摘要：在特高压直流输电工程设计时，额定输送功率的确定是一个十分重要的问题。对±800 kV云广特高压直流输电工程中的4种输电规模（即6 000、5 500、5 000、4 800 MW）的技术参数进行了比较，并讨论了这4种方案的经济性及其对系统安全稳定的影响，在此基础上推荐5 000 MW 为该工程的输电容量。
关键词：特高压直流输电；输电容量；技术参数；稳定极限
随着经济的快速发展，我国土地资源越来越紧缺，为了减少输电通道的土地占用面积，减少送电损耗和增加送电容量，“十一五”、“十二五”期间云南向广东新增送电容量将采用±800kV电压等级直流输电方式［1］。按规划，云广直流将在2009年6月底单极投运，2010年上半年双极投运。
直流输电的优点之一是输送功率可以在最小输送功率到其暂态的过负荷能力之间的较大范围内进行灵活控制，甚至实现功率反送。但在直流输电工程设计时，额定输送功率的确定是一个十分重要的问题，因为直流输送的功率必须与设备和效益相匹配。功率过大将有可能导致直流的额定电流超过阀的耐受能力，换流变压器的尺寸与重量也可能超过运输条件允许的范围。输送功率的增大还会导致投资的增加，降低经济效益。因此，直流的额定输电容量需通过技术、经济比较来确定。
目前运行的直流输电工程最大额定电流一般在3 000 A左右［2］，小于此额定电流水平的直流输电工程可以应用目前成熟的125
mm（简称5 in）阀片。就±800 kV等级直流工程而言，当其送电规模超过4 800 MW时（相应于额定电流为3000 A），需要研究其技术可行性。根据送端云南电网的电源规模及受端广东电网的市场空间，云广±800 kV直流的送电规模有4个方案可供选择：6000（方案1）、5 500（方案2）、5 000(方案3)、4 800 MW（方案4）。这些方案的额定电流如表1所示。
表1 不同送电规模方案的额定电流
本文就云广±800 kV特高压直流输电不同输电容量对技术参数的要求、对系统安全稳定水平的影响及其经济性进行了研究，目的是通过综合比较进一步确定特高压直流输电的合理输电容量。
1 不同直流输电规模的技术参数
1.1 额定电流和过负荷能力
在直流工程设计中，晶闸管阀是要优先考虑的设备之一。目前世界上比较成熟的晶闸管阀片为125 mm阀片，额定电压为7.2～8kV，额定电流在3 000 A左右，最大短时电流可达到约4 700 A［3］。
直流输电工程的一个重要要求是其故障后的快速恢复能力，或者有足够的冗余备用，以供在故障不能在短时间内恢复时使用。高压直流输电的过负荷能力能够在一定条件下保证系统出现功率波动时自动恢复正常，同时也允许当一个极或一条线路退出运行时，将健全极转为过负荷运行，以减少对整个系统的冲击。
目前,应用于±500 kV直流输电的125 mm阀片，在不增加冷却系统容量的情况下，其短时电流可达到4 500A。因此，目前国内的直流输电工程，如天广（天生桥—广东）等直流工程要求直流输电具有1.5倍的暂时过负荷能力。
对于±800 kV直流输电工程, 如采用125 mm阀片,即使按增加冷却系统容量的情况考虑，阀片的短时电流要达到4700 A，在4个待选方案中只有方案3（5 000 MW）、方案4（4 800 MW）的最大过负荷能力能够做到不低于目前500kV直流的水平，而方案1（6 000 MW）、方案2（5 500 MW）的最大过负荷能力均低于这一水平。
为了满足过负荷能力的需求，则需要具有更高电流能力的阀片。这一要求可通过2个途径来实现［3］：①降低125mm阀片的使用电压，如4 500 A/5.5 kV，但这将导致阀片串联数量的迅速增加，进而增加阀塔的尺寸；②开发150mm（简称6 in）的阀片。
对于150 mm的晶闸管阀片，ABB公司和Siemens公司虽然都认为技术上不存在太大问题，但基于开发成本和市场需求的考虑而未表现出很大的积极性。而且云广直流要求2009年6月投运，阀片的研发进度也不一定能够配合云广直流输电工程进度的需求。
额定电流对接地极的设计也有一定的影响。单极大地回线运行时，高电流注入大地所导致的影响往往事先难以准确估量，因此在可能的情况下，控制注入大地的电流是有必要的。
对于方案1（6 000 MW）、方案2（5 500 MW），由于输送功率大，需要更强的过负荷能力来减少对系统的冲击。但这2个方案的额定电压和电流都很大，接近设备的极限，过负荷能力受到较大限制，裕度较小。在双极发生故障或停运检修时，由于无健全极的过负荷能力可供利用，情况可能更为严重。相对而言，方案3（5000 MW）、方案4（4 800 MW）的电流裕度较大，能充分利用直流的过负荷能力，在直流输电发生故障时能减少对系统的冲击。
总之，就额定电流和过负荷能力而言，在目前的技术条件下，云广特高压直流输电容量宜在方案3、方案4中选择。
1.2 换流变与阀组接线
换流变的体积设计以及阀组接线方式不仅与直流额定输电容量有关，而且还受运输条件的限制。云广直流输电换流站位于云南西部的昆西北地区，对变压器等大件运输可行的方案只有铁路＋公路或水路＋公路的运输方式。从云南送端换流站的情况看，按照大件运输研究结果，铁路运输限界大约为3.46m×4.9 m（宽×高）、运输质量不超过400 t，公路运输最好不超过12 m×5 m（长×高）、运输质量不超过400t［4］。
目前国内的±500 kV直流输电工程中一般采用每极一个12脉冲阀组的接线方式。但如在云广±800 kV直流输电工程中仍采用这种方式，则4个容量方案中单台换流变压器（单相双绕组）的容量将达到602、552、502、482MVA。根据目前的经验推断，运输尺寸将超过国内铁路和公路运输的界限。综合考虑国内的运输条件与厂商的制造能力，换流器的布置型式宜采用每极2个12脉冲阀组的方案。
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