特高压直流输电发展分析

特高压直流输电发展分析

齐建伟1孟旭1郭建华2赵宇亭1李平伟1寇

（1.国网山西省电力有限公司检修分公司山西太原030032；

2.国网辽宁省电力有限公司检修分公司辽宁沈阳110000）

摘要：特高压直流输电（UHVDC）是指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。特高压直流输电的主要特点是输送容量大、输电距离远，电压高，可用于电力系统非同步联网。纵观当前，直流输电技术发展得越来越成熟，并在电力传输中占着举足轻重的地位，由于目前计算机技术应用在了特高压直流输电中，使得特高压直流输电在调控方面有着更大的发展。本文通过分析我国特高压直流输电的发展现状，对特高压直流电在今后的发展进行了展望。

关键词：特高压；直流输电；电网；电力传输

1引言

随着科技水平的不断发展，输变电技术也不断发生着变革，以此来满足经济建设与社会发展中电力使用需求。总的来说，对特高压输电技术现状和发展趋势进行研究，有利于促进电力系统的稳定发展。

2特高压直流输电系统结构分析及其优势分析

特高压直流输电系统主要包括整流站、逆变站和直流线路3个部分。换流站中包括换流变压器、换流器、平波电抗器、交流滤波器及交流无功补偿装置、交/直流滤波器、控制与保护装置等主要设备或设施。常规的高压直流系统单极一般只有一个12脉动换流器，而在特高压直流输电系统中，每极是两组12脉动换流器串联，从而使得输出电压提高1倍，但同时也使得晶闸管和换流变压器的数量大大增加，运行方式更复杂，对控制和保护的要求也更高。与交流输电相比，直流输电其独特经济优势表现在以下几个方面：（1）线路造价低.对于架空输电线，交流系统需要3根导线，而直流一般用两根，当采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多，因此直流架空输电线路在线路建设初投资上较交流系统更经济。（2）年电能损失小。一方面，所有直流输电线路只用两根，与交流输电相比导线电阻损耗小，没有容抗和感抗的无功损耗，也没有集肤效应，直流输电导线的截面能够得到利用充分。另一方面，直流架空线路存在空间电荷效应使其无线电干扰和电晕损耗都比交流线路小，因此在年运行费用上直流架空输电线路较交流系统经济。

3特高压直流输电发展现状

自19世纪采用直流输电技术输送电能以来，经过20世纪50到60年代的汞弧阀时期，在远距离大容量、不同频率联网和海底电缆输电方面直流输电发挥了其独特的贡献；经过20世纪70到80年代的晶闸管时期，使直流输电技术得到了更大发展，在促进大电网互联方面展现了巨大的前景；20世纪90年代，在大功率可关断器件得到迅猛发展前提下，促进了新型直流输电的快速发展，使直流输电扩展到了配电网和新能源开发等更为广阔的领域。高压、超高压和特高压交流输电的主要缺点是系统的稳定性和可靠性问题不易解决。1965-1984年世界上共发生6次交流大电网瓦解问题，其中4次发生在美国，2次在欧洲。这些严重的大电网瓦解事故说明采用交流联网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题，另外特高压交流输电对环埃也影响较大。我国地域辽阔，能源丰富，但是能源的分布与负荷发展很不平衡，表现在水利资源主要集中在西南地区，煤炭资源主要集中在陕西、山西和内蒙等地区，而负荷主要集中在东部沿海地区，因此远距离大容量输电发展势在必行。且电网互联是电力发展的必然趋势，直流输电在我国得到高速发展成为必然，我国己成为世界上直流输电应用前景最为广阔的国家之一。我国从20世纪50年代起就开始研究直流输电技术，1987年自行研制、建设的浙江舟山直流输电实验工程开始投入运行。我国的直流输电从无到有，经历了一个快速发展阶段，目前己运行的有三峡一常州、葛洲坝一南桥、三峡一广东、天生桥一广州、贵州一广一东等多条士500kV直流输电工程。2010年，我国自主研发、设计和建设的世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最远、技术最先进的具有自主知识产权的向家坝一上海士800kV的特高压直流输电工程已投入运行。

