電力系統(tǒng) 特高壓輸電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

1、電力系統(tǒng)課程研究型教學(xué)報(bào)告 Beijing Jiaotong University 特高壓輸電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)姓名：TYP班級(jí)：電氣0906學(xué)號(hào)：09291183指導(dǎo)老師：吳俊勇完成日期：2012.5.20一、 特高壓輸電簡(jiǎn)介特高壓輸電指的是使用1000千伏及以上的電壓等級(jí)輸送電能。特高壓輸電是在超高壓輸電的基礎(chǔ)上發(fā)展的，其目的仍是繼續(xù)提高輸電能力，實(shí)現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離輸電，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力系統(tǒng)互聯(lián)，建成聯(lián)合電力系統(tǒng)。特高壓輸電具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)估計(jì)，1條1150千伏輸電線(xiàn)路的輸電能力可代替56條500千伏線(xiàn)路,或3條750千伏線(xiàn)路;可減少鐵塔用材三分之一，節(jié)約導(dǎo)線(xiàn)二分之一，節(jié)省包括

2、變電所在內(nèi)的電網(wǎng)造價(jià)1015。1150千伏特高壓線(xiàn)路走廊約僅為同等輸送能力的 500千伏線(xiàn)路所需走廊的四分之一，這對(duì)于人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國(guó)家和地區(qū)會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。特高壓輸送容量大、送電距離長(zhǎng)、線(xiàn)路損耗低、占用土地少。100萬(wàn)伏交流特高壓輸電線(xiàn)路輸送電能的能力（技術(shù)上叫輸送容量）是50萬(wàn)伏超高壓輸電線(xiàn)路的5倍。所以有人這樣比喻，超高壓輸電是省級(jí)公路，頂多就算是個(gè)國(guó)道，而特高壓輸電是“電力高速公路”。1000千伏電壓等級(jí)的特高壓輸電線(xiàn)路均需采用多根分裂導(dǎo)線(xiàn),如8、12、16分裂等，每根分裂導(dǎo)線(xiàn)的截面大都在600平方毫米以上,這樣可以減少電暈放電所引起的損耗以及無(wú)線(xiàn)電干擾、電

3、視干擾、可聽(tīng)噪聲干擾等不良影響。桿塔高度約4050米。雙回并架線(xiàn)路桿塔高達(dá)9097米。二、 特高壓輸電系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介特高壓輸電分為特高壓直流輸電和特高壓交流輸電兩種形式。1、特高壓直流輸電特高壓直流輸電（UHVDC）是指±800kV（±750kV）及以上電壓等級(jí)的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。特高壓直流輸電的主要特點(diǎn)是輸送容量大、電壓高，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)。在我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，將以1000kV交流特高壓輸電為主形成特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)各大區(qū)電網(wǎng)的同步互聯(lián)；±800kV特高壓直流輸電則主要用于遠(yuǎn)距離、中間無(wú)落點(diǎn)、無(wú)電壓支撐的大功率輸電工程。 1、特高壓直流輸

4、電設(shè)備。主要包括：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、直流避雷器、交流避雷器、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、控制保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備等。相對(duì)于傳統(tǒng)的高壓直流輸電，特高壓直流輸電的直流側(cè)電壓更高。容量更大，因此對(duì)換流閥、換流變壓器、平波電抗器、直流濾波器和避雷器等設(shè)備提出了更高的要求。 2、特高壓直流輸電的接線(xiàn)方式。UHVDC一般采用高可靠性的雙極兩端中性點(diǎn)接線(xiàn)方式。 3、特高壓直流輸電的主要技術(shù)特點(diǎn)。與特高壓交流輸電技術(shù)相比，UHVDC的主要技術(shù)特點(diǎn)為： （1）UHVDC系統(tǒng)中間不落點(diǎn)，可點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、大功率、遠(yuǎn)距離直接將電力輸送至負(fù)荷中心； （2）UHVDC控制方式靈活、快速，可以減少或避免

5、大量過(guò)網(wǎng)潮流，按照送、受兩端運(yùn)行方式變化而改變潮流； （3）UHVDC的電壓高、輸送容量大、線(xiàn)路走廊窄，適合大功率、遠(yuǎn)距離輸電； （4）在交直流混合輸電的情況下，利用直流有功功率調(diào)制可以有效抑制與其并列的交流線(xiàn)路的功率振蕩，包括區(qū)域性低頻振蕩，提高交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；（5）當(dāng)發(fā)生直流系統(tǒng)閉鎖時(shí)，UHVDC兩端交流系統(tǒng)將承受很大的功率沖擊。2、特高壓交流輸電特高壓交流輸電是指1000kV及以上電壓等級(jí)的交流輸電工程及相關(guān)技術(shù)。特高壓輸電技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗、節(jié)約土地占用和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。目前，對(duì)特高壓交流輸電技術(shù)的研究主要集中在線(xiàn)路參數(shù)特性和傳輸能力、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及絕緣與過(guò)電壓、電

