2007-12-1
中國已成為世界直流輸電大國
——三峽輸變電工程提前一年竣工 責(zé)編 / 柳志宏
四川——上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程奠基儀式
三峽輸變電工程歷經(jīng)11年，將于今年12月全面完成國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會批復(fù)的輸變電項(xiàng)目，比原計(jì)劃提前一年。
三峽輸變電工程是三峽工程的三大組成部分之一，承擔(dān)著三峽電力外送的重要任務(wù)。通過三峽輸變電工程建設(shè)，將會形成貫通中、東、南的三大通道，為實(shí)現(xiàn)“西電東送”，在更大范圍內(nèi)進(jìn)行能源資源的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件，促進(jìn)全國互聯(lián)電網(wǎng)的形成。特別是近年來隨著直流輸電的迅速發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界直流輸電強(qiáng)國，輸電規(guī)模居世界五大直流輸電國家（中國、美國、加拿大、印度、巴西）之首。截至2007年10月，我國已建成并正式投入商業(yè)運(yùn)行的大容量、超高壓直流輸電工程8項(xiàng)，直流輸電線路總長度達(dá)到7085公里，輸送容量達(dá)1856萬千瓦，線路總長度和輸送容量均居世界第一。與此同時(shí)，我國超高壓直流輸電工程的設(shè)計(jì)建設(shè)、運(yùn)行管理和設(shè)備制造水平也處于國際領(lǐng)先地位。預(yù)計(jì)到2020年，中國將建成15個(gè)特高壓直流輸電工程，并成為世界上擁有直流輸電工程最多、輸送線路最長、容量最大的國家。
政平換流站交流場
晚霞中的政平換流站
據(jù)資料顯示，高壓直流輸電（也稱HVDC）的發(fā)展歷史到現(xiàn)在已有百余年了，在輸電技術(shù)發(fā)展初期曾經(jīng)發(fā)揮過作用，但到了20世紀(jì)初，由于直流電機(jī)串接運(yùn)行復(fù)雜，而高電壓大容量直流電機(jī)存在換向困難等技術(shù)問題，使直流輸電在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都不能與交流輸電相競爭，因此進(jìn)展緩慢。20世紀(jì)50年代后，電力需求日益增長，遠(yuǎn)距離、大容量輸電線路不斷增加，電網(wǎng)擴(kuò)大，交流輸電受到同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制，在一定條件下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果表明，采用直流輸電更為合理，且比交流輸電有較好的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)越的運(yùn)行特性。1950年蘇聯(lián)建成一條長43公里、電壓200千伏、輸送功率為3萬千瓦的直流試驗(yàn)線路。1954年，瑞典把高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用于高特蘭島到瑞典本土的海底電纜，總長96公里、電壓100千伏、送電容量2萬千瓦。1961年，英法兩國采用海底電纜，建成100千伏、16萬千瓦、總長65公里的直流輸電線路。諸多事例證明，直流輸電重新被人們所重視并得到急速發(fā)展，尤其是近30年來，高壓直流輸電發(fā)展迅速。自1972年加拿大建成世界上第一座可控硅換流站以來，直流輸電更趨成熟。例如，巴西的伊泰普直流輸電工程，使直流輸電壓達(dá)到±600千伏，輸電功率達(dá)到630萬千瓦，輸送距離806公里，發(fā)展之迅速可見一斑。上世紀(jì)90年代，世界上第一個(gè)復(fù)雜的三端HVDC工程(魁北克——新英格蘭工程)完成，并建成了世界上最長的海纜(250km)HVDC工程(瑞典——德國的BALTIC工程)。直流輸電已成為電力傳輸?shù)囊环N重要方式，特別是光纖和計(jì)算機(jī)等新技術(shù)的發(fā)展，使直流輸電系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)與保護(hù)更趨完善，進(jìn)一步提高了直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
