輸電系統技術經濟探究

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摘要：本文筆者結合相關工作經驗，就特高壓交直流輸電系統技術經濟展開著重討論，首先闡述了1000kV交流輸電系統能夠在降低成本的參數優化模型的基礎上，大幅提高系統的輸電能力；接著，對1000kV以及±800kV輸電系統的技術經濟性展開詳細分析，同時以中國示范工程數據為中心對兩者的建設成本進行估算，最終給出了改進的穩定性成本法與年運行成本法并用于1000kV以及±800kV輸電系統技術經濟評估。由結果可知，與800kV輸電系統相比，1000kV輸電系統的年運行成本以及暫態穩定輸送功率的單位輸電建設成本更低。換而言之，1000kV輸電系統的技術經濟性明顯高于800kV輸電系統。

關鍵詞：特高壓交直流水電系統；技術經濟性；比較

1引言

特高壓交直流水電系統技術一般是以高壓直流輸電技術以及超高壓電網技術為基礎，并進行創新與完善的一種技術。2009年1000kV交流輸電試驗示范工程投入運行，來年±800kV直流水電試驗示范工程也投入運行。隨著我國電力事業的快速發展，我國特高壓輸電工程建設正處于穩步上升階段。特高壓輸電技術的廣泛應用，很好地解決了當前輸電技術存在的經濟性較低以及無法實現或者實現難度較大的更遠距離輸電問題，進一步提高了輸電系統供電的穩定性、安全性以及經濟性。對于當前特高壓輸電網而言，1000kV以及±800kV輸電系統的技術經濟性是重中之重?；诖?，研究特高壓交直流輸電系統技術經濟性具有重要的現實意義。

21000kV和±800kV輸電系統建設成本闡述

2.11000kV輸電系統的建設成本。一般來說，都是使用單位輸電建設成本來表示1000kV與±800kV輸電系統的建設成本。同時，參照示范工程投資決算實對其施估算。以2009年投入運行的1000kV特高壓交流試驗示范工程為例來看，其最初建設成本為56.9億元。根據試驗示范工程相關元器件成本以及建設成本的實際情況，使用工程成本計算方法對其建設成本進行估算，擬使用1000kV、4410MW、1500km特高壓輸電系統，其單位輸電建設成本預期估算成本為1900元/km•MW。若將500kV輸電系統建設成本按照2500元/km•MW的價格來看，那么此1000kV特高壓輸電系統的單位建設成本則近似為500kV輸電系統的8成左右。2.2±800kV輸電系統的建設成本。對于±800kV直流輸電系統而言，首先需要把各發電單元機組通過電站500kV母線匯集在一起，接著借助500kV輸電線路連通到直流輸電的整流站中，從而把三相交流電更換成直流電，再使用兩條正負極輸電線路將其配送到逆變站中，再把直流電轉變為三相交流電，最后輸送到有電壓作為保障的500kV樞紐變電站中。和其余輸電系統相同，±800kV直流輸電系統在進行長距離、大規模輸電的過程中，也需要兩個電廠作為支撐，擬將其發電機組定位6×600MW以及5×600MW，線路總長度為1500km，通過±800kV特高壓直流輸電示范工程數據對其輸電建設成本實施估算。某±800kV特高壓直流輸電示范工程的直流輸電線路總長度為1891km，額定直流電流為4kA，額定換流功率為6400MW，分裂導線的規格為6×720mm2，開工建設的時間為2007年，不斷對系統進行調試，最終于2010年正式投入使用。根據系統調試以及投入運行的實際結果來看，自助研發的±800kV特高壓直流輸電系統及其相關設備具有較高的運行性能。該±800kV直流輸電示范工程建設成本為190億元，其中換流站與相關線路的成本均占總成本的一半。根據示范工程建設成本進行估算，±800kV、6400MW、1500km直流輸電系統的單位輸電建設成本應為1780元/km•MW。2.31000kV和±800kV輸電系統建設成本對比分析。一般來說，通過逆變站的輸出功率對交流輸電進行估算，而直流輸電的估算亦是如此；1000kV交流輸電系統的單位建設成本與±800kV直流輸電系統的單位建設成本基本一致，都為1900元/km•MW，處于相同等級。1000kV交流輸電系統的對地電壓為578kV和±800kV直流輸電系統極線的對地電壓相匹配?！?00kV直流輸電系統的對地電壓為800kV，極線之間的電壓為1600kV，兩者與1000kV交流輸電系統相比，前者對地電壓與極線間電壓分別是后者的1.35倍以及1.6倍。對于特高壓交直流輸電系統的建設成本來說，其成本主要以絕緣成本為主，而絕緣成本簡單來說就是系統對地電壓函數。架空線路的建設成本受到方方面面的因素影響，其不會隨著分裂導線截面的增加而同比增大。例如，1000kV交流試驗示范工程分裂導線的截面和±800kV直流試驗示范工程分裂導線相比，前者是后者的1.4倍；但前者實際每千米平均建設成本和后者相比，僅為86.4%，而非前文的1.4倍。1000kV和±800kV輸電系統都能夠對系統參數進行優化，大幅提高輸電線路的供電能力，并切實降低輸電建設成本。從理論方面以及實際試驗示范工程成本的估算結果來看：當輸電線路處于1500km以內的時候，1000kV和±800kV輸電系統兩者進行比較，前者的建設成本不僅低于±800kV直流輸電，而且低于超高壓輸電。