6、暈及工頻電磁場(chǎng)等方面。特高壓交流輸電有以下幾個(gè)參數(shù)：1、輸電能力。輸電線(xiàn)路的傳輸能力與輸電電壓的平方成正比，與線(xiàn)路阻抗成反比。一般來(lái)說(shuō)，1100kV輸電線(xiàn)路的輸電能力為500kV輸電能力的4倍以上，但產(chǎn)生的容性無(wú)功也為500kV輸電線(xiàn)路的4.4倍及以上。因此，特高壓輸電線(xiàn)路的輸送功率較小時(shí)，送、受端系統(tǒng)的電壓將升高。為抑制特高壓線(xiàn)路的工頻過(guò)電壓，需要在線(xiàn)路兩端并聯(lián)電抗器以補(bǔ)償線(xiàn)路產(chǎn)生的容性無(wú)功。 2、線(xiàn)路參數(shù)特性。特高壓輸電線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的電抗和電阻一般分別為500kV輸電線(xiàn)路的85%和25%左右，但其單位長(zhǎng)度的電納可為500kV線(xiàn)路的1.2倍。 3、穩(wěn)定性。特高壓輸電線(xiàn)路的輸電能力很大程度上是

7、由電力系統(tǒng)穩(wěn)定性決定的。對(duì)于中、長(zhǎng)距離輸電（300km及以上），特高壓輸電線(xiàn)路的輸電能力主要受功角穩(wěn)定的限制（包括靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定）；對(duì)于中、短距離輸電（80300km），則主要受電壓穩(wěn)定性的限制；對(duì)于短距離輸電（80km以下），主要受熱穩(wěn)定極限的限制。 4、功率損耗。輸電線(xiàn)路的功率損耗與輸電電流的平方成正比，與線(xiàn)路電阻成正比。在輸送相同功率的情況下，1000kV輸電線(xiàn)路的線(xiàn)路電流約為500kV輸電線(xiàn)路的1/2，其電阻約為500kV線(xiàn)路的25%。因此，1000kV特高壓輸電線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的功率損耗約為500kV超高壓輸電的1/16。5、經(jīng)濟(jì)性。同超高壓輸電相比，特高壓輸電方式的輸電成

8、本、運(yùn)行可靠性、功率損耗以及線(xiàn)路走廊寬度方面均優(yōu)于超高壓輸電方式。3、特高壓直流和交流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)比較特高壓直流輸電方面：經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)點(diǎn)：（1）線(xiàn)路造價(jià)低。對(duì)于架空輸電線(xiàn)，交流用三根導(dǎo)線(xiàn)，而直流一般用兩根，采用大地或海水作回路時(shí)只要一根，能節(jié)省大量的線(xiàn)路建設(shè)費(fèi)用。對(duì)于電纜，由于絕緣介質(zhì)的直流強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流強(qiáng)度，如通常的油浸紙電纜，直流的允許工作電壓約為交流的3倍，直流電纜的投資少得多。（2）年電能損失小。直流架空輸電線(xiàn)只用兩根，導(dǎo)線(xiàn)電阻損耗比交流輸電小;沒(méi)有感抗和容抗的無(wú)功損耗;沒(méi)有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線(xiàn)的截面利用充分。另外，直流架空線(xiàn)路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無(wú)線(xiàn)電干擾都比交流線(xiàn)路小。所以，直

9、流架空輸電線(xiàn)路在線(xiàn)路建設(shè)初投資和年運(yùn)行費(fèi)用上均較交流經(jīng)濟(jì)。技術(shù)方面：（1）不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)，而交流電力系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機(jī)都保持同步運(yùn)行。由此可見(jiàn)，在一定輸電電壓下，交流輸電容許輸送功率和距離受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的限制，還須采取提高穩(wěn)定性的措施，增加了費(fèi)用。而用直流輸電系統(tǒng)連接兩個(gè)交流系統(tǒng)，由于直流線(xiàn)路沒(méi)有電抗，不存在上述穩(wěn)定問(wèn)題。因此，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制.還可連接兩個(gè)不同頻率的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）限制短路電流。如用交流輸電線(xiàn)連接兩個(gè)交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設(shè)限流裝置。然而用直流輸電線(xiàn)路連接

