李小偉 黎敏 李镕耀 莫昌明

摘要：目前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，電力工程的發(fā)展也有了很大的進(jìn)步。與現(xiàn)有交流輸電線路擴(kuò)容改造方案相比，將交流輸電線路改造成直流輸電線路（輸電線路交改直）的方式能夠最大程度地發(fā)揮原有線路的輸電能力使其輸電功率最大化，因而具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：面向農(nóng)村偏遠(yuǎn)電網(wǎng);輸電線路;交改直技術(shù)方案研究

引言

農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)由于遠(yuǎn)離配電網(wǎng)核心區(qū)域，輸電線路較長(zhǎng)，設(shè)備陳舊，導(dǎo)致供電可靠性低、電能質(zhì)量差。對(duì)此，提出采用柔性直流配電網(wǎng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)供電進(jìn)行改造的方案。從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，指出采用將原有交流線路改造成直流線路的方式，可降低建設(shè)成本，可為實(shí)際工程規(guī)劃與分析提供參考。

1直流供電方案及其優(yōu)勢(shì)

直流供電方案是在配網(wǎng)核心區(qū)和農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)分別建設(shè)一個(gè)直流換流站C1和C2，然后采用直流線路將兩者連接，保留農(nóng)村配網(wǎng)原本的交流用電習(xí)慣，配電結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線段表示將原交流線路改造成直流線路，直流線路上可實(shí)現(xiàn)沿線光伏、風(fēng)電和儲(chǔ)能的并網(wǎng)。在換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，考慮到供電的靈活性和可靠性，用戶側(cè)換流站C2需采用VSC（電壓源換流器），配網(wǎng)側(cè)換流站C1可采用VSC或晶閘管換流器等拓?fù)湫问剑跐M足系統(tǒng)運(yùn)行方式的前提下，可采用性價(jià)比更優(yōu)的換流器形式。與采用交流配線的方式相比，該方案具備如下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于直流線路大于交流線路的供電半徑，該方案能夠在保證電壓降的同時(shí)，將電能輸送至偏遠(yuǎn)地區(qū)，并保證受端的電壓幅值和頻率可以滿足要求。（2）采用直流形式后，從配網(wǎng)核心區(qū)至農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)沿途的光伏、風(fēng)機(jī)等新能源能夠通過(guò)直流配網(wǎng)掛網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)新能源的便捷接入，解決了新能源電能難以輸出等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)新能源資源的優(yōu)化利用。（3）通過(guò)在直流側(cè)配置儲(chǔ)能，能夠有效平抑光伏、風(fēng)機(jī)等功率波動(dòng)對(duì)配網(wǎng)的影響，同時(shí)提高農(nóng)村電網(wǎng)的供電可靠性。（4）圖1中虛線部分的直流線路可以由原交流線路改造而得，從而降低工程建設(shè)成本;同時(shí)，開展交改直的試點(diǎn)示范研究，有助于促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。（5）當(dāng)C1換流站與配網(wǎng)因故障隔離，或直流線路發(fā)生故障后，直流配網(wǎng)剩余系統(tǒng)與農(nóng)村電網(wǎng)將形成孤網(wǎng)，但系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行，保障了農(nóng)村電網(wǎng)的供電可靠性。（6）C2換流站具備無(wú)功調(diào)節(jié)和電能質(zhì)量治理等功能，能夠有效調(diào)節(jié)農(nóng)村電網(wǎng)的電壓水平和電能質(zhì)量，降低農(nóng)村配網(wǎng)的線損。

2應(yīng)對(duì)的措施

2.1加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)地線的檢修

輸電線路中導(dǎo)地線的連接是通過(guò)配套的接續(xù)管來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在導(dǎo)地線連接之前需要注意的是，要對(duì)相關(guān)試件的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，確保所有的試件質(zhì)量都符合標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)輸電線路的導(dǎo)地線進(jìn)行檢修的過(guò)程中，要對(duì)新試件的強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其強(qiáng)度值要大于導(dǎo)地線計(jì)算拉力的95%，要控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。對(duì)于輸電線路中應(yīng)用的不用材質(zhì)、不用規(guī)格的導(dǎo)線，不能在同一個(gè)耐張段內(nèi)進(jìn)行連接。除此之外還要對(duì)接續(xù)管與耐張線夾之間的距離進(jìn)行嚴(yán)格的把控，水平距離要控制在15m以上，與懸垂線之間的距離要控制在5m以上，與間隔棒之間的間距要保持在0.5m以上，同時(shí)為了盡可能減少線損，要減少接續(xù)管的使用數(shù)量。

