直流输电线路导线选型中的损耗小时数取值分析

林继亮，夏 亮，温作铭，王子瑾

(中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，上海 200001)

0 引言

近年来，对于长距离、电压等级较高的输电线路，导线选型主要采用年费用最小法进行计算和比较，再结合机械、电气等特性，综合分析确定技术可行、经济合理的导线选型方案。

年费用最小法涉及到年损耗小时数τ的取值。对于传统交流输电线路工程的年损耗小时数τ值选择，一般是按最大负荷利用小时数Tmax直接从《电力系统设计手册》[1]中查取对应的损耗小时数τ。《电力系统设计手册》中关于损耗小时数τ与最大负荷利用小时数Tmax之间的关系是通过对损耗小时数τ公式定义进行一系列简化处理而得到的。损耗小时数τ值不仅与最大负荷利用小时数Tmax与有关，还与功率因数 cosφ有关[1]。

然而，直流输电线路的损耗机理和特性与交流输电线路存在差异，而且直流输电大多为清洁能源送出，电源点输送容量变化较大，实际应用中还存在与负荷端需求有关的内火打捆等情况。直接从《电力系统设计手册》中查取对应的损耗小时数τ会导致与实际值存在偏差，导致所选导线参数偏离正常值，从而引起整体工程投资偏差，因此，不应直接查值。本文研究直流输电线路导线选型中的损耗小时数取值方法。

1 交流输电线路工程损耗小时数计算

电网运行中由于运行方式经常变化，线路通过功率也相应发生变化，其功率损耗也随时间而变化。在分析线路或系统运行时的经济性时应根据不同功率及相应时间段进行计算以求得全年的电能损失ΔA，损耗小时数τ为全年电能损耗ΔA除以最大负荷时的功率损耗ΔPmax，即：

交流输电线路最大负荷利用小时数Tmax一般为4 000～6 000 h之间，功率因数cosφ一般维持在0.95，年损耗小时数τ值维持在2 000～4 000 h之间，负荷利用小时数Tmax与年损耗小时数τ值相差约1 800 h。

表1 最大负荷利用小时数Tmax与损耗小时数τ的关系表

2 直流输电线路工程损耗小时数计算

近年来，适合长距离输送的直流输电线路已广泛应用于绿色能源的长距离输送。绿色电源点出力不稳定，导致直流输电线路的最大负荷利用小时数Tmax比交流工程明显偏低，而且由于工作机理不同，导致电阻和电晕损耗计算方式略有差异，通过传统方法确定损耗小时数τ已不能反映工程实际情况。

目前，直流输电线路工程损耗小时数τ的确定主要采用两种方法。一种方法是对电源点每天(或每阶段)(一般以年为计算单元)出力进行实时预测，通过全年负荷折算每小时负荷进而得到全年电能损耗值ΔA，通过式(3)计算得到损耗小时数τ，经过经济比选确定最终导线选型方案。直流工程中往往受到绿色能源实际条件限制，比如枯水期、阴雨天气等因素影响，对电源点出力的实时预测往往具有假设性，从而影响损耗小时数τ值准确性。此种方法虽然粗糙但在工程使用中基本可行。

式中：τ为损耗小时数；ΔA为全年电能损耗；ΔPmax为电阻损耗功率。

另一种方法则是通过计算已建直流线路工程每天(一般以年为计算单元)实际出力，通过全年负荷折算每小时负荷进而得到全年电能损耗值ΔA，通过式(3)计算得到损耗小时数τ，进而确定最大负荷利用小时数Tmax与损耗小时数τ之间的关系，通过插值法确定拟建直流工程的 τ值[3-5]。

3 工程应用

我国某新建特高压直流输电线路工程边界条件为系统额定电压U=±800 kV、系统每回输送功率S=8 000 MW。线路长度较长，跨越多种气象区，导线投资在整个工程中的占比较大。由于该工程承担多个小水电电源点的送出，受枯水期影响每阶段实际出力差异较大。

本工程损耗小时数τ按照电源点出力预测法和插值法两种方法计算比较确定。

3.1 电源点出力预测法

由于此新建特高压直流输电线路工程电源点为多个小水电送出，结合枯水期和平水期，该工程预测出力曲线见图1。

图1 输送容量为8 000 MW条件下的负荷曲线和损耗曲线

通过图1中的负荷曲线得到负荷利用率，进而计算得到直流运行小时数；通过损耗曲线分别得到相应的电能损耗值ΔA和电阻损耗功率ΔPmax，通过式(3)得到损耗小时τ。其中，电阻损耗功率ΔPmax=I2×R×2，计算结果见表2。

表2 电源点出力预测法计算得到的利用小时数和损耗小时数

3.2 插值法

某已建直流输电线路2014年度、2015年度直流每日最大、最小、平均出力图见图2。通过分析图2中的出力曲线可知，该直流输电线路工程最大负荷利用小时数与损耗小时数相差1 600 h左右。根据拟建直流工程最大负荷利用小时数，通过内插法可得到该工程损耗小时数的大致范围值，为工程推进提供指导。虽然每个工程由于所输送地区、输送功率不同而呈现不同特性，但最大负荷利用小时数与损耗小时数关系基本呈现以上规律性。

图2 某已建直流线路每日最大、最小、平均出力曲线

通过负荷曲线得到负荷利用率，进而计算得到直流运行小时数。通过损耗曲线得到相应的电能损耗值ΔA和电阻损耗功率ΔPmax，通过式(3)得到损耗小时数τ。其中，电阻损耗功率ΔPmax=I2×R×2，计算结果见表3。

表3 采用插值法计算得到的利用小时数和损耗小时数

3.3 比较分析

通过电源点出力预测法和内插法分别对某新建特高压直流输电线路工程损耗小时数进行分析计算，最大负荷利用小时数与损耗小时数相差约1 600 h，虽然每个工程由于所输送地区、输送功率不同而呈现不同特性，但最大负荷利用小时数与损耗小时数关系基本呈现以上规律性。

4 结语

本文依托拟建和已建的2条直流输电线路工程，分析得到直流输电线路工程最大负荷利用小时数与损耗小时数之间的相对关系，两者相差约1 600 h。受资料所限，这是从2个工程实例得到的初步结论，有一定的合理性，但尚不具备普适性。后续将分析总结更多的工程实例，进一步研究、验证直流工程中最大负荷利用小时数与损耗小时数之间的相对关系。电源点出力预测法要求工程必须提供预测曲线或数据，插值法仅需提供最大负荷利用小时数即可进行分析，随着工程推进两种方法可互相验证。该研究方法、结果对于类似工程在前期设计阶段快速确定损耗小时数取值具有借鉴意义。