10、兩個(gè)交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的“定電流控制，將快速把短路電流限制在額定功率附近，短路容量不因互聯(lián)而增大。（3）調(diào)節(jié)快速，運(yùn)行可靠。直流輸電通過(guò)可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實(shí)現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”（功率流動(dòng)方向的改變），在正常時(shí)能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實(shí)現(xiàn)健全系統(tǒng)對(duì)故障系統(tǒng)的緊急支援，也能實(shí)現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線(xiàn)路并列運(yùn)行時(shí)，如果交流線(xiàn)路發(fā)生短路，可短暫增大直流輸送功率以減少發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速，提高系統(tǒng)的可靠性。（4）沒(méi)有電容充電電流。直流線(xiàn)路穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)電容電流，沿線(xiàn)電壓分布平穩(wěn)，無(wú)空、輕載時(shí)交流長(zhǎng)線(xiàn)受端及中部發(fā)生電壓異常升高的現(xiàn)象，也不需要并聯(lián)電抗補(bǔ)償。（5）節(jié)省線(xiàn)路走廊。按同電壓5

11、00 kV考慮，一條直流輸電線(xiàn)路的走廊40 m，一條交流線(xiàn)路走廊50 m，而前者輸送容量約為后者2倍，即直流傳輸效率約為交流2倍。然而 ,下列因素限制了直流輸電的應(yīng)用范圍:（1）換流裝置較昂貴。這是限制直流輸電應(yīng)用的最主要原因。在輸送相同容量時(shí)，直流線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的造價(jià)比交流低;而直流輸電兩端換流設(shè)備造價(jià)比交流變電站貴很多。這就引起了所謂的“等價(jià)距離”問(wèn)題。（2）消耗無(wú)功功率多。一般每端換流站消耗無(wú)功功率約為輸送功率的4060,需要無(wú)功補(bǔ)償。（3）產(chǎn)生諧波影響。換流器在交流和直流側(cè)都產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，使電容器和發(fā)電機(jī)過(guò)熱、換流器的控制不穩(wěn)定，對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。（4）就技術(shù)和設(shè)備而言，直流

12、波形無(wú)過(guò)零點(diǎn)，滅弧困難。目前缺乏直流開(kāi)關(guān)而是通過(guò)閉鎖換流器的控制脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。若多條直流線(xiàn)路匯集一個(gè)地區(qū)，一次故障也可能造成多個(gè)逆變站閉鎖，而且在多端供電方式中無(wú)法單獨(dú)地切斷事故線(xiàn)路而需切斷全部線(xiàn)路，從而會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成重大沖擊。（5）從運(yùn)行維護(hù)來(lái)說(shuō)，直流線(xiàn)路積污速度快、污閃電壓低，污穢問(wèn)題較交流線(xiàn)路更為嚴(yán)重。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，目前我國(guó)大氣環(huán)境相對(duì)較差，這使直流線(xiàn)路的清掃及防污閃更為困難。設(shè)備故障及污穢嚴(yán)重等原因使直流線(xiàn)路的污閃率明顯高于交流線(xiàn)路。（6）不能用變壓器來(lái)改變電壓等級(jí)。直流輸電主要用于長(zhǎng)距離大容量輸電、交流系統(tǒng)之間異步互聯(lián)和海底電纜送電等。與直流輸電比較，現(xiàn)有的交流500kV

13、輸電（經(jīng)濟(jì)輸送容量為1 000 kW,輸送距離為300500 km）已不能滿(mǎn)足需要，只有提高電壓等級(jí)，采用特高壓輸電方式，才能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。特高壓交流輸電方面：主要優(yōu)點(diǎn)：（1）提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴(kuò)大，電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷增大。所需電網(wǎng)電壓等級(jí)越高，緊湊型輸電的效果越好。（2）提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。輸電電壓越高輸送單位容量的價(jià)格越低。（3）節(jié)省線(xiàn)路走廊和變電站占地面積。一般來(lái)說(shuō)，一回1150 kV輸電線(xiàn)路可代替6回500 kV線(xiàn)路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。（4）減少線(xiàn)路的功率損耗, 就我國(guó)而言, 電壓每提高1，每年就相當(dāng)于新增加500萬(wàn)kW的電力，50

14、0kV輸電比1200kV的線(xiàn)損大5倍以上。（5）有利于連網(wǎng)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少故障率。特高壓輸電的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題不易解決。自1965-1984年世界上共發(fā)生了6次交流大電網(wǎng)瓦解事故，其中4次發(fā)生在美國(guó)，2次在歐洲。這些嚴(yán)重的大電網(wǎng)瓦解事故說(shuō)明采用交流互聯(lián)的大電網(wǎng)存在著安全穩(wěn)定、事故連鎖反應(yīng)及大面積停電等難以解決的問(wèn)題。特別是在特高壓線(xiàn)路出現(xiàn)初期，不能形成主網(wǎng)架，線(xiàn)路負(fù)載能力較低，電源的集中送出帶來(lái)了較大的穩(wěn)定性問(wèn)題。下級(jí)電網(wǎng)不能解環(huán)運(yùn)行，導(dǎo)致不能有效降低受端電網(wǎng)短路電流，這些都威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。另外，特高壓交流輸電對(duì)環(huán)境影響較大。由于交流特高壓和高壓直流各有優(yōu)缺點(diǎn)，都能

