特高壓輸電技術(shù)發(fā)展研究

趙廣鑫

摘 要 我國(guó)存在著經(jīng)濟(jì)發(fā)展地理分布與能源資源分布不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。隨著近年來(lái)發(fā)展的加快，東部用電量快速上升。發(fā)展特高壓直流輸電技術(shù)，能夠滿(mǎn)足不同地區(qū)的電力需求，保障能源的安全可靠供應(yīng)，提高資源利用率。本文將介紹特高壓直流輸電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】能源資源 特高壓直流輸電 生態(tài)環(huán)境

我國(guó)的電力工業(yè)正處在高速發(fā)展階段，電力需求持續(xù)增長(zhǎng)，如何有效配置現(xiàn)有的電力能源將會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生很大影響。我國(guó)的西南和西北地區(qū)擁有全國(guó)三分之二的可開(kāi)發(fā)水資源，山西、內(nèi)蒙古等省份擁有全國(guó)已探明煤炭資源的三分之二，而我國(guó)的用電負(fù)荷中心位于東部沿海一帶，生產(chǎn)力與資源布局極不均衡，需要大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率的電力資源輸送，以此來(lái)解決東南地區(qū)日益增長(zhǎng)的用電需求。相比普通的高壓輸電，特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的安全性更強(qiáng)、同等輸電容量下無(wú)用功消耗更少、在成本建設(shè)方面經(jīng)濟(jì)型更好，是將來(lái)輸電系統(tǒng)中發(fā)展的主要方向。本文通過(guò)研究將對(duì)特高壓直流輸電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，并簡(jiǎn)要分析輸電過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

1 特高壓直流輸電優(yōu)點(diǎn)

我國(guó)目前發(fā)展的特高壓輸電技術(shù)包括特高壓交流輸電技術(shù)和特高壓直流輸電技術(shù)。一般特高壓交流輸電技術(shù)用于近距離的組網(wǎng)和電力輸送，直流輸電技術(shù)用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大規(guī)模的電力輸送，兩者在以后的電網(wǎng)發(fā)展中都扮演重要角色。本文對(duì)其中的特高壓直流輸電技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，其優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）在直流輸電的每極導(dǎo)線(xiàn)的絕緣水平和截面積與交流輸電線(xiàn)路的每相導(dǎo)線(xiàn)相同的情況下，輸電容量相同時(shí)直流輸電所需的線(xiàn)路走廊只需交流輸電所需線(xiàn)路走廊的2/3，在土地資源越來(lái)越緊張的今天，特高壓直流輸電線(xiàn)路可以節(jié)省線(xiàn)路走廊的優(yōu)點(diǎn)顯得更加突出。

（2）在輸送功率相同的情況下，直流輸電的線(xiàn)路損耗只有交流輸電的2/3，長(zhǎng)久以往可以節(jié)約大量的能源；同時(shí)直流輸電可以以大地為回路，只需要一根導(dǎo)線(xiàn)，而交流輸電需要3根導(dǎo)線(xiàn)，在輸電線(xiàn)路建設(shè)方面特高壓直流輸電電纜的投資要低很多。

（3）交流輸電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)需要考慮兩個(gè)電網(wǎng)之間的周期和相位，而直流輸電不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，相比交流輸電網(wǎng)絡(luò)，能簡(jiǎn)單有效地解決電網(wǎng)之間的聯(lián)結(jié)問(wèn)題。

（4）長(zhǎng)距離輸電時(shí)，采用直流輸電比交流輸電更容易實(shí)現(xiàn)，如800kv的特高壓直流輸電距離最遠(yuǎn)可達(dá)2500km。

