特高壓輸電技術發展研究

趙廣鑫

摘 要 我國存在著經濟發展地理分布與能源資源分布不協調的問題。隨著近年來發展的加快，東部用電量快速上升。發展特高壓直流輸電技術，能夠滿足不同地區的電力需求，保障能源的安全可靠供應，提高資源利用率。本文將介紹特高壓直流輸電技術的優點及其發展現狀，并對其所帶來的生態環境問題進行簡要分析。

【關鍵詞】能源資源 特高壓直流輸電 生態環境

我國的電力工業正處在高速發展階段，電力需求持續增長，如何有效配置現有的電力能源將會對經濟發展產生很大影響。我國的西南和西北地區擁有全國三分之二的可開發水資源，山西、內蒙古等省份擁有全國已探明煤炭資源的三分之二，而我國的用電負荷中心位于東部沿海一帶，生產力與資源布局極不均衡，需要大規模、遠距離、高效率的電力資源輸送，以此來解決東南地區日益增長的用電需求。相比普通的高壓輸電，特高壓輸電網絡的安全性更強、同等輸電容量下無用功消耗更少、在成本建設方面經濟型更好，是將來輸電系統中發展的主要方向。本文通過研究將對特高壓直流輸電技術的優點和發展現狀進行介紹，并簡要分析輸電過程中對生態環境的影響。

1 特高壓直流輸電優點

我國目前發展的特高壓輸電技術包括特高壓交流輸電技術和特高壓直流輸電技術。一般特高壓交流輸電技術用于近距離的組網和電力輸送，直流輸電技術用來進行遠距離、大規模的電力輸送，兩者在以后的電網發展中都扮演重要角色。本文對其中的特高壓直流輸電技術進行簡要分析，其優點主要包括以下幾個方面。

（1）在直流輸電的每極導線的絕緣水平和截面積與交流輸電線路的每相導線相同的情況下，輸電容量相同時直流輸電所需的線路走廊只需交流輸電所需線路走廊的2/3，在土地資源越來越緊張的今天，特高壓直流輸電線路可以節省線路走廊的優點顯得更加突出。

（2）在輸送功率相同的情況下，直流輸電的線路損耗只有交流輸電的2/3，長久以往可以節約大量的能源；同時直流輸電可以以大地為回路，只需要一根導線，而交流輸電需要3根導線，在輸電線路建設方面特高壓直流輸電電纜的投資要低很多。

（3）交流輸電網絡互聯時需要考慮兩個電網之間的周期和相位，而直流輸電不存在系統穩定性問題，相比交流輸電網絡，能簡單有效地解決電網之間的聯結問題。

（4）長距離輸電時，采用直流輸電比交流輸電更容易實現，如800kv的特高壓直流輸電距離最遠可達2500km。

（5）直流換流站使用塊式結構進行高壓整流，電壓逐級增加，容易提升電壓等級。

2 特高壓直流輸電發展現狀

從上世紀70年代開始，前蘇聯、美國、加拿大、巴西和南非等國家考慮到特高電壓等級、超遠距離輸電、特大輸電容量的需求，在研究特高壓交流輸電技術的同時，也開始進行特高壓直流輸電技術的研究工作。經過美國EPRI、加拿大IREQ、巴西CEPEL等科研機構的研究工作，特高壓直流輸電中的一些重要技術已經取得了關鍵進展。例如，經研究發現，在1400-3000km的遠距離、大容量電力輸送中，從電網建設的經濟型和環境影響的角度進行考慮，高于±600 kV電壓等級的特高壓直流輸電是值得優先選擇的高壓輸電方式，而且±800kV電壓等級的特高壓直流輸電系統在設計、建設和投運在技術方面而言是完全可行的等等。特別值得我們一提的是，前蘇聯曾經設計并初步建設從唐波夫到埃巴基斯圖茲到±750kV電壓等級、輸送距離2400km、輸送功率容量為6000MW的直流輸電工程。該項目中，所有的設備均已通過了初步試驗，而且已建成長度高達1090km的線路，但是最后卻因政治、經濟等方面的因素停止了建設。盡管這樣，該項目仍然可以在一定程度上為我國目前設計的特高壓直流輸電網絡起到參考價值。

我國地域廣闊，同時能源資源與電力消耗的不平衡使得我國尤其適合發展特高壓直流輸電技術。一直以來，我國發展的主要是500kv的輸電技術。隨著經濟的發展，原有的輸電系統已經不能滿足東部地區日益增長的電力消耗，為此需要發展特高壓直流輸電技術，實現能源資源的合理分配。1987年，舟山直流輸電工程正式投入使用，這是我國獨立建成的第一個直流輸電項目，彌補了我國在直流輸電技術方面的空缺。進入21實際以來，我國陸續建成了眾多高壓直流輸電技術，并不斷研究直流輸電技術的相關特性。2005年2月，百萬伏級交流輸電以及±800kV級直流輸電工程的前期研究工作在全國范圍內啟動。目前我國已經建成一系列800kV特高壓直流輸電工程并投入使用，其中代表性的特高壓直流輸電工程建設于蘇南-錦屏兩地，其輸電距離為210萬米、額定容量為7200兆瓦，并且在2012年成功投入使用。2012年6月29日，我國的±1100kV特高壓換流變壓器通過了型式試驗，這是由國家電網主導研發的。這這次試驗中，變壓器的各項指標優良，在技術方面完全符合建設特高壓直流輸電工程的技術規范，是在我國以致國際上研發±1100kV電壓級別直流輸電技術過程中的突破，具有非常重要的意義。目前，我國特高壓輸電工程在輸電線路長度、輸送電力、輸電設備制造和管理等方面已經處于國際領先水平。