15、用于長(zhǎng)距離大容量輸電線(xiàn)路和大區(qū)電網(wǎng)間的互聯(lián)線(xiàn)路，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。輸電線(xiàn)路的建設(shè)主要考慮的是經(jīng)濟(jì)性，而互聯(lián)線(xiàn)路則要將系統(tǒng)的穩(wěn)定性放在第一位。隨著技術(shù)的發(fā)展，雙方的優(yōu)缺點(diǎn)還可能互相轉(zhuǎn)化。兩種輸電技術(shù)將在很長(zhǎng)一段時(shí)間里并存且有激烈的競(jìng)爭(zhēng)。下面用一個(gè)特高壓交流輸電系統(tǒng)典例來(lái)說(shuō)明特高壓輸電的相關(guān)技術(shù)。A、背景介紹。東京電力公司是日本最大電力公司，供電區(qū)域達(dá)3.9 萬(wàn)平方公里，包括東京都及其周邊區(qū)域(大東京市)。2008 財(cái)年凈供電量為289TWh，占日本全國(guó)供電總量的33%東京電力公司的電力系統(tǒng)有下述幾個(gè)特點(diǎn)：第一，電力需求集中在大東京市。第二，由于近幾十年大型發(fā)電站的選址越來(lái)越困難，新的發(fā)電站選址必需

16、遠(yuǎn)離擁擠的城市，建設(shè)在偏遠(yuǎn)地區(qū)?；谏鲜銮闆r，為保證穩(wěn)定的電力供應(yīng)，圍繞東京周邊地區(qū)已經(jīng)建設(shè)了2000 多公里550KV 雙回路輸電線(xiàn)路，如圖1 所示。圖1從19世紀(jì)70年代中期，東京電力公司開(kāi)始不斷擴(kuò)建550KV 電網(wǎng)；復(fù)雜交錯(cuò)的輸電線(xiàn)路的安全難以保證。除此之外，為了增加550KV 輸電線(xiàn)路的數(shù)量，還要求解決系統(tǒng)短路容量問(wèn)題。因此，東京電力公司決定建設(shè)輸電容量比550KV 輸電線(xiàn)路大3-4 倍的1100kV 輸電線(xiàn)路，如圖2 所示為同輸電容量不同電壓等級(jí)輸電通道數(shù)量比較。圖2在升級(jí)完成以后，550kV 電網(wǎng)的幾個(gè)斷路器將在通常運(yùn)行情況下停運(yùn)，以減少短路電流，如圖3所示。圖3B、系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在1

17、100kV 系統(tǒng)中，輸電線(xiàn)路和變電站的經(jīng)濟(jì)性、高可靠性及進(jìn)行環(huán)保考量是非常必要的。為實(shí)現(xiàn)1100kV 的傳輸系統(tǒng)，復(fù)雜精密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)是必須的，以應(yīng)對(duì)由高電壓引起的一系列現(xiàn)象。對(duì)特高壓交流輸電來(lái)講，意味著更大的充電功率（MVA）和更小的線(xiàn)路阻抗。圖 4 給出了1100kV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種基本概念。圖4技術(shù)及解決方案如下： 網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的解決方案：技術(shù)措施如二次電弧的熄滅 高性能避雷器的絕緣配合問(wèn)題，如變電站設(shè)備的雷電沖擊電壓的耐忍值(LIWV)和限制操作過(guò)電壓 輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)，如減小輸電桿塔的尺寸、其磁場(chǎng)效應(yīng)，電暈噪音和風(fēng)噪音。 變電站設(shè)計(jì)，緊湊型變電設(shè)備和高可靠性設(shè)備在 1100kV 系統(tǒng)中，二

18、次電弧的熄滅小于一秒，但不采用特殊的測(cè)量手段是難以估量的，因?yàn)橛山∪嗟撵o電導(dǎo)致產(chǎn)生更高的電壓。用高速接地開(kāi)關(guān)（ HSGS ）可以達(dá)到這一目的。在相對(duì)較短的無(wú)換位的輸電線(xiàn)路中不裝設(shè)電抗器。故障線(xiàn)路的高速接地開(kāi)關(guān)（HSGS）在故障消除后閉合以強(qiáng)行熄滅二次滅弧，然后快速打開(kāi)使系統(tǒng)恢復(fù)。高速接地開(kāi)關(guān)（HSGS）在機(jī)械與電氣上的高可靠性設(shè)計(jì)，使其發(fā)生故障時(shí)候不會(huì)給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成致命的后果。圖5為高速接地開(kāi)關(guān)（HSGS）運(yùn)行的時(shí)間序位圖。圖5精密的絕緣配合是特高壓系統(tǒng)必須的，而且應(yīng)在整個(gè)特高壓輸電線(xiàn)路和變電站中進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。圖6顯示了在1100kV系統(tǒng)中的一個(gè)新實(shí)現(xiàn)的絕緣配合。對(duì)于變電站，通過(guò)裝設(shè)

