特高压直流输电：打造电力的“直达快车”
访北京网联直流工程技术有限公司总经理常浩
特高压直流输电具有输送容量大、输电损耗低、用地少、控制灵活等优点。±800千伏直流特高压与1000千伏交流特高压共同发展，构成国家电网特高压骨干网架。建设直流特高压能获取哪些效益？工程规划和目前的进展如何？对相关产业将具有何种带动力？未来又将绘制一幅怎样的蓝图？本文将对这些问题提供初步的解答。
特高压直流输电：打造电力的“直达快车”
——访北京网联直流工程技术有限公司总经理常浩
效益篇：立足现实的长远
谋划 >>
记者：特高压直流在我国的特高压电网中担当什么角色？
常浩：特高压交流与特高压直流都是特高压电网的有机组成部分，其应用各有特点，两者相辅相成，互为补充。
特高压直流输电具有单回输送容量大、输电损耗低、用地总量少、控制灵活方便等优点，可以点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。从输送能力看，一条±800千伏直流线路的输送功率与单回1000千伏交流特高压线路输送的自然功率基本相当。从输电距离看，当输电距离超过1500公里时，±800千伏直流输电方式在经济性方面占有明显优势。从电网特点看，1000千伏特高压交流输电系统可以形成坚强的网架结构，对电力的传输、交换、分配十分灵活，可结合中途落点向沿途地区供电；±800千伏直流特高压不能形成网络，必须依附于坚强的交流输电网才能发挥作用。因此，特高压交流定位于更高一级电压等级的网架建设和跨大区联网送电，特高压直流输电定位于我国西部大水电基地、大煤电基地以及境外电力的超远距离大容量输送。
记者：建设特高压直流输电工程有哪些意义？
常浩：作为特高压电网的一部分，特高压直流输电工程建设能带来显著的经济效益和社会效益。
第一，符合我国能源禀赋现状，能实现电力资源优化配置。
我国能源和负荷分布的不均衡决定了今后我国能源远距离、大规模流动的必然趋势。“西电东送”是我国西部大开发战略的重要组成部分，从国外引进电力也是我国的能源发展战略之一。这都要求输电工程具有更强的输电能力和更高的输电效率，实现安全可靠、经济合理的大容量、远距离送电。从有效送电距离和经济输电容量、充分利用送受端有限的线路走廊资源等角度出发，特高压直流输电是非常合适的选择。研究表明，±800千伏是切实可行的特高压直流输电电压等级。
第二，有利于建设资源节约型、环境友好型社会。
特高压直流输电工程将实现大规模跨区联网，可以获得错锋、调峰、水火互济、互为备用、减少弃水电量等巨大的联网效益，降低网损。
与±500千伏直流相比，±800千伏直流输电在输电损耗、输变电投资、年运行费用、减少换流站数目和节省线路走廊等方面都具有很大优势。以溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩水电站送出工程为例，采用±800千伏级直流与采用±600千伏级直流相比，输电线路可以从10回减少到6回，节省输电走廊占地300平方公里。
建设西南水电基地和晋陕蒙宁等煤电基地，并通过特高压直流输电工程外送电力，有利于将西部地区的资源优势转化为经济优势，推进煤炭行业健康有序发展，起到电网引导电源建设的作用。同时减少中、东部地区的环保压力，促进区域经济社会协调发展。
第三，有利于提升特高压直流设备的自主研发制造能力。
依托特高压直流输电工程建设，可以增强我国科技自主创新能力，全面提升国内输变电设备制造企业的自主研发制造能力，提高企业国际竞争力。特高压直流输电工程建成后，其建设标准、设计规范也将成为全世界特高压直流输电工程设计、建设的规程规范，具有重大的技术创新意义和市场引导意义。
规划篇：“内外兼修”的战略
前景 >>
记者：国家电网公司对特高压直流工程建设进行的整体战略部署是怎样的？