與國外相比，我國高壓直流輸電技術(shù)起步較晚但發(fā)展迅速。1986年，經(jīng)過長期的論證和籌備，我國第一個(gè)超高壓直流輸電工程——葛上（葛洲壩——上海）直流輸電工程正式起步，初期單極容量為60萬千瓦。由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)還沒有直流設(shè)備研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力，設(shè)備基本上依賴進(jìn)口，而且故障頻繁，技術(shù)人才奇缺，直流輸電面臨許多困難。作為我國建設(shè)的第一個(gè)跨大區(qū)、超高壓直流輸電工程，葛上直流輸電工程是一次有益的嘗試。20世紀(jì)90年代，我國開始建設(shè)天廣(貴州天生橋——廣東)±500千伏和三常（三峽——常州）±500千伏高壓直流輸電工程。天廣高壓直流輸電工程于2000年12月單極投產(chǎn)，2001年6月雙極投產(chǎn)；三常高壓直流輸電工程于2003年5月投入運(yùn)行。2001年開工建設(shè)三峽——廣東（簡稱三廣）±500千伏高壓直流輸電工程和貴州——廣東（簡稱貴廣）±500千伏高壓直流輸電工程，三廣高壓直流輸電工程于2004年6月正式投產(chǎn)，貴廣高壓直流輸電工程于2004年9月雙極投產(chǎn)。2005年河南靈寶背靠背直流輸電工程投入運(yùn)行，從工程組織建設(shè)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造采購、工程施工和調(diào)試全部立足國內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化的要求，標(biāo)志著我國直流輸電工程的國產(chǎn)化工作邁上了新臺階。
我們也應(yīng)該看到，直流輸電技術(shù)的快速發(fā)展與它的自身優(yōu)勢是分不開的。首先，它不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性問題的制約，對保證兩端交流電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起了很大作用，因此適宜于遠(yuǎn)距離大功率輸電，采用±800千伏直流輸電的距離可達(dá)2500公里以上。其次，利用直流輸電可實(shí)現(xiàn)國內(nèi)或國際間的非同步交流電網(wǎng)的互聯(lián)，既不增加被連電網(wǎng)的短路容量，也方便快速控制交換容量，有利于運(yùn)行和管理。第三，適于向用電密集的大城市供電，在供電距離達(dá)到一定程度時(shí)，用高壓直流電纜更為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)直流輸電方式還可以作為限制城市供電電網(wǎng)短路電流增大的措施。第四，直流輸電可利用大地（或海水）為回路，節(jié)省一極導(dǎo)線，對于雙極直流系統(tǒng)，當(dāng)一極故障時(shí)，可自動轉(zhuǎn)為單極運(yùn)行方式，提高了系統(tǒng)可靠性。最后一點(diǎn)，它非常適合遠(yuǎn)距離的跨海送電和地下電纜送電?？绾］旊姴捎煤５纂娎|時(shí)，電纜絕緣介質(zhì)的直流介電強(qiáng)度大大高于交流強(qiáng)度，以油浸紙絕緣電纜為例，直流允許工作電壓約為交流的3倍，特別是長的海纜必須采用直流海纜。所以世界上凡是遠(yuǎn)距離跨海輸電一般都采用直流。我國除已建成的舟山100千伏海底直流輸電工程外，將來廣東至海南、大連至煙臺，甚至大陸至臺灣也傾向于采用直流海底電纜輸電。
然而，直流輸電技術(shù)的發(fā)展卻要受制于換流站設(shè)備，是換流站實(shí)現(xiàn)了直流輸電工程中直流和交流相互能量的轉(zhuǎn)換，除在交流場具有交流變電站相同的設(shè)備外，還必須有以下特有設(shè)備：換流閥、換流變壓、交流濾波器和無功補(bǔ)償設(shè)備、直流濾波器、平波電抗器以及直流場設(shè)備。換流閥是換流站中的核心設(shè)備，其主要功能是進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現(xiàn)在的電控和光控晶閘管閥，換流閥單位容量在不斷增大。一般而言，直流輸電工程的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為兩端直流輸電系統(tǒng)和多端直流輸電系統(tǒng)兩大類。目前世界上已運(yùn)行的直流輸電工程大多為兩端直流輸電系統(tǒng)。
隨著特高壓電網(wǎng)的發(fā)展以及西部水電資源的進(jìn)一步開發(fā)，我國直流輸電工程的建設(shè)還將進(jìn)一步加快?！笆晃濉逼陂g，溪洛渡、向家壩水電站和錦屏水電站外送的±800千伏特高壓直流輸電工程將開工建設(shè)。到2020年底，中國將建成覆蓋華北、華中、華東地區(qū)的特高壓交流同步電網(wǎng)，建成±800千伏向家壩——上海、錦屏——蘇南、溪洛渡——株洲、溪洛渡——浙西等特高壓直流工程15個(gè)，包括特高壓直流換流站約30座，線路約2.6萬公里，輸送容量達(dá)9440萬千瓦。
直流輸電，正利用其長距離、大容量、低損耗的特性，為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的國家電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)我國大范圍資源優(yōu)化配置、推動能源高效開發(fā)利用、建設(shè)節(jié)約型社會、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展和全面建設(shè)小康社會提供著重要保障。
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