[關鍵詞]特高壓，直流輸電，可行性研究，技術原則

0、引言

我國地域遼闊，發電能源和用電負荷的分布又極不均衡。華東、華南沿海地區經濟發達，電力市場空間大，能源卻最為匱乏；西部地區經濟發展相對落后，用電水平和需求低，而能源資源豐富。以水力資源為例，全國水電技術可開發容量約540GW，其中22%分布在四川，20%在西藏，19%在云南。這一客觀現實決定了我國電力跨區域大規模流動的必然性。同時，隨著經濟的發展，土地資源越發匱乏和寶貴，電網發展與建設受到走廊資源、站址資源的制約越發明顯。±800kV特高壓直流不僅輸送容量大、損耗小、送電距離遠，而且可以節約寶貴的輸電走廊資源，提高輸電通道走廊的利用率。特別是對于受端電網，換流站站址、接地極與接地線線路走廊的選擇非常困難，±800kV特高壓直流輸電方案不僅降低了工程實施的難度，而且更重要的是符合國家可持續發展戰略要求。因此特高壓直流輸電技術是我國電力跨區域大規模輸送的必然選擇。“十一五”云南至廣東±800kV特高壓直流輸電工程已于2006年12月開工建設，“十一五”至“十三五”期間規劃建設的特高壓直流輸電工程還有7-9個。目前，特高壓直流輸電技術在全世界都還沒有成熟的應用經驗，在可行性研究階段不僅需要對電磁環境影響、絕緣配合和外絕緣特性等關鍵技術進行研究，而且還需要結合特高壓的特點對輸電方案擬定、換流站站址及接地極極址選擇、線路路徑選擇以及系統方案比較等主要技術原則進行充分論證，才能為項目業主和政府主管部門提供可靠的決策依據。

1、輸電方案的擬定

輸電方案是所有工程包括特高壓直流工程可行性研究的核心內容。目前我國規劃建設的特高壓直流輸電工程，每回輸送功率為5000-6400MW，比國內已建的500kV直流工程每回輸送功率高67%～113%。大容量的功率輸送必然會對電網的規劃建設和安全穩定運行帶來更大的影響。因此，擬定特高壓直流輸電方案時需要對相關因素作更全面的考慮。

(1)特高壓直流輸電建設的必要性和送電方向一般應在電網的中、長期規劃或者是特高壓輸電系統專題規劃中論證明確，并以此指導特高壓直流可行性研究階段輸電方案的擬定，可行性研究階段宜側重于特高壓輸電方案技術可行性和安全性的研究。擬定特高壓輸電方案要符合規劃的總體要求，有利于電網的安全穩定和經濟運行。

(2)特高壓直流輸電在世界輸電史上前所未有，沒有可供借鑒的經驗，缺乏相應的技術標準，因此在世界上首批特高壓直流輸電工程的輸電方案研究中，應對特高壓換流、逆變系統設備制造、試驗技術的可行性和技術路線進行充分調研、論證，并開展設計、安裝和驗收技術標準的研究，排除或暴露特高壓直流輸電技術應用可能存在的顛覆性因素。

(3)特高壓直流均為跨省或跨大區輸電，送受端輸電方案需要分別擬定和研究。送端換流站的選擇要盡量靠近電源，便于電源的匯集，避免外送潮流迂回和穿越送端主網。受端換流站的落點應考慮對受端網架格局的影響；注意多個直流落點間保持適當的電氣距離；若接受的是水電，還要注意研究受端網架結構對水電季節性特點的適應性問題。

(4)特高壓直流孤島運行雙極閉鎖后可能會出現難以解決的嚴重過電壓，因此方案擬定一般應盡量避免出現孤島運行方式，換流站與交流電網應保持較強的聯系，盡可能維持較高的短路比，為特高壓直流創造良好的運行條件。

(5)方案擬定重點是：送端擬定電源接人換流站及換流站與電網的聯接方案，受端擬定不同落點與受端電網的聯接方案，送受端均應擬定多個方案進行研究比較。如果是水電基地多回直流外送，還應按整體最優的原則先對送端換流站群的組合方案進行比較選擇。

2、系統方案比較

2.1、送端換流站站址組合方案比較

當外送電源是一組巨型水電站，裝機容量大，需要采用多回特高壓直流送電，送端規劃建設的不只是一個換流站而是一個換流站群(如金沙江一期的溪洛渡和向家壩電站的特高壓直流輸電工程，送端有3個換流站)。因此就需要按整體最優的原則，對送端換流站群站址的確定和接入系統方案進行總體論證，而不僅僅是孤立地研究單個換流站，從而為輸電方案的擬定奠定基礎。

