面向農村偏遠電網的輸電線路交改直技術方案研究

李小偉 黎敏 李镕耀 莫昌明

摘要：目前，科學技術的發展迅速，電力工程的發展也有了很大的進步。與現有交流輸電線路擴容改造方案相比，將交流輸電線路改造成直流輸電線路（輸電線路交改直）的方式能夠最大程度地發揮原有線路的輸電能力使其輸電功率最大化，因而具有較好的應用前景。

關鍵詞：面向農村偏遠電網;輸電線路;交改直技術方案研究

引言

農村偏遠地區由于遠離配電網核心區域，輸電線路較長，設備陳舊，導致供電可靠性低、電能質量差。對此，提出采用柔性直流配電網技術對現有偏遠農村地區供電進行改造的方案。從經濟性角度出發，指出采用將原有交流線路改造成直流線路的方式，可降低建設成本，可為實際工程規劃與分析提供參考。

1直流供電方案及其優勢

直流供電方案是在配網核心區和農村偏遠地區分別建設一個直流換流站C1和C2，然后采用直流線路將兩者連接，保留農村配網原本的交流用電習慣，配電結構如圖1所示。虛線段表示將原交流線路改造成直流線路，直流線路上可實現沿線光伏、風電和儲能的并網。在換流器拓撲結構方面，考慮到供電的靈活性和可靠性，用戶側換流站C2需采用VSC（電壓源換流器），配網側換流站C1可采用VSC或晶閘管換流器等拓撲形式，在滿足系統運行方式的前提下，可采用性價比更優的換流器形式。與采用交流配線的方式相比，該方案具備如下優點：（1）由于直流線路大于交流線路的供電半徑，該方案能夠在保證電壓降的同時，將電能輸送至偏遠地區，并保證受端的電壓幅值和頻率可以滿足要求。（2）采用直流形式后，從配網核心區至農村偏遠地區沿途的光伏、風機等新能源能夠通過直流配網掛網運行，實現新能源的便捷接入，解決了新能源電能難以輸出等問題，實現偏遠地區新能源資源的優化利用。（3）通過在直流側配置儲能，能夠有效平抑光伏、風機等功率波動對配網的影響，同時提高農村電網的供電可靠性。（4）圖1中虛線部分的直流線路可以由原交流線路改造而得，從而降低工程建設成本;同時，開展交改直的試點示范研究，有助于促進該技術的發展和應用。（5）當C1換流站與配網因故障隔離，或直流線路發生故障后，直流配網剩余系統與農村電網將形成孤網，但系統可繼續運行，保障了農村電網的供電可靠性。（6）C2換流站具備無功調節和電能質量治理等功能，能夠有效調節農村電網的電壓水平和電能質量，降低農村配網的線損。

2應對的措施

2.1加強對導地線的檢修

輸電線路中導地線的連接是通過配套的接續管來實現的，在導地線連接之前需要注意的是，要對相關試件的質量進行嚴格的檢測，確保所有的試件質量都符合標準，在對輸電線路的導地線進行檢修的過程中，要對新試件的強度進行嚴格的控制，其強度值要大于導地線計算拉力的95%，要控制在設計要求的范圍內。對于輸電線路中應用的不用材質、不用規格的導線，不能在同一個耐張段內進行連接。除此之外還要對接續管與耐張線夾之間的距離進行嚴格的把控，水平距離要控制在15m以上，與懸垂線之間的距離要控制在5m以上，與間隔棒之間的間距要保持在0.5m以上，同時為了盡可能減少線損，要減少接續管的使用數量。

2.2強化線路巡檢工作

線路巡檢是輸電線路檢修工作的重要內容，為了盡可能減少輸電線路故障發生的概率，就需要加強輸電線路巡檢工作力度。在巡檢工作開始之前，①需要做的就是明確巡檢工作的具體內容，并且要能夠做到定時、定人、定線的巡檢，以此來保證輸電線路的巡視率能夠達到百分之百。還需要根據輸電線路架設當地的氣候變化，來不定期的安排相應的巡檢工作，以此來降低氣候因素對輸電線路安全、穩定運行帶來的影響。②需要加強對線路通道的運行管理，在巡視過程中將發現的線路的缺陷詳細記錄下來，這樣在之后的檢修工作中就能夠根據這些缺陷采取針對性的措施。③要對線路范圍內的樹木以及房屋進行合理的處理，這樣能夠確保檢修工作的順利進行。

