特高壓直流輸電知識(shí)普及問題綜述

　　提高特高壓直流的可靠性

　　所有提高常規(guī)直流輸電可靠性的措施對(duì)于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進(jìn)一步予以加強(qiáng)。主要包括：降低元部件故障率;采 取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如模塊化、開放式等;廣泛采用冗余的概念，如控制 保護(hù)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)的并行冗余和晶閘管的串行冗余等;加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān) 視和設(shè)備自檢功能等。

　　針對(duì)常規(guī)直流工程中存在的問題，如曾經(jīng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)極或者雙極停運(yùn)的站用電系統(tǒng)、換流變本體保護(hù)繼電器、直流保護(hù)系統(tǒng)單元件故障等薄弱環(huán)節(jié)，在特高壓直流輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中將采取措施進(jìn)行改進(jìn)。此外，還將加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)人員的培訓(xùn)，適當(dāng)增加易損件的備用。

　　提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設(shè)計(jì)原則上確保每一個(gè)極之間以及每極的各個(gè)換流器之間最大程度相互獨(dú)立，避免相互之間的故障傳遞。其獨(dú)立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統(tǒng)、供 水系統(tǒng)、電纜溝、控制保護(hù)系統(tǒng)等。

　　特高壓直流輸電可靠性指標(biāo)

　　在我國計(jì)劃建設(shè)的西南水電外送特高壓直流輸電工程電壓為±800千伏，其主接線方式和我國已有的直流工程不同，每極采用兩個(gè) 12 脈動(dòng)換流器串聯(lián)。如果出現(xiàn)一個(gè)12脈動(dòng)換流器故障，健全的換流器仍然可以和同一個(gè)極對(duì)端換流站的任意一個(gè)換流器共同運(yùn)行，因此單極停運(yùn)的概率將顯著降低，考慮到第一個(gè)特高壓直流工程缺乏經(jīng)驗(yàn)，可行性研究報(bào)告中初步提出了與三峽-上海直流工程相同的可靠性指標(biāo)。技術(shù)成熟后，預(yù)計(jì)停 運(yùn)次數(shù)可以降低到 2 次/(每極·年)以下。雙極停運(yùn)的概率也將大幅下降，可以控制在 0.05 次/年。另外由于系統(tǒng)研究水平、設(shè)備制造技術(shù)、建設(shè)和運(yùn)行水平的提高，由于直流工程數(shù)量的增加和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累，換流 器平均故障率預(yù)計(jì)可以控制在 2 次/(每換流器·年)?？傮w來說，特高 壓直流工程將會(huì)比常規(guī)直流更加可靠。

　　直流輸電系統(tǒng)的可靠性具體指標(biāo)

　　直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)總計(jì)超過 10 項(xiàng)，這里只介紹停運(yùn)次數(shù)、 降額等效停運(yùn)小時(shí)、能量可用率、能量利用率四項(xiàng)主要可靠性指標(biāo)。 停運(yùn)次數(shù)：包括由于系統(tǒng)或設(shè)備故障引起的強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)。對(duì)于常用的 雙極直流輸電系統(tǒng)，可分為單極停運(yùn)，以及由于同一原因引起的兩個(gè)極同 時(shí)停運(yùn)的雙極停運(yùn)。對(duì)于每個(gè)極有多個(gè)獨(dú)立換流器的直流輸電系統(tǒng)，停運(yùn) 次數(shù)還可以統(tǒng)計(jì)到換流器停運(yùn)。不同的停運(yùn)代表對(duì)系統(tǒng)不同水平的擾動(dòng)。

　　降額等效停運(yùn)小時(shí)：直流輸電系統(tǒng)由于全部或者部分停運(yùn)或某些功能受損，使得輸送能力低于額定功率稱為降額運(yùn)行。

　　降額等效停運(yùn)小時(shí)是： 將降額運(yùn)行持續(xù)時(shí)間乘以一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)為降額運(yùn)行輸送損失的容量與 系統(tǒng)最大連續(xù)可輸送電容量之比。

　　能量可用率:衡量由于換流站設(shè)備和輸電線路(含電纜)強(qiáng)迫和計(jì)劃 停運(yùn)造成能量傳輸量限制的程度，數(shù)學(xué)上定義為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)直流輸電系統(tǒng) 各種狀態(tài)下可傳輸容量乘以對(duì)應(yīng)持續(xù)時(shí)間的總和與最大允許連續(xù)傳輸容量 乘以統(tǒng)計(jì)時(shí)間的百分比。

