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中国电机工程学会电力系统专业委员会2 0 0 5 年学术年会论文集 云广直流输电电压等级论证 丁君李新伍文城郑勇 吴安平 西南电 力设计院 四 川省成都市 6 1 0 0 2 1 C h o i c e o n t h e V o l t a g e l e v e l o f t h e D i r e c t C u r r e n t P r o j e c t f r o m Y u n n a n t o G u a n g d o n g D I N G j u n L l x i n WU w e n c h e n g Z H E N G y o n g WU a n p i n g S o u t h w e s t P o w e r E l e c t r i c D e s i g h I n s i s t u t e C h e n g d u 6 1 0 0 2 1 摘 要 直流输电电 压的 选择取决于输电 容量 输电 距离 设备生产供应能力 运行经验 可靠性及综合经济性等诸 多方面因素 本文在总结国内外已 建直流输电 工程经验的 基础上 对远距离 大容量直流输电工程的输电电压选择进 行 技 术 经 济 两 方 面的 综 合 分 析 论 证 规 划 建设 的 云电 送粤 直 流 输电 工 程 采 用士 8 0 0 k V 特高 压的 必 要 性 关锐词I 特高压直流 输电电压 输电容量 A B S T R A C T T h e c h o i c e o f d i r e c t c u r r e n t v o l t a g e l e v e l d e p e n d s o n a s e r i e s o f f a c t o r s s u c h a s t r a n s m i s s i o n c a p a c i t y t r a n s m i s s i o n d i s t a n c e d e v i c e m a n u f a c t u r in g c a p a c i t y o p e r a t i o n e x p e r i e n c e r e li a b i l it y a n d c o m p r e h e n s i v e e c o n o m y e t c B a s e d o n t h e e x p e r i e n c e o f d o m e s t i c a n d i n t e rn a t i o n a l h i g h v o l t a g e d i r e c t c u r r e n t H V D C p r o j e c t a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o n t e c h n o l o g y a n d e c o n o m y is c o n d u c t e d in o r d e r t o d e c i d e t h e r i g h t v o lt a g e l e v e l f o r t h e l o n g d i s t a n c e l a r g e c a p a c i t y H V D C p r o j e c t F r o m Y u n n a n to G u a n g d o n g Y u n G u a n g DC Study r e s u lts s h o w th e n e c e s s a r ity t o a d o p t th e 士 8 0 0 k V v o lta g e le v e l K E Y WO R D S U H V D C D i r e c t c u r r e n t v o l t a g e T r a n s m i s s i o n c a p a c i ty 0引言 随着我国社会经济的快速发展 土地资源日 趋紧缺 电网工程占用的输电走廊已成为制约输电网 发展的重要因素 为节省输电 通道 节约用地 