特高压直流输电工程可行性研究主要技术原则

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[摘要]特高压直流输电工程输送容量巨大、输电距离遥远、电压等级进入特高压范畴，对电网规划建设和安全稳定运行影响深远，对工程建设条件要求更高。

[关键词]特高压，直流输电，可行性研究，技术原则

中图分类号：O521

0、引言

我国地域辽阔，发电能源和用电负荷的分布又极不均衡。华东、华南沿海地区经济发达，电力市场空间大，能源却最为匮乏；西部地区经济发展相对落后，用电水平和需求低，而能源资源丰富。随着经济的发展，土地资源越发匮乏和宝贵，电网发展与建设受到走廊资源、站址资源的制约越发明显。±800kV特高压直流输电方案不仅降低了工程实施的难度，而且更重要的是符合国家可持续发展战略要求。因此特高压直流输电技术是我国电力跨区域大规模输送的必然选择。

1、输电方案的拟定

输电方案是所有工程包括特高压直流工程可行性研究的核心内容。目前我国规划建设的特高压直流输电工程，每回输送功率为5000-6400MW，比国内已建的500kV直流工程每回输送功率高67%～113%。大容量的功率输送必然会对电网的规划建设和安全稳定运行带来更大的影响。因此，拟定特高压直流输电方案时需要对相关因素作更全面的考虑。

（1）特高压直流输电建设的必要性和送电方向一般应在电网的中、长期规划或者是特高压输电系统专题规划中论证明确，并以此指导特高压直流可行性研究阶段输电方案的拟定，可行性研究阶段宜侧重于特高压输电方案技术可行性和安全性的研究。拟定特高压输电方案要符合规划的总体要求，有利于电网的安全稳定和经济运行。

（2）特高压直流输电在世界输电史上前所未有，没有可供借鉴的经验，缺乏相应的技术标准，因此在世界上首批特高压直流输电工程的输电方案研究中，应对特高压换流、逆变系统设备制造、试验技术的可行性和技术路线进行充分调研、论证，并开展设计、安装和验收技术标准的研究，排除或暴露特高压直流输电技术应用可能存在的颠覆性因素。

（3）特高压直流均为跨省或跨大区输电，送受端输电方案需要分别拟定和研究。送端换流站的选择要尽量靠近电源，便于电源的汇集，避免外送潮流迂回和穿越送端主网。受端换流站的落点应考虑对受端网架格局的影响；注意多个直流落点间保持适当的电气距离；若接受的是水电，还要注意研究受端网架结构对水电季节性特点的适应性问题。

2、系统方案比较

2.1、送端换流站站址组合方案比较

当外送电源是一组巨型水电站，装机容量大，需要采用多回特高压直流送电，送端规划建设的不只是一个换流站而是一个换流站群（如金沙江一期的溪洛渡和向家坝电站的特高压直流输电工程，送端有3个换流站）。因此就需要按整体最优的原则，对送端换流站群站址的确定和接入系统方案进行总体论证，而不仅仅是孤立地研究单个换流站，从而为输电方案的拟定奠定基础。

2.2、特高压直流输电容量论证

根据有关研究，采用±800kV特高压直流输电，当输送容量达到或超过500万kW时，输电经济性较优。特高压直流输送容量主要由设备技术的可行性、电网安全稳定性及经济性3个方面的因素决定。我国特高压直流最快也要在2010年左右投运，届时各大区电网都达到相当的规模，一般都可满足单回特高压直流输送较大功率的安全稳定要求。但对不同的电网，针对不同的特高压直流工程，需要进行详细的稳定计算分析，以确定输送容量对电网的影响。

2.3、直流导线截面的选择

特高压直流输电工程由于电压等级高，线路在同等条件下的电晕效应包括电晕损失、无线电干扰和可听噪声等，明显比超高压直流输电工程更大。特别是线路经过高海拔地区时，这一问题更加突出。因此特高压直流输电线路导线截面的选择除要从经济性要求出发，比较经济电流密度、电能损耗以及年运行费外，更要特别考虑电晕产生的可听噪声等环境影响因素对截面选择的制约。

2.4、输电方案比较

受端输电方案比较的重点是落点的选择，落点的不同会对受端电网的格局产生不同的影响，从而造成不同方案间技术上和经济上一系列的差别。落点的选择要与电网的整体规划紧密结合。若接入的是水电，要注意比较不同落点的输电方案，考虑水电季节性特点和参与调峰的受人功率大幅度变化时相应网架的适应性问题。

3、换流站站址选择及接地极极址选择

在特高压直流输电工程设计中，合理选择换流站站址和接地极极址是优化工程设计、降低工程投资、确保工程安全稳定运行的基础，也是可行性研究设计阶段主要的工作内容之一。特高压换流站站址与接地极极址选择应主要把握以下基本内容。

3.1、换流站站址选择

（1）大件运输：特高压换流站大件设备数量很多，运输设备尺寸大、重量大，运输方案与设备选型、换流站布置及设备制造难度等各种因素密切相关，运输方案需综合优化。对内陆未沿大江大河的地区，大件运输往往是判断换流站站址是否合理或成立的关键。特高压换流站的大件设备主要是换流变压器和平波电抗器。一般来讲，影响站址选择的因素主要是换流变压器。

（2）对水源条件的要求：空气绝缘水冷却阀是近代直流输电工程的主流。阀冷却水的冷却（即外冷系统）一般采用水喷淋（湿冷），对输送容量为5000-6400MW的特高压换流站，全站耗水量约为60-70m3/h。为便于业主统筹管理，合理调配，使各站所需的水量及水质均能得到可靠保证，且减少各站的运行维护工作量及相关的运行人员，可行性研究阶段有必要对多站共用水源或联合供水的方式进行研究。

（3）大气环境影响：目前特高压换流站直流场外绝缘设计针对户内、户外直流场选型有多个方案可供选择，而污秽水平是影响方案确定的关键因素之一。当污秽水平较高需要选择户内直流场时，每个换流站直流场造价将增加3000万元左右。因此特高压换流站的站址选择需要加倍重视大气环境对换流站的影响。

（4）可听噪声影响：从我国已投运的±500kV直流换流站的电磁环境测试来看，存在的一个突出问题是换流站的可听噪声太大。因此，在换流站选址阶段选择适当站址，避开村、镇居民聚居区等噪声敏感源，是解决换流站对周围环境影响的最根本、有效的方法。

4、线路路径的选择

4.1、走廊宽度

特高压直流线路走廊宽度由合成场强控制，根据目前达成的共识，湿导线情况下地面未畸变合成场强按15kV/m考虑，据此计算出特高压直流线路（6×630/45导线）走廊宽度，按水平V串排列方式为76m，水平I串排列方式为84m，而±500kV直流线路的走廊宽度在50m左右。由于走廊宽度的增加，在路径选择时，应注意线路中心线与其他相关设施之间需保持足够的间距。

4.2、对地距离及交叉跨越间距

确定导线对地最小距离的决定因素是合成场强和离子流密度。根据目前确定的合成场强和离子流密度控制值，非居民区导线最小对地距离I串排列时为18m，V串排列时为18.5m；居民区导线对地最小距离I串时为21m，V串时为21.5m；人烟稀少的非农业耕作地区导线对地最小距离I串时为16m，V串时为17m。

4.3、自然条件恶劣地段

鉴于直流特高压线路的重要性，在路径选择时，应尽量避开重冰区、重污秽区、交通困难地区、采空区及不良地质现象发育地区。当无法避开时，应尽量缩短自然条件恶劣地段的长度。