31000kV和±800kV輸電系統電阻功率損耗對比分析

一般來說，通常都是用功率損耗率來表示1000kV和±800kV輸電系統的輸電功率損耗（電阻功率），也就是通過輸送功率以及輸電功率損耗的百分比進行表示；而使用電能損耗率來表示電能損耗，也就是使用全年的輸送電能值以及電能損耗值的百分比進行表示。3.11000kV輸電系統電阻功率損耗。1000kV輸電系統的電能損耗以及功率損耗主要包括三大方面，即輸電線路、開關站以及變電站。其中開關站與變電站的功率損耗主要來自于變壓器的高壓并聯電抗以及靜止無功補償的功率損耗，其確切數值一般和變壓器的實際運行狀況以及參數優化存在之間關聯。但參數進行優化之后，開關站與變電站的功率損耗則近似可以看作是變壓器德爾功率損耗。就當前實際狀況而言，我國1000kV變壓器的功率損耗一般不會超過0.15%。結合國產設備參數的估算結果來看，1000kV兩開關站與兩變電站功率損耗率的估算值是0.4%。當1000kV輸電系統的輸送功率為4410MW的時候，線路的電流則為2.546kA，則電流與電壓二者的比值則為4.404×10-3。而如果導線的溫度為25°的時候，8×630mm2分裂導線單位長度的電阻則為5.839×10-3Ω/km。結合輸電線路電阻功率相關計算公式可知，1000kV輸電線路電阻功率損耗率則為3.9%。之后，把兩部分功率損耗的實際結果加在一起就能知道整個輸電系統的總功率損耗。經過相關計算可知，1000kV、4410MW、1500km交流輸電系統的輸電功率損耗率約為4.15%。3.2±800kV輸電系統電阻功率損耗?！?00kV輸電系統的電能損耗以及功率損耗同樣包括三個部分，即輸電線路、逆變站以及整流站。其中，逆變站與整流站的功率損耗主要涉及交直流濾波器、平波電抗器、無功補償設備、晶閘管換流閥以及換流變壓器等設備的功率損耗，而換流變壓器與晶閘管換流閥的功率損耗占據的比重最大。由于輸電系統中不可避免會存在諧波電流，因此和常規變壓器相比，換流變壓器的功率損耗要更大。除晶閘管存在的功率損耗之外，晶閘管換流閥功率損耗還包括電阻、阻尼電容、均壓電阻以及閥電抗器等帶來的功率損耗，實際數值隨著電壓的升高而不斷增加。當±800kV換流閥處于額定功率運行的時候，其直流電流應當為4kA，則電流與電壓二者之間的比值則為5.0×10-3。而如果導線的溫度為25°的時候，6×720mm2分裂導線單位長度的電阻則為6.861×10-3Ω/km?！?00kV、6400MW、1500km直流輸電系統的電阻功率損耗率的估算值約為6.85%?？偠灾?00kV線路電阻功率損耗高于1000kV交流輸電線路的根本原因在于前者線路的分裂導線電阻更大、電流與電壓之間的比值更高。因此，如果想要大幅降低線路功率的損耗率，一方面應當減小輸電線路中的電流，另一方面也需要增加分裂導線的橫截面積。

4結束語

綜上所述，隨著社會經濟的發展，人們對于電力的需求與依賴程度不斷增加，如何提高特高壓交直流輸電系統的技術經濟性是當前相關部門亟待解決的難題?；诖耍嘘P工作人員需要深入研究特高壓交直流輸電系統的技術經濟性。

參考文獻

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作者:曹廷杰 單位:國網湖南省電力有限公司湖南省送變電工程有限公司