对特高压输电线路的深入研究：孟加拉国的视角

《International Transactions on Electrical Energy Systems》：A Critical Investigation Into Extra-High Voltage Transmission Line: Bangladesh Perspective

Bangladesh拟建Moheshkhali至Bhulta的5GW 765kV超高压输电线路，通过粒子群优化算法（PSO）确定最优线路参数，最佳电感0.3152mH/km，电容3.57×10-2μF/km。采用六分束导体设计，对比Moose、Cardinal、Tern三种ACSR导体，分析其75℃电阻（0.0057-0.0074Ω/km）、自然载流量（6202.52MW）及不同工况下的传输能力。经济模型显示全生命周期成本1701.91亿美元，净现值（ENPV）1577.18百万美元，经济内部收益率（EIRR）25.93%，动态回收期（DPP）7年。研究证实六分束导体方案在降低表面梯度（7.44kV/cm）和传输损失（0.0006346-0.0008238MW/km）方面更具优势。

　　随着电力需求的不断增长，以及经济发展的步伐加快，电力传输系统的建设与优化变得尤为重要。在这一背景下，孟加拉国计划建设一条5GW的输电超级高速公路，从莫赫什卡利（Moheshkhali）到马杜纳格哈特（Madunaghat），再到布哈尔塔（Bhulta），以实现大量电力的输送。本研究采用粒子群优化（PSO）方法，对输电线路的参数进行估算，其中最优的电感值为0.3152 mH/km，电容值为3.57×10?2 μF/km。通过六根导线捆绑的方式设计导线结构，研究分析了三种铝包钢芯（ACSR）导线，即Moose、Cardinal和Tern，用于所提议的特高压交流（EHVAC）输电线路。在75°C条件下，这三种导线的线路电阻分别为0.0057、0.0061和0.0074 Ω/km，对应的线路损耗分别为0.0006346、0.0006791和0.0008238 MW/km。导线表面电场梯度是控制可听噪声（AN）的关键指标，其值为Tern导线在使用六根导线捆绑时的7.4406 kV/cm。研究结果表明，六根导线捆绑的Moose、Cardinal和Tern导线在所提议的EHVAC线路中具有潜力。此外，研究还分析了该线路在自然条件、正常条件和紧急条件下的传输容量。自然负载（SIL）代表了线路的6232.52 MW传输能力，当采用优化的L和C值时。在使用Moose、Cardinal和Tern导线的输电线路中，当子导线间距为500 mm时，记录了0.422、0.420和0.416 kW/km/相的电晕损耗。电晕损耗在天气良好时影响较小。通过技术经济分析，结合经济模型，研究评估了该输电系统的经济可行性。采用基于GDP的长期预测模型计算了输电系统的成本和收益。未来现金流使用贴现现金流法（DCF）进行估算。关键的经济参数如净现值（ENPV）、经济内部收益率（EIRR）和动态投资回收期（DPP）确保了该项目的经济可行性。所提议线路的生命周期成本为1701.91百万美元，而ENPV为1577.18百万美元。研究结果为孟加拉国电力公司未来765 kV输电线路项目提供了宝贵的信息。

电力需求的快速增长促使许多国家，包括孟加拉国，计划建设765 kV和400 kV的高压交流输电线路。尽管高压直流（HVDC）系统具有更高的传输容量和更低的损耗，但其经济性在超过600公里距离后才会显现。同时，国家的地理条件在规划HVDC线路时也起着关键作用。相比之下，对于500到800公里范围内的架空输电线路，HVAC系统在经济上更具优势。因此，许多发展中国家在建设输电线路时仍倾向于使用HVAC系统。然而，随着技术的进步和经济模型的完善，HVDC系统也在逐渐被应用。孟加拉国的输电系统目前面临频繁的拉闸限电问题，尽管发电能力在不断增加。根据电力系统总体规划（PSMP），到2030年，孟加拉国的发电能力将达到30,000 MW，而需求为27,400 MW，到2041年，发电能力将达到57,000 MW，而需求为51,000 MW。过去14年（2009-2023），孟加拉国的电网发电能力从5493 MW迅速增长到23,482 MW，基于国际能源与环境基金会（IEEFA）2023年的报告。为了应对供需缺口和减少拉闸限电，政府依赖于进口化石燃料发电厂作为解决天然气供应危机的手段。

然而，根据孟加拉国电力发展委员会（BDPDB）的年度报告，该国的电力利用率在2020年仅达到发电能力的40%，而在疫情前的2019年则为43%。近年来，电力利用率始终低于发电能力的50%。当电力厂建设完成后，若未能达到预期的发电能力，将面临高额的处罚。专家认为，该国的电力消费远低于发电能力，这种差距可能源于输电系统升级的滞后或发电计划中电力需求的高估。虽然孟加拉国在不同地区建设了大规模的发电设施，但该国仍频繁遭遇停电。这种电力传输能力的瓶颈可能源于输电系统效率的不足。因此，输电线路的容量扩展成为解决这一问题的可能途径。虽然建设新输电线路是一个可行的解决方案，但其建设成本高昂。另一种方法是使用更大尺寸的导线，以在相同温度下提高导线的载流能力。然而，使用更大尺寸的导线通常需要更换现有塔架或支持结构。相比之下，高温低垂（HTLS）导线可以在不更换塔架、绝缘子或其他设备的情况下，提高导线的载流能力，这在新线路建设时尤其重要。HTLS导线由于其提高的热容量，能够在高达250°C的温度下运行，同时保持较低的下垂。尽管HTLS导线的成本高于ACSR导线，但其在某些情况下能够显著减少建设成本和土地使用需求。然而，HTLS导线在高温度运行时，其电阻会增加，从而导致更高的功率损耗，这可能影响输电线路的传输能力。因此，HTLS导线更适合于短距离输电线路。对于长距离输电线路，其容量受限于热限制和电压或稳定性限制。因此，需考虑使用HTLS导线时的无功功率补偿。