2.3加大對重點地區的線路檢查力度

對于一些輸電線路架設規模較大、數量較多以及地理環境較復雜的區域，應加大在人力、物力、財力方面的投入力度，應該對該地區的輸電線路情況進行重點檢查，由于輸電線路架設現場的情況相對來說比較復雜，為了提高檢修工作的質量和效率，使檢修人員的生命安全得到保障，該地區的檢修人員應該有著統一的指揮、統一的安排、明確的分工，要能夠使檢修現場所有的檢修工作都能夠按照一定的秩序來開展。除此之外，在檢修工作開展之前，需要事先做好技術交底工作，要能夠使檢修操作人員對整個檢修計劃有著非常詳細的了解，這對提高檢修工作的效率來說有著非常重要的作用。

3拓撲結構

如果將AB、BC和BD3條交流線路改造成直流線路，且采用TPS-HVDC或TPT-SWAC-HVDC結構，那么，過渡階段需要進行電壓反向的一極要控制好各換流站直流電流，維持該極上的直流電流在電壓反向過程中始終保持為0，以維持功率穩定。這需要較為復雜的協調控制和快速通信，另外，大范圍同時性的電壓電流調節對系統的可靠性也是一個考驗。如果被改造的線路采用TWBS或TBPT-SWAC結構，其中，每個換流站的直流側僅含正負極端口，與雙極直流相同，能夠和雙極線路無縫銜接。擴展式MTDC具有易擴展特性，同時，無論多端直流網絡的端口數目有多大，都不需要如同TPS-MTDC所需的全網全站式協調控制。在電能擴容傳輸方面，通過引入TWBS或TBPT-SWAC，能夠充分利用原有交流線路的傳輸線，擴大傳輸容量。每條線路內的電壓電流轉換過程各不干擾，無需通訊協調。針對基于TWBS結構的擴展式三端直流進行了較為詳細的研究和仿真分析，驗證了該改造方案的可行性。隨著化石能源的大量開采，環境問題受到了越來越多的關注，開發利用清潔可再生能源的呼聲也越來越高。而直流電網是有效解決新能源大規模接入的一種方案。在直流電網建設過程中，從新建輸電走廊的經濟性和困難度來看，將交流線路改造成直流線路的方法顯得更加可行。給出一個含有25個節點的直流電網模型，其中，每個節點代表一個與交流系統相連的換流站，兩個節點之間的黑線代表傳統雙極傳輸線，藍色線代表采用TWBS或TPBT-SWAC技術的三線傳輸線。給出了3種三線傳輸線的連接方式：兩節點連接型，三節點連接型和四節點環形連接型。

結語

輸電線路關系到正常的生產生活以及社會的穩定，所以輸電線路的檢修工作受到了越來越高的重視，加強對輸電線路檢修工作的研究力度也是現階段電力企業的重要工作內容之一。本文僅介紹了交流線路改造成直流線路的換流站拓撲方案，而實際改造工程中，輸電線路的選型、輸電桿塔的改造、直流配線電壓電流等級等方案選擇同樣重要，有待進一步研究。

參考文獻

[1]張啟平，錢之銀.輸電線路增容技術[M].北京：中國電力出版社，2010：4-6.

[2]吳婧.三極直流輸電運行與控制技術研究[D].北京：中國電力科學研究院，2013：10-12.

[3]呂思卓.高壓直流三極輸電換流器保護的研究[D].北京：華北電力大學，2014：22-25.

[4]戴沅，程養春，鐘萬里，等.高壓架空輸電線路動態增容技術[M].北京：中國電力出版社，2013：25-30.

[5]徐政.交直流電力系統動態行為分析[M].北京：機械工業出版社，2004：30-33.

[6]吳婧，文俊，溫家良，等.高壓直流三極輸電特性分析[J].電網技術，2013，37（1）：71-76.

[7]文俊，溫家良，殷威揚，等.高壓直流三極輸電技術[J].電網技術，2013，37（8）：2336-2342.