高壓直流電力輸變電應(yīng)用技術(shù)

【專家解說】：1 特高壓直流輸電的技術(shù)特點(diǎn) 　　特高壓直流輸電的電壓等級概念與交流輸電不一樣。對于交流輸電來說，一般將220kV及以下的電壓等級稱為高壓，330～750kV的稱為超高壓,1000kV及以上的稱為特高壓。直流輸電則稍有不同，±100kV以上的統(tǒng)稱為高壓；±500kV和±600kV仍稱為高壓，一般不稱為超高壓；而超過±600kV的則稱為特高壓。 　　對于單項(xiàng)直流輸電工程而言，通常根據(jù)其送電容量、送電距離等因素進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的綜合比較，對工程進(jìn)行個性化設(shè)計(jì)而確定相應(yīng)的直流電壓等級。我國對特高壓直流輸電的電壓等級進(jìn)行研究和論證時，考慮到我國對直流輸電技術(shù)的研發(fā)水平和直流設(shè)備的研制能力，認(rèn)為確定一個特高壓直流電壓水平是必要的，并把±800kV確定為我國特高壓直流輸電的標(biāo)稱電壓。這有利于我國特高壓直流輸電技術(shù)和設(shè)備制造的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化開發(fā)，有利于進(jìn)行我國特高壓直流輸電工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施和管理。 　　特高壓直流輸電技術(shù)不僅具有高壓直流輸電技術(shù)的所有特點(diǎn)，而且能將直流輸電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更加充分發(fā)揮。直流輸電的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)主要有［1］：①輸送容量大。現(xiàn)在世界上已建成多項(xiàng)送電3GW的高壓直流輸電工程。②送電距離遠(yuǎn)。世界上已有輸送距離達(dá)1700km的高壓直流輸電工程。我國的葛南（葛洲壩—上海南橋）直流輸電工程輸送距離為1052km，天廣（天生橋—廣東）、三常（三峽—常州）、三廣（三峽—廣東）、貴廣（貴州—廣東）等直流輸電工程輸送距離都接近1000km。③輸送功率的大小和方向可以快速控制和調(diào)節(jié)。④直流輸電的接入不會增加原有電力系統(tǒng)的短路電流容量，也不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制。⑤直流輸電可以充分利用線路走廊資源，其線路走廊寬度約為交流輸電線路的一半，且送電容量大，單位走廊寬度的送電功率約為交流的4倍。如直流±500kV線路走廊寬度約為30m，送電容量達(dá)3GW；而交流500kV線路走廊寬度為55m，送電容量卻只有1GW。⑥直流電纜線路不受交流電纜線路那樣的電容電流困擾，沒有磁感應(yīng)損耗和介質(zhì)損耗，基本上只有芯線電阻損耗，絕緣水平相對較低。⑦直流輸電工程的一個極發(fā)生故障時，另一個極能繼續(xù)運(yùn)行，并通過發(fā)揮過負(fù)荷能力，可保持輸送功率或減少輸送功率的損失。⑧直流系統(tǒng)本身配有調(diào)制功能，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求做出反應(yīng)，對機(jī)電振蕩產(chǎn)生阻尼，阻尼低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。⑨能夠通過換流站配置的無功功率控制進(jìn)行系統(tǒng)的交流電壓調(diào)節(jié)。⑩大電網(wǎng)之間通過直流輸電互聯(lián)（如背靠背方式），2個電網(wǎng)之間不會互相干擾和影響，必要時可以迅速進(jìn)行功率交換。 　　特高壓直流輸電的特點(diǎn)：①電壓高，高達(dá)±800kV。對與電壓有關(guān)的設(shè)備，如高壓端（ ±800kV）的換流變壓器及其套管、穿墻套管、避雷器等研發(fā)提出了高要求；對承受±800kV的外絕緣，如支持瓷柱、線路絕緣子等需要進(jìn)行新的研發(fā)。②送電容量大。規(guī)劃的特高壓直流輸電工程的送電容量高達(dá)5GW和6.4GW，相應(yīng)的直流額定電流將達(dá)到3125A和4000A。③送電距離長，長達(dá)1500km，甚至超過2000km。 