减少送电损耗 增加输电容量及输电距离 需要研究 采用更高输电电压等级技术的可能性和必要性 目 前 交流输电电 压在世界各国已 有标准的电 压等级系列 但对于直流输电的标准电 压等级各国 都没有作出统一的规定 这是因为直流输电通过晶闸管元件或阀桥串 联可以方便地获得不同的电压和 电 流 但是 随着直流输电 技术的成熟 工程的增加 以及设备设计 制造 安装调试及运行经验的 积累 直流输电 工程采用的 输电电 压等级也会与交流输电 一样 逐步形成系列化和统一化 目 前采用 频率最高的是士 2 3 0 k V 士 4 0 0 k V 士 5 0 0 k V和士 6 0 0 k V o 直流架空线路的 输电电 压 不但决定着输电线路本身的建设费用 而且也直接影响换流站的 投资 直流输电电压的选择不仅要考虑线路本身及两端换流站的全部费用 而且要使所选择的导线截面和分 裂数满足导线表面允许的电 场强度的要求 同时需要考虑线路的输送容量和电压应与阀桥的额j E k 中国电机工程学会电力系统专业委员会2 0 0 5 年学术年会论文集 及电流相配合 以便使线路和阀桥都得到充分的利用 按照目 前中国 南方电网 西电 东 送规 划 云电 送粤直流输电 工 程规 划2 0 0 9 年6 月 建 成单极 2 0 1 0 年 双极建 成投运 输送容 量5 0 0 0 M W 输电 距离 1 5 0 0 k m 对于 如此大容量 远距离 输电 输电电 压 等级是 采用目 前士 5 0 0 k V或士 6 0 0 k V高 压直流还是采用士 8 0 0 k V特高 压直流 需要从 技 术经济两方面 进行综合论证 1 直流输电电 压等级 直流线路的输电电压 可以根据经验公式进行初步选择 1 1按经验公式计算直流输电电 压 然后经过技术经济论证最终确定 a 加拿大T e s h m o n t 公司推荐的 经验计算公式认为 直流经济输电电 压只与输送容量有关 计算 结果见下表 1 0 l U d 二 K P z 式中 U d 一 双 极 直 流 线 路 线 对 地 电 压 k V K 一为常数 取1 1 5 P 一直流输送功率 MW 依据输送容量估算的直流电压 T e s h m o n t 公司推荐公式 表 1 输送功率 MW 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 8 0 0 5 0 0 0 5 5 0 0 6 0 0 0 直流电压U d k V 5 7 5 0 6 2 9 9 6 8 0 3 7 9 6 7 8 1 3 2 8 5 2 9 8 9 0 8 b K i m b a r k E W 推荐的经验计算公式认为 直流经济输电电压与输送容量及输电距离有关 计 算结果见下表2 0 U d 1 0 0 0 尸 L 3 3 9 8 L 1 4 0 8 尸 式中 U d 一 双 极 直 流 线 路 线 对 地 电 压 k V P 一直流输送功率 MW L 一送电距离 K M 中国电机工程学会电力系统专业委员会2 0 05年学术年会论文集 根据输电 容量与输电 距离估算的 直流输电电 压 Ki m 匕 a rk E W经验公 式 表2单位 k V 2 5 0 0MW 3 0 0 OMW 3 5 0 OMW 4 8 0 0MW 5 0 0 0MW 5 5 0 0MW 6 0 0 OMW 1 0 0 0k m6 0 1 16 2 7 46 4 8 46 8 7 56 9 2 17 0 2 67 1 1 7 1 1 0 0k m6 1 5 66 4 3 86 6 657 0 9 37 1 447 2 5 97 3 5 9 1 2 0 0k m6 2 846 5 8 56 8 2 97 2 9 17 3 4 67 4 7 27 5 8 2 1 3 0 0k m6 3 996 7 1 86 9 7 87 4 7 27 5 3 27 6 6 87 7 8 6 1 4 0 Ok m6 5 0 36 8 3 87 1 1 37 6 3 97 7 0 37 8 4 87 9 7 石 1 5 0 Ok n 16 5 9 76 9 4 87 2 377 7 9 37 8 6 18 0 1 58 1 5 1 1 6 0 O k l l l6 6 8 37 0 4 97 3 5 07 9 3 