分层串并联可靠性模型和评估方法具有物理概念清晰，可操作性强的特点，可用于不同电压等级的交直流输电系统可靠性评估。

2）预期 1 000 kV 大容量远距离交流输电系统可靠性明显地高于±800 kV 直流输电系统，即它的强迫停运率和强迫停运时间等可靠性指标明显低于±800 kV 直流输电系统。

3）1 000 kV 大容量远距离交流输电系统采用双回路输电，±800 kV 直流输电系统采用实际可利用输送功率运行，“单极闭锁联动调制”稳定控制简单易行、有效，能显著提升电网安全稳定运行水平。

4）当运行可靠性和稳定性相一致的情况下，1 000 kV 双回路交流输电系统传输单位功率的建设成本低于±800kV 直流输电系统按“实际可利用的输送功率”运行的建设成本。

参考文献：
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[R/OL]．北京：中国电力企业联合会。