特高压输电技术发展研究

赵广鑫

摘 要 我国存在着经济发展地理分布与能源资源分布不协调的问题。随着近年来发展的加快，东部用电量快速上升。发展特高压直流输电技术，能够满足不同地区的电力需求，保障能源的安全可靠供應，提高资源利用率。本文将介绍特高压直流输电技术的优点及其发展现状，并对其所带来的生态环境问题进行简要分析。

【关键词】能源资源 特高压直流输电 生态环境

我国的电力工业正处在高速发展阶段，电力需求持续增长，如何有效配置现有的电力能源将会对经济发展产生很大影响。我国的西南和西北地区拥有全国三分之二的可开发水资源，山西、内蒙古等省份拥有全国已探明煤炭资源的三分之二，而我国的用电负荷中心位于东部沿海一带，生产力与资源布局极不均衡，需要大规模、远距离、高效率的电力资源输送，以此来解决东南地区日益增长的用电需求。相比普通的高压输电，特高压输电网络的安全性更强、同等输电容量下无用功消耗更少、在成本建设方面经济型更好，是将来输电系统中发展的主要方向。本文通过研究将对特高压直流输电技术的优点和发展现状进行介绍，并简要分析输电过程中对生态环境的影响。

1 特高压直流输电优点

我国目前发展的特高压输电技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术。一般特高压交流输电技术用于近距离的组网和电力输送，直流输电技术用来进行远距离、大规模的电力输送，两者在以后的电网发展中都扮演重要角色。本文对其中的特高压直流输电技术进行简要分析，其优点主要包括以下几个方面。

（1）在直流输电的每极导线的绝缘水平和截面积与交流输电线路的每相导线相同的情况下，输电容量相同时直流输电所需的线路走廊只需交流输电所需线路走廊的2/3，在土地资源越来越紧张的今天，特高压直流输电线路可以节省线路走廊的优点显得更加突出。

（2）在输送功率相同的情况下，直流输电的线路损耗只有交流输电的2/3，长久以往可以节约大量的能源；同时直流输电可以以大地为回路，只需要一根导线，而交流输电需要3根导线，在输电线路建设方面特高压直流输电电缆的投资要低很多。

（3）交流输电网络互联时需要考虑两个电网之间的周期和相位，而直流输电不存在系统稳定性问题，相比交流输电网络，能简单有效地解决电网之间的联结问题。

（4）长距离输电时，采用直流输电比交流输电更容易实现，如800kv的特高压直流输电距离最远可达2500km。

（5）直流换流站使用块式结构进行高压整流，电压逐级增加，容易提升电压等级。

2 特高压直流输电发展现状

从上世纪70年代开始，前苏联、美国、加拿大、巴西和南非等国家考虑到特高电压等级、超远距离输电、特大输电容量的需求，在研究特高压交流输电技术的同时，也开始进行特高压直流输电技术的研究工作。经过美国EPRI、加拿大IREQ、巴西CEPEL等科研机构的研究工作，特高压直流输电中的一些重要技术已经取得了关键进展。例如，经研究发现，在1400-3000km的远距离、大容量电力输送中，从电网建设的经济型和环境影响的角度进行考虑，高于±600 kV电压等级的特高压直流输电是值得优先选择的高压输电方式，而且±800kV电压等级的特高压直流输电系统在设计、建设和投运在技术方面而言是完全可行的等等。特别值得我们一提的是，前苏联曾经设计并初步建设从唐波夫到埃巴基斯图兹到±750kV电压等级、输送距离2400km、输送功率容量为6000MW的直流输电工程。该项目中，所有的设备均已通过了初步试验，而且已建成长度高达1090km的线路，但是最后却因政治、经济等方面的因素停止了建设。尽管这样，该项目仍然可以在一定程度上为我国目前设计的特高压直流输电网络起到参考价值。

