特高压直流输电技术综述

特高压直流输电技术综述

李*1，张*2,蔡*3，袁*4

1,2,3,4哈尔滨工业大学材料学院电子封装技术专业

摘要

分析与总结国内外关于特高压直流输电技术的研究，并结合我国电力资源西部中部山西等地产能达，东部，南部用电需求大的基本情况，分析这一技术在我国西电东送，和三西（山西，陕西，内蒙古西部）煤电资源向东南沿海输送工程中的应用前景。

关键词特高压；直流输电；技术综述

0 简介

特高压输电技术是指在500kV以及750kV交流和±500kV直流之上采用更高一级电压等级的输电技术，包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分。有文献建议加强特高压交流输电技术的科研及设备试制工作，也有文献认为直流联网可提高全国互联电网的安全稳定运行水平和供电可靠性。

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。

1 直流输电现状

中国拥有世界上最先进的直流输电技术，如换流站中首次采用GIS全封闭组合电气及户内直流开关场，既有传统的电触发也有大功率光触发可控硅换流阀、光TA及有源滤波器技术，直流线路用720 mm2大截面导线及OPGW复合地线光缆。通过实践和积累，我国直流工程在建设、设计、设备选用和施工等方面都有较大进步。

1988~1994年为了开发亚马逊河的水力资源，巴西电力研究中心和ABB组织了包括±800kV特高压直流输电的研发工作，后因工程停止而终止了研究工作。目前巴西又将亚马逊河的水力资源开发列入议事日程，准备恢复特高压直流输电

的研究工作。此外，正在积极进行特高压直流输电研究的还有印度和中国。

2 特高压直流输电技术的优点

特高压直流输电无需复杂的系统设计，基本可以采用±500kV和±600kV直流输电系统类似的设计方法，需要考虑的关键问题是外部绝缘和套管的设计等问题。特高压直流输电的输送容量大，输电距离长，输电能力主要受导线最高允许温度的限制。一条±600kV直流线路可输送的功率约为4GW；而一条±800kV直流线路可输送的功率可达到6GW，用于远距离输电具有良好的经济性。对于特高压输电技术，只要所联的交流系统短路比大于3，即能够满足其接入电网的条件。目前我国与直流相联的交流系统短路比均大于5。交流线路的无功补偿对远距离大容量输电系统至关重要；而直流输电线路本身不需要无功补偿，在换流站利用站内的交流滤波器和并联电容器即可向换流器提供所需的无功功率。一般来讲，对于远距离大容量输电直流方案优于交流方案，特高压方案优于超高压方案。

3 系统设计

3.1 主要性能要求

±800kV特高压直流输电工程的额定容量为2×3200MW，送端平波电抗器直流线路侧为测点，最小输送功率为双极640MW、单极320MW（对于无功平衡设计，可按单极640MW考虑）；带备用冷却时，30min过负荷能力不小于1.2pu，2h过负荷能力不小于1.15pu，连续过负荷能力不小于1.1pu；标称电压为800kV，允许电压波动范围为2%，70%~100%标称电压降压运行；除单极大地回路、双极线并联外，可运行在其它所有正向和反向方式下，任何一个换流器的任何故障、退出、检修和投入均不影响其它换流器的运行；反向输送能力按正向输送能力的50%考虑，不要求在线快速潮流反转。特高压直流输电工程的可靠性设计指标如表1所示。

表1

3.2 主接线方式

直流换流站的主接线设计主要有两个方面，即直流侧主接线和交流侧主接线。

直流侧主接线主要有三种：每极一个换流器、每极两个换流器串联、每极两个换流器并联。根据特高压直流输电工程的技术条件和目前的制造水平，我国将一律采用每极两个换流器串联的主接线方式，如图1所示，每个换流器的容量为1600MW，将是世界上容量最大的换流器。采用这种主接线方式的一个重要问题是两个换流器之间的电压分配，我国初步选择400kV+400kV的方案。

图1换流器的接线方式

交流侧主接线将采用常规的3/2接线，每个换流器接入一个进线间隔，为了提高可靠性、降低穿越功率，4个换流器应接入4串。交流滤波器将按大组接线，大组采用单母线结构，由3~5个分组滤波器或无功补偿设备组成，每一分组采用断路器投切，每一大组通过一个间隔接入交流场。由于特高压系统的容量特别大，需要采用4 个大组的结构，因此每一换流站的直流设备占用8 个出线间隔。

3.3 主要设备参数

为了设计逆变侧换流器的主参数，必须考虑直流输电线路。假定线路长度为1800km ，采用

6*720mm 2导线结构，其最小电阻约为10.8Ω。在外部参数确定后，直流输电工程主参数的设计主要是根据换流阀耐受冲击电流的能力优化换流变压器阻抗的过程，阻抗确定后，其它一切参数都可以通过解析公式直接导出。

根据相关研究结果，无论采用5英寸晶闸管还是6英寸晶闸管，其冲击电流耐受能力均按 50kA 设计。阀短路冲击电流的幅值为：

s

t dn sc X X I I +⨯=2 （3-1） 式中I dn 为直流输电系统的额定电流；X t 为换流变压器短路阻抗；X s 为系统阻抗对于特高压直流输电工程，根据容量、绝缘水平等设计的换流变压器自然形成的阻抗约为16%或略高，按短路电流为63kA 考虑系统阻抗的最小值，代入额定电流4kA ，得到可能的最大冲击电流幅值约为45kA ，有适当的裕度。

按照X t 为16%、整流侧延迟触发角α为15°、逆变侧熄弧角γ为17°、直流线路电阻为10.8Ω计算得到换流变压器的主参数如表2所示。

表2

4 总结

根据20世纪80年代特高压输电工程的试验研究和输电设备研制技术的积累，目前我国已具备特高压输电工程的建设条件，我国能源与负荷分布的严重不平衡以及未来电力发展的巨大空间迫切需要特高压直流输电技术。根据国网建设有限公司的近期规划，未来5年是我国发展特高压直流输电技术的关键时期。特高压直流输电技术符合电力工业发展规律和电网技术的发展方向，在技术上没有不可逾越的障碍，在我国有广阔的应用前景。

5 参考文献

[1] 苏宏田,齐旭,吴云. 我国特高压直流输电市场需求研究[J]. 电网技术, 2005, 29(24):1-4

[2] 袁清云. 特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景[J]. 电网技术,2005,29(14):1-3