特高压直流输电知识普及问题综述

　　提高特高压直流的可靠性

　　所有提高常规直流输电可靠性的措施对于提高特高压直流输电的可靠性依然有效，并且要进一步予以加强。主要包括：降低元部件故障率;采 取合理的结构设计，如模块化、开放式等;广泛采用冗余的概念，如控制 保护系统、水冷系统的并行冗余和晶闸管的串行冗余等;加强设备状态监 视和设备自检功能等。

　　针对常规直流工程中存在的问题，如曾经导致直流系统极或者双极停运的站用电系统、换流变本体保护继电器、直流保护系统单元件故障等薄弱环节，在特高压直流输电系统的设计和建设中将采取措施进行改进。此外，还将加强运行维护人员的培训，适当增加易损件的备用。

　　提高特高压直流输电工程可靠性，还可以在设计原则上确保每一个极之间以及每极的各个换流器之间最大程度相互独立，避免相互之间的故障传递。其独立性除了主回路之外，还需要考虑：阀厅布置、供电系统、供 水系统、电缆沟、控制保护系统等。

　　特高压直流输电可靠性指标

　　在我国计划建设的西南水电外送特高压直流输电工程电压为±800千伏，其主接线方式和我国已有的直流工程不同，每极采用两个 12 脉动换流器串联。如果出现一个12脉动换流器故障，健全的换流器仍然可以和同一个极对端换流站的任意一个换流器共同运行，因此单极停运的概率将显著降低，考虑到第一个特高压直流工程缺乏经验，可行性研究报告中初步提出了与三峡-上海直流工程相同的可靠性指标。技术成熟后，预计停 运次数可以降低到 2 次/(每极·年)以下。双极停运的概率也将大幅下降，可以控制在 0.05 次/年。另外由于系统研究水平、设备制造技术、建设和运行水平的提高，由于直流工程数量的增加和相关经验的积累，换流 器平均故障率预计可以控制在 2 次/(每换流器·年)。总体来说，特高 压直流工程将会比常规直流更加可靠。

　　直流输电系统的可靠性具体指标

　　直流输电系统的可靠性指标总计超过 10 项，这里只介绍停运次数、 降额等效停运小时、能量可用率、能量利用率四项主要可靠性指标。 停运次数：包括由于系统或设备故障引起的强迫停运次数。对于常用的 双极直流输电系统，可分为单极停运，以及由于同一原因引起的两个极同 时停运的双极停运。对于每个极有多个独立换流器的直流输电系统，停运 次数还可以统计到换流器停运。不同的停运代表对系统不同水平的扰动。

　　降额等效停运小时：直流输电系统由于全部或者部分停运或某些功能受损，使得输送能力低于额定功率称为降额运行。

　　降额等效停运小时是： 将降额运行持续时间乘以一个系数，该系数为降额运行输送损失的容量与 系统最大连续可输送电容量之比。

　　能量可用率:衡量由于换流站设备和输电线路(含电缆)强迫和计划 停运造成能量传输量限制的程度，数学上定义为统计时间内直流输电系统 各种状态下可传输容量乘以对应持续时间的总和与最大允许连续传输容量 乘以统计时间的百分比。

　　能量利用率：指统计时间内直流输电系统所输送的能量与额定输送容 量乘以统计时间之比。

　　直流输电系统的可靠性指标定期统计和评价

　　直流输电系统是一个复杂的自成体系的工程系统，多数情况下承担大容量、远距离输电和联网任务。因此，需要设定一些直流输电系统可靠性指标，用于衡量直流输电系统实现其设计要求和功能的可靠程度，评价直 流输电系统运行性能。直流系统可靠性直接反映直流系统的系统设计、设 备制造、工程建设以及运行等各个环节的水平。通过直流系统可靠性分析，可以提出改善工程可靠性的具体措施，对新建工程提出合理的指标要求。国际大电网会议专门成立一个直流输电系统可靠性工作组，每两年对全世界所有直流输电工程进行一次可靠性的综合统计和评价。

　　特高压直流输电线路的走廊宽度和线路邻近民房时的房屋拆迁范围

　　特高压直流输电线路的走廊宽度主要依据两个因素确定：1. 导线最 大风偏时保证电气间隙的要求;2.满足电磁环境指标(包括电场强度、离 子流密度、无线电干扰和可听噪声)限值的要求。根据线路架设的特点，在档距中央影响最为严重。研究表明，对于特高压直流工程，线路邻近民 房时，通过采取拆迁措施，保证工程建成后的电气间隙和环境影响满足国 家规定的要求。通常工程建设初期进行可行性研究时就要计算电场强度、 离子流密度、无线电干扰和可听噪声的指标，只有这些指标满足国家相关 规定时，工程才具备核准条件。

