特高壓交直流輸電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟探究

曹廷杰

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司湖南省送變電工程有限公司 湖南長沙 410000）

1 引言

特高壓交直流水電系統(tǒng)技術(shù)一般是以高壓直流輸電技術(shù)以及超高壓電網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，并進(jìn)行創(chuàng)新與完善的一種技術(shù)。2009年1000kV交流輸電試驗示范工程投入運行，來年±800kV直流水電試驗示范工程也投入運行。隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展，我國特高壓輸電工程建設(shè)正處于穩(wěn)步上升階段。特高壓輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很好地解決了當(dāng)前輸電技術(shù)存在的經(jīng)濟性較低以及無法實現(xiàn)或者實現(xiàn)難度較大的更遠(yuǎn)距離輸電問題，進(jìn)一步提高了輸電系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟性。對于當(dāng)前特高壓輸電網(wǎng)而言，1000kV以及±800kV輸電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性是重中之重。基于此，研究特高壓交直流輸電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性具有重要的現(xiàn)實意義。

2 1000kV和±800kV輸電系統(tǒng)建設(shè)成本闡述

2.1 1000kV輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本

一般來說，都是使用單位輸電建設(shè)成本來表示1000kV與±800kV輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本。同時，參照示范工程投資決算實對其施估算。

以2009年投入運行的1000kV特高壓交流試驗示范工程為例來看，其最初建設(shè)成本為56.9億元。根據(jù)試驗示范工程相關(guān)元器件成本以及建設(shè)成本的實際情況，使用工程成本計算方法對其建設(shè)成本進(jìn)行估算，擬使用1000kV、4410MW、1500km特高壓輸電系統(tǒng)，其單位輸電建設(shè)成本預(yù)期估算成本為1900元/km·MW。若將500kV輸電系統(tǒng)建設(shè)成本按照2500元/km·MW的價格來看，那么此1000kV特高壓輸電系統(tǒng)的單位建設(shè)成本則近似為500kV輸電系統(tǒng)的8成左右。

2.2 ±800kV輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本

對于±800kV直流輸電系統(tǒng)而言，首先需要把各發(fā)電單元機組通過電站500kV母線匯集在一起，接著借助500kV輸電線路連通到直流輸電的整流站中，從而把三相交流電更換成直流電，再使用兩條正負(fù)極輸電線路將其配送到逆變站中，再把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟姡詈筝斔偷接须妷鹤鳛楸Ｕ系?00kV樞紐變電站中。和其余輸電系統(tǒng)相同，±800kV直流輸電系統(tǒng)在進(jìn)行長距離、大規(guī)模輸電的過程中，也需要兩個電廠作為支撐，擬將其發(fā)電機組定位6×600MW以及5×600MW，線路總長度為1500km，通過±800kV特高壓直流輸電示范工程數(shù)據(jù)對其輸電建設(shè)成本實施估算。

某±800kV特高壓直流輸電示范工程的直流輸電線路總長度為1891km，額定直流電流為4kA，額定換流功率為6400MW，分裂導(dǎo)線的規(guī)格為6×720mm2，開工建設(shè)的時間為2007年，不斷對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，最終于2010年正式投入使用。根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試以及投入運行的實際結(jié)果來看，自助研發(fā)的±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備具有較高的運行性能。該±800kV直流輸電示范工程建設(shè)成本為190億元，其中換流站與相關(guān)線路的成本均占總成本的一半。

根據(jù)示范工程建設(shè)成本進(jìn)行估算，±800kV、6400MW、1500km直流輸電系統(tǒng)的單位輸電建設(shè)成本應(yīng)為1780元/km·MW。

2.3 1000kV和±800kV輸電系統(tǒng)建設(shè)成本對比分析

一般來說，通過逆變站的輸出功率對交流輸電進(jìn)行估算，而直流輸電的估算亦是如此；1000kV交流輸電系統(tǒng)的單位建設(shè)成本與±800kV直流輸電系統(tǒng)的單位建設(shè)成本基本一致，都為1900元/km·MW，處于相同等級。

1000kV交流輸電系統(tǒng)的對地電壓為578kV和±800kV直流輸電系統(tǒng)極線的對地電壓相匹配?！?00kV直流輸電系統(tǒng)的對地電壓為800kV，極線之間的電壓為1600kV，兩者與1000kV交流輸電系統(tǒng)相比，前者對地電壓與極線間電壓分別是后者的1.35倍以及1.6倍。

對于特高壓交直流輸電系統(tǒng)的建設(shè)成本來說，其成本主要以絕緣成本為主，而絕緣成本簡單來說就是系統(tǒng)對地電壓函數(shù)。架空線路的建設(shè)成本受到方方面面的因素影響，其不會隨著分裂導(dǎo)線截面的增加而同比增大。例如，1000kV交流試驗示范工程分裂導(dǎo)線的截面和±800kV直流試驗示范工程分裂導(dǎo)線相比，前者是后者的1.4倍；但前者實際每千米平均建設(shè)成本和后者相比，僅為86.4%，而非前文的1.4倍。

