特高壓直流輸電工程關鍵技術應用分析

趙功展

摘 要：特高壓直流輸電具有輸送距離長、容量大、控制靈活、調度方便、損耗低、輸電走廊占用少等諸多優點，這些優點為我國各領域的快速發展提供了有利的電力能源條件。文章通過對特高壓直流輸電的發展進程以及輸電工程中的關鍵技術進行分析，總結出大力發展特高壓直流輸電的必要性及其深遠意義。

關鍵詞：特高壓；直流；輸電線路；電壓

中圖分類號：TM721.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0121-02

1 建設特高壓直流輸電線路的意義

隨著經濟的迅猛發展，世界各國的用電量日益增長。其中所有發達國家的發電量都能滿足其負荷的需求，他們能做到大功率、高電壓、長距離的輸送電能。而在我國供電能力卻遠遠跟不上負荷的需求，電力行業的落后直接影響了我國經濟的快速發展。我國的國情決定了在未來很長的一段時期里還需長期進行基礎建設和基礎工業的建設，這需要強大的電力能源來做為快速發展經濟建設的堅實后盾。在電力輸送技術中，特高壓直流輸電具有輸送距離長、容量大、控制靈活、調度方便的優點。電力能源與負荷之間的超遠距離和超大負載正需要這種輸電方式。在輸電過程中，通過換流器把交流變為直流，再通過高壓線輸送到下一個換流站轉換成交流電，最后并入電網。特高壓直流輸電與交流輸電相比具有輸送方式靈活、損耗低、輸電走廊占用少、可控性高等特點。除此之外，特高壓直流輸電方式還對電網的安全、可靠、穩定運行提供了有力保障。正是基于特高壓直流輸電的種種優點，使得世界各國對此不斷的研究、應用與發展。

2 特高壓直流輸電工程的發展進程

世界上首次使用直流輸電的是法國科學家德普勒，他用直流電機給57 km外的德國慕尼黑舉辦的一次展會上提供了1.5～2.0 kV的電壓，從此掀開直流輸電的歷史。后來人們把電壓、功率、輸電長度提高到125 kV、20 MW和225 km。但是隨著負載對電壓的等級要求升高、功率的增大，而電氣設備的絕緣卻不能滿足電壓的要求，被迫將直流輸電改為交流輸電。在1966年，瑞典的一所大學開始研究±750 kV直流輸電線路，此后前蘇聯、巴西等國家也開始對直流輸電進行研究。前蘇聯曾建設過哈薩克斯坦到俄羅斯的全長2 400 km、電壓±750 kV、輸電6 GW的直流輸電線路，但最終因前蘇聯政局動蕩、晶閘管技術不成熟未能投入運行。巴西和巴拉圭共同建設的特高壓直流輸電線路，一期工程在1984年竣工，1990年正式運行。它采用的是±600 kV和±765 kV的技術。當時巴西還對±800 kV的直流輸電項目進行了研究，但因開發亞馬遜河的項目夭折，而終止了這項工程的研究。在我國，云南的云—廣特高壓輸電直流線路的建成，是我國也是世界第一個電壓為±800 kV，容量為5 GW特高壓直流輸電線路工程。它從云南楚雄開始到廣東增城惠東截止，它經過的省份有云南、廣西、廣東。正在建設的特高壓直流輸電線路共有15條。其中，即將建成的向家壩至上海的特高壓直流輸電工程，全長2 000 km、電壓±800 kV、容量6.4 GW。它經過的省份有四川、重慶、湖北、安徽、湖南、浙江、江蘇、最后到上海。除此之外還有金沙江水電容量為41 GW的6條特高壓輸電線路，四川水電容量為10.8 GW的1條特高壓輸電線路，云南水電容量為25.0 GW的4條特高壓輸電線路，呼盟—北京容量為6.4 GW的1條特高壓輸電線路，哈密—鄭州容量為6.4 GW的1條特高壓輸電線路，俄羅斯水電容量為6.4 GW的1條特高壓輸電線路，哈薩克火電容量為6.4 GW的1條特高壓輸電線路，天生橋到廣東、三峽到常州、葛洲壩到上海、三峽到廣州、貴州到廣州的特高壓直流輸電線路。

