特高壓直流輸電知識普及問題綜述

　　提高特高壓直流的可靠性

　　所有提高常規(guī)直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進(jìn)一步予以加強(qiáng)。主要包括：降低元部件故障率;采 取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如模塊化、開放式等;廣泛采用冗余的概念，如控制 保護(hù)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)的并行冗余和晶閘管的串行冗余等;加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān) 視和設(shè)備自檢功能等。

　　針對常規(guī)直流工程中存在的問題，如曾經(jīng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)極或者雙極停運的站用電系統(tǒng)、換流變本體保護(hù)繼電器、直流保護(hù)系統(tǒng)單元件故障等薄弱環(huán)節(jié)，在特高壓直流輸電系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)中將采取措施進(jìn)行改進(jìn)。此外，還將加強(qiáng)運行維護(hù)人員的培訓(xùn)，適當(dāng)增加易損件的備用。

　　提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設(shè)計原則上確保每一個極之間以及每極的各個換流器之間最大程度相互獨立，避免相互之間的故障傳遞。其獨立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統(tǒng)、供 水系統(tǒng)、電纜溝、控制保護(hù)系統(tǒng)等。

　　特高壓直流輸電可靠性指標(biāo)

　　在我國計劃建設(shè)的西南水電外送特高壓直流輸電工程電壓為±800千伏，其主接線方式和我國已有的直流工程不同，每極采用兩個 12 脈動換流器串聯(lián)。如果出現(xiàn)一個12脈動換流器故障，健全的換流器仍然可以和同一個極對端換流站的任意一個換流器共同運行，因此單極停運的概率將顯著降低，考慮到第一個特高壓直流工程缺乏經(jīng)驗，可行性研究報告中初步提出了與三峽-上海直流工程相同的可靠性指標(biāo)。技術(shù)成熟后，預(yù)計停 運次數(shù)可以降低到 2 次/(每極·年)以下。雙極停運的概率也將大幅下降，可以控制在 0.05 次/年。另外由于系統(tǒng)研究水平、設(shè)備制造技術(shù)、建設(shè)和運行水平的提高，由于直流工程數(shù)量的增加和相關(guān)經(jīng)驗的積累，換流 器平均故障率預(yù)計可以控制在 2 次/(每換流器·年)。總體來說，特高 壓直流工程將會比常規(guī)直流更加可靠。

　　直流輸電系統(tǒng)的可靠性具體指標(biāo)

　　直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)總計超過 10 項，這里只介紹停運次數(shù)、 降額等效停運小時、能量可用率、能量利用率四項主要可靠性指標(biāo)。 停運次數(shù)：包括由于系統(tǒng)或設(shè)備故障引起的強(qiáng)迫停運次數(shù)。對于常用的 雙極直流輸電系統(tǒng)，可分為單極停運，以及由于同一原因引起的兩個極同 時停運的雙極停運。對于每個極有多個獨立換流器的直流輸電系統(tǒng)，停運 次數(shù)還可以統(tǒng)計到換流器停運。不同的停運代表對系統(tǒng)不同水平的擾動。

　　降額等效停運小時：直流輸電系統(tǒng)由于全部或者部分停運或某些功能受損，使得輸送能力低于額定功率稱為降額運行。

　　降額等效停運小時是： 將降額運行持續(xù)時間乘以一個系數(shù)，該系數(shù)為降額運行輸送損失的容量與 系統(tǒng)最大連續(xù)可輸送電容量之比。

　　能量可用率:衡量由于換流站設(shè)備和輸電線路(含電纜)強(qiáng)迫和計劃 停運造成能量傳輸量限制的程度，數(shù)學(xué)上定義為統(tǒng)計時間內(nèi)直流輸電系統(tǒng) 各種狀態(tài)下可傳輸容量乘以對應(yīng)持續(xù)時間的總和與最大允許連續(xù)傳輸容量 乘以統(tǒng)計時間的百分比。

