特高压交流和高压直流输电系统运行损耗及经济性研究

刘敏孟雨涵齐振宇金丽

摘要：特高压交流和高压直流输电系统的运行损耗对于输电系统运行的经济性具有直接重要的影响，对于提高输电系统设备的运行效率和使用寿命，促进电力资源优化合理配置都有着积极的促进作用。因此，分析和研究特高压交流和高压直流输电系统的运行损耗及其经济性是输电系统研究中的重要课题之一。本文就以此为研究对象，通过对基本的建设投资、运行损耗的技术性分析，综合输电系统的线路损耗时间、上网电价、线路工程造价等因素，得出相关的研究数据，希望能为未来输电系统的降耗损促优化提供可靠的参考意见。

关键词：特高压交流；高压直流；输电系统；运行损耗分析；经济分析

在我国覆盖全国电网的整体输电系统中，输电系统运行损耗都是不可避免的重要问题，运行损耗的大小直接影响到输电系统的经济效益和经济性。其中，关于特高压交流和高压直流输电系统，这一在整个电网中占有重要比重的输电系统的运行损耗和相关经济性分析研究具有十分重要的意义。

一、特高压交流和高压直流输电系统及其经济性概述

中国是世界上国土面积第四大的国家，幅员辽阔，人口众多，地形复杂多样，并且由于地形地势气候等多方面的原因，中国的人口规模、经济发展状况以及资源能源需求量呈现西低东高的阶梯式分布。与其相反的是，我国的能源资源分布却是西高东低，具体到与电力相关的资源能源来说，我国目前有超过百分之七十的水力资源在西南，有大约百分之七十五的煤炭资源储存西北，风电和太阳能等能够用于发电的可再生能源也主要分布在西部、北部。因此，这种电力资源能源分布和电力资源需求的极不平衡性，决定着我国能源分配面对的巨大压力，以及通过多种方式优化电力资源配置的迫切性和重要性，其中，特高压交流和高压直流输电系统就是当前技术成熟，应用较为普及的两种主流输电方式，它们为我国电力资源的合理配置的大好局面，提供了重要的助力。所以，不断地分析和研究特高压交流和高压直流输电系统，也是提高电力资源配置效率和质量的必然要求。

分析输电系统经济性的重要内容，就是分析输电系统的运行损耗。对于本文的研究对象来说，特高压交流和直流输电系统经济性分析主要集中在前期建设投资、中期的输电网络运性维修、输电运行中不可避免的输电损耗和以及停电造成的损失费用四个方面。

二、特高压交流和直流输电系统经济性分析

本文主要运用对比法分析特高压交流和直流系统的经济性，其中涉及二者经济性比较，主要从投资、运维、输电损耗和停电损失费用四个方面来进行比较，最后再进行综合汇总。

在对比分析法中，我们需要设定一个恒量，为了便于比较和计算，设置特高压交流和高压直流两种输电系统中，输电距离相同，在500-2000千米范围内，分为500千米、1000千米、1500千米和2000千米四个固定值。然后在此基础上，根据输电能力的大小、额定输送量和负载率对两种输电系统的影响大小。

采用的研究对象中，两种输电系统的具体参数分别为：特高压交流输电系统2个1000千伏变电站和多个中间开关站以及1回输电线路组成，线路规格为8×500平方毫米，并且每400千米一个间距设置一个开关站。高压直流输电系统无变电站及中间开关，但需架设1台换流站，同时采用的是6×900平方毫米的线路。

2.1投资费用分析

特高压交流输电系统中，需要建设变电站，变电站的建设费用为430元/千伏，8×500平方毫米规格的线路为425万元/千米。所以，变电站的建设费用为86亿元，线路的费用为500千米21.25亿元，1000千米42.5亿元，1500千米63.75亿元、2000千米85亿元。

高压直流输电系统中，不需要建设变电站，但是需要投资建设换流站，一台换流站单价为65亿元，6×900平方毫米规格的线路单价为397万元/千米，因此，线路的费用为500千米19.85亿元，1000千米39.7亿元，1500千米59.55亿元、2000千米79.4亿元。

因此，经过对比，在不考虑其他任何因素的情况下，在特高压交流电输电网络的前期站设投资要远远大于高压直流电的输电网络。直到输电距离达到6000千米，高压直流输电网络才更加具有经济价值。