　　能量利用率：指統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)直流輸電系統(tǒng)所輸送的能量與額定輸送容 量乘以統(tǒng)計(jì)時(shí)間之比。

　　直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)定期統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)

　　直流輸電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的自成體系的工程系統(tǒng)，多數(shù)情況下承擔(dān)大容量、遠(yuǎn)距離輸電和聯(lián)網(wǎng)任務(wù)。因此，需要設(shè)定一些直流輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，用于衡量直流輸電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)要求和功能的可靠程度，評(píng)價(jià)直 流輸電系統(tǒng)運(yùn)行性能。直流系統(tǒng)可靠性直接反映直流系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè) 備制造、工程建設(shè)以及運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)的水平。通過直流系統(tǒng)可靠性分析，可以提出改善工程可靠性的具體措施，對(duì)新建工程提出合理的指標(biāo)要求。國際大電網(wǎng)會(huì)議專門成立一個(gè)直流輸電系統(tǒng)可靠性工作組，每?jī)赡陮?duì)全世界所有直流輸電工程進(jìn)行一次可靠性的綜合統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)。

　　特高壓直流輸電線路的走廊寬度和線路鄰近民房時(shí)的房屋拆遷范圍

　　特高壓直流輸電線路的走廊寬度主要依據(jù)兩個(gè)因素確定：1. 導(dǎo)線最 大風(fēng)偏時(shí)保證電氣間隙的要求;2.滿足電磁環(huán)境指標(biāo)(包括電場(chǎng)強(qiáng)度、離 子流密度、無線電干擾和可聽噪聲)限值的要求。根據(jù)線路架設(shè)的特點(diǎn)，在檔距中央影響最為嚴(yán)重。研究表明，對(duì)于特高壓直流工程，線路鄰近民 房時(shí)，通過采取拆遷措施，保證工程建成后的電氣間隙和環(huán)境影響滿足國 家規(guī)定的要求。通常工程建設(shè)初期進(jìn)行可行性研究時(shí)就要計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度、 離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲的指標(biāo)，只有這些指標(biāo)滿足國家相關(guān) 規(guī)定時(shí)，工程才具備核準(zhǔn)條件。

　　特高壓直流輸電線路導(dǎo)線型式的選擇

　　在特高壓直流輸電工程中，線路導(dǎo)線型式的選擇除了要滿足遠(yuǎn)距離安 全傳輸電能外，還必須滿足環(huán)境保護(hù)的要求。其中，線路電磁環(huán)境限值的 要求成為導(dǎo)線選擇的最主要因素。同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)上講，線路導(dǎo)線型式的選 擇還直接關(guān)系到工程建設(shè)投資及運(yùn)行成本。因此特高壓直流導(dǎo)線截面和分 裂型式的研究，除了要滿足經(jīng)濟(jì)電流密度和長(zhǎng)期允許載流量的要求外，還 要在綜合考慮電磁環(huán)境限值以及建設(shè)投資、運(yùn)行損耗的情況下，通過對(duì)不 同結(jié)構(gòu)方式、不同海拔高度下導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)和起暈電壓的計(jì)算研究，以及 對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度、離子流密度、可聽噪聲和無線電干擾進(jìn)行分析，從而確定最 終的導(dǎo)線分裂型式和子導(dǎo)線截面。對(duì)于±800 千伏特高壓直流工程，為了 滿足環(huán)境影響限值要求，尤其是可聽噪聲的要求，應(yīng)采用 6×720 平方毫 米及以上的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。

　　直流輸電線路的絕緣子片數(shù)的確定

　　由于直流線路的靜電吸附作用，直流線路的污穢水平要比同樣條件下 的交流線路的高，所需的絕緣子片數(shù)也比交流的多，其絕緣水平主要決定 于絕緣子串的污穢放電特性。因此，目前在選擇絕緣子片數(shù)時(shí)主要有兩種 方法：1.按照絕緣子人工污穢試驗(yàn)采用絕緣子污耐受法，測(cè)量不同鹽密下 絕緣子的污閃電壓，從而確定絕緣子的片數(shù)。2. 按照運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)采用爬電 比距法，一般地區(qū)直流線路的爬電比距為交流線路的兩倍。兩種方法中，前者直觀，但需要大量的試驗(yàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，且試驗(yàn)檢測(cè)的結(jié)果分散性大。 后者簡(jiǎn)便易行，但精確性較差。實(shí)際運(yùn)用中，通常將兩者結(jié)合進(jìn)行。