2.2、特高壓直流輸電容量論證

根據有關研究，采用±800kV特高壓直流輸電，當輸送容量達到或超過500萬kW時，輸電經濟性較優。特高壓直流輸送容量主要由設備技術的可行性、電網安全穩定性及經濟性3個方面的因素決定。我國特高壓直流最快也要在2010年左右投運，屆時各大區電網都達到相當的規模，一般都可滿足單回特高壓直流輸送較大功率的安全穩定要求。但對不同的電網，針對不同的特高壓直流工程，需要進行詳細的穩定計算分析，以確定輸送容量對電網的影響。

2.3、直流導線截面的選擇

特高壓直流輸電工程由于電壓等級高，線路在同等條件下的電暈效應包括電暈損失、無線電干擾和可聽噪聲等，明顯比超高壓直流輸電工程更大。特別是線路經過高海拔地區時，這一問題更加突出。因此特高壓直流輸電線路導線截面的選擇除要從經濟性要求出發，比較經濟電流密度、電能損耗以及年運行費外，更要特別考慮電暈產生的可聽噪聲等環境影響因素對截面選擇的制約。

2.4、輸電方案比較

特高壓直流由于輸送功率大，對電網全局的影響也相對較大，因此特高壓直流輸電方案的比較更側重各方案對輸電能力以及電網安全穩定水平的影響。

不同的特高壓直流輸電工程又有各自的比較研究重點。對云廣特高壓直流，交直流并聯運行時強直弱交現象突出，需要重點研究提高輸送能力的措施。金沙江一期溪洛渡及向家壩水電站采用3回特高壓直流輸電，每回送電容量達到640萬kW，為保證發生直流單極閉鎖故障時電網也能保持穩定運行，擬定了多種換流站群組與交流主網的聯接方案，并進行比較研究。同時，由于送端集中的容量大，短路電流水平也是金沙江一期特高壓直流送端輸電方案比較的一個重要內容。

受端輸電方案比較的重點是落點的選擇，落點的不同會對受端電網的格局產生不同的影響，從而造成不同方案間技術上和經濟上一系列的差別。落點的選擇要與電網的整體規劃緊密結合。若接入的是水電，要注意比較不同落點的輸電方案，考慮水電季節性特點和參與調峰的受人功率大幅度變化時相應網架的適應性問題。

3、換流站站址選擇及接地極極址選擇

在特高壓直流輸電工程設計中，合理選擇換流站站址和接地極極址是優化工程設計、降低工程投資、確保工程安全穩定運行的基礎，也是可行性研究設計階段主要的工作內容之一。特高壓換流站站址與接地極極址選擇應主要把握以下基本內容。

3.1、換流站站址選擇

(1)大件運輸：特高壓換流站大件設備數量很多，運輸設備尺寸大、重量大，運輸方案與設備選型、換流站布置及設備制造難度等各種因素密切相關，運輸方案需綜合優化。對內陸未沿大江大河的地區，大件運輸往往是判斷換流站站址是否合理或成立的關鍵。特高壓換流站的大件設備主要是換流變壓器和平波電抗器。一般來講，影響站址選擇的因素主要是換流變壓器。

(2)對水源條件的要求：空氣絕緣水冷卻閥是近代直流輸電工程的主流。閥冷卻水的冷卻(即外冷系統)一般采用水噴淋(濕冷)，對輸送容量為5000-6400MW的特高壓換流站，全站耗水量約為60-70m3/h。文獻[4]中的第5.0.4條要求：“……當采用地表水作為供水水源時其設計枯水流量的保證率取97%”。對于特高壓換流站，匯集的水電規模巨大，換流站停運將造成水資源白白流失，并可能危及電網的安全穩定運行，因此特高壓換流站供水水源的可靠性應適當提高。相對于發電廠，特高壓換流站耗水量較小，適當提高供水保證率難度并不大。對于同一地區內有多個換流站的情形，為便于業主統籌管理，合理調配，使各站所需的水量及水質均能得到可靠保證，且減少各站的運行維護工作量及相關的運行人員，可行性研究階段有必要對多站共用水源或聯合供水的方式進行研究。

(3)大氣環境影響：目前特高壓換流站直流場外絕緣設計針對戶內、戶外直流場選型有多個方案可供選擇，而污穢水平是影響方案確定的關鍵因素之一。當污穢水平較高需要選擇戶內直流場時，每個換流站直流場造價將增加3000萬元左右。因此特高壓換流站的站址選擇需要加倍重視大氣環境對換流站的影響。