2.2运维费用分析

输电网络的运维就是指输电网络硬件设备的元件耗损率和故障维修的费用。通过对比，我们不难发现，高压直流换流站设备和阀组众多，系统的运行状态比交流系统多，类似换流变压器和阀组这部分元件故障频率较多，维修更新的时间较长，特高压交流变电站的元件较少且故障持续时间短。因此，可以说在各个距离高压直流输电网络的运维费用都要大于特高压交流输电网络，在运维费用方面，特高压交流输电网络更具经济性。

2.3输电损耗费用分析

特高压和超高压交流输电系统的运行损耗主要包括变电站损耗和输电线路损耗两部分。一方面变电站损耗包括变压器、电抗器、电容器等设备损耗等硬件和变电站日常运行用电造成的损耗，这种损耗鱼输电系统的随输送容量基本成正比，随着输送容量的变化成比例调整。另一方面，输电线路损耗主要包括电阻损耗、电晕损耗和泄漏损耗，其中电阻损耗属于硬件损耗的一种，电阻损耗量同样随输送容量的变化成比例变化，电晕损耗的变化则基本受电压等级、导线结构和天气情况等因素影响，泄漏损耗通常并不计入记录分析中。

2.3.1电阻损耗

通常情况下，电路损耗是理论意义上的损耗，是指线路在满负荷运行时造成的功率损耗。然而在实际电力输送中，输电系统不可能不间断地满负荷运行。

计算公式如下：

线路电阻损耗值=线路电阻×额定电流×损耗小时数

计算结果可由两种输电系统的具体参数估算到。

2.3.2电晕损耗

交流线路电晕损耗很容易受到线路电压、导线结构和气候条件的影响，经过研究发现，在雨雪天起电晕平均损耗可以达到为晴朗天气平均损耗的37-50倍。电晕损耗年平均值计算公式为

电晕损耗年平均值＝（好天气小时数损耗＋雪天小时数损耗＋雨天小时数损耗）/全年日历小时数”

2.4停电损失费用分析

输电系统的停电损失费用，一般是指输电系统因故障等原因被迫突然强行停运，使得电力输送中断，给终端使用者造带来经济损失。停电损失费用的计算为年失电量与单位停电损失的乘积。年度停电损失费用可用计算公式：

年度停电损失费用=强迫能量不可用率×单位停电损失费用。

因此，可以说系统停电损失费用对输电网络的经济性有着重要的影响，若输电距离小于约1800千米，相同输电距离下交流输电费用要低于直流输电费用，当输电距离超过1800千米时，相同输电距离下直流输电费用更低。所以，一般情况下，交流输电系统的停电损失费用要低于直流的停电损失费用，但是在单位停电损失费用较高时，交流输电的经济性更强。

结束语：

综上所述，通过对特高压交流和高压直流输电网络的经济性比较，所得出的结果为：在不考虑停电损失，输电距离超过约6000千米时，直流输电网络的经济性比较好。在考虑停电损失的情况下，如果停电单位的停电损失较小，那么直流输电的经济性距离越远，越有经济优势；然而当停电单位造成的停电损失较大时，在较短的合理的输电距离内，选择特高压交流输电更加具有经济性。同时，要明确两种输电网络的技术优势，如特高压交流系统更不易受地形气候等环境影响、更加稳定可靠、在中短距离内大容量输电更具经济性。而特高压直流系统主要适用于远距离的大容量输电，经济性更加明显。随着我国多领域建设的快速发展，我国对于电力需求更大、质量要求更高、速度要求更快、发电效率更加就节能稳定，特高压交流和高压直流输电系统这两种输电方式无意识当前做最好的选择，对于这两者的研究和分析还需要不断地完善和提升，才能更海底建设我国的输电网络。

参考文献：

[1]梁涵卿，邬雄，梁旭明.特高压交流和高压直流输电系统运行损耗及经济性分析[J].高电压技术，2013，03：630-635.

[2]耿庆申，卢玉，樊海荣，张鹏.特高压和超高压交流输电系统运行损耗比较分析[J].电力系统保护与控制，2016，16：72-77.

[3]彭吕斌，何剑，谢开贵，汤涌，胡博，易俊，李江山，贺庆.特高压交流和直流输电系统可靠性与经济性比较[J/OL].电网技术，2017（04）.http：//www.cnki.net/kcms/detail/10.13335/j.1000-3673.pst.2016.2503.html