19、高性能避雷器，設(shè)定合理的雷電沖擊電壓的耐忍值(LIWV)可有效減少雷電過(guò)電壓。對(duì)于輸電線(xiàn)路，通過(guò)裝設(shè)合閘/分閘電阻及采用高性能避雷器有效地降低了操作過(guò)電壓水平,合理的過(guò)電壓設(shè)計(jì)水平正被確定。這種金屬氧化物避雷器(MOSA)是 1100kV 系統(tǒng)絕緣配合中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如圖7所示，它具有良好的保護(hù)特性當(dāng)殘余電壓為1620kV（1.80pu）在電流為20kA （V20kA ）時(shí)，較常規(guī)避雷器有更平滑的伏安（V-I）特性，高電壓下更長(zhǎng)的工作壽命，及更高的放電能力。圖6圖7因此可以將相地間的絕緣水平成功控制在了1.6-1.7pu 的水平，如圖8所示，小于常規(guī)應(yīng)用于550kV 輸電線(xiàn)路的2.0pu 水

20、平。這些在縮小線(xiàn)路相間電氣間隙的設(shè)計(jì)使桿塔高度可以降低，采用常規(guī)550kV 絕緣技術(shù)，桿塔高度為一百四十三米，采用新的方法桿塔高度可將降低到110 米。圖9 顯示了按設(shè)計(jì)進(jìn)行的實(shí)際建造中的特高壓輸電線(xiàn)路。圖8圖9特高壓變電站。由于變電站往往建在偏遠(yuǎn)的山地丘陵地區(qū)，在變電站設(shè)計(jì)中，設(shè)備尺寸和重量的減少可以降低變電站建設(shè)，設(shè)備運(yùn)輸和環(huán)境的成本。因此可以采用六氟化硫氣體絕緣斷路器等器件。三、 中外特高壓輸電發(fā)展情況簡(jiǎn)介截至2004年底，我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量已達(dá)到440 GW，預(yù)計(jì)到2005年底總?cè)萘繉⒊^(guò)500GW，到2020年約為1 000GW，電網(wǎng)面臨持續(xù)增加輸送能力，將大規(guī)模電力從發(fā)電廠(chǎng)安全可靠

21、地輸送到終端用戶(hù)的艱巨任務(wù)。其次，我國(guó)能源分布和負(fù)荷中心分布極不平衡，水能、煤炭主要分布在西部和北部，能源和電力需求主要集中在東部和中部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，不可避免地要采用大容量、遠(yuǎn)距離方式輸電。再者，由于我國(guó)長(zhǎng)江三角洲及珠江三角洲大型負(fù)荷中心地區(qū)人口密度高，通道資源問(wèn)題日益突出。目前，我國(guó)電網(wǎng)骨干網(wǎng)架主要以500 kV交流和±500 kV直流系統(tǒng)為主，較大幅度增加電力輸送能力和規(guī)模受到嚴(yán)重制約，為實(shí)現(xiàn)“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，亟需吸收國(guó)際上特高壓輸電的經(jīng)驗(yàn)，加快建設(shè)電壓等級(jí)更高、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更強(qiáng)、資源配置規(guī)模更大的特高壓骨干電網(wǎng)，提高輸電走廊利用率，促進(jìn)我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)

22、和可持續(xù)發(fā)展。20 世紀(jì)60 年代以來(lái)，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本、意大利等國(guó)家先后制定了特高壓輸電計(jì)劃2,3（見(jiàn)表1），相繼建成了特高壓輸電試驗(yàn)室、試驗(yàn)場(chǎng)，對(duì)特高壓輸電可能產(chǎn)生的許多問(wèn)題如過(guò)電壓、外絕緣、可聽(tīng)噪聲、無(wú)線(xiàn)電干擾、生態(tài)影響等進(jìn)行了大量研究并取得了積極成果。CIGRE 專(zhuān)題工作組在綜合分析各國(guó)對(duì)特高壓技術(shù)的研究工作后指出：特高壓技術(shù)沒(méi)有難以克服的技術(shù)問(wèn)題。 IEEE對(duì)±800 kV、±1 000 kV和±1 200 kV等級(jí)直流輸電的研究表明，±800 kV級(jí)直流輸電是可行的方案。國(guó)家額定電壓/kV規(guī)劃前蘇聯(lián)1150北哈薩克到烏拉爾，聯(lián)結(jié)西伯利亞、哈