常浩：目前，国家电网公司已计划为金沙江一期溪洛渡、向家坝两个梯级电站（1860万千瓦）送电华中、华东和雅砻江锦屏一、二级电站（840万千瓦）送电华东配套建设4个±800千伏、4000安的特高压直流输电工程，分别是向家坝至上海±800千伏直流输电工程（2133公里）、溪洛渡左至株洲±800千伏直流输电工程（980公里）、溪洛渡右至浙西±800千伏直流输电工程（1751公里）和锦屏（西昌）至苏南±800千伏直流输电工程（2305公里），每回输送容量640万千瓦。其中，为配合向家坝水电站首批机组2012年投产，向家坝至上海特高压直流送出工程将在2011年投运一个单极，2012年投运双极。除金沙江、雅砻江的几回特高压直流输电工程外，特高压直流输电工程还将成为西藏水电、新疆煤电外送的重要渠道。同时，特高压直流也将在跨国电力合作方面发挥重要作用。
记者：请您具体谈谈特高压直流输电在优化国内资源配置和开展跨国电力合作方面的作用。
常浩：我国水能和煤炭资源丰富，三分之二以上的经济可开发水能资源分布在西南地区的四川、西藏、云南，三分之二以上的煤炭保有储量分布在西北部的山西、陕西和内蒙古三省区。根据我国的水电资源开发战略，西南水电的外送容量约5300万千瓦，黄河中上游水电外送容量约为1684万千瓦，西藏水电技术可开发容量为6785万千瓦。而负荷中心主要集中在我国东部。高电压、大容量、长距离送电正是特高压直流输电的优势所在。根据国家电网公司的规划部署，到2020年，为配合金沙江、雅砻江流域的水电开发，将建设4回特高压直流输电工程送电至华中和华东地区；为配合西藏水电开发，将建设1回特高压直流工程外送电力。
在立足国内的基础上，我国将逐步加强与周边国家的能源合作，弥补我国发电能源缺口。特高压直流输电技术的应用，将为周边国家向我国远距离、大容量送电创造极为有利的条件。
根据中俄两国电力公司签署的协议，到2015年，在中国和俄罗斯之间将开始规划±800千伏、640万千瓦特高压直流输电工程，从俄罗斯远东电网和东西伯利亚电网向中国华北电网送电。
国家发改委、国家电网公司已经与蒙古方面签订了从蒙古购电的协议，国家电网公司将作为主要投资方，在蒙古建设总装机容量为1080万千瓦火电厂，所发电量一部分用于蒙古，一部分输送到我国华北地区，采用特高压直流输电方案将非常适合于中蒙电力合作。
哈萨克斯坦到中国的特高压直流输电工程也在洽谈过程中。预计起点为哈萨克斯坦埃基巴斯图兹煤电基地，落点在中国西安，直流线路长约3800公里，输电容量在600万千瓦以上。
据不完全统计，到2020年，国内将建设8条特高压直流线路，直流输电线路长达1.5万多公里。届时，特高压直流将在中国大地上绘成一幅宏伟的蓝图，为中国的经济发展作出不可估量的贡献。
技术篇：以自主研发掌控核心技术 >>
记者：发展特高压直流输电，面临哪些主要技术难题？
常浩：国家电网公司将要开工建设的特高压直流输电工程，其直流电压将达到±800千伏，直流电流将达到4000安，均为世界之最。与常规的高压直流输电工程相比，势必要面对各种技术挑战。
第一，设备制造难度大，其中包括换流变压器、换流阀、换流变压器套管和穿墙套管等。
第二，设备外绝缘要求高。特高压直流对线路绝缘子的绝缘要求很高。另外，由于我国特高压直流输电线路经过西部高海拔地区，还必须考虑高海拔对外绝缘的影响。
第三，换流站主接线的结构复杂。特高压直流输电系统采用双12脉动换流器串接，晶闸管的数量大大增加。换流变压器台数增加，一个换流站需要24台变压器，运行接线方式复杂，控制保护要求高，设备布置难度大。
第四，电磁环境复杂。主要涉及可听噪声、无线电干扰、地面合成场强等方面。
第五，接地极入地电流更大。±800千伏特高压直流输电单极运行时，接地极入地的电流达4000安。
第六，极故障闭锁对电力系统的稳定运行冲击大。
记者：针对这些问题，需要开展哪些工作？
常浩：将科研单位和有经验的制造厂商联合起来组成特高压直流工作组，共同开展工作，是解决特高压直流关键技术最有效的途径。
2005年3月19日，国家电网公司牵头成立了以网联直流工程技术有限公司、西安高压电器研究所、ABB、西门子为主的特高压直流工作组，根据不同的议题邀请国内外相关制造企业和研究机构参加。成立特高压直流工作组，目的就是要相互交流，共同论证±800千伏特高压直流输电工程各种技术方案的可行性，研究关键技术问题及其解决方案，确定基础的边界条件、设计原则、测试标准，为编制±800千伏特高压直流输电工程功能规范书提供技术保障和技术依据。特高压直流工作组的研究工作将分成五个阶段：前期研发、系统研究及成套设计、设备招投标、设备制造及供货、工程建设及调试。当前主要在进行前三个阶段的工作。
