特高压直流输电工程的特点与应用

郭晓云

【摘要】特高压直流输电工程是一个复杂的自成体系的工程系统，指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。特高压直流输电的主要特点是输送容量大、输电距离远、电压高，可用于电力系统非同步联网，主要应用于跨区大容量电力传输，由送端换流站、受端换流站、直流输电线路以及两端的接地极和接地极线路组成。在我国特高压电网建设中，将以1000kV交流特高压输电为主形成特高压电网骨干网架，实现各大区电网的同步互联；±800kV特高压直流输电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支撑的大功率输电工程。

【关键词】特高压、直流、特点、应用

一、特高压直流输电工程概念、组成、运行方式

1、概念：特高压直流输电工程是一个复杂的自成体系的工程系统，指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。

2、基本组成：特高压直流输电系统由送端换流站、受端换流站、直流输电线路以及两端的接地极和接地极线路组成。特高压直流输电设备组成：主要包括：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、直流避雷器、交流避雷器、无功补偿设备、控制保护装置和远动通信设备等。特高压直流线路组成：由两组导线组成，分为正极和负极，每极由六根导线组成，称之为六分裂，以增大输送容量；就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架空—电缆混合线路三种类型。

3、运行方式：主要有双极运行和单极运行两大类，双极运行方式下，两极导线分别带有极性相反的电流，形成完整回路；而单极运行时，线路仅有一极导线携带电流，而极性相反的电流则通过接地极线路和接地极接入大地，形成完整回路。

二、特高压直流输电工程特点

1、特高压直流输电的主要特点是：输送容量大、输电距离远、电压高，可用于电力系统非同步联网，主要应用于跨区大容量电力传输，相对于传统的高压直流输电，特高压直流输电的直流侧电压更高、容量更大，因此对换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器和避雷器等设备提出了更高的要求。

2、特高压直流输电工程优点：对于远距离输电，直流输电方案是最为经济的选择；对于异步互联系统，直流输电方案是唯一的选择；能够通过地下或海底电缆进行远距离输电；能够通过给定的输电走廊获得最大功率。

3、特高压直流输电的接线方式：一般采用高可靠性的双极两端中性点接线方式。

4、特高压直流输电的主要技术特点。与特高压交流输电技术相比，特高压直流输电的主要技术特点为：

（1）UHVDC系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心；

（2）UHVDC控制方式灵活、快速，可以减少或避免大量过网潮流，按照送、受两端运行方式变化而改变潮流；

（3）UHVDC的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电；

（4）在交直流混合输电的情况下，利用直流有功功率调制可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，提高交流系统的动态稳定性；

（5）当发生直流系统闭锁时，UHVDC两端交流系统将承受很大的功率冲击。

三、特高压直流输电工程与交流输电工程的区别与联系

1、设计流程方面

常规设计流程一般为可行性研究、初步设计、施工图设计、竣工图设计四个阶段；直流设计流程为可行性研究、预初步设计（增加功能规范书）、初步设计（增加成套设计）、施工图设计、竣工图设计五个阶段。

2、投资方面

直流换流站投资大于交流变电站投资；直流线路投资小于交流线路投资；在传输距离超过盈亏平衡点距离时，直流输電比交流输电经济。

3、线路技术方面

（1）直流输电线路工程是两极直流输送，线路导线为二相，分为正极和负极，运行方式主要有双极运行和单极运行两大类；而交流输电线路是A、B、C三相输送，运行方式不分单双极。导线选型主要考虑输送容量、电磁环境限值及机械强度等三个方面。对于特高压直流输电线路而言，电磁环境要求是主要约束条件。包括场强、无线电干扰和可听噪声限值，直流线路还需考虑离子流密度问题。