23、薩克和烏拉爾三個(gè)聯(lián)合電力系統(tǒng)，2 500 km美國(guó)1100將懷俄明州和蒙大拿州的巨型火電廠(chǎng)和調(diào)峰水電廠(chǎng)的810 GW電力送到西部負(fù)荷中心，1 000 km，計(jì)劃1990 年代投運(yùn)1500在俄亥俄、印第安納和西弗吉尼亞州的現(xiàn)有電網(wǎng)上建設(shè)，每段300400 km，計(jì)劃1990年代投運(yùn)日本1000新瀉柏山奇核電廠(chǎng)至山梨縣，供東京地區(qū)用，電裝機(jī)容量8 GW，250 km，計(jì)劃1990年代投運(yùn)意大利1000將南部核電站510 GW電力送到北部米蘭工業(yè)區(qū)，300400 km，計(jì)劃1990年代投運(yùn)加拿大1000將拉格勒朗德河的10 GW 電力送到魁北克城及蒙特利爾地區(qū)，1 200 km巴西1000將西南電網(wǎng)

24、的20 GW 水電送到南部電網(wǎng)，1 5002 000 km國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)于2005 年2 月16 日印發(fā)了關(guān)于開(kāi)展百萬(wàn)伏交流、80 萬(wàn)伏級(jí)直流輸電技術(shù)前期研究工作的通知，對(duì)特高壓輸變電技術(shù)前期研究工作進(jìn)行了全面部署，這標(biāo)志著我國(guó)特高壓電網(wǎng)工程的全面啟動(dòng)。南方電網(wǎng)公司4,5提出近期啟動(dòng)“一直一交”工程建設(shè)，即云南昆西北廣東廣州增東第一回±800 kV 直流輸電工程，輸電距離約1 500 km，輸電容量5 GW，要求2005 年完成可行性研究，2010年前建成投產(chǎn)；云南昭通廣西桂林廣東龍門(mén)惠東1 000 kV 交流輸變電工程，線(xiàn)路長(zhǎng)度約1 320 km，線(xiàn)路輸電能力約45 GW，“十

25、一五”末建成投產(chǎn)。南方電網(wǎng)公司的總體目標(biāo)為：從云南麗江經(jīng)貴州、廣西，建設(shè)2回1 000 kV交流輸電通道通向廣第6 期 關(guān)志成等. 中國(guó)特高壓輸電工程及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù) 15東；從云南永平經(jīng)廣西建設(shè)3回1 000 kV交流輸電通道通向廣東；“十一五”末建成云南至廣東第一回 ±800 kV 直流輸電通道；“十二五”末建成糯扎渡至廣東 ±800 kV 直流輸電通道；在廣東電網(wǎng)圍繞珠三角地區(qū)惠東龍門(mén)佛崗四會(huì)新興形成1 000 kV 雙回半環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合大型電廠(chǎng)的建設(shè)，向粵東、粵西延伸。到2030 年前，南方電網(wǎng)將形成特高壓的“五交二直”網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。國(guó)家電網(wǎng)公司6-8提出近期啟動(dòng)“兩

26、交一直”工程建設(shè)，兩條交流輸電工程都是1 000 kV 級(jí)別的，一條是陜北晉東南南陽(yáng)荊門(mén)武漢的中線(xiàn)工程，另一條是淮南皖南浙北上海的東線(xiàn)工程；一條直流輸電工程是±800 kV 的金沙江一期水電外送工程。同國(guó)外相比較，我國(guó)特高壓技術(shù)的研究狀況仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。1 000 kV級(jí)交流有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗(yàn)可以參照，但考慮到我國(guó)的實(shí)際情況（高海拔、重污穢等），不宜照搬國(guó)外的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)加強(qiáng)自主研發(fā)能力，特別是針對(duì)我國(guó)特有的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。16 南方電網(wǎng)技術(shù)研究 2005 年 第1 卷目前，±800 kV 級(jí)直流國(guó)際上沒(méi)有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗(yàn)可循，以往的研究工作都是基于試驗(yàn)室進(jìn)行的，工程實(shí)施過(guò)程

27、中必然會(huì)遇到一些技術(shù)問(wèn)題，尤其是下列關(guān)鍵技術(shù)值得深入探討，以期促進(jìn)工程的順利實(shí)施9-18。(1) 過(guò)電壓與絕緣配合。由于長(zhǎng)間隙絕緣放電的非線(xiàn)性，因此限制特高壓輸電系統(tǒng)過(guò)電壓對(duì)于降低工程造價(jià)和保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。a) 限制特高壓輸電系統(tǒng)工頻暫態(tài)過(guò)電壓的幅值和持續(xù)時(shí)間的措施。根據(jù)工頻過(guò)電壓的幅值和持續(xù)時(shí)間，研究是否要采取不同于500 kV或750 kV 輸電系統(tǒng)的特殊措施：利用新的繼電保護(hù)方案縮短工頻暫態(tài)過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間；利用新的繼電保護(hù)方案改變斷路器分閘次序，降低過(guò)電壓幅值。確定最大工頻暫態(tài)過(guò)電壓的水平。b) 特高壓輸電線(xiàn)路潛供電流和恢復(fù)電壓限制措施的研究。研究確定潛供電流和恢復(fù)電

