特高压和超高压交流输电系统运行损耗比较分析

特高压和超高压交流输电系统运行损耗比较分析
发表时间：2016-11-09T10:58:55.850Z 来源：《电力设备》2016年第16期作者：杨阳1 孙寒飞2 冯红革1
[导读] 我国的特高压和超高压输电网络是整个电力网络的基础，其安全的运行关系到社会的安定，关系到千千万万个小家庭的日常生活。

（1.国网河北省电力公司检修分公司河北省石家庄 050000；2.国网石家庄供电公司河北 050000）
摘要：我国幅员辽阔，能源资源蕴藏与电力需求呈逆向分布，其中三分之二的水资源在西南，三分之二的煤炭资源在西北，风电和太阳能等可再生能源也主要分布在西部、北部，而三分之二以上的电力需求则来自资源相对匮乏的东中部地区。

能源资源与电力需求分布的不平衡状况，客观上要求对能源进行大范围内的优化配置。

特高压交流输电和超高压交流输电是对能源进行优化配置，满足电力需求的两种重要方式。

鉴于此，文章针对当前特高压和超高压交流输电系统运行损耗比较进行了分析，以供参考。

关键词：特高压；超高压；交流输电系统；运行损耗；比较
1导言
随着我国经济建设的进一步推进，输电网络需要得到进一步的提升，我国的特高压和超高压输电网络是整个电力网络的基础，其安全的运行关系到社会的安定，关系到千千万万个小家庭的日常生活。

输电系统运行损耗是影响整个输电系统经济性的重要因素。

根据交流输电系统等值数学模型构建出满足同等输电能力的特高压和超高压交流输电方案，在此基础上计算出不同情景下各输电方案的损耗率大小，以期为相关工程提供帮助。

2同等输电能力的特高压和超高压交流输电方案
2.1交流输电系统等值数学模型
交流输电系统输电能力分析采用正序模型，送受端系统分别用相应的正序网络来等值。

在假设输电线路无损耗的条件下，对描述输电线路基本特性的著名长线方程进行推导可以得到输送容量的关系式，分别取线路额定电压和自然功率作为电压基准值和功率基准值，并对线路均匀串联补偿，得到线路输送容量的标么值方程分别为：
2.2不同情景下的特高压和超高压输电方案
2.2.1情景设置
1000kV采用8×630导线，500kV常规型采用4×630导线，500kV紧凑型采用6×300导线。

1000kV按输送容量的1.3倍配置变电容量，只考虑降压容量，送端设开关站，受端变电站容量随输送容量变化。

500kV不考虑变电投资，送、受端均设开关站。

随着输送距离的增长，考虑在线路中间建设开关站，1000kV每300km建设一个开关站，开关站出线规模匹配线路回路数；500kV每250km建设一个开关站，开关站出线规模匹配线路回路数；有需要时增加串补，补偿度按0%、20%、30%、40%进行选择。

当单回路不能满足输送容量要求时，优先考虑增加串补。

2.2.2不同情景下的输电方案
按照特高压和超高压交流可能的输送距离范围，输送距离选取200km、400km、600km、800km、1000km五种情景；按照特高压和超高压交流常用的主变容量规格及容量限制，额定输送容量选取2800MW、4000MW、5600MW、8000MW、8400MW五种情景。

在此基础上，构造出25种情景下采用1000kV、500kV常规和500kV紧凑的输电方案，其中，额定输送容量为8000MW时对应的输电方案如表1所示。

表1 额定输送容量为8000MW的输电方案
2.2.3不同相位电流差动保护
在特高压电路以及超高压电路中，分相电流差动保护措施我们经常用到的，也是此类电路的主要保护方式。

差动保护能保护特高压电路的电磁继电器，保障电路的输电安全。

但是差动保护没办法解决掉整个电路中电容电流的影响，因为电容电流的存在，所以在电路的任意一段电线两边的电流和不是零。

特高压电路输送过程中，因为电路输送过长，电压较大，会产生影响电路电流的电容，我们为了保持电路电压的稳定值，会在特高压电路的两端放置并联电抗器，电路的电流出现不稳定的时候，两端的电流感抗器会给电路较大的高抗补偿，
是电路的电流能够满足供应值。