（5）直流換流站使用塊式結(jié)構(gòu)進(jìn)行高壓整流，電壓逐級(jí)增加，容易提升電壓等級(jí)。

2 特高壓直流輸電發(fā)展現(xiàn)狀

從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，前蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大、巴西和南非等國(guó)家考慮到特高電壓等級(jí)、超遠(yuǎn)距離輸電、特大輸電容量的需求，在研究特高壓交流輸電技術(shù)的同時(shí)，也開(kāi)始進(jìn)行特高壓直流輸電技術(shù)的研究工作。經(jīng)過(guò)美國(guó)EPRI、加拿大IREQ、巴西CEPEL等科研機(jī)構(gòu)的研究工作，特高壓直流輸電中的一些重要技術(shù)已經(jīng)取得了關(guān)鍵進(jìn)展。例如，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在1400-3000km的遠(yuǎn)距離、大容量電力輸送中，從電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)型和環(huán)境影響的角度進(jìn)行考慮，高于±600 kV電壓等級(jí)的特高壓直流輸電是值得優(yōu)先選擇的高壓輸電方式，而且±800kV電壓等級(jí)的特高壓直流輸電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、建設(shè)和投運(yùn)在技術(shù)方面而言是完全可行的等等。特別值得我們一提的是，前蘇聯(lián)曾經(jīng)設(shè)計(jì)并初步建設(shè)從唐波夫到埃巴基斯圖茲到±750kV電壓等級(jí)、輸送距離2400km、輸送功率容量為6000MW的直流輸電工程。該項(xiàng)目中，所有的設(shè)備均已通過(guò)了初步試驗(yàn)，而且已建成長(zhǎng)度高達(dá)1090km的線(xiàn)路，但是最后卻因政治、經(jīng)濟(jì)等方面的因素停止了建設(shè)。盡管這樣，該項(xiàng)目仍然可以在一定程度上為我國(guó)目前設(shè)計(jì)的特高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò)起到參考價(jià)值。

我國(guó)地域廣闊，同時(shí)能源資源與電力消耗的不平衡使得我國(guó)尤其適合發(fā)展特高壓直流輸電技術(shù)。一直以來(lái)，我國(guó)發(fā)展的主要是500kv的輸電技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原有的輸電系統(tǒng)已經(jīng)不能滿(mǎn)足東部地區(qū)日益增長(zhǎng)的電力消耗，為此需要發(fā)展特高壓直流輸電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源資源的合理分配。1987年，舟山直流輸電工程正式投入使用，這是我國(guó)獨(dú)立建成的第一個(gè)直流輸電項(xiàng)目，彌補(bǔ)了我國(guó)在直流輸電技術(shù)方面的空缺。進(jìn)入21實(shí)際以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)建成了眾多高壓直流輸電技術(shù)，并不斷研究直流輸電技術(shù)的相關(guān)特性。2005年2月，百萬(wàn)伏級(jí)交流輸電以及±800kV級(jí)直流輸電工程的前期研究工作在全國(guó)范圍內(nèi)啟動(dòng)。目前我國(guó)已經(jīng)建成一系列800kV特高壓直流輸電工程并投入使用，其中代表性的特高壓直流輸電工程建設(shè)于蘇南-錦屏兩地，其輸電距離為210萬(wàn)米、額定容量為7200兆瓦，并且在2012年成功投入使用。2012年6月29日，我國(guó)的±1100kV特高壓換流變壓器通過(guò)了型式試驗(yàn)，這是由國(guó)家電網(wǎng)主導(dǎo)研發(fā)的。這這次試驗(yàn)中，變壓器的各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良，在技術(shù)方面完全符合建設(shè)特高壓直流輸電工程的技術(shù)規(guī)范，是在我國(guó)以致國(guó)際上研發(fā)±1100kV電壓級(jí)別直流輸電技術(shù)過(guò)程中的突破，具有非常重要的意義。目前，我國(guó)特高壓輸電工程在輸電線(xiàn)路長(zhǎng)度、輸送電力、輸電設(shè)備制造和管理等方面已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

3 特高壓直流輸電線(xiàn)路的環(huán)境問(wèn)題

在特高壓直流輸電工程方面，目前國(guó)際上輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、電壓等級(jí)最高的是我國(guó)目前建設(shè)成功并投入使用的±800kV直流輸電工程，在這個(gè)方面，國(guó)外沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)方案、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等研究成果可供參考。為此，必須根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中的實(shí)際情況開(kāi)展系統(tǒng)性的研究工作，這樣才能保證特高壓直流電網(wǎng)的順利建設(shè)和投運(yùn)，保證輸電線(xiàn)路不對(duì)周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，主要有三種直流輸電線(xiàn)路的特性需要我們特別考慮。

3.1 直流輸電線(xiàn)路的電磁效應(yīng)

交流輸電線(xiàn)路在輸電時(shí)，其導(dǎo)線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生電暈，達(dá)到一定的強(qiáng)度會(huì)擊穿空氣產(chǎn)生離子。但是由于交流電路中其電壓是隨時(shí)間進(jìn)行周期性變化的，因此交流輸電線(xiàn)后半周期會(huì)反向拉回其在前半周期產(chǎn)生的離子，這樣帶電離子只會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)附近很小的范圍內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)在相導(dǎo)線(xiàn)和大地之間產(chǎn)生大范圍離子信號(hào)。在直流輸電線(xiàn)路工作中，也會(huì)產(chǎn)生電暈現(xiàn)象。由于其電壓信號(hào)穩(wěn)定，這樣其產(chǎn)生的離子信號(hào)會(huì)一直存在并且在電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)，這樣就產(chǎn)生了離子流。同時(shí)離子流的定向運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生可稱(chēng)為離子流場(chǎng)的電場(chǎng)，導(dǎo)線(xiàn)周?chē)臻g電荷本身產(chǎn)生的電場(chǎng)稱(chēng)為靜電場(chǎng)，這兩部分電場(chǎng)會(huì)進(jìn)行疊加形成合成電場(chǎng)。離子流和合成電場(chǎng)也是特高壓直流輸電的特有現(xiàn)象。