(4)可聽噪聲影響：從我國已投運的±500kV直流換流站的電磁環境測試來看，存在的一個突出問題是換流站的可聽噪聲太大。由于直流偏磁及諧波電流等因素，換流變壓器、平波電抗器及交流濾波器等設備的噪聲很難從制造設計中得到有效控制(或控制的代價很高，或導致設備體積龐大，不能運輸)，其噪聲一般都達到95-110dB。換流站設備數量龐大，_±800kV特高壓換流站換流變壓器可多達24臺，交流濾波器14-20組，采取工程措施進行噪聲治理技術復雜、難度大、投資高。在目前的工程實踐中還沒有總結出成熟、易行的方法。因此，在換流站選址階段選擇適當站址，避開村、鎮居民聚居區等噪聲敏感源，是解決換流站對周圍環境影響的最根本、有效的方法。

3.2、接地極極址選擇

(1)極址場地要求：由于特高壓直流接地極人地電流大，如金沙江一期溪洛渡及向家壩水電站送電華中及華東±800kV特高壓直流輸電工程接地極額定人地電流達4kA，為滿足溫升、跨步電壓等要求，接地極布置尺寸將會很大，要求極址場地的可用面積大、土壤導電性能好、導熱性能好、熱容率高、表層土壤厚和深層大地電阻率低。

(2)極址共用：由于特高壓直流接地極對極址場地要求更苛刻，對環境和其他設施影響更嚴重，并且由于特高壓直流大容量、遠距離輸電的應用特點，特高壓直流接地極所處地區不是西南山區，就是東部發達地區，因此極址資源非常有限。為節省工程造價、減小對環境和其他設施的不利影響，充分利用有限接地極極址資源，若2個或多個接地極處于同一地區內，應對2個甚至多個接地極共用極址方案進行論證。

4、線路路徑的選擇

4.1、走廊寬度

特高壓直流線路走廊寬度由合成場強控制，根據目前達成的共識，濕導線情況下地面未畸變合成場強按15kV／m考慮，據此計算出特高壓直流線路(6×630／45導線)走廊寬度，按水平V串排列方式為76m，水平I串排列方式為84m，而±500kV直流線路的走廊寬度在50m左右。由于走廊寬度的增加，在路徑選擇時，應注意線路中心線與其他相關設施之間需保持足夠的間距。

4.2、對地距離及交叉跨越間距

確定導線對地最小距離的決定因素是合成場強和離子流密度。根據目前確定的合成場強和離子流密度控制值，非居民區導線最小對地距離I串排列時為18m，V串排列時為18.5m；居民區導線對地最小距離I串時為21m，V串時為21.5m；人煙稀少的非農業耕作地區導線對地最小距離I串時為16m，V串時為17m。

直流特高壓線路與鐵路、公路、弱電線路、電力線路、建筑物及河流等交叉時，交叉跨越間距均有較大增加。由于對地距離及交叉跨越間距的增大，在路徑選擇時，應充分利用地形條件，以縮短交叉跨越檔距，減小交叉跨越塔高度，盡量避免大檔距、大高差及大跨越的出現。

4.3、自然條件惡劣地段

鑒于直流特高壓線路的重要性，在路徑選擇時，應盡量避開重冰區、重污穢區、交通困難地區、采空區及不良地質現象發育地區。當無法避開時，應盡量縮短自然條件惡劣地段的長度。

5、其他關鍵技術

特高壓直流輸電工程由于輸送容量大，電壓等級進入特高壓范疇，換流站和線路工程在電磁環境影響、絕緣配合、外絕緣特性、無功補償配置、換流閥組、直流場接線以及總平面布置等方面均有其自身特點，技術難度大，也是可行性研究階段的主要技術內容，需要結合工程的自然地理環境和兩端電網情況進行深入的研究和論證，初步確定其主要技術原則和方案。

6、結語

(1)特高壓直流輸電的顯著特點之一是輸送功率大，可達5000-6400MW，比國內已建的500kV直流工程每回輸送功率高67%-113%。大容量的功率輸送必然會對電網的規劃建設和安全穩定運行帶來更大的影響。因此，擬定特高壓直流輸電方案時需要對相關因素作更全面的考慮。

(2)特高壓直流由于輸送功率大，對電網全局的影響也相對較大，因此特高壓直流輸電方案的比較更側重各方案對輸電能力以及電網的安全穩定水平的影響。

(3)特高壓換流站站址與接地極極址選擇的基本原則與常規換流站相同，但由于特高壓直流輸送容量更大、電壓等級更高，可靠性要求更高，需考慮的因素更復雜，應對大件運輸、水源條件、大氣環境和可聽噪聲等建設條件進行重點論證。

(4)特高壓直流線路路徑選擇需注意線路走廊寬度、導線對地距離、交叉跨越間距、鐵塔高度、基礎尺寸、地面合成場強、離子流密度、無線電干擾及可聽噪聲均比常規線路大的特點，重視對環境和其他設施的影響。