特高壓直流輸電工程關鍵技術應用探討

王寶源 張巖

摘 要：隨著我國社會經濟的迅猛發展，人們對于電能的需求量也變得越來越高，在此時代背景之下，電力企業必須要實現電能的良好調配，只有這樣才能保證社會的良好運作。基于此，本文將對特高壓直流輸電工程中的關鍵技術的實際應用展開一系列的分析，希望能夠促進我國電力事業的發展。

關鍵詞：特高壓;直流輸電;工程建設;關鍵技術

隨著城市化發展進程不斷加快，人們對電力需求有所提升，這使得特高壓直流輸電技術在我國被電力系統中有廣泛的應用。而且，我國各個城市在電力行業建設過程中，對輸電能力和輸電效率的要求逐漸提升，為了實現電力系統安全可靠的運行，必須加強對特高壓直流輸電的研究力度，保證電力系統輸電安全和提高電力系統容量的目的得以實現。

1特高壓直流輸電技術的特點

1.1特高壓直流輸電系統中間沒有落點，可點對點、大功率、遠距離直接將電力送往負荷中心。在送受關系明確的情況下，采用特高壓直流輸電，實現交直流并聯輸電或非同步聯網，電網結構比較松散、清晰。

1.2特高壓直流輸電可以減少或避免大量過網潮流，按照送受兩端運行方式變化而改變潮流。特高壓直流輸電系統的潮流方向和大小均能方便地進行控制。

1.3特高壓直流輸電的電壓高、輸送容量大、線路走廊窄，適合大功率、遠距離輸電。

1.4在交直流并聯輸電的情況下，利用直流有功功率調制，可以有效抑制與其并列的交流線路的功率振蕩，包括區域性低頻振蕩，明顯提高交流的暫態、動態穩定性能。

2我國開展特高壓直流輸電技術的意義

一方面，輸電距離遠、容量大、損耗低等特點是特高壓直流輸電技術具有的獨特優點，有助于推進“西電東送”工程實施，保障了中東部地區用電安全可靠，對我國經濟的平穩高質量發展起到了巨大的推動作用;另一方面，我國采用先進的特高壓直流輸電技術可以使西部資源得到合理開發利用，在轉變能源改革方式，促進經濟發展的同時，降低了煤炭消耗和大量CO2排放，保護了生態環境。所以，研究并利用特高壓直流發電技術不僅可以提高我國電力行業整體的研發制造水平，而且對生態環境保護也起到了積極影響。

3特高壓直流輸電技術的優勢

第一，特高壓直流輸電技術可減少電力資源在傳輸過程中的損耗，將電力資源的傳輸效率提升，同時也能提高電力傳輸的抗干擾能力。加上導線耐熱性是影響特高壓直流輸電技術的唯一因素，可杜絕外界環境對其的干擾。第二，此種輸電模式穩定性較高，可實現遠距離電力資源傳輸。第三，該輸電技術所需成本較少，可節約電網成本。第四，特高壓直流輸電技術在協調電力資源地區不平衡的問題上發揮重要作用。如可以將集中在山西、內蒙古和陜西的水電和火電傳輸到電力負荷較大的東南部。

4特高壓直流輸電待解決問題

4.1設備可靠性問題

與超高壓直流輸電相比，特高壓直流輸電的電壓等級更高，若在輸電過程中發生電力故障將造成不可估量的損失，嚴重影響國民生產生活秩序，所以必須提高特高壓直流輸電設備的可靠性。例如，換流器采用獨立的交直流供電系統，配備獨立的閥廳和冷卻系統，通過調節換流器旁通開關的開啟和關斷，使換流器無論是出現故障停運或者是需要進行維護而退出運行等工作都不會出現單極停運。同時重新設計雙極耦合的控制系統，進一步降低雙極停運的概率，提高了特高壓直流輸電工程的安全性能。

4.2電磁環境問題

電磁環境問題是實施特高壓輸電工程前必須考慮的技術問題。在特高壓輸電工程中，由于電壓的傳輸導致輸電線路周圍空間產生磁場，對設備附近的環境和人體都會產生不良影響。例如換流站在運行過程中產生電波干擾通信設備，不僅會打擾附近居民日常生活，嚴重時甚至出現直流偏磁毀壞變壓器，造成電力設備運行故障。特別是我國目前正在全面創新突破特高壓直流輸電技術，有必要解決好輸電過程中產生的電磁污染對環境造成的不利影響問題。在特高壓直流輸電過程中所投運的換流站等電力設備必須達到國家規定的環保要求，才能從根本上解決輸電過程中所產生的電磁環境問題。

5特高壓直流輸電關鍵技術的應用

5.1拓撲結構

在近些年來，特高壓直流輸電的拓撲結構主要有多端直流和公用接地極兩種，其中，多端直流是通過連接多個換流站來共同組成直流系統，在電壓源換流器發展背景下，出現了混合型多端直流和極聯式多端直流，前者是將合理分配同一極換流器組的位置，電源端與用戶端都是分散分布。公用接地極是通過幾個工程公用接地極的方式，來降低工程整體造價成本，提升接地極利用水平，提高工程經濟效益、社會效益;但也存在接地電流容易過大、檢修較為復雜等不足。

5.2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。

5.3柔性直流輸電

加拿大學者Boon-TeckOoi在1990年正式提出采用PWM技術控制的電壓源換流器（VSC）進行直流輸電的概念。柔性直流輸電技術通過改變VSC中全控型電力電子器件的開斷狀態，實現控制交流側的無功和有功功率的目的，這樣不僅可以保障電網穩定運行，還可以解決輸電技術中的一些棘手問題。

對于柔性直流輸電系統而言，無論是采用多電平換流器還是使用兩電平換流器，均為單極對稱系統。并聯換流站與串聯換流站相比具有損耗更低，調節范圍更大，擴展方法更加靈活等優點，所以目前正在運行的特高壓柔性直流輸電工程的換流站多采用并聯接線方案。

5.4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±1000kV、±800kV、±660kV、±500kV。但在交直流互聯的情況里，考慮到交流電壓里±660kV比較特殊，因此直流電壓等級中±660kV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±1000kV交流與±800kV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。

6結束語

綜上所述，在我國經濟繁榮發展的環境下，特高壓輸電工程的建設也越來越勢在必行。結合我國用電負荷和能源的分布情況，我國的特高壓輸電以及大范圍電網互聯工程將持續建設。特高壓輸電技術將在我們電力系統中有廣闊的應用前景。發展特高壓輸電、加強電網的互聯，對建設資源節約型社會將起到重要作用。

參考文獻：

[1]王聰，特高壓直流輸電工程建設關鍵技術及國際應用.山東省，中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司，2016-03-02.

[2]趙功展.特高壓直流輸電工程關鍵技術應用分析[J].企業技術開發，2014，33（32）：121-122.

（國網山東省電力公司檢修公司 特高壓交直流運檢中心，山東 濟南 250000）