1000kV和±800kV輸電系統(tǒng)都能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，大幅提高輸電線路的供電能力，并切實降低輸電建設(shè)成本。從理論方面以及實際試驗示范工程成本的估算結(jié)果來看：當(dāng)輸電線路處于1500km以內(nèi)的時候，1000kV和±800kV輸電系統(tǒng)兩者進(jìn)行比較，前者的建設(shè)成本不僅低于±800kV直流輸電，而且低于超高壓輸電。

3 1000kV和±800kV輸電系統(tǒng)電阻功率損耗對比分析

一般來說，通常都是用功率損耗率來表示1000kV和±800kV輸電系統(tǒng)的輸電功率損耗（電阻功率），也就是通過輸送功率以及輸電功率損耗的百分比進(jìn)行表示；而使用電能損耗率來表示電能損耗，也就是使用全年的輸送電能值以及電能損耗值的百分比進(jìn)行表示。

3.1 1000kV輸電系統(tǒng)電阻功率損耗

1000kV輸電系統(tǒng)的電能損耗以及功率損耗主要包括三大方面，即輸電線路、開關(guān)站以及變電站。其中開關(guān)站與變電站的功率損耗主要來自于變壓器的高壓并聯(lián)電抗以及靜止無功補償?shù)墓β蕮p耗，其確切數(shù)值一般和變壓器的實際運行狀況以及參數(shù)優(yōu)化存在之間關(guān)聯(lián)。但參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化之后，開關(guān)站與變電站的功率損耗則近似可以看作是變壓器德爾功率損耗。就當(dāng)前實際狀況而言，我國1000kV變壓器的功率損耗一般不會超過0.15%。結(jié)合國產(chǎn)設(shè)備參數(shù)的估算結(jié)果來看，1000kV兩開關(guān)站與兩變電站功率損耗率的估算值是0.4%。

當(dāng)1000kV輸電系統(tǒng)的輸送功率為4410MW的時候，線路的電流則為2.546kA，則電流與電壓二者的比值則為4.404×10-3。而如果導(dǎo)線的溫度為25°的時候，8×630mm2分裂導(dǎo)線單位長度的電阻則為5.839×10-3Ω/km。結(jié)合輸電線路電阻功率相關(guān)計算公式可知，1000kV輸電線路電阻功率損耗率則為3.9%。之后，把兩部分功率損耗的實際結(jié)果加在一起就能知道整個輸電系統(tǒng)的總功率損耗。經(jīng)過相關(guān)計算可知，1000kV、4410MW、1500km交流輸電系統(tǒng)的輸電功率損耗率約為4.15%。

3.2 ±800kV輸電系統(tǒng)電阻功率損耗

±800kV輸電系統(tǒng)的電能損耗以及功率損耗同樣包括三個部分，即輸電線路、逆變站以及整流站。其中，逆變站與整流站的功率損耗主要涉及交直流濾波器、平波電抗器、無功補償設(shè)備、晶閘管換流閥以及換流變壓器等設(shè)備的功率損耗，而換流變壓器與晶閘管換流閥的功率損耗占據(jù)的比重最大。由于輸電系統(tǒng)中不可避免會存在諧波電流，因此和常規(guī)變壓器相比，換流變壓器的功率損耗要更大。除晶閘管存在的功率損耗之外，晶閘管換流閥功率損耗還包括電阻、阻尼電容、均壓電阻以及閥電抗器等帶來的功率損耗，實際數(shù)值隨著電壓的升高而不斷增加。

當(dāng)±800kV換流閥處于額定功率運行的時候，其直流電流應(yīng)當(dāng)為4kA，則電流與電壓二者之間的比值則為5.0×10-3。而如果導(dǎo)線的溫度為25°的時候，6×720mm2分裂導(dǎo)線單位長度的電阻則為6.861×10-3Ω/km?！?00kV、6400MW、1500km直流輸電系統(tǒng)的電阻功率損耗率的估算值約為6.85%。

總而言之，±800kV線路電阻功率損耗高于1000kV交流輸電線路的根本原因在于前者線路的分裂導(dǎo)線電阻更大、電流與電壓之間的比值更高。因此，如果想要大幅降低線路功率的損耗率，一方面應(yīng)當(dāng)減小輸電線路中的電流，另一方面也需要增加分裂導(dǎo)線的橫截面積。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于電力的需求與依賴程度不斷增加，如何提高特高壓交直流輸電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性是當(dāng)前相關(guān)部門亟待解決的難題?；诖?，有關(guān)工作人員需要深入研究特高壓交直流輸電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性。