直流輸電線路導(dǎo)線選型中的損耗小時數(shù)取值分析

林繼亮，夏 亮，溫作銘，王子瑾

(中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200001)

0 引言

近年來，對于長距離、電壓等級較高的輸電線路，導(dǎo)線選型主要采用年費(fèi)用最小法進(jìn)行計(jì)算和比較，再結(jié)合機(jī)械、電氣等特性，綜合分析確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的導(dǎo)線選型方案。

年費(fèi)用最小法涉及到年損耗小時數(shù)τ的取值。對于傳統(tǒng)交流輸電線路工程的年損耗小時數(shù)τ值選擇，一般是按最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax直接從《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》[1]中查取對應(yīng)的損耗小時數(shù)τ?！峨娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》中關(guān)于損耗小時數(shù)τ與最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax之間的關(guān)系是通過對損耗小時數(shù)τ公式定義進(jìn)行一系列簡化處理而得到的。損耗小時數(shù)τ值不僅與最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax與有關(guān)，還與功率因數(shù) cosφ有關(guān)[1]。

然而，直流輸電線路的損耗機(jī)理和特性與交流輸電線路存在差異，而且直流輸電大多為清潔能源送出，電源點(diǎn)輸送容量變化較大，實(shí)際應(yīng)用中還存在與負(fù)荷端需求有關(guān)的內(nèi)火打捆等情況。直接從《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊》中查取對應(yīng)的損耗小時數(shù)τ會導(dǎo)致與實(shí)際值存在偏差，導(dǎo)致所選導(dǎo)線參數(shù)偏離正常值，從而引起整體工程投資偏差，因此，不應(yīng)直接查值。本文研究直流輸電線路導(dǎo)線選型中的損耗小時數(shù)取值方法。

1 交流輸電線路工程損耗小時數(shù)計(jì)算

電網(wǎng)運(yùn)行中由于運(yùn)行方式經(jīng)常變化，線路通過功率也相應(yīng)發(fā)生變化，其功率損耗也隨時間而變化。在分析線路或系統(tǒng)運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)性時應(yīng)根據(jù)不同功率及相應(yīng)時間段進(jìn)行計(jì)算以求得全年的電能損失ΔA，損耗小時數(shù)τ為全年電能損耗ΔA除以最大負(fù)荷時的功率損耗ΔPmax，即：

交流輸電線路最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax一般為4 000～6 000 h之間，功率因數(shù)cosφ一般維持在0.95，年損耗小時數(shù)τ值維持在2 000～4 000 h之間，負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax與年損耗小時數(shù)τ值相差約1 800 h。

表1 最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax與損耗小時數(shù)τ的關(guān)系表

2 直流輸電線路工程損耗小時數(shù)計(jì)算

近年來，適合長距離輸送的直流輸電線路已廣泛應(yīng)用于綠色能源的長距離輸送。綠色電源點(diǎn)出力不穩(wěn)定，導(dǎo)致直流輸電線路的最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax比交流工程明顯偏低，而且由于工作機(jī)理不同，導(dǎo)致電阻和電暈損耗計(jì)算方式略有差異，通過傳統(tǒng)方法確定損耗小時數(shù)τ已不能反映工程實(shí)際情況。

目前，直流輸電線路工程損耗小時數(shù)τ的確定主要采用兩種方法。一種方法是對電源點(diǎn)每天(或每階段)(一般以年為計(jì)算單元)出力進(jìn)行實(shí)時預(yù)測，通過全年負(fù)荷折算每小時負(fù)荷進(jìn)而得到全年電能損耗值ΔA，通過式(3)計(jì)算得到損耗小時數(shù)τ，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比選確定最終導(dǎo)線選型方案。直流工程中往往受到綠色能源實(shí)際條件限制，比如枯水期、陰雨天氣等因素影響，對電源點(diǎn)出力的實(shí)時預(yù)測往往具有假設(shè)性，從而影響損耗小時數(shù)τ值準(zhǔn)確性。此種方法雖然粗糙但在工程使用中基本可行。