68 0 0 78 1 7 18 3 1 5 1 7 0 0 k l l l6 7 6 17 1 4 17 4 5 58 0 6 88 1 4 48 3 1 68 4 6 8 2 0 0 Oki l l6 9 6 27 3 797 7 2 78 4 1 68 5 0 18 6 9 88 8 7 2 从表1 表2 所列出的计算结果看 加拿大Tes h m o ni 公司与儿m b a r k E W推荐的直流输电电 压经验 计算公式计算结果虽存在一定差异 但总体上相差不大 例如 输电容量5 0 00M W 输电 距离在1 5 00一 1 7 0 0 k l l l 左右时 直流输电电压的计算结果分别为士 s l3kV 士 7 86kV 均在士 s ookV左右 1 2 经济电 流密度 输电 损失 从国内 外已 建直流工程的 情况看 直流线路电 流密度通常选择I A rnm Z 左右 容量越大 线路越 长 所选择的电 流密度相对要小些 根据国标和美标 并综合考虑制造 施工等方面因素 直流线路 可选择的型号导线有L G J 一6 3 0 x 4 L G J 一7 2 0 x 4 L G J 一5 盼x 6 L GJ一 8 0 0 x 4 L GJ一 6 3 0 x 6 表3 一 表5 列出了不同直流输电电压 输电容量 导线截面的直流线路电流密度 表3 5 00kV 电 压等级直流线路电 流密度 3 0 0 0 M W3 5 0 0 MW5 0 0 0 MW L GJ 一6 3 0 x 4 9 0 1 1 9 0 01 3 9 0 0 L GJ 一7 2 0 x 4 9 0 1 0 4 1 71 21 5 3 L GJ 一5 0 0 x 6 5 0 1 0 0 01 1 6 6 7 L GJ 一8 0 0 x 4 1 0 00 9 3 7 5 1 0 9 3 8 L GJ 一6 3 0 x 6 1 0 0 0 7 9 4 00 9 2 6 01 3 2 3 表4 6 00kv 电 压等级直流线路电 流密度 3 0 0 O MW3 5 0 0 MW5 0 0 0 MW L GJ 一6 3 0 x 4 9 0 0 9 9 21 1 5 74 L GJ 一7 2 0 x 4 9 0 0 8 6 81 0 1 2 7 L GJ 一5 0 0 x 6 5 0 0 8 3 3 30 9 7 2 2 L GJ 一8 0 0 x 4 1 0 0 0 7 8 1 309 1 1 41 3 0 2 L GJ 一6 3 0 x 6 1 0 0 0 6 6 1 40 7 7 1 61 1 0 2 3 表5 8 00kv 电 压等级直流线路电 流密度 7 l 中国电 机工程学会电力系统专业委员会2 0 0 5 年学术年会论文集 3 0 0 0 MW3 5 0 0 MW4 8 0 0 MW5 0 0 0 MW 5 5 0 0 MW6 0 0 0 MW L G J 一6 3 0 x 4 9 00 7 4 40 8 6 8 L GJ 一7 2 0 x 4 9 01 0 41 71 0 8 5 1 1 1 9 3 61 3 0 2 1 L G J 5 0 0 x 6 5 01 0 0 01 0 4 1 7 1 1 4 81 2 5 0 0 L GJ 一8 0 0 x 4 1 0 0 0 9 3 7 5 0 9 7 6 61 0 7 4 21 1 7 1 9 L GJ 一6 3 0 x 6 1 0 0 0 7 9 3 70 8 2 6 7 0 9 0 9 40 9 9 2 1 直流输送容量3 0 0 0 M W 3 5 0 0 M W 采用士 8 0 0 k V电 压等级时直流输电 线路导 线经 济电 流密度偏 低 输送容量4 8 0 0 M W 6 0 0 0 M W 采用士 5 0 0 k V 土 6 0 0 k V电 压等级时直流输电 线路导线经济电 流 密 度偏高 因 此 对于4 8 0 0 M W 6 0 0 0 M W大容量直流输电 从导 线电 流密 度角 度看宜 采用士 8 0 0 k V 高电压等级 输送容量5 0 0 0 M W 输电 距离1 5 0 0 k m时 不同电 压等级直流线路电 压 功率损失 情况见下表6 0 表 6 直流线路电压 功率损失 电压等级 k V 5 0 06 0 08 0 0 输送功率 M W 5 