本研究的另一项重要贡献是，通过PSO算法优化双回路输电线路的几何参数，如导线半径、捆绑间距、相间距离等，以估算线路的电感和电容。研究还比较了不同导线类型对输电线路的电晕损耗、可听噪声和电力传输能力的影响。通过采用六根导线捆绑的设计，研究评估了Moose、Cardinal和Tern导线的性能。在75°C条件下，这三种导线的线路电阻分别为0.0057、0.0061和0.0074 Ω/km，对应的线路损耗分别为0.0006346、0.0006791和0.0008238 MW/km。电晕损耗的计算采用多种方法，如Peterson公式、F.W. Peek公式以及基于美国国家电力系统（USS）的半经验方法。这些方法的计算结果可能有所不同，但它们都提供了对电晕损耗的评估。研究还指出，电晕损耗在天气良好时影响较小，而在恶劣天气下可能变得显著。因此，在设计高电压输电线路时，必须考虑电晕损耗的影响。

为了确保输电线路的稳定性和高效性，研究提出了一个基于GDP的长期预测模型，以计算输电系统的成本和收益。未来现金流使用贴现现金流法进行估算。关键的经济参数如ENPV、EIRR和DPP确保了项目的经济可行性。研究还评估了该输电线路的生命周期成本和净现值，分别为1701.91百万美元和1577.18百万美元。这些经济指标为孟加拉国电力公司未来765 kV输电线路项目的规划提供了重要的参考。

在电力传输系统的设计中，输电线路的几何参数，如导线半径、捆绑间距、相间距离等，对线路参数的计算起着至关重要的作用。研究采用PSO算法，通过优化这些参数，得到了线路电感和电容的最优值。此外，研究还分析了不同导线类型对线路传输能力、电晕损耗和可听噪声的影响。通过优化导线参数，研究提出了一个可行的方案，以提高输电线路的传输能力，同时减少电晕损耗和可听噪声。这有助于提高输电系统的效率，并确保其在高电压下的稳定运行。

研究还考虑了输电线路的经济可行性，采用基于GDP的长期预测模型，计算了输电系统的成本和收益。未来现金流使用贴现现金流法进行估算，而关键的经济参数如ENPV、EIRR和DPP确保了项目的经济可行性。通过这些参数，研究展示了该输电线路的生命周期成本和净现值，从而为孟加拉国的电力规划提供了重要依据。

在输电线路的设计中，电晕损耗是一个重要的因素。电晕损耗会导致额外的功率损失，并可能引发可听噪声和无线电干扰。因此，在设计高电压输电线路时，必须采取措施来控制电晕损耗。通过采用六根导线捆绑的设计，研究发现电晕损耗显著减少。同时，导线表面电场梯度的控制也至关重要，其值必须在可接受的范围内，以防止可听噪声的产生。研究指出，Tern导线在六根导线捆绑时的表面电场梯度为7.4406 kV/cm，这表明其在减少可听噪声方面具有优势。

此外，研究还评估了输电线路在不同负载条件下的传输能力。在自然负载条件下，线路的传输能力为6232.52 MW，而在正常负载和紧急负载条件下，传输能力分别为12,400 MW和17,360 MW。这些传输能力的评估基于线路的几何参数和导线类型。研究还分析了不同导线类型在自然、正常和紧急条件下的功率损耗，发现Moose导线在六根导线捆绑时的功率损耗最低，分别为0.0006346 MW/km、0.0006791 MW/km和0.0008238 MW/km。这表明Moose导线在减少功率损耗方面具有优势。

研究还提出了一个技术经济模型，以评估输电线路的经济可行性。该模型结合了GDP的长期预测方法，用于计算输电系统的成本和收益。通过贴现现金流法，研究估算出未来现金流，并结合关键经济参数，如ENPV、EIRR和DPP，确保了项目的经济可行性。此外，研究还分析了输电线路在不同负载条件下的经济影响，包括成本、收益和投资回收期。通过这些分析，研究为孟加拉国电力公司提供了重要的决策支持，以确保其输电系统的高效运行和经济可持续性。

在电力传输系统中，电晕损耗是一个不可忽视的问题。高电压输电线路容易产生电晕效应，这可能导致功率损失、可听噪声和无线电干扰。因此，在设计高电压输电线路时，必须考虑这些因素。研究指出，六根导线捆绑的设计可以有效减少电晕损耗，同时提高线路的传输能力。此外，导线表面电场梯度的控制也对环境影响起着关键作用。研究通过优化导线几何参数，提高了线路的传输能力，并减少了电晕损耗和可听噪声。

在经济评估方面，研究采用基于GDP的长期预测模型，计算了输电系统的成本和收益。通过贴现现金流法，研究估算出未来现金流，并结合关键经济参数，如ENPV、EIRR和DPP，确保了项目的经济可行性。此外，研究还分析了不同负载条件下的经济影响，包括成本、收益和投资回收期。通过这些分析，研究为孟加拉国电力公司提供了重要的决策支持，以确保其输电系统的高效运行和经济可持续性。

综上所述，本研究为孟加拉国电力公司设计和优化765 kV EHVAC输电线路提供了重要的技术经济支持。通过采用PSO算法优化线路参数，研究提高了输电线路的传输能力，同时减少了电晕损耗和可听噪声。此外，基于GDP的长期预测模型确保了项目的经济可行性，为孟加拉国的电力发展提供了重要的参考。这些研究成果将有助于孟加拉国实现电力传输系统的升级，缓解电力供应紧张，提高电网的稳定性和可靠性。