特高压直流输电技术研究杨东

特高压直流输电技术研究杨东

杨东

（国网新疆电力公司检修公司新疆乌鲁木齐844000）

摘要：我国的电力工业正处在高速发展阶段，电力需求持续增长，如何有效配置现有的电力能源将会对经济发展产生很大影响。我国的西南和西北地区拥有全国三分之二的可开发水资源，山西、内蒙古等省份拥有全国已探明煤炭资源的三分之二，而我国的用电负荷中心位于东部沿海一带，生产力与资源布局极不均衡，需要大规模、远距离、高效率的电力资源输送，以此来解决东南地区日益增长的用电需求。相比普通的高压输电，特高压输电网络的安全性更强、同等输电容量下无用功消耗更少、在成本建设方面经济型更好，是将来输电系统中发展的主要方向。本文通过研究将对特高压直流输电技术的优点和发展现状进行介绍，并简要分析输电过程中对生态环境的影响。

关键词：特高压；直流输电；技术

1特高压直流输电优点

我国目前发展的特高压输电技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术。一般特高压交流输电技术用于近距离的组网和电力输送，直流输电技术用来进行远距离、大规模的电力输送，两者在以后的电网发展中都扮演重要角色。本文对其中的特高压直流输电技术进行简要分析，其优点主要包括以下几个方面。（1）在直流输电的每极导线的绝缘水平和截面积与交流输电线路的每相导线相同的情况下，输电容量相同时直流输电所需的线路走廊只需交流输电所需线路走廊的2/3，在土地资源越来越紧张的今天，特高压直流输电线路可以节省线路走廊的优点显得更加突出。（2）在输送功率相同的情况下，直流输电的线路损耗只有交流输电的2/3，长久以往可以节约大量的能源；同时直流输电可以以大地为回路，只需要一根导线，而交流输电需要3根导线，在输电线路建设方面特高压直流输电电缆的投资要低很多。（3）交流输电网络互联时需要考虑两个电网之间的周期和相位，而直流输电不存在系统稳定性问题，相比交流输电网络，能简单有效地解决电网之间的联结问题。（4）长距离输电时，采用直流输电比交流输电更容易实现，如800kv的特高压直流输电距离最远可达2500km。（5）直流换流站使用块式结构进行高压整流，电压逐级增加，容易提升电压等级。

2特高压直流输电发展现状

从上世纪70年代开始，前苏联、美国、加拿大、巴西和南非等国家考虑到特高电压等级、超远距离输电、特大输电容量的需求，在研究特高压交流输电技术的同时，也开始进行特高压直流输电技术的研究工作。经过美国EPRI、加拿大IREQ、巴西CEPEL等科研机构的研究工作，特高压直流输电中的一些重要技术已经取得了关键进展。例如，经研究发现，在1400-3000km的远距离、大容量电力输送中，从电网建设的经济型和环境影响的角度进行考虑，高于±600kV电压等级的特高压直流输电是值得优先选择的高压输电方式，而且±800kV电压等级的特高压直流输电系统在设计、建设和投运在技术方面而言是完全可行的等等。特别值得我们一提的是，前苏联曾经设计并初步建设从唐波夫到埃巴基斯图兹到±750kV电压等级、输送距离2400km、输送功率容量为6000MW的直流输电工程。该项目中，所有的设备均已通过了初步试验，而且已建成长度高达1090km的线路，但是最后却因政治、经济等方面的因素停止了建设。尽管这样，该项目仍然可以在一定程度上为我国目前设计的特高压直流输电网络起到参考价值。

3特高压直流输电技术的应用分析

3.1拓扑结构

在近些年来，特高压直流输电的拓扑结构主要有多端直流和公用接地极两种，其中，多端直流是通过连接多个换流站来共同组成直流系统，在电压源换流器发展背景下，出现了混合型多端直流和极联式多端直流，前者是将合理分配同一极换流器组的位置，电源端与用户端都是分散分布。公用接地极是通过几个工程公用接地极的方式，来降低工程整体造价成本，提升接地极利用水平，提高工程经济效益、社会效益；但也存在接地电流容易过大、检修较为复杂等不足。