2 特高壓直流輸電面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 　　特高壓直流輸電面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要有［2］： 　　（1） 設(shè)備制造難度大。±800kV特高壓直流輸電中換流變壓器、換流變壓器套管、穿墻套管、換流閥等特高壓直流輸電設(shè)備的設(shè)計(jì)制造難度加大。 　?。?） 設(shè)備外絕緣要求高。隨著電壓等級的提高，設(shè)備外絕緣能否到達(dá)要求令人擔(dān)心。特高壓對線路絕緣子的絕緣要求很高，絕緣子在特高壓情況下受直流積污效應(yīng)的影響所能承受的電壓與絕緣距離的關(guān)系較常規(guī)電壓變化很大，可能存在拐點(diǎn)，即當(dāng)電壓達(dá)到一數(shù)值時，絕緣子長度的增加，所能承受的電壓變化很小。換流站的開關(guān)場的外絕緣也要采取特殊辦法。采用合成絕緣材料代替瓷和玻璃是一個解決問題的辦法。設(shè)備所要求的空氣凈距更大。另外由于我國特高壓直流輸電工程經(jīng)過西部高海拔地區(qū)，還必須考慮高海拔對外絕緣的影響。 　?。?） 換流站主接線的基本結(jié)構(gòu)復(fù)雜?！?00kV特高壓直流輸電換流閥采用雙12脈沖閥串接，晶閘管的數(shù)量大大增加。換流變壓器臺數(shù)增加，一個換流站需要24臺變壓器，運(yùn)行方式復(fù)雜，控制保護(hù)的要求高，設(shè)備布置難度大。 　?。?） 電磁環(huán)境的要求更高。電磁環(huán)境主要涉及可聽噪聲、無線電干擾、地面場強(qiáng)等方面。 　　（5） 接地極入地的電流更大。±800kV特高壓直流輸電單極運(yùn)行時接地極入地的電流達(dá)3125A或4000A，如此大的入地電流會對周圍環(huán)境造成很大的影響。如對周圍金屬的腐蝕；對附近中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁，引起變壓器非正常發(fā)熱、噪聲增大；造成附近地面電位場強(qiáng)增加，對人畜造成威脅。 　　（6） 極閉鎖故障對電力系統(tǒng)的沖擊。因?yàn)樘馗邏褐绷鬏旊娸旊娙萘看螅瑔螛O故障或雙極故障將造成受電端系統(tǒng)供電容量的嚴(yán)重不足，這會對電力系統(tǒng)造成很大的沖擊，如果交流系統(tǒng)不能承受，將造成電網(wǎng)崩潰，引起災(zāi)難性后果，因此對受電端交流系統(tǒng)提出了較高的要求。 3 特高壓直流輸電的應(yīng)用前景 　　特高壓直流輸電有利于實(shí)施“西電東送”戰(zhàn)略，將應(yīng)用于大型水電廠群、大型火電基地的電力外送，送電距離一般都在1000km以上。 　　我國擬建設(shè)的第一個特高壓直流輸電工程是云廣（云南—廣東）±800kV直流輸電工程，以便將云南的電力外送。云南的小灣水電廠裝機(jī)4.2GW，附近的金安橋水電廠裝機(jī)2.4GW。云廣直流工程為適應(yīng)這2座水電站的電力外送，計(jì)劃于2009年單極投運(yùn)，2010年雙極投運(yùn)。工程額定電壓為±800kV，額定容量為5GW，額定電流為3125A，送電距離為1500km。為了將金沙江的溪洛渡、向家壩水電廠的電力外送，規(guī)劃了3回±800kV直流輸電工程，其中1回送華中，距離約為1000km；其余2回送華東，每回輸送容量為6.2～6.4GW，送電距離約2000km。還有規(guī)劃中的±800kV直流輸電工程，將實(shí)現(xiàn)糯扎渡水電廠至廣東、錦屏水電廠至江蘇蘇州、烏東德水電廠至福建泉州、白鶴灘水電廠至湖北東部等電力輸送［3］。 　　大型火電基地用±800kV直流輸電工程實(shí)現(xiàn)電力外送的項(xiàng)目有：內(nèi)蒙古東部呼盟火電基地至東北沈陽、至華北、至山東，寧夏火電基地至華東，新疆哈密火電基地至華中等。 　　這些±800kV直流輸電工程的送電容量規(guī)劃為6.2～6.4GW，輸電距離都超過1000km，有的甚至超過2000km。 　　世界上，印度和南非也有發(fā)展特高壓直流輸電的設(shè)想。印度規(guī)劃中的東北部至南部的±800kV直流輸電工程的送電距離約為2000km，規(guī)劃送電容量為6GW。南非設(shè)想將剛果的水電用直流輸電方式輸送到南非，送電距離長達(dá)3000km，計(jì)劃輸送功率為3GW，電壓等級為±750kV或±800kV。