摘要：在特高壓直流輸電工程設(shè)計(jì)時(shí)，額定輸送功率的確定是一個(gè)十分重要的問題。對±800 kV云廣特高壓直流輸電工程中的4種輸電規(guī)模（即6 000、5 500、5 000、4 800 MW）的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了比較，并討論了這4種方案的經(jīng)濟(jì)性及其對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響，在此基礎(chǔ)上推薦5 000 MW 為該工程的輸電容量。
關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；輸電容量；技術(shù)參數(shù)；穩(wěn)定極限
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國土地資源越來越緊缺，為了減少輸電通道的土地占用面積，減少送電損耗和增加送電容量，“十一五”、“十二五”期間云南向廣東新增送電容量將采用±800kV電壓等級直流輸電方式［1］。按規(guī)劃，云廣直流將在2009年6月底單極投運(yùn)，2010年上半年雙極投運(yùn)。
直流輸電的優(yōu)點(diǎn)之一是輸送功率可以在最小輸送功率到其暫態(tài)的過負(fù)荷能力之間的較大范圍內(nèi)進(jìn)行靈活控制，甚至實(shí)現(xiàn)功率反送。但在直流輸電工程設(shè)計(jì)時(shí)，額定輸送功率的確定是一個(gè)十分重要的問題，因?yàn)橹绷鬏斔偷墓β时仨毰c設(shè)備和效益相匹配。功率過大將有可能導(dǎo)致直流的額定電流超過閥的耐受能力，換流變壓器的尺寸與重量也可能超過運(yùn)輸條件允許的范圍。輸送功率的增大還會導(dǎo)致投資的增加，降低經(jīng)濟(jì)效益。因此，直流的額定輸電容量需通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較來確定。
目前運(yùn)行的直流輸電工程最大額定電流一般在3 000 A左右［2］，小于此額定電流水平的直流輸電工程可以應(yīng)用目前成熟的125
mm（簡稱5 in）閥片。就±800 kV等級直流工程而言，當(dāng)其送電規(guī)模超過4 800 MW時(shí)（相應(yīng)于額定電流為3000 A），需要研究其技術(shù)可行性。根據(jù)送端云南電網(wǎng)的電源規(guī)模及受端廣東電網(wǎng)的市場空間，云廣±800 kV直流的送電規(guī)模有4個(gè)方案可供選擇：6000（方案1）、5 500（方案2）、5 000(方案3)、4 800 MW（方案4）。這些方案的額定電流如表1所示。
表1 不同送電規(guī)模方案的額定電流
本文就云廣±800 kV特高壓直流輸電不同輸電容量對技術(shù)參數(shù)的要求、對系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平的影響及其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，目的是通過綜合比較進(jìn)一步確定特高壓直流輸電的合理輸電容量。
1 不同直流輸電規(guī)模的技術(shù)參數(shù)
1.1 額定電流和過負(fù)荷能力
在直流工程設(shè)計(jì)中，晶閘管閥是要優(yōu)先考慮的設(shè)備之一。目前世界上比較成熟的晶閘管閥片為125 mm閥片，額定電壓為7.2～8kV，額定電流在3 000 A左右，最大短時(shí)電流可達(dá)到約4 700 A［3］。
直流輸電工程的一個(gè)重要要求是其故障后的快速恢復(fù)能力，或者有足夠的冗余備用，以供在故障不能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)時(shí)使用。高壓直流輸電的過負(fù)荷能力能夠在一定條件下保證系統(tǒng)出現(xiàn)功率波動時(shí)自動恢復(fù)正常，同時(shí)也允許當(dāng)一個(gè)極或一條線路退出運(yùn)行時(shí)，將健全極轉(zhuǎn)為過負(fù)荷運(yùn)行，以減少對整個(gè)系統(tǒng)的沖擊。