　　直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計(jì)要解決的問題

　　直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計(jì)就是要解決線路桿塔和檔距中央各種可 能的間隙放電，包括導(dǎo)線對(duì)桿塔、導(dǎo)線對(duì)避雷線、導(dǎo)線對(duì)地、以及不同極 導(dǎo)線之間的絕緣選擇和相互配合，其具體內(nèi)容是：針對(duì)不同工程和大氣條 件等選擇絕緣子型式和確定絕緣子串片數(shù)、確定塔頭空氣間隙、極導(dǎo)線間 距等，以滿足直流輸電線路合理的絕緣水平。

　　直流的"靜電吸塵效應(yīng)"

　　在直流電壓下，空氣中的帶電微粒會(huì)受到恒定方向電場(chǎng)力的作用被吸 附到絕緣子表面，這就是直流的“靜電吸塵效應(yīng)”。由于它的作用，在相 同環(huán)境條件下，直流絕緣子表面積污量可比交流電壓下的大一倍以上。隨 著污穢量的不斷增加，絕緣水平隨之下降，在一定天氣條件下就容易發(fā)生 絕緣子的污穢閃絡(luò)。因此，由于直流輸電線路的這種技術(shù)特性，與交流輸 電線路相比，其外絕緣特性更趨復(fù)雜。

　　建設(shè)特高壓直流輸電線路關(guān)鍵技術(shù)

　　直流架空線路與交流架空線路相比，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方面， 并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點(diǎn)，需要進(jìn)行專門 研究。對(duì)于特高壓直流輸電線路的建設(shè)，尤其需要重視以下三個(gè)方面的研究：

　　1. 電暈效應(yīng)。直流輸電線路在正常運(yùn)行情況下允許導(dǎo)線發(fā)生一定程 度的電暈放電，由此將會(huì)產(chǎn)生電暈損失、電場(chǎng)效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪 聲等，導(dǎo)致直流輸電的運(yùn)行損耗和環(huán)境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，其電暈效應(yīng)可能會(huì)比超高壓工程的更大。通過對(duì)特高壓直流 電暈特性的研究，合理選擇導(dǎo)線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電 暈效應(yīng)，減少運(yùn)行損耗和對(duì)環(huán)境的影響。

　　2. 絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對(duì)工程的投資和運(yùn)行水平有 極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應(yīng)”，絕緣子的積污和污閃特性 與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴(yán)重，合理選擇 直流線路的絕緣配合對(duì)于提高運(yùn)行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在 世界上尚屬首例，國內(nèi)外現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究成果十分有限，因此有必 要對(duì)特高壓直流輸電的絕緣配合問題進(jìn)行深入的研究。

　　3. 電磁環(huán)境影響。采用特高壓直流輸電，對(duì)于實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源 優(yōu)化配置，提高輸電走廊的利用率和保護(hù)環(huán)境，無疑具有十分重要的意 義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導(dǎo)線大、鐵 塔高、單回線路走廊寬等特點(diǎn)，其電磁環(huán)境與±500 千伏直流線路的有一 定差別，由此帶來的環(huán)境影響必然受到社會(huì)各界的關(guān)注。同時(shí)，特高壓直 流工程的電磁環(huán)境與導(dǎo)線型式、架線高度等密切相關(guān)。因此，認(rèn)真研究特 高壓直流輸電的電磁環(huán)境影響，對(duì)于工程建設(shè)滿足環(huán)境保護(hù)要求和降低造 價(jià)至關(guān)重要。

　　直流輸電線路的基本類型

　　就其基本結(jié)構(gòu)而言，直流輸電線路可分為架空線路、電纜線路以及架 空——電纜混合線路三種類型。直流架空線路因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線路造價(jià) 低、走廊利用率高、運(yùn)行損耗小、維護(hù)便利以及滿足大容量、長(zhǎng)距離輸電 要求的特點(diǎn)，在電網(wǎng)建設(shè)中得到越來越多運(yùn)用。因此直流輸電線路通常采 用直流架空線路，只有在架空線線路受到限制的場(chǎng)合才考慮采用電纜線路。