特高壓輸電技術(shù)發(fā)展研究

宋宏源　李蓉

【摘? 要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的各項(xiàng)生活、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)電能的需求不斷增加，電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性提出了更高的要求。從當(dāng)前我國的基本國情分析，電網(wǎng)輸送距離不斷擴(kuò)大、對(duì)于容量的需求也不斷增加，因此加強(qiáng)建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，并加快研究和推廣特高壓輸電技術(shù)，成為我國電力行業(yè)的重要發(fā)展任務(wù)。論文分析了特高壓輸電技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其研究成果進(jìn)行了探討，最后針對(duì)特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用提出了幾點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng);特高壓;輸電技術(shù);研究;應(yīng)用

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國電力工業(yè)呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)，近幾年發(fā)展更加迅猛。按照在建規(guī)模和合理開工計(jì)劃，全國裝機(jī)容量 2010 年達(dá)到 9.5 億千瓦，2020 年達(dá)到 14.7 億千瓦;用電量 2010 年達(dá)到 4.5 萬億千瓦時(shí)，2020 年達(dá)到 7.4 萬億千瓦時(shí)。電力需求和電源建設(shè)空間巨大，電網(wǎng)面臨持續(xù)增加輸送能力的艱巨任務(wù)。同時(shí)我國資源分布不均勻，全國四分之三的可開發(fā)水資源在西南地區(qū)，三分之二的煤炭資源分布在西北地區(qū)，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部地區(qū)集中了三分之二的用電負(fù)荷。大容量、遠(yuǎn)距離輸電成為我國電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

同時(shí)，特高壓輸電具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。特高壓輸電線路可減少鐵塔用材三分之一，節(jié)約導(dǎo)線二分之一，節(jié)省包括變電所在內(nèi)的電網(wǎng)造價(jià)約 10%-15%。特高壓線路輸電走廊僅為同等輸送能力的 500k V 線路所需走廊的四分之一，這對(duì)人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國家和地區(qū)帶來重大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

2 特高壓輸電

電力對(duì)人類有著重要意義，是當(dāng)前人類社會(huì)主要能源，日常生活離不開電能，工業(yè)生產(chǎn)更離不開電能，一旦停電生活中的電器便無法使用，企業(yè)也不得不面臨停產(chǎn)，可見到電能對(duì)人類的重要性。特高壓輸電是當(dāng)前全球最先進(jìn)的輸電技術(shù)。眾所周知，電的傳輸需要依靠電線完成。通常情況下發(fā)電廠都會(huì)建設(shè)在較遠(yuǎn)的地方，發(fā)電廠會(huì)將電能傳輸給電網(wǎng)，電網(wǎng)在傳輸給用戶，這個(gè)過程便稱為輸電。傳統(tǒng)500kV電網(wǎng)存在電流短路過大、穩(wěn)定性差、消耗大、容量小等問題。特高壓輸電是超高壓輸電基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全新電力技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)500kV電網(wǎng)中存在的不足和缺陷，實(shí)現(xiàn)了大功率遠(yuǎn)距離輸電。并且特高壓輸電經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，實(shí)踐證明一條特高壓輸電線路可代替五到六條500kV線路，可減少鐵塔用材三分之一，節(jié)約導(dǎo)線用材二分之一，電網(wǎng)建設(shè)成本整體降低百分之二十左右，占地面積減少百分之三十。由于我國人口眾多，電力需求量較大，進(jìn)行特高壓輸電建設(shè)十分有必要，這對(duì)于緩解土地資源緊缺問題，提高供電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)供電經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都有著重要意義。雖然我國特高壓輸電研究起步較晚，但目前已取得了很多研究成果。二零一三年，我國建設(shè)了世界第一條1000千伏同塔雙回特高壓交流工程，該工程的建設(shè)標(biāo)志著我國特高壓輸電技術(shù)已達(dá)到了國際水平。

3.特高壓直流輸電面臨的問題

1）過電壓及絕緣問題。目前，我國已投入運(yùn)行的特高壓直流工程電壓由為±800kV，輸送容量較大，約為±500kV輸電容量的2倍，隨著換流站和線路絕緣部分的投資比例逐漸增大，一旦線路發(fā)生絕緣故障，帶來的系統(tǒng)擾動(dòng)問題和損失將很嚴(yán)重，因此過電壓保護(hù)以及絕緣配合問題將是特高壓直流輸電亟需解決的問題。另外，我國西部水電資源由于地處海拔較高，存在很嚴(yán)重的污穢、履冰等問題，系統(tǒng)要想穩(wěn)定運(yùn)行，需要高質(zhì)量及合理優(yōu)化的過電壓保護(hù)和絕緣配合。

2）電磁環(huán)境問題。高壓直流輸電線路運(yùn)行時(shí)在導(dǎo)線周圍空間附近會(huì)產(chǎn)生離子流場(chǎng)，導(dǎo)線下合成的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)人體產(chǎn)生有害影響。線路或換流站設(shè)備產(chǎn)生的無線電會(huì)對(duì)無線電通信工程正常接收產(chǎn)生干擾，干擾產(chǎn)生的過高噪聲會(huì)使附近居民產(chǎn)生煩躁不安的感覺。