我国地域广阔，同时能源资源与电力消耗的不平衡使得我国尤其适合发展特高压直流输电技术。一直以来，我国发展的主要是500kv的输电技术。随着经济的发展，原有的输电系统已经不能满足东部地区日益增长的电力消耗，为此需要发展特高压直流输电技术，实现能源资源的合理分配。1987年，舟山直流输电工程正式投入使用，这是我国独立建成的第一个直流输电项目，弥补了我国在直流输电技术方面的空缺。进入21实际以来，我国陆续建成了众多高压直流输电技术，并不断研究直流输电技术的相关特性。2005年2月，百万伏级交流输电以及±800kV级直流输电工程的前期研究工作在全国范围内启动。目前我国已经建成一系列800kV特高压直流输电工程并投入使用，其中代表性的特高压直流输电工程建设于苏南-锦屏两地，其输电距离为210万米、额定容量为7200兆瓦，并且在2012年成功投入使用。2012年6月29日，我国的±1100kV特高压换流变压器通过了型式试验，这是由国家电网主导研发的。这这次试验中，变压器的各项指标优良，在技术方面完全符合建设特高压直流输电工程的技术规范，是在我国以致国际上研发±1100kV电压级别直流输电技术过程中的突破，具有非常重要的意义。目前，我国特高压输电工程在输电线路长度、输送电力、输电设备制造和管理等方面已经处于国际领先水平。

3 特高压直流输电线路的环境问题

在特高压直流输电工程方面，目前国际上输送容量最大、输送距离最远、电压等级最高的是我国目前建设成功并投入使用的±800kV直流输电工程，在这个方面，国外没有成熟的设计方案、试验数据等研究成果可供参考。为此，必须根据我国电网建设中的实际情况开展系统性的研究工作，这样才能保证特高压直流电网的顺利建设和投运，保证输电线路不对周围的环境产生影响。经过研究发现，主要有三种直流输电线路的特性需要我们特别考虑。

3.1 直流输电线路的电磁效应

交流输电线路在输电时，其导线会产生电晕，达到一定的强度会击穿空气产生离子。但是由于交流电路中其电压是随时间进行周期性变化的，因此交流输电线后半周期会反向拉回其在前半周期产生的离子，这样带电离子只会在导线附近很小的范围内进行往复运动，不会在相导线和大地之间产生大范围离子信号。在直流输电线路工作中，也会产生电晕现象。由于其电压信号稳定，这样其产生的离子信号会一直存在并且在电场的作用下定向移动，这样就产生了离子流。同时离子流的定向运动也会产生可称为离子流场的电场，导线周围空间电荷本身产生的电场称为静电场，这两部分电场会进行叠加形成合成电场。离子流和合成电场也是特高压直流输电的特有现象。

当人体处于特高压直流输电线路下时，输电线路下的离子流会通过人体导入大地，进行能量的释放。当强度达到一定值的时候，就会产生电击感。此外还有研究表明，输电线路产生的正、负离子会影响人的情绪。长此以往，该电磁效应可能会对周围的环境产生不良影响，诸如影响周围农作物的生长或者恶化土地环境。这些影响目前还没有定论，但是我们也不能掉以轻心，要防患于未然。我国已经制定了一些关于输电线路中电磁环境的国家标准和规范，比如《电磁辐射防护规定》、《电磁辐射环境保护管理办法》等，规定输电线路下离子流密度不能超过100nA/m2。

3.2 可听噪声

直流输电线路在击穿空气产生电晕的时候，会产生一些可听噪声。该噪声值在雨天由于被雨声淹没，通常不予考虑，需要我们在建设时研究晴天环境下的噪声大小。该可听噪声不能影响附近居民的休息、工作和谈话。我国规定可听噪声极限为55dB（A），该值和普通办公环境噪声平均值相等。

3.3 无线电干扰

直流输电线路正常工作时由于电晕放电等原因会产生一定的电磁频率，会对输电线路附近的无线电设备的信号接收产生干扰。当干擾过强时会导致无线电设备接收的信号达不到所需的信噪比，影响周围设备的正常使用。这是在建设直流输电工程时需要避免的。

4 总结

为了适应我国电力工业的快速发展，实现对电力资源的合理配置并满足东部经济发达地区的用电和环保要求，必须要加大对特高压输变电技术研究的投入并在实际运用中尽可能发挥其技术优点。特高压电网可以从根本上解决我国因传统输电方式而产生的煤电油运紧张问题，也是我国能源分布的现实需要。因此，应根据我国国情，并结合其他国家特高压输电研究成果，增加对特高压线路和设备的考核等试验研究，在尽量减小环境污染的基础上充分发挥特高压输电对资源配置的优化作用，同时坚持基础建造和技术改进并举，积极推动全国电网互联。但在研究过程中可能会遇到一些不可避免且尚未遇到过的问题，需要结合现实经验与实际情况对其做进一步的研究。

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作者单位

山东省莱芜市第一中学 山东省莱芜市 271100