式中：τ為損耗小時數(shù)；ΔA為全年電能損耗；ΔPmax為電阻損耗功率。

另一種方法則是通過計(jì)算已建直流線路工程每天(一般以年為計(jì)算單元)實(shí)際出力，通過全年負(fù)荷折算每小時負(fù)荷進(jìn)而得到全年電能損耗值ΔA，通過式(3)計(jì)算得到損耗小時數(shù)τ，進(jìn)而確定最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax與損耗小時數(shù)τ之間的關(guān)系，通過插值法確定擬建直流工程的 τ值[3-5]。

3 工程應(yīng)用

我國某新建特高壓直流輸電線路工程邊界條件為系統(tǒng)額定電壓U=±800 kV、系統(tǒng)每回輸送功率S=8 000 MW。線路長度較長，跨越多種氣象區(qū)，導(dǎo)線投資在整個工程中的占比較大。由于該工程承擔(dān)多個小水電電源點(diǎn)的送出，受枯水期影響每階段實(shí)際出力差異較大。

本工程損耗小時數(shù)τ按照電源點(diǎn)出力預(yù)測法和插值法兩種方法計(jì)算比較確定。

3.1 電源點(diǎn)出力預(yù)測法

由于此新建特高壓直流輸電線路工程電源點(diǎn)為多個小水電送出，結(jié)合枯水期和平水期，該工程預(yù)測出力曲線見圖1。

圖1 輸送容量為8 000 MW條件下的負(fù)荷曲線和損耗曲線

通過圖1中的負(fù)荷曲線得到負(fù)荷利用率，進(jìn)而計(jì)算得到直流運(yùn)行小時數(shù)；通過損耗曲線分別得到相應(yīng)的電能損耗值ΔA和電阻損耗功率ΔPmax，通過式(3)得到損耗小時τ。其中，電阻損耗功率ΔPmax=I2×R×2，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 電源點(diǎn)出力預(yù)測法計(jì)算得到的利用小時數(shù)和損耗小時數(shù)

3.2 插值法

某已建直流輸電線路2014年度、2015年度直流每日最大、最小、平均出力圖見圖2。通過分析圖2中的出力曲線可知，該直流輸電線路工程最大負(fù)荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)相差1 600 h左右。根據(jù)擬建直流工程最大負(fù)荷利用小時數(shù)，通過內(nèi)插法可得到該工程損耗小時數(shù)的大致范圍值，為工程推進(jìn)提供指導(dǎo)。雖然每個工程由于所輸送地區(qū)、輸送功率不同而呈現(xiàn)不同特性，但最大負(fù)荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)關(guān)系基本呈現(xiàn)以上規(guī)律性。

圖2 某已建直流線路每日最大、最小、平均出力曲線

通過負(fù)荷曲線得到負(fù)荷利用率，進(jìn)而計(jì)算得到直流運(yùn)行小時數(shù)。通過損耗曲線得到相應(yīng)的電能損耗值ΔA和電阻損耗功率ΔPmax，通過式(3)得到損耗小時數(shù)τ。其中，電阻損耗功率ΔPmax=I2×R×2，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 采用插值法計(jì)算得到的利用小時數(shù)和損耗小時數(shù)

3.3 比較分析

通過電源點(diǎn)出力預(yù)測法和內(nèi)插法分別對某新建特高壓直流輸電線路工程損耗小時數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，最大負(fù)荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)相差約1 600 h，雖然每個工程由于所輸送地區(qū)、輸送功率不同而呈現(xiàn)不同特性，但最大負(fù)荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)關(guān)系基本呈現(xiàn)以上規(guī)律性。

4 結(jié)語

本文依托擬建和已建的2條直流輸電線路工程，分析得到直流輸電線路工程最大負(fù)荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)之間的相對關(guān)系，兩者相差約1 600 h。受資料所限，這是從2個工程實(shí)例得到的初步結(jié)論，有一定的合理性，但尚不具備普適性。后續(xù)將分析總結(jié)更多的工程實(shí)例，進(jìn)一步研究、驗(yàn)證直流工程中最大負(fù)荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)之間的相對關(guān)系。電源點(diǎn)出力預(yù)測法要求工程必須提供預(yù)測曲線或數(shù)據(jù)，插值法僅需提供最大負(fù)荷利用小時數(shù)即可進(jìn)行分析，隨著工程推進(jìn)兩種方法可互相驗(yàn)證。該研究方法、結(jié)果對于類似工程在前期設(shè)計(jì)階段快速確定損耗小時數(shù)取值具有借鑒意義。