3.2换流技术

在特高压直流输电的换流技术方面，主要有电容换相直流输电技术和柔性直流输电技术两种，其中，电容换相直流输电技术是通过将换相电容器串接到直流换流器与换流变压器中，利用串联电容来对换流器无功消耗进行补偿，减少换流站的向设备，能够有效降低换相失败的可能，提高系统抗干扰能力，确保系统的稳定。柔性直流输电是以VSC成熟为基础的，是一种通过脉冲宽度调制方法来对VSC进行控制，实现直流输电的技术，其优点是控制方式灵活，可以完成有功无功解耦控制。

3.3晶闸管技术

在特高压直流输电中，晶闸管是必不可少的部件，从电触发晶闸管开始，逐渐发展出了光触发晶闸管、碳化硅晶闸管，功率不断提升，对特高压直流输电的实现起着重要保障作用。在近些年来，碳化硅晶闸管应用越来越加广泛，具有较高耐压水平和击穿电场强度，可以显著降低运行损耗，是未来发展的重要趋势。

3.4光电式电流互感器

光电式电流互感器（CT）是为解决电磁式互感器弊端而出现的，在特高压直流输电中也占据着较为重要的地位，常见的包括有源型CT和以同光程原理为基础、以旋光效应为基础的CT。在特高压直流输电中，有源型CT使用的位置主要有直流极母线、滤波器组等，存在故障率高、维护困难等不足；以旋光效应为基础的CT测量精度容易受现场震动影响，实用性方面还存在差距；以同光程原理为基础的CT优点明显，包括抗震性、绝缘特性等，都较为良好，且没有饱和效应，已经有成功应用案例。

3.5控制保护系统

特高压直流输电的核心是控制保护系统，直接关系到输电的效率、安全，近些年来，随着计算机技术、通讯技术等各方面技术的不断进步，控制保护系统也得到很大水平提高，系统的处理能力成倍增强、硬件水平日益提高，逐渐朝着硬件平台化、软件模块化、现场总线技术通用化等多个方面发展，控制保护系统的功能越来越加强大。

3.6直流集控技术

直流集控技术是现代特高压直流输电规模不断扩大趋势的一种必然要求，对特高压直流输电的智能化、集约化等有着重大作用，可以实现多直流彼此间的有功支援、无功平衡以及阻尼协调等，常用的模式有站级局域网延伸和分层分布模式两种。

4特高压直流输电线路的环境问题

4.1直流输电线路的电磁效应

交流输电线路在输电时，其导线会产生电晕，达到一定的强度会击穿空气产生离子。但是由于交流电路中其电压是随时间进行周期性变化的，因此交流输电线后半周期会反向拉回其在前半周期产生的离子，这样带电离子只会在导线附近很小的范围内进行往复运动，不会在相导线和大地之间产生大范围离子信号。在直流输电线路工作中，也会产生电晕现象。由于其电压信号稳定，这样其产生的离子信号会一直存在并且在电场的作用下定向移动，这样就产生了离子流。

4.2可听噪声

直流输电线路在击穿空气产生电晕的时候，会产生一些可听噪声。该噪声值在雨天由于被雨声淹没，通常不予考虑，需要我们在建设时研究晴天环境下的噪声大小。该可听噪声不能影响附近居民的休息、工作和谈话。我国规定可听噪声极限为55dB（A），该值和普通办公环境噪声平均值相等。

4.3无线电干扰

直流输电线路正常工作时由于电晕放电等原因会产生一定的电磁频率，会对输电线路附近的无线电设备的信号接收产生干扰。当干扰过强时会导致无线电设备接收的信号达不到所需的信噪比，影响周围设备的正常使用。这是在建设直流输电工程时需要避免的。

5结论

随着我国电力需求的不断增加和电力行业的迅猛发展，对特高压直流输电的要求势必也会不断提高，了解特高压直流输电技术的特点，掌握其相关技术应用情况，对特高压直流输电建设有着重大意义。

参考文献：

[1]武霁阳.高压直流线路行波保护新原理研究[D].华南理工大学，2016.

[2]尹俊松.±800kV特高压直流输电线路跨越高铁架线施工技术[J].低碳世界，2016，14：18-19.

[3]向波.浅析特高压直流输电线路架线施工技术[J].通讯世界，2016，20：202-203.