特高壓直流輸電工程可行性研究主要技術原則

論文類別:工商管理論文 > 企業研究論文
論文標簽:電工論文
論文作者: 魏德軍
上傳時間:2008/9/10 16:02:00

[摘要]特高壓直流輸電工程輸送容量巨大、輸電距離遥遠、電壓等級進入特高压範疇,對電網規劃建設和安全穩定運行影響深远,對工程建設條件要求更高。根據特高壓直流输電工程不同於常規直流輸電工程的特點,總結歸納世界上第1批特高壓直流輸電工程可行性研究工作,就可行性研究階段輸電方案擬定、換流站站址及接地極極址選择、線路路徑選擇以及系統方案比較等主要技術原則,分析特高壓直流輸電工程可行性研究中應註意把握的主要技术內容。

  [關鍵詞]特高壓,直流輸電,可行性研究,技術原则

  0、引言

  我國地域遼闊,發电能源和用電負荷的分布又極不均衡。華東、華南沿海地區經济發達,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後,用電水平和需求低,而能源資源豐富。以水力資源為例,全国水電技術可開發容量約540GW,其中22%分布在四川,20%在西藏,19%在雲南。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特高压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。特別是對於受端電網,换流站站址、接地極與接地線线路走廊的選擇非常困難,±800kV特高壓直流输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术是我國電力跨區域大規模輸送的必然選擇。“十一五”雲南至廣东±800kV特高壓直流輸電工程已於2006年12月開工建設,“十一五”至“十三五”期間規划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对輸電方案擬定、換流站站址及接地極極址選擇、線路路徑选擇以及系統方案比較等主要技术原則進行充分論證,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。目前我國规劃建設的特高壓直流输電工程,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电網的中、長期規劃或者是特高壓輸電系統專題規劃中论證明確,並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於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,有利於電網的安全穩定和經濟运行。

  (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,缺乏相應的技术標準,因此在世界上首批特高壓直流輸電工程的输電方案研究中,應對特高壓換流、逆變系統設備制造、试驗技術的可行性和技術路線進行充分調研、論證,並開展設計、安裝和驗收技术標準的研究,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,便於電源的匯集,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虑對受端網架格局的影響;註意多個直流落點間保持適當的電氣距离;若接受的是水電,還要註意研究受端網架結構對水电季節性特點的適應性问題。

  (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,因此方案拟定一般應盡量避免出現孤島運行方式,換流站與交流電网應保持較強的聯系,盡可能維持較高的短路比,為特高壓直流創造良好的運行条件。

  (5)方案拟定重點是: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网的聯接方案,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、送端换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个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电站的特高壓直流輸电工程,送端有3個換流站)。因此就需要按整體最優的原則,对送端換流站群站址的確定和接入系統方案進行總体論證,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,輸電经濟性較優。特高壓直流輸送容量主要由設备技術的可行性、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,屆时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,需要进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於電压等級高,線路在同等條件下的電暈效應包括電暈損失、無線電幹擾和可聽噪聲等,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区時,這一問題更加突出。因此特高压直流輸電線路導線截面的選擇除要從經濟性要求出發,比较經濟電流密度、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

  特高壓直流由於輸送功率大,對電网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侧重各方案對輸電能力以及電網安全稳定水平的影響。

  不同的特高壓直流輸電工程又有各自的比較研究重點。对雲廣特高壓直流,交直流並聯運行时強直弱交現象突出,需要重点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,為保证發生直流單極閉鎖故障時電網也能保持穩定運行,擬定了多种換流站群組與交流主網的联接方案,並進行比較研究。同時,由於送端集中的容量大,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经濟上一系列的差別。落點的選擇要與電網的整体規劃緊密結合。若接入的是水電,要註意比較不同落點的输電方案,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阶段主要的工作內容之一。特高壓換流站站址與接地極極址选擇應主要把握以下基本內容。

  3.1、換流站站址选擇

  (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,運輸方案與设備選型、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,大件運輸往往是判断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压器和平波電抗器。一般來講,影響站址選擇的因素主要是換流变壓器。

免費論文下載中心 http://www.hi138.com

  (2)對水源條件的要求:空氣绝緣水冷卻閥是近代直流输電工程的主流。閥冷卻水的冷卻(即外冷系統)一般采用水噴淋(濕冷),對輸送容量为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%”。對於特高壓換流站,匯集的水電規模巨大,換流站停運將造成水資源白白流失,並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。相對於發電廠,特高壓換流站耗水量較小,適當提高供水保證率難度並不大。對於同一地區內有多個换流站的情形,為便於業主统籌管理,合理調配,使各站所需的水量及水質均能得到可靠保證,且減少各站的運行维護工作量及相關的運行人员,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)大氣环境影響:目前特高壓换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择,而汙穢水平是影響方案確定的關键因素之一。當汙穢水平較高需要選擇戶內直流场時,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择需要加倍重視大氣環境對換流站的影響。

  (4)可聽噪聲影響:從我國已投运的±500kV直流換流站的電磁环境測試來看,存在的一個突出問題是換流站的可聽噪聲太大。由於直流偏磁及諧波電流等因素,換流变壓器、平波電抗器及交流濾波器等设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特高壓換流站换流變壓器可多達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,在換流站選址阶段選擇適當站址,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:由於特高壓直流接地极人地電流大,如金沙江一期溪洛渡及向家壩水電站送電華中及华東±800kV特高壓直流输電工程接地極額定人地电流達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:由於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,并且由於特高壓直流大容量、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,因此极址資源非常有限。為节省工程造價、減小對環境和其他設施的不利影响,充分利用有限接地極極址資源,若2個或多個接地極處於同一地區內,應對2個甚至多个接地極共用極址方案进行論證。

  4、线路路徑的選擇

  4.1、走廊寬度

  特高壓直流线路走廊寬度由合成場強控制,根據目前達成的共识,濕導線情況下地面未畸變合成場強按15kV/m考虑,據此計算出特高壓直流線路(6×630/45導线)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直流線路的走廊宽度在50m左右。由於走廊寬度的增加,在路徑選择時,應註意線路中心線與其他相关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离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、建築物及河流等交叉時,交叉跨越間距均有较大增加。由於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、自然條件恶劣地段

  鑒於直流特高壓線路的重要性,在路徑選擇時,应盡量避開重冰區、重汙穢區、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於輸送容量大,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、无功補償配置、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)特高壓直流輸电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网的規劃建設和安全穩定運行帶来更大的影響。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)特高壓直流由於輸送功率大,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电網的安全穩定水平的影響。

  (3)特高壓換流站站址與接地極极址選擇的基本原則與常規換流站相同,但由於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,應對大件運输、水源條件、大氣环境和可聽噪聲等建設條件进行重點論證。

  (4)特高壓直流線路路徑選擇需註意線路走廊寬度、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、無線電幹擾及可聽噪聲均比常規線路大的特點,重视對環境和其他設施的影響。

免費論文下载中心 http://www.hi138.com
下载论文

論文《特高壓直流輸電工程可行性研究主要技術原則》其它版本

企業研究論文服務

網站聲明 | 聯系我們 | 網站地圖 | 論文下載地址 | 代寫論文 | 作者搜索 | 英文版 | 手機版 CopyRight@2008 - 2017 免費論文下載中心 京ICP备17062730号