當(dāng)人體處于特高壓直流輸電線(xiàn)路下時(shí)，輸電線(xiàn)路下的離子流會(huì)通過(guò)人體導(dǎo)入大地，進(jìn)行能量的釋放。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到一定值的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生電擊感。此外還有研究表明，輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的正、負(fù)離子會(huì)影響人的情緒。長(zhǎng)此以往，該電磁效應(yīng)可能會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境產(chǎn)生不良影響，諸如影響周?chē)r(nóng)作物的生長(zhǎng)或者惡化土地環(huán)境。這些影響目前還沒(méi)有定論，但是我們也不能掉以輕心，要防患于未然。我國(guó)已經(jīng)制定了一些關(guān)于輸電線(xiàn)路中電磁環(huán)境的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，比如《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》、《電磁輻射環(huán)境保護(hù)管理辦法》等，規(guī)定輸電線(xiàn)路下離子流密度不能超過(guò)100nA/m2。

3.2 可聽(tīng)噪聲

直流輸電線(xiàn)路在擊穿空氣產(chǎn)生電暈的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一些可聽(tīng)噪聲。該噪聲值在雨天由于被雨聲淹沒(méi)，通常不予考慮，需要我們?cè)诮ㄔO(shè)時(shí)研究晴天環(huán)境下的噪聲大小。該可聽(tīng)噪聲不能影響附近居民的休息、工作和談話(huà)。我國(guó)規(guī)定可聽(tīng)噪聲極限為55dB（A），該值和普通辦公環(huán)境噪聲平均值相等。

3.3 無(wú)線(xiàn)電干擾

直流輸電線(xiàn)路正常工作時(shí)由于電暈放電等原因會(huì)產(chǎn)生一定的電磁頻率，會(huì)對(duì)輸電線(xiàn)路附近的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的信號(hào)接收產(chǎn)生干擾。當(dāng)干擾過(guò)強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)電設(shè)備接收的信號(hào)達(dá)不到所需的信噪比，影響周?chē)O(shè)備的正常使用。這是在建設(shè)直流輸電工程時(shí)需要避免的。

4 總結(jié)

為了適應(yīng)我國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的合理配置并滿(mǎn)足東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的用電和環(huán)保要求，必須要加大對(duì)特高壓輸變電技術(shù)研究的投入并在實(shí)際運(yùn)用中盡可能發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。特高壓電網(wǎng)可以從根本上解決我國(guó)因傳統(tǒng)輸電方式而產(chǎn)生的煤電油運(yùn)緊張問(wèn)題，也是我國(guó)能源分布的現(xiàn)實(shí)需要。因此，應(yīng)根據(jù)我國(guó)國(guó)情，并結(jié)合其他國(guó)家特高壓輸電研究成果，增加對(duì)特高壓線(xiàn)路和設(shè)備的考核等試驗(yàn)研究，在盡量減小環(huán)境污染的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮特高壓輸電對(duì)資源配置的優(yōu)化作用，同時(shí)堅(jiān)持基礎(chǔ)建造和技術(shù)改進(jìn)并舉，積極推動(dòng)全國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)。但在研究過(guò)程中可能會(huì)遇到一些不可避免且尚未遇到過(guò)的問(wèn)題，需要結(jié)合現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際情況對(duì)其做進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧國(guó)良.特高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].山西科技，2013，28（02）：57-59.

[2]劉勇，劉勇，張郭艷.我國(guó)高壓直流輸電與特高壓交流輸電的應(yīng)用前景試分析[J]. 2011中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)，2011.

[3]吳桂芳，陸家榆，邵方殷.特高壓等級(jí)輸電的電磁環(huán)境研究[J].中國(guó)電力，2005，38（06）：24-27.

[4]邵天曉.國(guó)外特高壓輸電的開(kāi)發(fā)綜述[J].電力建設(shè)，1987（07）：5-14.

[5]于奔.關(guān)于特高壓輸電的綜述[J].科技與企業(yè)，2012（16）：160-160.

[6]林秀麗.超高壓直流輸電線(xiàn)路電場(chǎng)環(huán)境研究[D].浙江大學(xué)，2006.

作者單位

山東省萊蕪市第一中學(xué) 山東省萊蕪市 271100