目前,應(yīng)用于±500 kV直流輸電的125 mm閥片，在不增加冷卻系統(tǒng)容量的情況下，其短時(shí)電流可達(dá)到4 500A。因此，目前國內(nèi)的直流輸電工程，如天廣（天生橋—廣東）等直流工程要求直流輸電具有1.5倍的暫時(shí)過負(fù)荷能力。
對于±800 kV直流輸電工程, 如采用125 mm閥片,即使按增加冷卻系統(tǒng)容量的情況考慮，閥片的短時(shí)電流要達(dá)到4700 A，在4個(gè)待選方案中只有方案3（5 000 MW）、方案4（4 800 MW）的最大過負(fù)荷能力能夠做到不低于目前500kV直流的水平，而方案1（6 000 MW）、方案2（5 500 MW）的最大過負(fù)荷能力均低于這一水平。
為了滿足過負(fù)荷能力的需求，則需要具有更高電流能力的閥片。這一要求可通過2個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)［3］：①降低125mm閥片的使用電壓，如4 500 A/5.5 kV，但這將導(dǎo)致閥片串聯(lián)數(shù)量的迅速增加，進(jìn)而增加閥塔的尺寸；②開發(fā)150mm（簡稱6 in）的閥片。
對于150 mm的晶閘管閥片，ABB公司和Siemens公司雖然都認(rèn)為技術(shù)上不存在太大問題，但基于開發(fā)成本和市場需求的考慮而未表現(xiàn)出很大的積極性。而且云廣直流要求2009年6月投運(yùn)，閥片的研發(fā)進(jìn)度也不一定能夠配合云廣直流輸電工程進(jìn)度的需求。
額定電流對接地極的設(shè)計(jì)也有一定的影響。單極大地回線運(yùn)行時(shí)，高電流注入大地所導(dǎo)致的影響往往事先難以準(zhǔn)確估量，因此在可能的情況下，控制注入大地的電流是有必要的。
對于方案1（6 000 MW）、方案2（5 500 MW），由于輸送功率大，需要更強(qiáng)的過負(fù)荷能力來減少對系統(tǒng)的沖擊。但這2個(gè)方案的額定電壓和電流都很大，接近設(shè)備的極限，過負(fù)荷能力受到較大限制，裕度較小。在雙極發(fā)生故障或停運(yùn)檢修時(shí)，由于無健全極的過負(fù)荷能力可供利用，情況可能更為嚴(yán)重。相對而言，方案3（5000 MW）、方案4（4 800 MW）的電流裕度較大，能充分利用直流的過負(fù)荷能力，在直流輸電發(fā)生故障時(shí)能減少對系統(tǒng)的沖擊。
總之，就額定電流和過負(fù)荷能力而言，在目前的技術(shù)條件下，云廣特高壓直流輸電容量宜在方案3、方案4中選擇。
1.2 換流變與閥組接線
換流變的體積設(shè)計(jì)以及閥組接線方式不僅與直流額定輸電容量有關(guān)，而且還受運(yùn)輸條件的限制。云廣直流輸電換流站位于云南西部的昆西北地區(qū)，對變壓器等大件運(yùn)輸可行的方案只有鐵路＋公路或水路＋公路的運(yùn)輸方式。從云南送端換流站的情況看，按照大件運(yùn)輸研究結(jié)果，鐵路運(yùn)輸限界大約為3.46m×4.9 m（寬×高）、運(yùn)輸質(zhì)量不超過400 t，公路運(yùn)輸最好不超過12 m×5 m（長×高）、運(yùn)輸質(zhì)量不超過400t［4］。
目前國內(nèi)的±500 kV直流輸電工程中一般采用每極一個(gè)12脈沖閥組的接線方式。但如在云廣±800 kV直流輸電工程中仍采用這種方式，則4個(gè)容量方案中單臺換流變壓器（單相雙繞組）的容量將達(dá)到602、552、502、482MVA。根據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)推斷，運(yùn)輸尺寸將超過國內(nèi)鐵路和公路運(yùn)輸?shù)慕缦�。綜合考慮國內(nèi)的運(yùn)輸條件與廠商的制造能力，換流器的布置型式宜采用每極2個(gè)12脈沖閥組的方案。
|