3特高压和超高压交流输电系统的运行损耗分析及比较
3.1输电系统运行损耗分析
3.1.1变电站损耗分析
变电站的运行损耗主要包括变压器、电抗器、电容器等设备损耗及站用电等，其中，主变压器损耗占变电站总损耗的70%~85%，因此，变电站的运行损耗以主变压器为主。

特高压和超高压主变压器损耗计算参照《电力系统设计手册》，选取典型特高压变电站和超高压变电站，进行不同情景下的主变压器损耗分析，结果表明1000kV和500kV典型变电站损耗率分别为0.06%~0.09%、0.09%~0.12%。

综合变压器损耗在变电站总损耗中的占比情况，1000kV变电站、开关站损耗率分别取0.10%、0.02%，500kV开关站损耗率取0.03%。

3.1.2输电线路损耗分析
运行中的线路电阻损耗用电能损耗来表征，由于全年运行负荷的变化，计算式如下：
线路电晕损耗取值：与电阻损耗不同，电晕损耗不随输送容量的变化而变化，其大小主要与电压等级、导线结构和天气情况有关。

对于500kV超高压输电线路电晕损失一般不超过电阻损耗的20%，1000kV特高压输电线路的输送容量较小时，电晕损耗可能会超过电阻损耗的20%。

目前，国内超高压输电线路电晕估算大多采用拟合曲线法经验取值，即根据已建线路在不同天气条件下的电晕实测结果与导线表面最大平均场强的关系，拟合成不同天气条件下的电晕损失曲线。

在新建线路导线选型时，查阅电晕损失曲线，便可估算不同导线方案的电晕损失。

3.2特高压和超高压输电系统运行损耗比较
根据上文设定的输电方案，将电压等级、额定输送容量、输送距离、负载率（基准值60%）等参数代入输电系统运行损耗计算公式，得出各输电方案的损耗情况如表3所示。

可以看出，同等输电能力下，1000kV损耗率最低，500kV常规损耗率居中，500kV紧凑损耗率最大，其中，500kV常规损耗率是1000kV的1.25~1.79倍，500kV紧凑损耗率是1000kV的1.77~2.92倍。

3.3特高压和超高压输电系统运行损耗构成情况
在变电站损耗、线路电阻损耗、线路电晕损耗中，线路电阻损耗占比最大，其中，1000kV占比35%~75%，500kV常规占比57%~81%，500kV紧凑占比69%~91%，输送容量越大，线路电阻损耗占比越大；输送距离越长，变电站损耗占比越小。

1000kV线路电阻损耗明显低于500kV常规和500kV紧凑，是造成1000kV损耗低的主要原因。

在输送容量相同的情况下，电压越高，电流越小，从而损耗越小。

图1是额定输送容量8000MW、输送距离600km、负载率60%时的输电系统损耗构成情况。

图1 各输电方案损耗构成情况
4结论
综上，我们得出以下结论：首先，在特高压和超高压交流对应的同等输电能力方案下，1000kV损耗率最低，500kV常规损耗率居中，500kV紧凑损耗率最大，其中，500kV常规损耗率是1000kV的1.25~1.79倍，500kV紧凑损耗率是1000kV的1.77~2.92倍，造成这种状况的主要原因是500kV常规和500kV紧凑线路电阻损耗明显高于1000kV。

其次，特高压和超高压损耗率受负载率和输送距离的影响较大，受额定输送容量的影响较小。

特高压和超高压损耗率均随输送距离、负载率的增长而增长，但1000kV的增长幅度明显弱于500kV常规，500kV 常规的增长幅度明显弱于500kV紧凑。

最后，从降低电力损耗的角度，1000kV在各种情景下，均可以大幅降低输电系统运行损耗，特别是远距离、高负载率条件下，具有显著优势。

参考文献：
[1]曾庆禹.特高压交直流输电系统技术经济分析[J].电网技术，2015，02：341-348.
[2]舒印彪，胡毅.交流特高压输电线路关键技术的研究及应用[J].中国电机工程学报，2007，36：1-7.
[3]梁旭明，张平，常勇.高压直流输电技术现状及发展前景[J].电网技术，2012，04：1-9.
[4]梁涵卿，邬雄，梁旭明.特高压交流和高压直流输电系统运行损耗及经济性分析[J].高电压技术，2013，03：630-635.。