直流输电的优势与前景

陈士军　北京供电公司朝阳供电分公司

　　摘　要：简要叙述了直流输电的应用、直流输电的优势，并与交流输电进行了技术和经济比较。

　　关键词：直流输电；交流输电；输电技术

1　前 言

　　直流输电的发展历史到现在已有百余年了，在输电技术发展初期曾发挥作用，但到了20世纪初，由于直流电机串接运行复杂，而高电压大容量直流电机存在换向困难等技术问题，使直流输电在技术和经济上都不能与交流输电相竞争，因此进展缓慢。

　　20世纪50年代后，电力需求日益增长，远距离大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比交流输电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流输电重新被人们所重视。

2　近半个世纪高压直流输电的应用

　　1950年苏联建成一条长43km、电压200kV、输送功率为3万kW的直流试验线路。1954年，瑞典把高压直流输电技术应用于高特兰岛到瑞典本土的海底电缆，总长96km，电压100kV，送电容量2万kW。1961年，英法两国采用海底电缆，建成100kV、160 MW、总长65km的直流输电线路，把两国交流电力系统连接了起来，再次推动了直流输电的发展。到60年代，海底电缆的输电工程几乎都采用直流输电，直流输电方式在跨越宽阔海峡的特殊自然条件下，优点更为突出。80年代，可控硅换流器在大型直流输电工程中崭露头角，巴西的伊泰普直流输电工程，使直流输电压达到±600kV，输电功率达到6 300MW，输送距离806km，发展之迅速可见一斑。我国高压直流输电起步较晚，1977年曾建成一条31kV直流输电工业性试验电缆线路。浙江舟山跨海直流输电工程（电压100kV，输电容量5万kW）亦已完成。1987年建成葛沪±500kV超高压直流输电工程（西起湖北宜昌葛洲坝换流站，东到上海奉贤），输送距离1 080km，分两期建设，先建单极500kV，输送容量60万k W，1988年建成双极。该工程的两座换流站设备是从瑞士和西德引进的。

　　近20年来，随着电力电子技术的发展，高压直流输电迅速发展。自1972年加拿大建成世界上第一座可控硅换流站以来，可控硅技术不断进步，容量增大，可靠性提高，价格逐渐降低，直流输电更趋成熟，已成为电力传输的一种重要方式。特别是光纤和计算机等新技术的发展，使直流输电系统的控制、调节与保护更趋完善，进一步提高了直流输电系统运行的可靠性。与此同时，直流输电应用于非同步联络站也有较大发展，到1985年底世界上有芬兰－苏联非同步联络站等11个工程相继投产，说明直流输电技术在交流电力系统的联网和分割功能方面将充分发挥作用。

3　直流输电的优势

　　直流输电的再次兴起并迅速发展，说明它在输电技术领域中确有交流输电不可替代的优势。尤其在下述情况下应用更具优势：

　　（1）远距离大功率输电。直流输电不受同步运行稳定性问题的制约，对保证两端交流电网的稳定运行起了很大作用。

　　（2）海底电缆送电是直流输电的主要用途之一。输送相同的功率，直流电缆不仅费用比交流省，而且由于交流电缆存在较大的电容电流，海底电缆长度超过40km时，采用直流输电无论是经济上还是技术上都较为合理。

　　（3）利用直流输电可实现国内区网或国际间的非同步互联，把大系统分割为几个既可获得联网效益，又可相对独立的交流系统，避免了总容量过大的交流电力系统所带来的问题。

　　（4）交流电力系统互联或配电网增容时，直流输电可以作为限制短路电流的措施。这是由于它的控制系统具有调节快、控制性能好的特点，可以有效地限制短路电流，使其基本保持稳定。

　　（5）向用电密集的大城市供电，在供电距离达到一定程度时，用高压直流电缆更为经济，同时直流输电方式还可以作为限制城市供电电网短路电流增大的措施。

4　直流输电与交流输电的技术比较

4．1　直流输电的优点

　　（1）直流输电不存在两端交流系统之间同步运行的稳定性问题，其输送能量与距离不受同步运行稳定性的限制；

　　（2）用直流输电联网，便于分区调度管理，有利于在故障时交流系统间的快速紧急支援和限制事故扩大；

　　（3）直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制；

　　（4）直流输电线路沿线电压分布平稳，没有电容电流，不需并联电抗补偿；

　　（5）两端直流输电便于分级分期建设及增容扩建，有利于及早发挥效益。

4．2　直流输电的缺点

　　（1）换流器在工作时需要消耗较多的无功功率；

　　（2）可控硅元件的过载能量较低；

　　（3）直流输电在以大地或海水作回流电路时，对沿途地面地下或海水中的金属设施造成腐蚀，同时还会对通信和航海带来干扰；

　　（4）直流电流不像交流电流那样有电流波形的过零点，因此灭弧比较困难。

5　直流输电与交流输电的经济比较

　　（1）直流架空线路投资省。直流输电一般采用双极中性点接地方式，直流线路仅需两根导线，三相交流线路则需三根导线，但两者输送的功率几乎相等，因此可减轻杆塔的荷

重，减少线路走廊的宽度和占地面积。在输送相同功率和距离的条件下，直流架空线路的投资一般为交流架空线路投资的三分之二。

　　（2）直流电缆线路的投资少。相同的电缆绝缘用于直流时其允许工作电压比用于交流时高两倍，所以在电压相同时，直流电缆的造价远低于交流电缆。

　　（3）换流站比变电站投资大。换流站的设备比交流变电站复杂，它除了必须有换流变压器外，还要有目前价格比较昂贵的可控硅换流器，以及换流器的其它附属设备，因此换流站的投资高于同等容量和相应电压的交流变电站。

　　（4）在相同的可比条件下，当输电线路长度大于等价距离时，采用直流输电所需的建设费用比交流输电省。

　　（5）运行费用较省。根据国外的运行经验，线路和站内设备的年折旧维护费用占工程建设费用的百分数，交流与直流大体相近。但直流输电电能损耗在导线截面相同、输送有功功率相等的条件下，是交流输电的三分之二。

　　现已有不少国家试制成功直流断路器和负荷开关，并正在研究利用这些开关设备与直流输电的控制技术相结合，以实现多端直流输电。

　　当前对高温超导的研究正方兴未艾，它在强电方面应用的可能性也与日俱增。超导用于直流输电要比用于交流输电更为有利，可以期待在不远的将来，超导将使电能的传输发生划时代的变革，并进一步推进直流输电的发展。

摘自　北极星电技术网