3 特高壓直流輸電線路的環境問題

在特高壓直流輸電工程方面，目前國際上輸送容量最大、輸送距離最遠、電壓等級最高的是我國目前建設成功并投入使用的±800kV直流輸電工程，在這個方面，國外沒有成熟的設計方案、試驗數據等研究成果可供參考。為此，必須根據我國電網建設中的實際情況開展系統性的研究工作，這樣才能保證特高壓直流電網的順利建設和投運，保證輸電線路不對周圍的環境產生影響。經過研究發現，主要有三種直流輸電線路的特性需要我們特別考慮。

3.1 直流輸電線路的電磁效應

交流輸電線路在輸電時，其導線會產生電暈，達到一定的強度會擊穿空氣產生離子。但是由于交流電路中其電壓是隨時間進行周期性變化的，因此交流輸電線后半周期會反向拉回其在前半周期產生的離子，這樣帶電離子只會在導線附近很小的范圍內進行往復運動，不會在相導線和大地之間產生大范圍離子信號。在直流輸電線路工作中，也會產生電暈現象。由于其電壓信號穩定，這樣其產生的離子信號會一直存在并且在電場的作用下定向移動，這樣就產生了離子流。同時離子流的定向運動也會產生可稱為離子流場的電場，導線周圍空間電荷本身產生的電場稱為靜電場，這兩部分電場會進行疊加形成合成電場。離子流和合成電場也是特高壓直流輸電的特有現象。

當人體處于特高壓直流輸電線路下時，輸電線路下的離子流會通過人體導入大地，進行能量的釋放。當強度達到一定值的時候，就會產生電擊感。此外還有研究表明，輸電線路產生的正、負離子會影響人的情緒。長此以往，該電磁效應可能會對周圍的環境產生不良影響，諸如影響周圍農作物的生長或者惡化土地環境。這些影響目前還沒有定論，但是我們也不能掉以輕心，要防患于未然。我國已經制定了一些關于輸電線路中電磁環境的國家標準和規范，比如《電磁輻射防護規定》、《電磁輻射環境保護管理辦法》等，規定輸電線路下離子流密度不能超過100nA/m2。

3.2 可聽噪聲

直流輸電線路在擊穿空氣產生電暈的時候，會產生一些可聽噪聲。該噪聲值在雨天由于被雨聲淹沒，通常不予考慮，需要我們在建設時研究晴天環境下的噪聲大小。該可聽噪聲不能影響附近居民的休息、工作和談話。我國規定可聽噪聲極限為55dB（A），該值和普通辦公環境噪聲平均值相等。

3.3 無線電干擾

直流輸電線路正常工作時由于電暈放電等原因會產生一定的電磁頻率，會對輸電線路附近的無線電設備的信號接收產生干擾。當干擾過強時會導致無線電設備接收的信號達不到所需的信噪比，影響周圍設備的正常使用。這是在建設直流輸電工程時需要避免的。

4 總結

為了適應我國電力工業的快速發展，實現對電力資源的合理配置并滿足東部經濟發達地區的用電和環保要求，必須要加大對特高壓輸變電技術研究的投入并在實際運用中盡可能發揮其技術優點。特高壓電網可以從根本上解決我國因傳統輸電方式而產生的煤電油運緊張問題，也是我國能源分布的現實需要。因此，應根據我國國情，并結合其他國家特高壓輸電研究成果，增加對特高壓線路和設備的考核等試驗研究，在盡量減小環境污染的基礎上充分發揮特高壓輸電對資源配置的優化作用，同時堅持基礎建造和技術改進并舉，積極推動全國電網互聯。但在研究過程中可能會遇到一些不可避免且尚未遇到過的問題，需要結合現實經驗與實際情況對其做進一步的研究。

參考文獻

[1]鄧國良.特高壓直流輸電系統發展綜述[J].山西科技，2013，28（02）：57-59.

[2]劉勇，劉勇，張郭艷.我國高壓直流輸電與特高壓交流輸電的應用前景試分析[J]. 2011中國城市規劃年會，2011.

[3]吳桂芳，陸家榆，邵方殷.特高壓等級輸電的電磁環境研究[J].中國電力，2005，38（06）：24-27.

[4]邵天曉.國外特高壓輸電的開發綜述[J].電力建設，1987（07）：5-14.

[5]于奔.關于特高壓輸電的綜述[J].科技與企業，2012（16）：160-160.

[6]林秀麗.超高壓直流輸電線路電場環境研究[D].浙江大學，2006.

作者單位

山東省萊蕪市第一中學 山東省萊蕪市 271100