0 0 05 0 0 05 0 0 0 导 线 型 号L GJ 6 3 0 x 6L GJ 一6 3 0 x 6L GJ 一6 3 0 x 6 直流电 阻 o h m k m 0 0 0 7 5 20 0 0 7 5 2 0 0 0 7 5 2 电 压损失 k V 5 6 44 7 3 5 2 5 末端电压 k V 4 4 3 6 5 5 37 6 4 7 5 电压损失率 1 1 2 8 7 8 3 4 41 功率损失 M W 5 6 43 9 2 2 2 0 受端功率 M W 4 4 3 64 6 0 8 4 7 8 0 功率损失率1 1 2 8 7 8 3 4 41 从上表 6 可以 看出 采用士 5 0 0 k V 土 6 0 0 k V电 压等级时直流线路输电功率损失 线路电 压降均 比8 0 0 k V电 压等级高出 许多 采用土 8 0 0 k V电 压等级 则有利于 提高 输电 效率 降 低线路压降 有利 于换流站设备的选型 1 3 直流输电电 压等级综合 经济性 结合文献 1 论证年费 用最优的 导线截面 不同电 压等级 输电 容量 输电 距离组合方案的 综合经 济性比较情况见下表7 中国电机工程学会电力系统专业委员会2 0 0 5 年学术年会论文集 表7单位输送容量年费用比较结果 单位 万元 MW 3 0 0 0 M W 5 0 0 k V6 0 0 k V 8 0 0 k V结果 L GJ 4 X8 0 0L GJ 4 X7 2 0L GJ 4 X8 0 0 1 3 0 0 k m3 2 3 03 3 4 2 3 7 4 65 0 0 k V 巧O O k m3 4 6 23 5 6 0 4 0 2 65 0 0 k V 1 7 0 0 k m3 6 9 43 7 7 7 4 3 0 65 0 0 k V 3 5 0 O MW 5 0 0 k V6 0 0 k V8 0 0 k V 结果 L GJ 4 X8 0 0L GJ 4 X8 0 0L GJ 4 X8 0 0 1 3 0 0 k m3 0 3 53 0 9 43 4 9 0 5 0 0 k V 1 5 0 0 k m3 2 6 43 3 0 3 3 7 4 15 0 0 k V 1 7 0 0 k m3 4 9 23 5 1 23 9 9 3 5 0 0 k V 5 0 0 0 MW 5 0 0 k V6 0 0 k V8 0 0 k V 结果 L GJ 4 X8 0 0 L GJ 4 X8 0 0L GJ 6 X6 3 0 1 3 0 0 k m41 5 24 2 1 12 9 6 8 8 0 0 k V 1 5 0 0 k m4 3 9 34 4 1 43 1 7 68 0 0 k V 1 7 0 0 k m4 6 3 54 6 1 73 3 8 38 0 0 k V 综合分析上表7 计算结果 有以下基本结论 输电距离1 3 0 0 k m 1 7 0 0 k m时 土 8 0 0 k V 电压等级输送5 0 0 0 MW的综合经济性比 1 5 0 0 k V 土 6 0 0 k V 明显占优 而输送容量为3 0 0 0 MW 3 5 0 0 MW时 由于士 8 0 0 k V 直流线路单位投资远高于t 5 0 0 k V 士 6 0 0 k V 其综合经济性比 士 5 0 0 k V 士 6 0 0 k V 要差 通过对采用的技术 经济指标如换流站投资 损耗小时数 电 价等敏感性分析 结果表明 1 对于输 送容量为5 0 0 0 M W的 直 流输电 系 统来说 由 于 换流站单 位M W造价 及能 损均为 最低 士 8 0 0 k V 电压等级的经济性仍优于士5 0 0 k V 士6 0 0 k V o 2 对于士 5 0 0 k V 士 6 0 0 k V两种电 压等级 当电 阻损耗小时 数增加或损耗电 价增加时 士 6 0 0 k V 电 压等级与士 5 0 0 k V电 压等级等值年费用的 差额减少 当 损耗电 价增加为0 4 2 元 A Wh 时 相当于目 前广东火电 平均上网电价 含脱硫 送电容量3 5 0 0 M W 送电 距离等于1 5 0 0 k m时 士 6 0 0 k V电 压等 级的经济性优于士5 0 0 k V o 2 士 8 0 0 k V 特高压直流输电 技术可行性初步分析 国外制造厂家