28、壓的水平及單相重合閘無(wú)電流間歇時(shí)間。采用高速接地開(kāi)關(guān)來(lái)消除特高壓系統(tǒng)的潛供電流的可行性及方案。如果為限制工頻暫態(tài)過(guò)電壓和系統(tǒng)無(wú)功平衡的需要而必須采用可控高壓電抗器，則為限制潛供電流和恢復(fù)電壓而必須研究對(duì)中性點(diǎn)小電抗采取特殊措施。c) 限制特高壓系統(tǒng)各類(lèi)型的操作過(guò)電壓的措施。包括線(xiàn)路和變電站（換流站）合閘過(guò)電壓，線(xiàn)路單相重合閘過(guò)電壓，線(xiàn)路接地故障發(fā)生和消除過(guò)電壓及解列過(guò)電壓。d) 防雷措施的研究。雷擊跳閘是前蘇聯(lián)特高壓線(xiàn)路跳閘的主要原因。若采用同塔雙回線(xiàn)路，則要研究其雷電性能和改善措施。要進(jìn)行特高壓變電所（換流站）雷電侵入波過(guò)電壓的特殊性和限制措施的研究，特高壓系統(tǒng)線(xiàn)路側(cè)和母線(xiàn)側(cè)避雷器參數(shù)選擇。

29、e) 絕緣間隙距離的確定。要進(jìn)行特高壓線(xiàn)路桿塔在工頻電壓（直流電壓）、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓下的絕緣間隙距離的研究，特高壓變電站（換流站）內(nèi)在工頻電壓（直流電壓）、操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓下的相（極）地、相（極）間電氣間隙距離的研究。f) 特高壓設(shè)備絕緣水平和絕緣配合原則的研究，對(duì)變電（換流）設(shè)備的價(jià)格和安全都有重大影響。g) 特高壓輸電在高海拔地區(qū)的過(guò)電壓與絕緣配合研究。提出高海拔地區(qū)交直流絕緣配合參數(shù)，為絕緣設(shè)備的開(kāi)發(fā)和制造提供技術(shù)支持。(2) 外絕緣特性。為優(yōu)化我國(guó)特高壓輸電系統(tǒng)的線(xiàn)路設(shè)計(jì)，要結(jié)合我國(guó)國(guó)情，對(duì)特高壓線(xiàn)路實(shí)際的桿塔、導(dǎo)線(xiàn)等布置進(jìn)行絕緣特性的補(bǔ)充驗(yàn)證試驗(yàn)。特別是要重點(diǎn)研究在高海

30、拔、重污穢條件下的外絕緣特性，建立相應(yīng)的海拔修正關(guān)系。a) 特殊桿塔空氣間隙的工頻（直流）、沖擊電壓放電的補(bǔ)充驗(yàn)證試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到的特殊桿塔，如耐張塔、轉(zhuǎn)角塔等桿塔，進(jìn)行工頻（直流）、沖擊電壓放電的補(bǔ)充驗(yàn)證試驗(yàn)。b) 變電（換流）間隙的沖擊電壓放電特性。針對(duì)變電站（換流站）采用的母線(xiàn)分裂方式和管型母線(xiàn)以及屏蔽環(huán)，進(jìn)行相（極）間操作沖擊試驗(yàn)，求取相應(yīng)曲線(xiàn)為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。c) 長(zhǎng)串絕緣子的工頻（直流）污穢閃絡(luò)試驗(yàn)。在特高壓線(xiàn)路擬定的走廊內(nèi)，研究特高壓線(xiàn)路所使用的大盤(pán)徑絕緣子積污規(guī)律，包括積污速率、灰密特征、上下表面不均勻積污規(guī)律；同時(shí)比較不同傘型絕緣子在特高壓電場(chǎng)下積污的優(yōu)劣。研究特高壓長(zhǎng)

31、串絕緣子串長(zhǎng)與污耐壓的關(guān)系；并聯(lián)串?dāng)?shù)對(duì)特高壓長(zhǎng)串污耐壓的影響；不同布置方式對(duì)長(zhǎng)串污耐壓的影響，特別是V 形串。d) 高海拔及嚴(yán)酷自然環(huán)境條件下（污穢、覆冰、覆雪、強(qiáng)輻射）外絕緣特性及采用復(fù)合絕緣的可行性。(3) 電暈特性。當(dāng)靠近導(dǎo)線(xiàn)表面的電位梯度超過(guò)空氣擊穿強(qiáng)度時(shí)，輸電線(xiàn)路上就會(huì)產(chǎn)生電暈損失。其直接后果是影響輸電的經(jīng)濟(jì)性和用戶(hù)電能的質(zhì)量。為了對(duì)輸電線(xiàn)路做出更完善的設(shè)計(jì)，有必要研究電暈損失的特性和導(dǎo)線(xiàn)結(jié)構(gòu)的起暈電壓。a) 不同天氣情況下的電暈損失。根據(jù)線(xiàn)路沿線(xiàn)的氣象條件以及不同桿塔形式和導(dǎo)線(xiàn)分裂方式，計(jì)算在不同天氣情況下線(xiàn)路的電暈損失。b) 不同導(dǎo)線(xiàn)起暈電壓的試驗(yàn)。對(duì)分裂導(dǎo)線(xiàn)的不同子導(dǎo)線(xiàn)截面下進(jìn)