3 建設特高壓直流輸電線路工程的關鍵技術

3.1 特高壓直流輸電工程中高電壓與絕緣技術

在進行電能輸送時，不論是在一般的電壓等級下還是強電等級下，電壓和絕緣都是相輔相成的關系，當電壓升高時絕緣也要升高。如果絕緣不隨電壓等級相應提高，就會出現設備被燒毀、電網穩定運行狀態遭到破壞，嚴重時還會導致人員傷亡等重大事故的發生。在普通絕緣不能保證電氣設備與輸電線路絕緣的前提下，就必須考慮使用復合材料來代替普通的瓷質和玻璃絕緣。但在選擇絕緣材料的同時，也要和當地的氣候條件、環境條件等復合判斷。比如在氣候比較濕潤的南方它對絕緣子的表面要求就比較高。在污染比較嚴重的地區，由于絕緣套管、絕緣子表面等受到污濁的情況比較嚴重，因此在這些地區若使用一般材質的絕緣，就會出現擊穿、短路、設備燒毀、嚴重的導致人員傷亡等。因此在不同環境氣候下對絕緣套管、穿墻套管、絕緣子表面的材質要求也相對較高、較特殊。在我國的西電東輸工程中，由于我國的地勢西高東低，對于高海拔地區，也要把海拔對絕緣的影響考慮進去。總之，在提升電壓等級的同時務必提升設備的絕緣性能，二者是密不可分的。

3.2 特高壓直流輸電工程中電磁環境的問題

只要是在電的環境里就不可能逃避電磁的干擾與輻射。干擾和輻射的大小跟電磁的強弱有著直接關系。由于是特高壓直流輸電，因此電壓等級一般都在±600 kV以上。在對特高壓直流輸電線路和換流站的電磁環境分析中可看出，周圍電磁輻射非常嚴重。在日常生活中，普通變電站和高壓輸電線路都會有電磁輻射以及噪聲，會對一些無線電設備產生干擾。而當電壓升高時這樣的現象會更加明顯。所以在進行工程設計時，所經地點和線路就應考慮到對人以及一些無線電設備，還有對環境的影響。要盡可能的避開城市、村鎮等這些人員相對比較密集的地方，減小對環境的破壞、保護好生態環境，不能以犧牲環境為代價，走先發展、后治理的老路。

3.3 特高壓直流輸電工程中的控制保護問題

在電力系統中，任何系統都離不開控制和保護系統的支持。在直流輸電系統中最為重要的就是控制保護技術。其中，控制保護里包含了軟硬件平臺、直流控制保護設計、觸發控制、直流保護等。除此之外，傳統的保護也是必要的，比如高壓輸電線路上的防雷線、架線鐵塔上的避雷針、換流站里的避雷針、避雷器、接地網、變壓器的防雷保護等。在特高壓直流輸電線路中的換流站里有很多的變壓器，對應著就有很多的晶閘管來控制這些線路。在這個復雜的系統中必須有一個安全可靠的控制保護操作系統來保障它的正常運作，一旦出現故障不會造成設備損壞、大面積停電以及人員傷亡等事故。因此，在特高壓的直流輸電工程中擁有一個可靠的控制保護系統對供電系統來說十分重要。

3.4 特高壓直流輸電工程中交直流互聯以及直流電壓等

級序列問題

根據電能輸送距離的遠近不同，直流輸電里的電壓等級可分為±1 000 kV、±800 kV、±660 kV、±500 kV。但在交直流互聯的情況里，考慮到交流電壓里±660 kV比較特殊，因此直流電壓等級中±660 kV電壓等級是否被納入仍在研究當中。而交直流互聯就是在供電網絡里交直流并存的一種狀態，我國正在建設±1 000 kV交流與±800 kV直流的供電網絡，要保證這個龐大的供電網絡能夠安全、穩定的運行，不僅僅是靠簡單的防雷擊、操作過電壓、自然過電壓的預防。龐大的供電網一定要有一套嚴格、緊密、有效、可靠的系統來運行、保護和備用，這樣才能使供電網絡的穩定性、安全性以及可靠性得到保障。

4 結 語

特高壓直流輸電技術的特性是可以實現長距離、大容量、高電壓輸送電能，比如在我國西部地區蘊藏著豐富的資源，若要將這些資源以電能的形式輸送到其他地區就要運用到特高壓直流輸電技術。因此除了要掌握特高壓直流輸電工程中的關鍵技術外，還應結合工程環境、自然條件等具體問題具體分析，才能保證供電網絡安全、可靠、有效的運行。

參考文獻：

[1] 李立浧.直流輸電技術的發展及其在我國電網中的作用[J].電力設備， 2004，（5）.

[2] 金小明，周家啟，謝開貴.特高壓直流輸電可靠性指標研究[J].南方電網技術，2008，（1）.endprint