　　特高压直流输电线路导线型式的选择

　　在特高压直流输电工程中，线路导线型式的选择除了要满足远距离安 全传输电能外，还必须满足环境保护的要求。其中，线路电磁环境限值的 要求成为导线选择的最主要因素。同时，从经济上讲，线路导线型式的选 择还直接关系到工程建设投资及运行成本。因此特高压直流导线截面和分 裂型式的研究，除了要满足经济电流密度和长期允许载流量的要求外，还 要在综合考虑电磁环境限值以及建设投资、运行损耗的情况下，通过对不 同结构方式、不同海拔高度下导线表面场强和起晕电压的计算研究，以及 对电场强度、离子流密度、可听噪声和无线电干扰进行分析，从而确定最 终的导线分裂型式和子导线截面。对于±800 千伏特高压直流工程，为了 满足环境影响限值要求，尤其是可听噪声的要求，应采用 6×720 平方毫 米及以上的导线结构。

　　直流输电线路的绝缘子片数的确定

　　由于直流线路的静电吸附作用，直流线路的污秽水平要比同样条件下 的交流线路的高，所需的绝缘子片数也比交流的多，其绝缘水平主要决定 于绝缘子串的污秽放电特性。因此，目前在选择绝缘子片数时主要有两种 方法：1.按照绝缘子人工污秽试验采用绝缘子污耐受法，测量不同盐密下 绝缘子的污闪电压，从而确定绝缘子的片数。2. 按照运行经验采用爬电 比距法，一般地区直流线路的爬电比距为交流线路的两倍。两种方法中，前者直观，但需要大量的试验和检测数据，且试验检测的结果分散性大。 后者简便易行，但精确性较差。实际运用中，通常将两者结合进行。

　　直流输电线路的绝缘配合设计要解决的问题

　　直流输电线路的绝缘配合设计就是要解决线路杆塔和档距中央各种可 能的间隙放电，包括导线对杆塔、导线对避雷线、导线对地、以及不同极 导线之间的绝缘选择和相互配合，其具体内容是：针对不同工程和大气条 件等选择绝缘子型式和确定绝缘子串片数、确定塔头空气间隙、极导线间 距等，以满足直流输电线路合理的绝缘水平。

　　直流的"静电吸尘效应"

　　在直流电压下，空气中的带电微粒会受到恒定方向电场力的作用被吸 附到绝缘子表面，这就是直流的“静电吸尘效应”。由于它的作用，在相 同环境条件下，直流绝缘子表面积污量可比交流电压下的大一倍以上。随 着污秽量的不断增加，绝缘水平随之下降，在一定天气条件下就容易发生 绝缘子的污秽闪络。因此，由于直流输电线路的这种技术特性，与交流输 电线路相比，其外绝缘特性更趋复杂。

　　建设特高压直流输电线路关键技术

　　直流架空线路与交流架空线路相比，在机械结构的设计和计算方面， 并没有显著差别。但在电气方面，则具有许多不同的特点，需要进行专门 研究。对于特高压直流输电线路的建设，尤其需要重视以下三个方面的研究：

　　1. 电晕效应。直流输电线路在正常运行情况下允许导线发生一定程 度的电晕放电，由此将会产生电晕损失、电场效应、无线电干扰和可听噪 声等，导致直流输电的运行损耗和环境影响。特高压工程由于电压高，如果设计不当，其电晕效应可能会比超高压工程的更大。通过对特高压直流 电晕特性的研究，合理选择导线型式和绝缘子串、金具组装型式，降低电 晕效应，减少运行损耗和对环境的影响。

　　2. 绝缘配合。直流输电工程的绝缘配合对工程的投资和运行水平有 极大影响。由于直流输电的“静电吸尘效应”，绝缘子的积污和污闪特性 与交流的有很大不同，由此引起的污秽放电比交流的更为严重，合理选择 直流线路的绝缘配合对于提高运行水平非常重要。由于特高压直流输电在 世界上尚属首例，国内外现有的试验数据和研究成果十分有限，因此有必 要对特高压直流输电的绝缘配合问题进行深入的研究。

　　3. 电磁环境影响。采用特高压直流输电，对于实现更大范围的资源 优化配置，提高输电走廊的利用率和保护环境，无疑具有十分重要的意 义。但与超高压工程相比，特高压直流输电工程具有电压高、导线大、铁 塔高、单回线路走廊宽等特点，其电磁环境与±500 千伏直流线路的有一 定差别，由此带来的环境影响必然受到社会各界的关注。同时，特高压直 流工程的电磁环境与导线型式、架线高度等密切相关。因此，认真研究特 高压直流输电的电磁环境影响，对于工程建设满足环境保护要求和降低造 价至关重要。

　　直流输电线路的基本类型

　　就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架 空——电缆混合线路三种类型。直流架空线路因其结构简单、线路造价 低、走廊利用率高、运行损耗小、维护便利以及满足大容量、长距离输电 要求的特点，在电网建设中得到越来越多运用。因此直流输电线路通常采 用直流架空线路，只有在架空线线路受到限制的场合才考虑采用电缆线路。