面向农村偏远电网的输电线路交改直技术方案研究

李小伟 黎敏 李镕耀 莫昌明

摘要：目前，科学技术的发展迅速，电力工程的发展也有了很大的进步。与现有交流输电线路扩容改造方案相比，将交流输电线路改造成直流输电线路（输电线路交改直）的方式能够最大程度地发挥原有线路的输电能力使其输电功率最大化，因而具有较好的应用前景。

关键词：面向农村偏远电网;输电线路;交改直技术方案研究

引言

农村偏远地区由于远离配电网核心区域，输电线路较长，设备陈旧，导致供电可靠性低、电能质量差。对此，提出采用柔性直流配电网技术对现有偏远农村地区供电进行改造的方案。从经济性角度出发，指出采用将原有交流线路改造成直流线路的方式，可降低建设成本，可为实际工程规划与分析提供参考。

1直流供电方案及其优势

直流供电方案是在配网核心区和农村偏远地区分别建设一个直流换流站C1和C2，然后采用直流线路将两者连接，保留农村配网原本的交流用电习惯，配电结构如图1所示。虚线段表示将原交流线路改造成直流线路，直流线路上可实现沿线光伏、风电和储能的并网。在换流器拓扑结构方面，考虑到供电的灵活性和可靠性，用户侧换流站C2需采用VSC（电压源换流器），配网侧换流站C1可采用VSC或晶闸管换流器等拓扑形式，在满足系统运行方式的前提下，可采用性价比更优的换流器形式。与采用交流配线的方式相比，该方案具备如下优点：（1）由于直流线路大于交流线路的供电半径，该方案能够在保证电压降的同时，将电能输送至偏远地区，并保证受端的电压幅值和频率可以满足要求。（2）采用直流形式后，从配网核心区至农村偏远地区沿途的光伏、风机等新能源能够通过直流配网挂网运行，实现新能源的便捷接入，解决了新能源电能难以输出等问题，实现偏远地区新能源资源的优化利用。（3）通过在直流侧配置储能，能够有效平抑光伏、风机等功率波动对配网的影响，同时提高农村电网的供电可靠性。（4）图1中虚线部分的直流线路可以由原交流线路改造而得，从而降低工程建设成本;同时，开展交改直的试点示范研究，有助于促进该技术的发展和应用。（5）当C1换流站与配网因故障隔离，或直流线路发生故障后，直流配网剩余系统与农村电网将形成孤网，但系统可继续运行，保障了农村电网的供电可靠性。（6）C2换流站具备无功调节和电能质量治理等功能，能够有效调节农村电网的电压水平和电能质量，降低农村配网的线损。

2应对的措施

2.1加强对导地线的检修

输电线路中导地线的连接是通过配套的接续管来实现的，在导地线连接之前需要注意的是，要对相关试件的质量进行严格的检测，确保所有的试件质量都符合标准，在对输电线路的导地线进行检修的过程中，要对新试件的强度进行严格的控制，其强度值要大于导地线计算拉力的95%，要控制在设计要求的范围内。对于输电线路中应用的不用材质、不用规格的导线，不能在同一个耐张段内进行连接。除此之外还要对接续管与耐张线夹之间的距离进行严格的把控，水平距离要控制在15m以上，与悬垂线之间的距离要控制在5m以上，与间隔棒之间的间距要保持在0.5m以上，同时为了尽可能减少线损，要减少接续管的使用数量。

2.2强化线路巡检工作

线路巡检是输电线路检修工作的重要内容，为了尽可能减少输电线路故障发生的概率，就需要加强输电线路巡检工作力度。在巡检工作开始之前，①需要做的就是明确巡检工作的具体内容，并且要能够做到定时、定人、定线的巡检，以此来保证输电线路的巡视率能够达到百分之百。还需要根据输电线路架设当地的气候变化，来不定期的安排相应的巡检工作，以此来降低气候因素对输电线路安全、稳定运行带来的影响。②需要加强对线路通道的运行管理，在巡视过程中将发现的线路的缺陷详细记录下来，这样在之后的检修工作中就能够根据这些缺陷采取针对性的措施。③要对线路范围内的树木以及房屋进行合理的处理，这样能够确保检修工作的顺利进行。

2.3加大对重点地区的线路检查力度

对于一些输电线路架设规模较大、数量较多以及地理环境较复杂的区域，应加大在人力、物力、财力方面的投入力度，应该对该地区的输电线路情况进行重点检查，由于输电线路架设现场的情况相对来说比较复杂，为了提高检修工作的质量和效率，使检修人员的生命安全得到保障，该地区的检修人员应该有着统一的指挥、统一的安排、明确的分工，要能够使检修现场所有的检修工作都能够按照一定的秩序来开展。除此之外，在检修工作开展之前，需要事先做好技术交底工作，要能够使检修操作人员对整个检修计划有着非常详细的了解，这对提高检修工作的效率来说有着非常重要的作用。

3拓扑结构

如果将AB、BC和BD3条交流线路改造成直流线路，且采用TPS-HVDC或TPT-SWAC-HVDC结构，那么，过渡阶段需要进行电压反向的一极要控制好各换流站直流电流，维持该极上的直流电流在电压反向过程中始终保持为0，以维持功率稳定。这需要较为复杂的协调控制和快速通信，另外，大范围同时性的电压电流调节对系统的可靠性也是一个考验。如果被改造的线路采用TWBS或TBPT-SWAC结构，其中，每个换流站的直流侧仅含正负极端口，与双极直流相同，能够和双极线路无缝衔接。扩展式MTDC具有易扩展特性，同时，无论多端直流网络的端口数目有多大，都不需要如同TPS-MTDC所需的全网全站式协调控制。在电能扩容传输方面，通过引入TWBS或TBPT-SWAC，能够充分利用原有交流线路的传输线，扩大传输容量。每条线路内的电压电流转换过程各不干扰，无需通讯协调。针对基于TWBS结构的扩展式三端直流进行了较为详细的研究和仿真分析，验证了该改造方案的可行性。随着化石能源的大量开采，环境问题受到了越来越多的关注，开发利用清洁可再生能源的呼声也越来越高。而直流电网是有效解决新能源大规模接入的一种方案。在直流电网建设过程中，从新建输电走廊的经济性和困难度来看，将交流线路改造成直流线路的方法显得更加可行。给出一个含有25个节点的直流电网模型，其中，每个节点代表一个与交流系统相连的换流站，两个节点之间的黑线代表传统双极传输线，蓝色线代表采用TWBS或TPBT-SWAC技术的三线传输线。给出了3种三线传输线的连接方式：两节点连接型，三节点連接型和四节点环形连接型。

结语

输电线路关系到正常的生产生活以及社会的稳定，所以输电线路的检修工作受到了越来越高的重视，加强对输电线路检修工作的研究力度也是现阶段电力企业的重要工作内容之一。本文仅介绍了交流线路改造成直流线路的换流站拓扑方案，而实际改造工程中，输电线路的选型、输电杆塔的改造、直流配线电压电流等级等方案选择同样重要，有待进一步研究。

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