3）控制保護(hù)問題?？刂票Ｗo(hù)問題是高壓直流輸電的核心問題。其關(guān)鍵技術(shù)有：軟硬件平臺(tái)控制技術(shù)、閥觸發(fā)控制、直流保護(hù)設(shè)計(jì)、直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。直流輸電系統(tǒng)故障很大程度是控制保護(hù)系統(tǒng)故障造成的。由于特高壓直流輸送電能過大，對(duì)直流保護(hù)系統(tǒng)的相關(guān)要求也更嚴(yán)格。因此需深入開展控制算法與魯棒、智能控制等多種先進(jìn)算法相結(jié)合的研究工作，避免多回直流落點(diǎn)相對(duì)集中時(shí)發(fā)生換相失敗的現(xiàn)象，充分利用直流附加控制作用，靈活快速的提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4 特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)

（1）潛供電弧。特高壓輸電線路與傳統(tǒng)500kV線路有著很大差異。由于特高壓線路中恢復(fù)電壓高，且潛供電流大。因此特高壓輸電線路運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)潛供電弧，潛供電弧的產(chǎn)生易造成單相合閘的無電間歇時(shí)間和成功率下降。想要有效解決潛供電弧問題，應(yīng)在特高壓線路中安裝串聯(lián)補(bǔ)償裝置。實(shí)踐證明串聯(lián)電容補(bǔ)償能夠有效解決潛供電弧問題，增強(qiáng)特高壓線路穩(wěn)定性。

（2）線路的無線電干擾。由于線下無線電干擾會(huì)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性造成影響，為保障測(cè)量結(jié)果，可使用幾何平均法去除端部反射帶來的測(cè)量誤差。另外，實(shí)踐證明，以1MHz頻率進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性較高，但易受到天氣影響，這種情況下應(yīng)充分利用長串絕緣子。長串絕緣子抗干擾性能較好，能夠有效保障測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。

（3）絕緣配合。絕緣配合指電網(wǎng)中電氣裝置絕緣方式的合理選擇。在特高壓輸電中絕緣方式選擇影響因素是過電壓保護(hù)裝置飽和度以及電氣設(shè)備上電壓。合理選擇絕緣方式對(duì)特高壓輸電至關(guān)重要，尤其高海拔地區(qū)，對(duì)電壓與絕緣的合理配合要求更高。不同海拔線路放電特性存在差異，只有正確配合絕緣才能獲得最小安全距離與組合空氣間隙。

（4）過電壓限制。過電壓增大不僅會(huì)影響正常供電，還會(huì)對(duì)導(dǎo)致電氣裝置損壞，甚至導(dǎo)致設(shè)備燒毀，引起火災(zāi)。因此在特高壓輸電中必須嚴(yán)格控制電壓情況，保障整個(gè)線路的穩(wěn)定運(yùn)行。避免過電壓超過定額電壓，可采用限制工頻暫態(tài)過電壓、限制操作過電壓的方式來實(shí)現(xiàn)。

（5）無功平衡措施。特高壓線路中的無功平衡問題非常明顯，尤其隨著充電功率的不斷升高，矛盾不斷加劇。電抗器的電感值假如是不變的，可能會(huì)影響正常運(yùn)行時(shí)的容升效應(yīng)，這個(gè)時(shí)候特高壓線路的輸送能力就會(huì)受到影響。想要有效解決無功平衡這一問題，必須對(duì)線路中的可控電抗器的技術(shù)要求、操作過電壓的作用、參數(shù)及對(duì)潛供電流和工頻進(jìn)行仔細(xì)的研究。

（6）外絕緣。為了能夠更好地進(jìn)行外絕緣特高壓線路的維護(hù)與設(shè)計(jì)，了解清楚各個(gè)設(shè)備的外絕緣以及外絕緣特高壓線路的電極的空氣等的放電特性。對(duì)于不同的海拔，放電特性是不一樣的，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。而且特高壓線路都是需要防雷的，在進(jìn)行防雷的時(shí)候要結(jié)合正確的絕緣配合原則去進(jìn)行，獲得最小安全距離和組合的空氣間隙。

5 結(jié)論

為了加強(qiáng)我國特高壓輸電技術(shù)，應(yīng)該加大對(duì)特高壓輸電線路的研究并加強(qiáng)特高壓設(shè)施的檢測(cè)工作，我國電力企業(yè)對(duì)特高壓輸電線路的試驗(yàn)基地建設(shè)不僅提高了我國特高壓輸電的技術(shù)，還為今后我國特高壓輸電線路的試驗(yàn)創(chuàng)造了環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]安軍，柴旭崢，王驊.采用柔性直流輸電優(yōu)化河南電網(wǎng)運(yùn)行的前瞻性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，01：86-91.

[2]湯廣福，賀之淵，龐輝.柔性直流輸電技術(shù)在全球能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J].智能電網(wǎng)，2016，02：116-123.

[3]章霄微.帶并補(bǔ)電抗器超/特高壓輸電線路單相瞬時(shí)故障拍頻特性研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34（5）：72-78.

[4]楊一鳴.柔性直流輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].高電壓技術(shù)，2014，40（8）：2429-2439