特高壓直流輸電

在我國特高壓電網建設中，將以1000kV交流特高壓輸電為主形成特高壓電網骨幹網架，實現各大區電網的同步互聯；±800kV特高壓直流輸電則主要用於遠距離、中間無落點、無電壓支撐的大功率輸電工程。

主要包括：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、直流旁路開關、直流隔離開關、直流轉換開關、交流濾波器、直流濾波器、直流避雷器、交流避雷器、無功補償設備、控制保護裝置和遠動通信設備等。相對於傳統的高壓直流輸電，特高壓直流輸電的直流側電壓更高。容量更大，因此對換流閥、換流變壓器、平波電抗器、直流濾波器和避雷器等設備提出了更高的要求。特高壓直

UHVDC一般採用高可靠性的雙極兩端中性點接線方式。

與特高壓交流輸電技術相比，UHVDC的主要技術特點為：

（1）UHVDC系統中間不落點，可點對點、大功率、遠距離直接將電力輸送至負荷中心；

（2）UHVDC控制方式靈活、快速，可以減少或避免大量過網潮流，按照送、受兩端運行方式變化而改變潮流；

（3）UHVDC的電壓高、輸送容量大、線路走廊窄，適合大功率、遠距離輸電；

（4）在交直流混合輸電的情況下，利用直流有功功率調製可以有效抑制與其並列的交流線路的功率振盪，包括區域性低頻振盪，提高交流系統的動態穩定性；

（5）當發生直流系統閉鎖時，UHVDC兩端交流系統將承受很大的功率衝擊。

所有提高常規直流輸電可靠性的措施對於提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，並且要進一步予以加強。主要包括：降低元部件故障率;採取合理的結構設計，如模塊化、開放式等;廣泛採用冗餘的概念，如控制保護系統、水冷系統的並行冗餘和晶閘管的串行冗餘等;加強設備狀態監視和設備自檢功能等。

針對常規直流工程中存在的問題，如曾經導致直流系統極或者雙極停運的站用電系統、換流變本體保護繼電器、直流保護系統單元件故障等薄弱環節，在特高壓直流輸電系統的設計和建設中將採取措施進行改進。此外，還將加強運行維護人員的培訓，適當增加易損件的備用。

提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設計原則上確保每一個極之間以及每極的各個換流器之間最大程度相互獨立，避免相互之間的故障傳遞。其獨立性除了主迴路之外，還需要考慮：閥廳佈置、供電系統、供水系統、電纜溝、控制保護系統等。

在我國計劃建設的西南水電外送特高壓直流輸電工程電壓為±800千伏，其主接線方式和我國已有的直流工程不同，每極採用兩個12 脈動換流器串聯。如果出現一個12脈動換流器故障，健全的換流器仍然可以和同一個極對端換流站的任意一個換流器共同運行，因此單極停運的概率將顯著降低，考慮到第一個特高壓直流工程缺乏經驗，可行性研究報告中初步提出了與三峽-上海直流工程相同的可靠性指標。技術成熟後，預計停運次數可以降低到 2 次/(每極·年)以下。雙極停運的概率也將大幅下降，可以控制在 0.05 次/年。另外由於系統研究水平、設備製造技術、建設和運行水平的提高，由於直流工程數量的增加和相關經驗的積累，換流器平均故障率預計可以控制在 2 次/(每換流器·年)。總體來説，特高壓直流工程將會比常規直流更加可靠。

直流輸電系統的可靠性指標總計超過 10 項，這裏只介紹停運次數、降額等效停運小時、能量可用率、能量利用率四項主要可靠性指標。停運次數：包括由於系統或設備故障引起的強迫停運次數。對於常用的雙極直流輸電系統，可分為單極停運，以及由於同一原因引起的兩個極同時停運的雙極停運。對於每個極有多個獨立換流器的直流輸電系統，停運次數還可以統計到換流器停運。不同的停運代表對系統不同水平的擾動。

降額等效停運小時：直流輸電系統由於全部或者部分停運或某些功能受損，使得輸送能力低於額定功率稱為降額運行。

降額等效停運小時：將降額運行持續時間乘以一個係數，該係數為降額運行輸送損失的容量與系統最大連續可輸送電容量之比。

能量可用率:衡量由於換流站設備和輸電線路(含電纜)強迫和計劃停運造成能量傳輸量限制的程度，數學上定義為統計時間內直流輸電系統各種狀態下可傳輸容量乘以對應持續時間的總和與最大允許連續傳輸容量乘以統計時間的百分比。

能量利用率：指統計時間內直流輸電系統所輸送的能量與額定輸送容量乘以統計時間之比。

直流輸電系統是一個複雜的自成體系的工程系統，多數情況下承擔大容量、遠距離輸電和聯網任務。因此，需要設定一些直流輸電系統可靠性指標，用於衡量直流輸電系統實現其設計要求和功能的可靠程度，評價直流輸電系統運行性能。直流系統可靠性直接反映直流系統的系統設計、設備製造、工程建設以及運行等各個環節的水平。通過直流系統可靠性分析，可以提出改善工程可靠性的具體措施，對新建工程提出合理的指標要求。國際大電網會議專門成立一個直流輸電系統可靠性工作組，每兩年對全世界所有直流輸電工程進行一次可靠性的綜合統計和評價。

特高壓直流輸電線路的走廊寬度主要依據兩個因素確定：1. 導線最大風偏時保證電氣間隙的要求;2.滿足電磁環境指標(包括電場強度、離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲)限值的要求。根據線路架設的特點，在檔距中央影響最為嚴重。研究表明，對於特高壓直流工程，線路鄰近民房時，通過採取拆遷措施，保證工程建成後的電氣間隙和環境影響滿足國家規定的要求。通常工程建設初期進行可行性研究時就要計算電場強度、離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲的指標，只有這些指標滿足國家相關規定時，工程才具備核准條件。

在特高壓直流輸電工程中，線路導線型式的選擇除了要滿足遠距離安全傳輸電能外，還必須滿足環境保護的要求。其中，線路電磁環境限值的要求成為導線選擇的最主要因素。同時，從經濟上講，線路導線型式的選擇還直接關係到工程建設投資及運行成本。因此特高壓直流導線截面和分裂型式的研究，除了要滿足經濟電流密度和長期允許載流量的要求外，還要在綜合考慮電磁環境限值以及建設投資、運行損耗的情況下，通過對不同結構方式、不同海拔高度下導線表面場強和起暈電壓的計算研究，以及對電場強度、離子流密度、可聽噪聲和無線電干擾進行分析，從而確定最終的導線分裂型式和子導線截面。對於±800 千伏特高壓直流工程，為了滿足環境影響限值要求，尤其是可聽噪聲。