（2）直流输电线路可以单极运行，而交流输送电线路则不能单相运行；

（3）直流输电线路如果单极运行，只要增加接地极工程，而交流输电线路则无此项；

（4）直流输电线路工程经济输送距离是1000公里以上，交流输电线路工程的经济输送距离小于1000公里，且输送容量大于交流；

（5）输送过程中，二者均需要架设地线；基础型式与交流基本相类似；铁塔型式也与交流相似；绝缘子安装、架线方式也基本相同；施工工艺与交流类似。

（6）直流架空线路与交流架空线路相比，在机械结构的设计和计算方面， 并没有显著差别。但在电气方面，则具有许多不同的特点，需要进行专门研究。对于特高压直流输电线路的建设，尤其需要重视以下三个方面的研究：

a.电晕效应。直流输电线路在正常运行情况下允许导线发生一定程 度的电晕放电，由此将会产生电晕损失、电场效应、无线电干扰和可听噪 声等，导致直流输电的运行损耗和环境影响。特高压工程由于电压高，如果设计不当，其电晕效应可能会比超高压工程的更大。通过对特高压直流 电晕特性的研究，合理选择导线型式和绝缘子串、金具组装型式，降低电 晕效应，减少运行损耗和对环境的影响。

b 绝缘配合。直流输电工程的绝缘配合对工程的投资和运行水平有 极大影响。由于直流输电的“静电吸尘效应”，绝缘子的积污和污闪特性 与交流的有很大不同，由此引起的污秽放电比交流的更为严重，合理选择 直流线路的绝缘配合对于提高运行水平非常重要。

c. 电磁环境影响。采用特高压直流输电，对于实现更大范围的资源 优化配置，提高输电走廊的利用率和保护环境，无疑具有十分重要的意 义。但与超高压工程相比，特高压直流输电工程具有电压高、导线大、铁 塔高、单回线路走廊宽等特点，其电磁环境与±500 千伏直流线路的有一 定差别，由此带来的环境影响必然受到社会各界的关注。同时，特高压直 流工程的电磁环境与导线型式、架线高度等密切相关。因此，认真研究特 高压直流输电的电磁环境影响，对于工程建设满足环境保护要求和降低造 价至关重要。

4、变电技术方面

（1）换流站所用设备和交流变电站所用设备差别很大。换流站场地主要分站前区、阀厅和换流变区域、交流开关场、直流场、交流滤波器场等五个区域，主要设备有换流变压器、直流滤波器、平波滤波器；交流站场地主要分主变压器区、各配电装置区、主控制区、各保护小室等，主要设备有变压器、断路器、隔离开关。

（2）换流站重点就是“换”，即将直流电换成交流电；变电站重点就是“变”，即将高电压变成低电压或将低电压变成高电压；

（3）均需要无功补偿装置，如电抗器、电容器等；需要继电保护装置。

四、特高压直流工程发展与应用

从上世纪90年代开始，国内先后开展了葛沪直流、三广直流和三沪直流、德宝直流等±500kV的直流工程建设。2005年起开展了 ±800kV的直流工程建设，包括向上、锦苏线等西南水电外送工程。同时根据输送容量以及所在区域的海拔等因素，先后完成了±660kV宁青直流和±400kV格拉直流工程的建设。 2014年之前，±800kV锦苏直流是世界上已正式投运的输送容量最大、电压等级最高的直流工程。2014年1月27日，世界上输送功率最大的直流输电工程——哈密南—郑州±800千伏特高压直流输电工程正式投入运行，该工程起于新疆哈密南换流站，止于河南郑州换流站，全长2192千米，额定电压±800千伏，額定输送功率800万千瓦，代表了世界直流输电技术的最高应用水平。2014年7月3日，溪洛渡左岸-浙江金华±800千伏特高压直流输电工程（以下简称“溪浙工程”）正式投运。溪浙工程是目前世界上输送容量最大的直流输电工程。溪浙工程充分验证了特高压直流工程提升容量的技术可行性和安全可靠性，在世界上首次实现单回直流工程800万千瓦连续运行和840万千瓦过负荷输电运行，创造了超大容量直流输电的新纪录。

截至目前，特高压电网累计送电近2000亿千瓦时，实现了能源大范围优化配置，保障了清洁能源送出和消纳，有效解决了弃水弃风弃光等问题，有力满足了全面建成小康社会的用电需求。随着国民经济的持续、高速增长，电力需求日益旺盛，电力工业的发展迅速加快，在这种背景下，特高压发展迎来新的机遇。下一步，国家电网公司将加快推进特高压直流工程建设，努力为经济社会发展提供更安全、更经济、更清洁、可持续的电力供应。