同时，现有的国内外直流输电标准已不能满足我国±800千伏特高压直流输电工程的需要，必须尽快建立适应我国电力发展的特高压直流输电标准体系。
从研究结果看，特高压直流输电不存在技术上难以逾越的障碍。向家坝—上海特高压直流输电工程的第一版功能规范书和换流变压器、平波电抗器、换流阀、控制保护等设备的第一版技术规范书均已发布，各相关设备制造企业正在根据规范书的要求，调整和修正自己的研发计划和方案。这些都为特高压直流输电系统成套设计工作提供了更加有利的条件。
记者：您一再强调系统研究和成套设计，其价值和具体内涵如何理解？
常浩：直流换流站不同于交流变电站，是一个非常复杂的系统，各种设备共计约700台(套)，其中主设备有换流变压器、换流阀、平波电抗器等。除此之外，还有各种直流电流和电压测量装置、直流套管、直流开关（断路器、隔离开关、接地刀闸等）、避雷器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿装置等设备。如何将上述众多设备组合成一个有机整体，实现换流站乃至直流系统的整体功能，是直流输电系统研究和成套设计的基本任务。
成套设计是一种工程技术管理方法，也是一种工程实施的组织模式。它高效率地开展标准化、集约化设计，为达到工程的科学合理、经济节约、安全可靠、环境保护、可持续发展的目标而追求整体优化结果。直流输电工程因其特殊技术要求和设备种类数量大、非标准因素多等原因，需要在直流工程的实施过程中安排系统研究和成套设计阶段，与工程设计同期开展，以实现直流系统建设的关键目标，保障直流工程的建设能满足业主的要求。
直流输电系统研究和成套设计技术是直流输电的核心技术。开展成套设计是实施直流工程的必要前提，要依据功能规范书的要求，参考国内外设备企业的制造能力，针对系统及站址条件，优化直流系统整体性能，设计主回路参数、控制保护系统结构及功能，协调各设备接口关系，提出设备技术规范、设备监造导则、调试验收方案等工程建设全过程的技术要求和管理方案，协调设备制造、试验和质量监控，降低工程造价，确保工程质量和进度。
记者：在特高压直流输电工程建设中，国产化被提到了很高的地位。如何理解我国特高压直流工程国产化的含义？
常浩：特高压直流输电工程国产化，包括直流系统研究和成套设计自主化与直流设备制造技术自主化两大方面。鉴于高压直流输电技术科技含量高，以前相对于交流工程的市场份额小，直流输电技术被少数跨国集团所垄断，在一定程度上限制了我国大力发展电力工业和优化能源战略的步伐。因此，推进特高压直流输电工程国产化，是市场竞争的需要，也是进一步提高我国重大技术装备研发水平、增强产业核心竞争力、带动国内相关产业链全面进步的重大举措。
从我国的第一个高压直流输电项目葛南直流工程开始，国内相关的设计、咨询、科研、生产运行、设备制造等单位就积极参与，并进行了部分技术转让。经过天广工程、三常工程、三广工程、贵广工程的全面引进和消化吸收，国内已经基本具备了高压直流输电工程国产化的能力。三沪直流输电工程换流站设备的自主化率超过70%，灵宝背靠背直流联网工程换流站主要设备的自主化率已达到100%。目前，常规高压直流工程的系统研究和成套设计已经完全能够自主化。
随着三峡电力外送、全国联网以及“西电东送”工程的逐步实施，电网建设进入了一个高峰期，为我国高压输变电设备的发展带来了巨大的机遇与挑战。以特高压直流输电工程建设为契机，我国将全面推动自主研发和科技创新，掌握特高压直流输电核心技术，培养一批高素质的直流工程研究、设计、调试及管理人才，实现特高压直流输电工程可研、系统研究、成套设计、工程设计和设备制造的国产化，为我国逐步具备直流输电技术的国际领先优势打好基础。