4特高压直流输电所未来的发展

4.1优化过电压和绝缘技术

如今，特高压直流输电工程在发展过程中也存在明显的不足，比如换流站的投资成本比较高，一旦出现故障，将会造成非常严重的损失。且由于我国的大气压环境比较差，在对线路进行绝缘保护过程中带来了很大的困难。时间一长，线路上很容易积淀尘埃，对线路的绝缘效果也会造成影响。此外，线路的绝缘层的成本也比较高，所以，一旦出现问题，将会造成很大的经济损失。我国西北部在水电、风电方面占有非常丰富的资源优势，但这些地区常年存在沙尘暴、暴雪等恶劣气候，所以，每年对线路造成了很大的损害。因此，要想保障特高压直流输电的安全、稳定，则必须对过电压以及绝缘层给予高度重视；否则，就会对电力在往华东、华北等地的运输造成非常大的影响。

4.2处理电磁环境问题

在特高压直流输电运行过程中，由于线路会产生电磁环境，所以，电路下方经常会出现电场效应、无线电干扰以及噪声等现象。线路下方产生电场效应的原因主要是特高压直流电在运输的过程中，由于其自身的电压过高，所以，电线的周边会产生离子流场，进而使得电线周边存在场强，当人靠近时产生的电压场会对人体造成危害。而我们日常生活中所遇到的无线电干扰现象也主要是因为特高压直流电在电流传输过程中，线路会产生相应的无线电，进而对周围无线电通信设备造成干扰。比如，可能会出现突然之间出现手机无法通话、网络断开等。但在一般情况下，居民密集的地方不会受到无线电的影响；但对于居住比较分散的区域而言，就有可能会造成影响。为了降低无线电对居民区带来的干扰，一般的做法是增加导线半径。

4.3具体的发展

4.3.1特高压紧奏型输电技术

截止到目前，我国在高压紧奏型线路建设上已经超过了数千公里，电压范围主要在220-500kV之间，经过多年的运行之后，呈现出了良好的经济效益。我国对该方面技术研究十分深入，并在国际上首次开展了特高压单回紧奏型杆塔空气间隙与相间空气间隙的放电特性实验研究，并对电路中的电磁环境、过电压等进行了全面研究，确定了电磁运行环境的满足标准以及导线结构布置方式，同时还制定出了很多带电作业技术参数。但与常规线路和超高压紧凑线路的对比下，特高压紧凑线路存在明显的电容量增加问题，长此以往，将会引发一系列安全问题，同时也增加了导线的舞动控制难度。因此，在后续研究过程中，需要针对上述问题对特高压紧凑型线路进行进一步研究。

4.3.2特高压扩径导线技术

在特高压交流输电线路中，电晕损失主要来源于导线表面的场强过大和天气因素。根据相关绝缘要求，如果可以对其中的相间距离进行明确，则导线表面的场强只能受到分裂数、分裂间距等因素的影响。随着分裂数的不断增加，表面场强也会变得越来越小。在扩径导线制作过程中，可利用支撑铝蔬绕的方式对导线外径进行有效扩大，实现导线表面电场强度的有效降低，也可以在一定程度上降低输变电技术的无线电干扰。在导线得到扩径之后，与常规导线会呈现出明显区别，如重量减轻、永久变形能力较小等，在制造成本上也会大大降低。因此，特高压扩径导线技术也是特高压输变电技术中的一大重点发展内容。

5结束语

就我国目前的技术而言，在进行远距离、大区域输电时，特高压直流输电是最理想的选择。这种输电技术具有很多优点，包括投资成本低、线路损失少等，相比其他输电技术而言，更受到市场的欢迎。在采用特高压直流电进行输电的过程中，技术人员应控制其对环境造成的负面影响，比如避免线路产生的电场、磁场对周围居民正常生活的干扰。

参考文献：

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