32、行起暈電壓的試驗(yàn)，確定特高壓最佳分裂方式。c) 絕緣子串起暈電壓試驗(yàn)。對(duì)不同類(lèi)型的絕緣子串在真實(shí)布置下進(jìn)行絕緣子串起暈電壓試驗(yàn)，確定絕緣子的選型。d) 金具起暈電壓試驗(yàn)。對(duì)線(xiàn)路選用的金具進(jìn)行金具起暈電壓試驗(yàn)，確定金具的選型。e) 根據(jù)工程需要，開(kāi)展高海拔地區(qū)設(shè)備電暈特性的研究，確定起暈電壓的海拔校正。(4) 特高壓環(huán)境問(wèn)題。高壓線(xiàn)路和變電站（換流站）對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響一直是世界各國(guó)十分關(guān)注的課題之一。雖然研究表明高壓輸電線(xiàn)路對(duì)環(huán)境的影響可以限制在允許的水平，但特高壓輸電系統(tǒng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)涉及到系統(tǒng)投資的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)取得越高，系統(tǒng)的投資將會(huì)越大，甚至?xí)杀对鲩L(zhǎng)。因此，需要結(jié)合我國(guó)國(guó)情，對(duì)實(shí)

33、際布置的線(xiàn)路及變電站（換流站）的設(shè)備對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行研究，選取我國(guó)對(duì)環(huán)境影響的限值。a) 特高壓線(xiàn)路走廊問(wèn)題。依據(jù)環(huán)境控制指標(biāo)，通過(guò)研究特高壓輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)排列方式，使得滿(mǎn)足環(huán)境要求的特高壓輸電線(xiàn)路走廊土地占有最小化。b) 特高壓線(xiàn)路的可聽(tīng)噪聲。特高壓線(xiàn)路的可聽(tīng)噪聲是特高壓輸電的特有問(wèn)題，而且高壓輸電的低頻噪聲問(wèn)題也是近年來(lái)環(huán)境保護(hù)和環(huán)境糾紛的一個(gè)突出的問(wèn)題。要進(jìn)行特高壓輸電的噪聲研究，尋求解決導(dǎo)線(xiàn)分裂和排列方式以及相應(yīng)的降低噪聲的措施。c) 特殊條件下特高壓線(xiàn)路的電場(chǎng)分布。根據(jù)對(duì)已運(yùn)行超高壓輸電線(xiàn)路的環(huán)境影響的調(diào)查，壞天氣情況下輸電線(xiàn)路下方電場(chǎng)分布變化成為新的環(huán)保問(wèn)題，對(duì)鄰近民房的畸變場(chǎng)預(yù)估、

34、測(cè)量和評(píng)價(jià)也是一個(gè)新的環(huán)保問(wèn)題，因此有必要開(kāi)展特殊條件下特高壓線(xiàn)路電場(chǎng)分布研究。d) 特高壓變電站（換流站）電磁騷擾源和二次設(shè)備干擾防護(hù)問(wèn)題。繼500 kV 變電站（換流站）保護(hù)設(shè)備抗干擾技術(shù)要求提出后，我國(guó)500 kV變電站（換流站）二次保護(hù)設(shè)備已基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)下放，要針對(duì)特高壓變電站（換流站開(kāi)展電磁騷擾源和二次設(shè)備干擾防護(hù)問(wèn)題研究，以實(shí)現(xiàn)特高壓二次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)下放。(5) 特高壓設(shè)備的相關(guān)問(wèn)題。近年來(lái)，隨著我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)裝備水平的不斷提高，相關(guān)設(shè)備制造企業(yè)的技術(shù)水平和國(guó)產(chǎn)化能力也不斷提升。目前，500 kV 輸變電設(shè)備已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)具備生產(chǎn)±500 kV 直流主設(shè)備、直流控制保護(hù)的能力，±800 kV級(jí)直流線(xiàn)路、絕緣子、金具完全可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化國(guó)內(nèi)電工設(shè)備制造廠(chǎng)對(duì)變壓器、電抗器、換流閥、電容器、導(dǎo)線(xiàn)、金具等主要特高壓輸變電設(shè)備，均具有一定的研制能力和供貨能力，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化也取得較大突破，為特高壓設(shè)備研發(fā)和制造打下