特高压交直流输电系统技术经济探究

2018-02-14曹廷杰

建材与装饰 2018年44期

曹廷杰

（国网湖南省电力有限公司湖南省送变电工程有限公司湖南长沙 410000）

1 引言

特高压交直流水电系统技术一般是以高压直流输电技术以及超高压电网技术为基础，并进行创新与完善的一种技术。2009年1000kV交流输电试验示范工程投入运行，来年±800kV直流水电试验示范工程也投入运行。随着我国电力事业的快速发展，我国特高压输电工程建设正处于稳步上升阶段。特高压输电技术的广泛应用，很好地解决了当前输电技术存在的经济性较低以及无法实现或者实现难度较大的更远距离输电问题，进一步提高了输电系统供电的稳定性、安全性以及经济性。对于当前特高压输电网而言，1000kV以及±800kV输电系统的技术经济性是重中之重。基于此，研究特高压交直流输电系统技术经济性具有重要的现实意义。

2 1000kV和±800kV输电系统建设成本阐述

2.1 1000kV输电系统的建设成本

一般来说，都是使用单位输电建设成本来表示1000kV与±800kV输电系统的建设成本。同时，参照示范工程投资决算实对其施估算。

以2009年投入运行的1000kV特高压交流试验示范工程为例来看，其最初建设成本为56.9亿元。根据试验示范工程相关元器件成本以及建设成本的实际情况，使用工程成本计算方法对其建设成本进行估算，拟使用1000kV、4410MW、1500km特高压输电系统，其单位输电建设成本预期估算成本为1900元/km·MW。若将500kV输电系统建设成本按照2500元/km·MW的价格来看，那么此1000kV特高压输电系统的单位建设成本则近似为500kV输电系统的8成左右。

2.2 ±800kV输电系统的建设成本

对于±800kV直流输电系统而言，首先需要把各发电单元机组通过电站500kV母线汇集在一起，接着借助500kV输电线路连通到直流输电的整流站中，从而把三相交流电更换成直流电，再使用两条正负极输电线路将其配送到逆变站中，再把直流电转变为三相交流电，最后输送到有电压作为保障的500kV枢纽变电站中。和其余输电系统相同，±800kV直流输电系统在进行长距离、大规模输电的过程中，也需要两个电厂作为支撑，拟将其发电机组定位6×600MW以及5×600MW，线路总长度为1500km，通过±800kV特高压直流输电示范工程数据对其输电建设成本实施估算。

某±800kV特高压直流输电示范工程的直流输电线路总长度为1891km，额定直流电流为4kA，额定换流功率为6400MW，分裂导线的规格为6×720mm2，开工建设的时间为2007年，不断对系统进行调试，最终于2010年正式投入使用。根据系统调试以及投入运行的实际结果来看，自助研发的±800kV特高压直流输电系统及其相关设备具有较高的运行性能。该±800kV直流输电示范工程建设成本为190亿元，其中换流站与相关线路的成本均占总成本的一半。

根据示范工程建设成本进行估算，±800kV、6400MW、1500km直流输电系统的单位输电建设成本应为1780元/km·MW。

2.3 1000kV和±800kV输电系统建设成本对比分析

一般来说，通过逆变站的输出功率对交流输电进行估算，而直流输电的估算亦是如此；1000kV交流输电系统的单位建设成本与±800kV直流输电系统的单位建设成本基本一致，都为1900元/km·MW，处于相同等级。

1000kV交流输电系统的对地电压为578kV和±800kV直流输电系统极线的对地电压相匹配。±800kV直流输电系统的对地电压为800kV，极线之间的电压为1600kV，两者与1000kV交流输电系统相比，前者对地电压与极线间电压分别是后者的1.35倍以及1.6倍。

对于特高压交直流输电系统的建设成本来说，其成本主要以绝缘成本为主，而绝缘成本简单来说就是系统对地电压函数。架空线路的建设成本受到方方面面的因素影响，其不会随着分裂导线截面的增加而同比增大。例如，1000kV交流试验示范工程分裂导线的截面和±800kV直流试验示范工程分裂导线相比，前者是后者的1.4倍；但前者实际每千米平均建设成本和后者相比，仅为86.4%，而非前文的1.4倍。

1000kV和±800kV输电系统都能够对系统参数进行优化，大幅提高输电线路的供电能力，并切实降低输电建设成本。从理论方面以及实际试验示范工程成本的估算结果来看：当输电线路处于1500km以内的时候，1000kV和±800kV输电系统两者进行比较，前者的建设成本不仅低于±800kV直流输电，而且低于超高压输电。

3 1000kV和±800kV输电系统电阻功率损耗对比分析

一般来说，通常都是用功率损耗率来表示1000kV和±800kV输电系统的输电功率损耗（电阻功率），也就是通过输送功率以及输电功率损耗的百分比进行表示；而使用电能损耗率来表示电能损耗，也就是使用全年的输送电能值以及电能损耗值的百分比进行表示。

3.1 1000kV输电系统电阻功率损耗

1000kV输电系统的电能损耗以及功率损耗主要包括三大方面，即输电线路、开关站以及变电站。其中开关站与变电站的功率损耗主要来自于变压器的高压并联电抗以及静止无功补偿的功率损耗，其确切数值一般和变压器的实际运行状况以及参数优化存在之间关联。但参数进行优化之后，开关站与变电站的功率损耗则近似可以看作是变压器德尔功率损耗。就当前实际状况而言，我国1000kV变压器的功率损耗一般不会超过0.15%。结合国产设备参数的估算结果来看，1000kV两开关站与两变电站功率损耗率的估算值是0.4%。

当1000kV输电系统的输送功率为4410MW的时候，线路的电流则为2.546kA，则电流与电压二者的比值则为4.404×10-3。而如果导线的温度为25°的时候，8×630mm2分裂导线单位长度的电阻则为5.839×10-3Ω/km。结合输电线路电阻功率相关计算公式可知，1000kV输电线路电阻功率损耗率则为3.9%。之后，把两部分功率损耗的实际结果加在一起就能知道整个输电系统的总功率损耗。经过相关计算可知，1000kV、4410MW、1500km交流输电系统的输电功率损耗率约为4.15%。

3.2 ±800kV输电系统电阻功率损耗

±800kV输电系统的电能损耗以及功率损耗同样包括三个部分，即输电线路、逆变站以及整流站。其中，逆变站与整流站的功率损耗主要涉及交直流滤波器、平波电抗器、无功补偿设备、晶闸管换流阀以及换流变压器等设备的功率损耗，而换流变压器与晶闸管换流阀的功率损耗占据的比重最大。由于输电系统中不可避免会存在谐波电流，因此和常规变压器相比，换流变压器的功率损耗要更大。除晶闸管存在的功率损耗之外，晶闸管换流阀功率损耗还包括电阻、阻尼电容、均压电阻以及阀电抗器等带来的功率损耗，实际数值随着电压的升高而不断增加。

当±800kV换流阀处于额定功率运行的时候，其直流电流应当为4kA，则电流与电压二者之间的比值则为5.0×10-3。而如果导线的温度为25°的时候，6×720mm2分裂导线单位长度的电阻则为6.861×10-3Ω/km。±800kV、6400MW、1500km直流输电系统的电阻功率损耗率的估算值约为6.85%。

总而言之，±800kV线路电阻功率损耗高于1000kV交流输电线路的根本原因在于前者线路的分裂导线电阻更大、电流与电压之间的比值更高。因此，如果想要大幅降低线路功率的损耗率，一方面应当减小输电线路中的电流，另一方面也需要增加分裂导线的横截面积。