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電力檢測技術

特高壓直流輸電知識普及

時間：2013-06-27

如何提高特高壓直流的可靠性?
　　所有提高常規直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進一步予以加強。主要包括：降低元部件故障率；采取合理的結構設計，如模塊化、開放式等；廣泛采用冗余的概念，如控制保護系統、水冷系統的并行冗余和晶閘管的串行冗余等；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采取措施進行改進。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。其獨立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統、供水系統、電纜溝、控制保護系統等。
　　特高壓直流輸電可靠性指標如何?
　　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，每極采用兩個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。技術成熟后，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。另外由于系統研究水平、設備制造技術、建設和運行水平的提高，由于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)。總體來說，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有哪些具體的指標?
　　直流輸電系統的可靠性指標總計超過10 項，這里只介紹停運次數、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：包括由于系統或設備故障引起的強迫停運次數。對于常用的雙極直流輸電系統，可分為單極停運，以及由于同一原因引起的兩個極同時停運的雙極停運。對于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：直流輸電系統由于全部或者部分停運或某些功能受損，使得輸送能力低于額定功率稱為降額運行。
　　降額等效停運小時是：將降額運行持續時間乘以一個系數，該系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:衡量由于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。
　　為什么要對直流輸電系統的可靠性指標進行定期統計和評價?
　　直流輸電系統是一個復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，用于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、設備制造、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。
　　如何確定特高壓直流輸電線路的走廊寬度和線路鄰近民房時的房屋拆遷范圍?
　　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，對于特高壓直流工程，線路鄰近民房時，通過采取拆遷措施，保證工程建成后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，工程才具備核準條件。
　　如何進行特高壓直流輸電線路導線型式的選擇?
　　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系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。對于±800 千伏特高壓直流工程，為了滿足環境影響限值要求，尤其是可聽噪聲的要求，應采用 6×720 平方毫米及以上的導線結構。
　　直流輸電線路的絕緣子片數是如何確定的?
　　由于直流線路的靜電吸附作用，直流線路的污穢水平要比同樣條件下的交流線路的高，所需的絕緣子片數也比交流的多，其絕緣水平主要決定于絕緣子串的污穢放電特性。因此，目前在選擇絕緣子片數時主要有兩種方法：1、按照絕緣子人工污穢試驗采用絕緣子污耐受法，測量不同鹽密下絕緣子的污閃電壓，從而確定絕緣子的片數。2、按照運行經驗采用爬電比距法，一般地區直流線路的爬電比距為交流線路的兩倍。兩種方法中，前者直觀，但需要大量的試驗和檢測數據，且試驗檢測的結果分散性大。后者簡便易行，但精確性較差。實際運用中，通常將兩者結合進行。
　　直流輸電線路的絕緣配合設計要解決哪些問題?
　　直流輸電線路的絕緣配合設計就是要解決線路桿塔和檔距中央各種可能的間隙放電，包括導線對桿塔、導線對避雷線、導線對地、以及不同極導線之間的絕緣選擇和相互配合，其具體內容是：針對不同工程和大氣條件等選擇絕緣子型式和確定絕緣子串片數、確定塔頭空氣間隙、極導線間距等，以滿足直流輸電線路合理的絕緣水平。
　　什么是直流的"靜電吸塵效應" ?
　　在直流電壓下，空氣中的帶電微粒會受到恒定方向電場力的作用被吸附到絕緣子表面，這就是直流的“靜電吸塵效應”。由于它的作用，在相同環境條件下，直流絕緣子表面積污量可比交流電壓下的大一倍以上。隨著污穢量的不斷增加，絕緣水平隨之下降，在一定天氣條件下就容易發生絕緣子的污穢閃絡。因此，由于直流輸電線路的這種技術特性，與交流輸電線路相比，其外絕緣特性更趨復雜。
　　建設特高壓直流輸電線路需要研究哪些關鍵技術問題?
　　直流架空線路與交流架空線路相比，在機械結構的設計和計算方面，并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點，需要進行專門研究。對于特高壓直流輸電線路的建設，尤其需要重視以下三個方面的研究：
　　1、電暈效應。直流輸電線路在正常運行情況下允許導線發生一定程度的電暈放電，由此將會產生電暈損失、電場效應、無線電干擾和可聽噪聲等，導致直流輸電的運行損耗和環境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設計不當，其電暈效應可能會比超高壓工程的更大。通過對特高壓直流電暈特性的研究，合理選擇導線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電暈效應，減少運行損耗和對環境的影響。
　　2、絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對工程的投資和運行水平有極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應”，絕緣子的積污和污閃特性與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴重，合理選擇直流線路的絕緣配合對于提高運行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在世界上尚屬首例，國內外現有的試驗數據和研究成果十分有限，因此有必要對特高壓直流輸電的絕緣配合問題進行深入的研究。
　　3、電磁環境影響。采用特高壓直流輸電，對于實現更大范圍的資源優化配置，提高輸電走廊的利用率和保護環境，無疑具有十分重要的意義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導線大、鐵塔高、單回線路走廊寬等特點，其電磁環境與±500 千伏直流線路的有一定差別，由此帶來的環境影響必然受到社會各界的關注。同時，特高壓直流工程的電磁環境與導線型式、架線高度等密切相關。因此，認真研究特高壓直流輸電的電磁環境影響，對于工程建設滿足環境保護要求和降低造價至關重要。
　　直流輸電線路有哪些基本類型?
　　就其基本結構而言，直流輸電線路可分為架空線路、電纜線路以及架空——電纜混合線路三種類型。直流架空線路因其結構簡單、線路造價低、走廊利用率高、運行損耗小、維護便利以及滿足大容量、長距離輸電要求的特點，在電網建設中得到越來越多運用。因此直流輸電線路通常采用直流架空線路，只有在架空線線路受到限制的場合才考慮采用電纜線路。