　　能量利用率：指統(tǒng)計時間內(nèi)直流輸電系統(tǒng)所輸送的能量與額定輸送容 量乘以統(tǒng)計時間之比。

　　直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)定期統(tǒng)計和評價

　　直流輸電系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自成體系的工程系統(tǒng)，多數(shù)情況下承擔(dān)大容量、遠(yuǎn)距離輸電和聯(lián)網(wǎng)任務(wù)。因此，需要設(shè)定一些直流輸電系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，用于衡量直流輸電系統(tǒng)實現(xiàn)其設(shè)計要求和功能的可靠程度，評價直 流輸電系統(tǒng)運行性能。直流系統(tǒng)可靠性直接反映直流系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計、設(shè) 備制造、工程建設(shè)以及運行等各個環(huán)節(jié)的水平。通過直流系統(tǒng)可靠性分析，可以提出改善工程可靠性的具體措施，對新建工程提出合理的指標(biāo)要求。國際大電網(wǎng)會議專門成立一個直流輸電系統(tǒng)可靠性工作組，每兩年對全世界所有直流輸電工程進(jìn)行一次可靠性的綜合統(tǒng)計和評價。

　　特高壓直流輸電線路的走廊寬度和線路鄰近民房時的房屋拆遷范圍

　　特高壓直流輸電線路的走廊寬度主要依據(jù)兩個因素確定：1. 導(dǎo)線最 大風(fēng)偏時保證電氣間隙的要求;2.滿足電磁環(huán)境指標(biāo)(包括電場強(qiáng)度、離 子流密度、無線電干擾和可聽噪聲)限值的要求。根據(jù)線路架設(shè)的特點，在檔距中央影響最為嚴(yán)重。研究表明，對于特高壓直流工程，線路鄰近民 房時，通過采取拆遷措施，保證工程建成后的電氣間隙和環(huán)境影響滿足國 家規(guī)定的要求。通常工程建設(shè)初期進(jìn)行可行性研究時就要計算電場強(qiáng)度、 離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲的指標(biāo)，只有這些指標(biāo)滿足國家相關(guān) 規(guī)定時，工程才具備核準(zhǔn)條件。

　　特高壓直流輸電線路導(dǎo)線型式的選擇

　　在特高壓直流輸電工程中，線路導(dǎo)線型式的選擇除了要滿足遠(yuǎn)距離安 全傳輸電能外，還必須滿足環(huán)境保護(hù)的要求。其中，線路電磁環(huán)境限值的 要求成為導(dǎo)線選擇的最主要因素。同時，從經(jīng)濟(jì)上講，線路導(dǎo)線型式的選 擇還直接關(guān)系到工程建設(shè)投資及運行成本。因此特高壓直流導(dǎo)線截面和分 裂型式的研究，除了要滿足經(jīng)濟(jì)電流密度和長期允許載流量的要求外，還 要在綜合考慮電磁環(huán)境限值以及建設(shè)投資、運行損耗的情況下，通過對不 同結(jié)構(gòu)方式、不同海拔高度下導(dǎo)線表面場強(qiáng)和起暈電壓的計算研究，以及 對電場強(qiáng)度、離子流密度、可聽噪聲和無線電干擾進(jìn)行分析，從而確定最 終的導(dǎo)線分裂型式和子導(dǎo)線截面。對于±800 千伏特高壓直流工程，為了 滿足環(huán)境影響限值要求，尤其是可聽噪聲的要求，應(yīng)采用 6×720 平方毫 米及以上的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。

　　直流輸電線路的絕緣子片數(shù)的確定

　　由于直流線路的靜電吸附作用，直流線路的污穢水平要比同樣條件下 的交流線路的高，所需的絕緣子片數(shù)也比交流的多，其絕緣水平主要決定 于絕緣子串的污穢放電特性。因此，目前在選擇絕緣子片數(shù)時主要有兩種 方法：1.按照絕緣子人工污穢試驗采用絕緣子污耐受法，測量不同鹽密下 絕緣子的污閃電壓，從而確定絕緣子的片數(shù)。2. 按照運行經(jīng)驗采用爬電 比距法，一般地區(qū)直流線路的爬電比距為交流線路的兩倍。兩種方法中，前者直觀，但需要大量的試驗和檢測數(shù)據(jù)，且試驗檢測的結(jié)果分散性大。 后者簡便易行，但精確性較差。實際運用中，通常將兩者結(jié)合進(jìn)行。

