摘要：在特高壓直流輸電工程設計時，額定輸送功率的確定是一個十分重要的問題。對±800 kV云廣特高壓直流輸電工程中的4種輸電規模（即6 000、5 500、5 000、4 800 MW）的技術參數進行了比較，并討論了這4種方案的經濟性及其對系統安全穩定的影響，在此基礎上推薦5 000 MW 為該工程的輸電容量。
關鍵詞：特高壓直流輸電；輸電容量；技術參數；穩定極限
隨著經濟的快速發展，我國土地資源越來越緊缺，為了減少輸電通道的土地占用面積，減少送電損耗和增加送電容量，“十一五”、“十二五”期間云南向廣東新增送電容量將采用±800kV電壓等級直流輸電方式［1］。按規劃，云廣直流將在2009年6月底單極投運，2010年上半年雙極投運。
直流輸電的優點之一是輸送功率可以在最小輸送功率到其暫態的過負荷能力之間的較大范圍內進行靈活控制，甚至實現功率反送。但在直流輸電工程設計時，額定輸送功率的確定是一個十分重要的問題，因為直流輸送的功率必須與設備和效益相匹配。功率過大將有可能導致直流的額定電流超過閥的耐受能力，換流變壓器的尺寸與重量也可能超過運輸條件允許的范圍。輸送功率的增大還會導致投資的增加，降低經濟效益。因此，直流的額定輸電容量需通過技術、經濟比較來確定。
目前運行的直流輸電工程最大額定電流一般在3 000 A左右［2］，小于此額定電流水平的直流輸電工程可以應用目前成熟的125
mm（簡稱5 in）閥片。就±800 kV等級直流工程而言，當其送電規模超過4 800 MW時（相應于額定電流為3000 A），需要研究其技術可行性。根據送端云南電網的電源規模及受端廣東電網的市場空間，云廣±800 kV直流的送電規模有4個方案可供選擇：6000（方案1）、5 500（方案2）、5 000(方案3)、4 800 MW（方案4）。這些方案的額定電流如表1所示。
表1 不同送電規模方案的額定電流
本文就云廣±800 kV特高壓直流輸電不同輸電容量對技術參數的要求、對系統安全穩定水平的影響及其經濟性進行了研究，目的是通過綜合比較進一步確定特高壓直流輸電的合理輸電容量。
1 不同直流輸電規模的技術參數
1.1 額定電流和過負荷能力
在直流工程設計中，晶閘管閥是要優先考慮的設備之一。目前世界上比較成熟的晶閘管閥片為125 mm閥片，額定電壓為7.2～8kV，額定電流在3 000 A左右，最大短時電流可達到約4 700 A［3］。
直流輸電工程的一個重要要求是其故障后的快速恢復能力，或者有足夠的冗余備用，以供在故障不能在短時間內恢復時使用。高壓直流輸電的過負荷能力能夠在一定條件下保證系統出現功率波動時自動恢復正常，同時也允許當一個極或一條線路退出運行時，將健全極轉為過負荷運行，以減少對整個系統的沖擊。
目前,應用于±500 kV直流輸電的125 mm閥片，在不增加冷卻系統容量的情況下，其短時電流可達到4 500A。因此，目前國內的直流輸電工程，如天廣（天生橋—廣東）等直流工程要求直流輸電具有1.5倍的暫時過負荷能力。
對于±800 kV直流輸電工程, 如采用125 mm閥片,即使按增加冷卻系統容量的情況考慮，閥片的短時電流要達到4700 A，在4個待選方案中只有方案3（5 000 MW）、方案4（4 800 MW）的最大過負荷能力能夠做到不低于目前500kV直流的水平，而方案1（6 000 MW）、方案2（5 500 MW）的最大過負荷能力均低于這一水平。
為了滿足過負荷能力的需求，則需要具有更高電流能力的閥片。這一要求可通過2個途徑來實現［3］：①降低125mm閥片的使用電壓，如4 500 A/5.5 kV，但這將導致閥片串聯數量的迅速增加，進而增加閥塔的尺寸；②開發150mm（簡稱6 in）的閥片。
對于150 mm的晶閘管閥片，ABB公司和Siemens公司雖然都認為技術上不存在太大問題，但基于開發成本和市場需求的考慮而未表現出很大的積極性。而且云廣直流要求2009年6月投運，閥片的研發進度也不一定能夠配合云廣直流輸電工程進度的需求。
額定電流對接地極的設計也有一定的影響。單極大地回線運行時，高電流注入大地所導致的影響往往事先難以準確估量，因此在可能的情況下，控制注入大地的電流是有必要的。
對于方案1（6 000 MW）、方案2（5 500 MW），由于輸送功率大，需要更強的過負荷能力來減少對系統的沖擊。但這2個方案的額定電壓和電流都很大，接近設備的極限，過負荷能力受到較大限制，裕度較小。在雙極發生故障或停運檢修時，由于無健全極的過負荷能力可供利用，情況可能更為嚴重。相對而言，方案3（5000 MW）、方案4（4 800 MW）的電流裕度較大，能充分利用直流的過負荷能力，在直流輸電發生故障時能減少對系統的沖擊。
總之，就額定電流和過負荷能力而言，在目前的技術條件下，云廣特高壓直流輸電容量宜在方案3、方案4中選擇。
1.2 換流變與閥組接線
換流變的體積設計以及閥組接線方式不僅與直流額定輸電容量有關，而且還受運輸條件的限制。云廣直流輸電換流站位于云南西部的昆西北地區，對變壓器等大件運輸可行的方案只有鐵路＋公路或水路＋公路的運輸方式。從云南送端換流站的情況看，按照大件運輸研究結果，鐵路運輸限界大約為3.46m×4.9 m（寬×高）、運輸質量不超過400 t，公路運輸最好不超過12 m×5 m（長×高）、運輸質量不超過400t［4］。
目前國內的±500 kV直流輸電工程中一般采用每極一個12脈沖閥組的接線方式。但如在云廣±800 kV直流輸電工程中仍采用這種方式，則4個容量方案中單臺換流變壓器（單相雙繞組）的容量將達到602、552、502、482MVA。根據目前的經驗推斷，運輸尺寸將超過國內鐵路和公路運輸的界限。綜合考慮國內的運輸條件與廠商的制造能力，換流器的布置型式宜采用每極2個12脈沖閥組的方案。
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