我国特高压直流输电技术的现状及发展

我国特高压直流输电技术的现状及发展

（华北电力大学，北京市）

【摘要】直流输电是目前世界上电力大国解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段。本文主要介绍了特高压直流输电技术的特点，特高压直流输电技术所要解决的问题,特高压直流输电技术的在我国发展的必要性以及发展前景。

【关键词】特高压直流输电，特点，问题，必要性，发展前景

0．引言

特高压电网是指由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网。其中，国家电网特高压骨干网架是指由1000kV级交流输电网和±600kV级以上直流输电系统构成的电网。

特高压直流输电技术起源于20 世纪60 年代，瑞典Chalmers 大学1966 年开始研究±750kV 导线。1966 年后前苏联、巴西等国家也先后开展了特高压直流输电研究工作，20 世纪80 年代曾一度形成了特高压输电技术的研究热潮。国际电气与电子工程师协会（IEEE）和国际大电网会议（Cigre）均在80 年代末得出结论：根据已有技术和运行经验，±800kV 是合适的直流输电电压等级，2002 年Cigre又重申了这一观点。随着国民经济的增长，中国用电需求不断增加，中国的自然条件以及能源和负荷中心的分布特点使得超远距离、超大容量的电力传输成为必然，为减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源，需要一种经济高效的输电方式。特高压直流输电技术恰好迎合了这一要求。

1．特高压直流输电的技术特点

1.1特高压直流输电系统

特高压直流输电的系统组成形式与超高压直流输电相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。换流站主接线的典型方式为每极2组12脉动换流单元串联，也可用每极2组12脉动换流单元并联。特高压直流输电采用对称双极结构，即每12脉动换流器的额定电压均为400kV，这样的接线方式使运行灵活性可靠性大为提高。特高压直流输电的运行方式有：双极运行方式、双极混合电压运行方式、单击运行方式和单极半压运行方式等。换流阀采用二重阀，空气绝缘，水冷却；控制角为整流器触发角15°；逆变器熄弧角17°。换流变压器形式为单相双绕组，油浸式；短路阻抗16%-18%；有载调压开关共29档，每档1.25%。换流站平面布置为高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。

1.2 特高压直流输电技术的主要特点

（1）特高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情况下，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非同步联网，电网结构比较松散、清晰。

（2）特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照送受两端运行方式变化而改变潮流。特高压直流输电系统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。

（3）特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电。

（4）在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的暂态、动态稳定性能。

（5）大功率直流输电，当发生直流系

统闭锁时，两端交流系统将承受大的功率冲击。

1.3 与超高压直流输电比较

和±600千伏级及600千伏以下超高压直流相比，特高压直流输电的主要技术和经济优势可归纳为以下六个方面：

（1）输送容量大。采用4000安培晶闸管阀，±800千伏直流特高压输电能力可达到640万千瓦，是±500千伏、300万千瓦高压直流方式的2.1倍，是±600千伏级、380万千瓦高压直流方式的1.7倍，能够充分发挥规模输电优势。

（2）送电距离长。采用±800千伏直流输电技术使得超远距离的送电成为可能，经济输电距离可以达到2500公里甚至更远，为西南大水电基地开发提供了输电保障。

（3）线路损耗低。在导线总截面、输送容量均相同的情况下，±800千伏直流线路的电阻损耗是±500千伏直流线路的39％，是±600千伏级直流线路的60％，提高输电效率，节省运行费用。

（4）工程投资省。根据有关设计部门的计算，对于超长距离、超大容量输电需求，±800千伏直流输电方案的单位输送容量综合造价约为±500千伏直流输电方案的72％，节省工程投资效益显著。

（5）走廊利用率高。±800千伏、640万千瓦直流输电方案的线路走廊为76米，单位走廊宽度输送容量为8.4万千瓦/米，是±500千伏、300万千瓦方案和±620千伏、380万千瓦方案的1.3倍左右，提高输电走廊利用效率，节省宝贵的土地资源；由于单回线路输送容量大，显著节省山谷、江河跨越点的有限资源。

（6）运行方式灵活。国家电网公司特高压直流输电拟采用400＋400千伏双十二脉动换流器串联的接线方案，运行方式灵活，系统可靠性大大提高。任何一个换流阀模块发生故障，系统仍能够保证75％额定功率的送出。

1.4 与特高压交流输电比较

与特高压交流输电相比，±800kV特高压直流输电的特点是：

（1）线路中间无落点，直接将大量电力送至负荷中心。

（2）在交/直流并联输电方式时，可利用直流输电的快速可控性来有效抑制区域性低频振荡，提高断面动稳定极限。

（3）解决受端交流电网短路电流过大的问题。

2．特高压直流输电所要解决的问题

近期，国家电网公司进行了广泛的技术交流，并开展了关键技术的调研工作。交流和调研结果表明：虽然特高压直流输电技术在技术上已没有不可逾越的障碍，但仍存在一些需要研究和解决的技术、标准等问题。主要的问题有：

（1）直流场过电压及绝缘水平的确定。特高压直流输电最根本的问题是过电压及与之相适应的绝缘问题。特高压过电压包括雷电过电压、工频过电压和操作过电压。特高压直流输电过电压的现象及原理虽与超高压直流输电类似，但空气绝缘特性却有很大的差异。由于特高压直流输电的过电压的高低对其绝缘系统的设计和绝缘水平起着决定性作用，因此对特高压直流的过电压必须采取技术措施予以限制，尤其应把操作过电压限制在尽可能低的水平。

（2）主接线问题。特高压直流输电容量巨大，因而需要研究论证接线方式。尽管特高压直流输电工程最优设计采用单换流器，但由于输电容量太大，受换流变压器等大型设备运输条件的限制，每极往往需要采用多个换流器。前苏联的特高压直流设计采用的是双换流器并联。

（3）键元件的参数确定。晶闸管元件是直流输电的关键部件。目前世界上比较成熟的技术是5英寸晶闸管。通过开发可以研制出满足容量为600万千瓦以上的特高压直流输电要求的更大直径的晶闸管元件。对于640万千瓦的特高压直流输电工程晶闸管元件参数则需要重点研究。

（4）特高压直流输电建设的环境问题。要发展特高压直流输电，必须解决好其产生的噪声、电磁污染对环境的影响问题。换流站的设计和设备制造必须满足国家的环保