　　直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計要解決的問題

　　直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計就是要解決線路桿塔和檔距中央各種可 能的間隙放電，包括導(dǎo)線對桿塔、導(dǎo)線對避雷線、導(dǎo)線對地、以及不同極 導(dǎo)線之間的絕緣選擇和相互配合，其具體內(nèi)容是：針對不同工程和大氣條 件等選擇絕緣子型式和確定絕緣子串片數(shù)、確定塔頭空氣間隙、極導(dǎo)線間 距等，以滿足直流輸電線路合理的絕緣水平。

　　直流的"靜電吸塵效應(yīng)"

　　在直流電壓下，空氣中的帶電微粒會受到恒定方向電場力的作用被吸 附到絕緣子表面，這就是直流的“靜電吸塵效應(yīng)”。由于它的作用，在相 同環(huán)境條件下，直流絕緣子表面積污量可比交流電壓下的大一倍以上。隨 著污穢量的不斷增加，絕緣水平隨之下降，在一定天氣條件下就容易發(fā)生 絕緣子的污穢閃絡(luò)。因此，由于直流輸電線路的這種技術(shù)特性，與交流輸 電線路相比，其外絕緣特性更趨復(fù)雜。

　　建設(shè)特高壓直流輸電線路關(guān)鍵技術(shù)

　　直流架空線路與交流架空線路相比，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算方面， 并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點，需要進(jìn)行專門 研究。對于特高壓直流輸電線路的建設(shè)，尤其需要重視以下三個方面的研究：

　　1. 電暈效應(yīng)。直流輸電線路在正常運行情況下允許導(dǎo)線發(fā)生一定程 度的電暈放電，由此將會產(chǎn)生電暈損失、電場效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪 聲等，導(dǎo)致直流輸電的運行損耗和環(huán)境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設(shè)計不當(dāng)，其電暈效應(yīng)可能會比超高壓工程的更大。通過對特高壓直流 電暈特性的研究，合理選擇導(dǎo)線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電 暈效應(yīng)，減少運行損耗和對環(huán)境的影響。

　　2. 絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對工程的投資和運行水平有 極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應(yīng)”，絕緣子的積污和污閃特性 與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴(yán)重，合理選擇 直流線路的絕緣配合對于提高運行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在 世界上尚屬首例，國內(nèi)外現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)和研究成果十分有限，因此有必 要對特高壓直流輸電的絕緣配合問題進(jìn)行深入的研究。

　　3. 電磁環(huán)境影響。采用特高壓直流輸電，對于實現(xiàn)更大范圍的資源 優(yōu)化配置，提高輸電走廊的利用率和保護(hù)環(huán)境，無疑具有十分重要的意 義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導(dǎo)線大、鐵 塔高、單回線路走廊寬等特點，其電磁環(huán)境與±500 千伏直流線路的有一 定差別，由此帶來的環(huán)境影響必然受到社會各界的關(guān)注。同時，特高壓直 流工程的電磁環(huán)境與導(dǎo)線型式、架線高度等密切相關(guān)。因此，認(rèn)真研究特 高壓直流輸電的電磁環(huán)境影響，對于工程建設(shè)滿足環(huán)境保護(hù)要求和降低造 價至關(guān)重要。

　　直流輸電線路的基本類型

　　就其基本結(jié)構(gòu)而言，直流輸電線路可分為架空線路、電纜線路以及架 空——電纜混合線路三種類型。直流架空線路因其結(jié)構(gòu)簡單、線路造價 低、走廊利用率高、運行損耗小、維護(hù)便利以及滿足大容量、長距離輸電 要求的特點，在電網(wǎng)建設(shè)中得到越來越多運用。因此直流輸電線路通常采 用直流架空線路，只有在架空線線路受到限制的場合才考慮采用電纜線路。