2.2強(qiáng)化線路巡檢工作

線路巡檢是輸電線路檢修工作的重要內(nèi)容，為了盡可能減少輸電線路故障發(fā)生的概率，就需要加強(qiáng)輸電線路巡檢工作力度。在巡檢工作開始之前，①需要做的就是明確巡檢工作的具體內(nèi)容，并且要能夠做到定時(shí)、定人、定線的巡檢，以此來(lái)保證輸電線路的巡視率能夠達(dá)到百分之百。還需要根據(jù)輸電線路架設(shè)當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓?，?lái)不定期的安排相應(yīng)的巡檢工作，以此來(lái)降低氣候因素對(duì)輸電線路安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)的影響。②需要加強(qiáng)對(duì)線路通道的運(yùn)行管理，在巡視過(guò)程中將發(fā)現(xiàn)的線路的缺陷詳細(xì)記錄下來(lái)，這樣在之后的檢修工作中就能夠根據(jù)這些缺陷采取針對(duì)性的措施。③要對(duì)線路范圍內(nèi)的樹木以及房屋進(jìn)行合理的處理，這樣能夠確保檢修工作的順利進(jìn)行。

2.3加大對(duì)重點(diǎn)地區(qū)的線路檢查力度

對(duì)于一些輸電線路架設(shè)規(guī)模較大、數(shù)量較多以及地理環(huán)境較復(fù)雜的區(qū)域，應(yīng)加大在人力、物力、財(cái)力方面的投入力度，應(yīng)該對(duì)該地區(qū)的輸電線路情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查，由于輸電線路架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的情況相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，為了提高檢修工作的質(zhì)量和效率，使檢修人員的生命安全得到保障，該地區(qū)的檢修人員應(yīng)該有著統(tǒng)一的指揮、統(tǒng)一的安排、明確的分工，要能夠使檢修現(xiàn)場(chǎng)所有的檢修工作都能夠按照一定的秩序來(lái)開展。除此之外，在檢修工作開展之前，需要事先做好技術(shù)交底工作，要能夠使檢修操作人員對(duì)整個(gè)檢修計(jì)劃有著非常詳細(xì)的了解，這對(duì)提高檢修工作的效率來(lái)說(shuō)有著非常重要的作用。

3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如果將AB、BC和BD3條交流線路改造成直流線路，且采用TPS-HVDC或TPT-SWAC-HVDC結(jié)構(gòu)，那么，過(guò)渡階段需要進(jìn)行電壓反向的一極要控制好各換流站直流電流，維持該極上的直流電流在電壓反向過(guò)程中始終保持為0，以維持功率穩(wěn)定。這需要較為復(fù)雜的協(xié)調(diào)控制和快速通信，另外，大范圍同時(shí)性的電壓電流調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的可靠性也是一個(gè)考驗(yàn)。如果被改造的線路采用TWBS或TBPT-SWAC結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)換流站的直流側(cè)僅含正負(fù)極端口，與雙極直流相同，能夠和雙極線路無(wú)縫銜接。擴(kuò)展式MTDC具有易擴(kuò)展特性，同時(shí)，無(wú)論多端直流網(wǎng)絡(luò)的端口數(shù)目有多大，都不需要如同TPS-MTDC所需的全網(wǎng)全站式協(xié)調(diào)控制。在電能擴(kuò)容傳輸方面，通過(guò)引入TWBS或TBPT-SWAC，能夠充分利用原有交流線路的傳輸線，擴(kuò)大傳輸容量。每條線路內(nèi)的電壓電流轉(zhuǎn)換過(guò)程各不干擾，無(wú)需通訊協(xié)調(diào)。針對(duì)基于TWBS結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展式三端直流進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究和仿真分析，驗(yàn)證了該改造方案的可行性。隨著化石能源的大量開采，環(huán)境問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注，開發(fā)利用清潔可再生能源的呼聲也越來(lái)越高。而直流電網(wǎng)是有效解決新能源大規(guī)模接入的一種方案。在直流電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，從新建輸電走廊的經(jīng)濟(jì)性和困難度來(lái)看，將交流線路改造成直流線路的方法顯得更加可行。給出一個(gè)含有25個(gè)節(jié)點(diǎn)的直流電網(wǎng)模型，其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)與交流系統(tǒng)相連的換流站，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的黑線代表傳統(tǒng)雙極傳輸線，藍(lán)色線代表采用TWBS或TPBT-SWAC技術(shù)的三線傳輸線。給出了3種三線傳輸線的連接方式：兩節(jié)點(diǎn)連接型，三節(jié)點(diǎn)連接型和四節(jié)點(diǎn)環(huán)形連接型。

結(jié)語(yǔ)

輸電線路關(guān)系到正常的生產(chǎn)生活以及社會(huì)的穩(wěn)定，所以輸電線路的檢修工作受到了越來(lái)越高的重視，加強(qiáng)對(duì)輸電線路檢修工作的研究力度也是現(xiàn)階段電力企業(yè)的重要工作內(nèi)容之一。本文僅介紹了交流線路改造成直流線路的換流站拓?fù)浞桨福鴮?shí)際改造工程中，輸電線路的選型、輸電桿塔的改造、直流配線電壓電流等級(jí)等方案選擇同樣重要，有待進(jìn)一步研究。

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