特高压直流输电工程需要研发绝缘水平更高、通流能力更强的换流变压器、平波电抗器、直流滤波器、旁路断路器、直流电压和电流测量装置、直流场设备，以及室内室外用的绝缘子等设备。采用特高压直流输电技术，可以促进电力和相关行业自主创新，带动民族工业发展。以溪洛渡、向家坝水电站送出工程为依托，研究和建设±800千伏4000安640万千瓦直流工程，可以大幅提升国内直流输电设备开发、生产和试验能力，进一步巩固我国作为直流输电第一大国的地位。通过在国内建立世界第一条6英寸晶闸管元件生产线，可以提升我国电力电子行业的制造能力，同时还可广泛应用到其他工业领域，并逐步成长为高科技出口产业。
影响篇：科学运作铸就环保、安全与稳定 >>
记者：特高压直流输电工程对生态环境将造成哪些影响？为降低影响采取了哪些措施？
常浩：特高压直流输电对环境和生态的影响是一个非常重要的课题。主要影响因素有：由电晕所产生的可听噪声、无线电通信干扰和入地电流对生态环境的影响等。各国的研究表明，只要合理选择分裂子导线的半径和根数，以及分裂间距和离地高度，减少单极大地回路运行的机率，这些影响和干扰均可被限制在允许范围内。可以明确地说，特高压直流输电工程对生态环境的各种影响都能达到我国相关标准或规定的要求。
记者：未来特高压直流加入交流特高压同步电网后，对电网的安全稳定运行会带来什么影响？
常浩：点对点的特高压直流输电工程不具备组建网络的功能，在受端需要依赖坚强的交流电网支撑。直流系统的故障对受端交流系统产生影响，使受端交流系统产生频率稳定、电压稳定或者功角稳定问题。受端交流系统的扰动也可能会导致直流换相失败或者停运。
交直流系统的相互影响，在工程建设的可行性研究阶段就予以了相当充分的考虑，在设计上不允许交直流系统在单一扰动时破坏电网的稳定运行。
我国直流输电的特点是多条直流输电线路馈入同一受端电网，受端交流系统接受外来电力比例较大，多条直流与交流并列形成交直流输电系统。针对这种情况，一是在系统规划阶段避免多回直流系统馈入较弱的交流系统中；二是通过电网互联扩大受端电网规模，提高电网强度；三是采用灵活交流输电技术，提高受端电网的稳定性。通过这些措施，将有效改善直流多馈入交流电网的稳定性。研究结果表明，采取必要措施后，电网的安全稳定是有保障的。
建设篇：以专业优势发挥主导作用 >>
记者：我们了解到，网联直流公司参与完成了国内多项直流工程的系统研究和成套设计，请介绍一下网联直流公司在这方面走过的历程。
常浩：目前，网联直流公司主要从事特高压以及常规高压直流输电工程的咨询研究及功能规范书的编制、系统研究和成套设计、设备监理、设备测试及分系统调试等与直流工程相关的各项业务。
在特高压直流工程方面，网联直流公司按照国家电网公司的统一部署，在过去的一年里开展了特高压直流工程的前期咨询研究、功能规范书编制和预系统设计工作，承担了国家电网公司科技部下达的八个特高压直流专题科技攻关项目，作为主要成员单位之一，参加了特高压直流工作组，编制完成了多个与特高压直流工程相关的规程和标准。通过上述技术储备和对特高压直流工程各项工作的积极参与，网联直流公司已基本具备了承担±800千伏特高压直流输电工程系统研究和成套设计的能力，也完全有能力承担起未来特高压直流工程成套设计的重任。
记者：作为直流输电领域的专业公司，网联直流公司如何设计今后的发展方向和目标？
常浩：随着±800千伏特高压直流工程建设的推进，网联直流公司迎来了新的发展机遇。
在今后的工作中，网联直流公司一要充分发挥与ABB、西门子公司联系密切、接触广泛的优势，及时了解和掌握最新技术动态，吸收和消化国外的研究成果，借鉴国外成熟经验，加快特高压直流工程关键技术的研究步伐，力争用五年时间使公司的技术能力达到国际先进水平。二要保持和加强公司在常规直流输电工程前期咨询、设计方面的特色和领先地位，积极拓展、延伸业务范围，争取利用五年的时间将公司由目前的单一技术服务型企业，转化成为具备系统集成和专项工程承包能力的综合性工程公司。三是利用现有的技术和设备为生产一线服务，加大对已运行工程的现场巡检和现场服务的力度，同时还将利用RTDS实验设备对现场运行人员进行培训，协助生产运行部门解决已运行直流工程存在的问题，将网联直流工程技术有限公司建设成为国家电网公司直流输电工程的服务中心。
