特高壓專題電網(wǎng)從超高壓到特高壓的發(fā)展

特高壓專題

中國電網(wǎng)從超高壓到特高壓的發(fā)展一.發(fā)展特高壓的必要性二.特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)三.特高壓輸電的缺點(diǎn)四.我國特高壓的現(xiàn)狀與發(fā)展展望一、發(fā)展特高壓的必要性輸電電網(wǎng)：虛線框內(nèi)所示，包括輸電設(shè)備和變電設(shè)備組成。

高壓（HV）：1KV～220KV，包括：10KV，20kV,35KV，110KV，220KV

超高壓（EHV）：330～1000KV，包括：330KV，500KV，750KV

特高壓（UHV）：1000KV及以上交流系統(tǒng)直流系統(tǒng)

超高壓（EHV）:±500KV±660KV

特高壓（UHV）：±800KV

用電負(fù)荷增長是促進(jìn)超高壓電網(wǎng)向特高壓電網(wǎng)發(fā)展的最主要因素，還有如下因素：燃料、運(yùn)輸成本和發(fā)電能源的可用性發(fā)電機(jī)和發(fā)電廠規(guī)模經(jīng)濟(jì)性與電廠廠址不斷增長的用電需求促進(jìn)發(fā)電技術(shù)，包括火力、水力和核電發(fā)電技術(shù)向造價(jià)低、效率高的大型、特大型發(fā)電機(jī)組發(fā)展。發(fā)電能源與用電負(fù)荷地理分布不均衡從超高壓和特高壓各電壓等級的輸電能力可看出，大型和特大型機(jī)組及相應(yīng)的大容量電廠的建設(shè)更增加了特高壓輸電的需求。

網(wǎng)損和短路電流水平

在電壓等級不變的情況下，遠(yuǎn)距離輸電意味著線路電能耗損的增加。當(dāng)輸送的功率給定時(shí)，提高輸電電壓等級，將減少輸電線通過的電流，從而減少有功和電能損耗，提高遠(yuǎn)距離輸送大功率的能力。生態(tài)環(huán)境輸電線路和變電站的生態(tài)環(huán)境影響主要表現(xiàn)在土地的利用、電暈所引起的通信干擾、可聽噪聲，工頻電、磁場對生態(tài)的相互作用等方面。在地區(qū)電力負(fù)荷密度小、輸電線路和變電站數(shù)量少的年代，生態(tài)環(huán)境不會成為問題。當(dāng)輸電線和變電站隨用電增加而數(shù)目增多時(shí)，環(huán)境問題可能成為影響輸電網(wǎng)發(fā)展的突出問題。二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)1、提高輸送容量2、縮短電氣距離提高穩(wěn)定極限3、降低線路損耗4、減少工程投資5、提高單位走廊輸電能力節(jié)省走廊面積6、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)降低短路電流7、加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)能力1、提高輸送容量交流線路的自然功率是表征其送電能力的一項(xiàng)指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

單回1000kV特高壓輸電線路的自然功率接近500萬千瓦，約為500kV輸電線路的五倍左右?！?00kV直流特高壓輸電能力可達(dá)到640萬千瓦，是±500kV高壓直流的2.1倍，是±620kV高壓直流的1.7倍.二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)單回線路的輸送能力二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)2.縮短電氣距離提高穩(wěn)定極限在輸送相同功率的情況下，1000kV特高壓輸電線路的最遠(yuǎn)送電距離約為500kV線路的4倍。采用±800kV直流輸電技術(shù)使超遠(yuǎn)距離的送電成為可能，經(jīng)濟(jì)輸電距離可以達(dá)到2500km及以上。二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)3.降低線路損耗可見在導(dǎo)線總截面、輸送容量均相同，即R、S值相等情況下1000kV交流線路的電阻損耗是500kV交流線路的四分之一。±800kV直流線路的電阻損耗是±500kV直流線路的39％，是±620kV直流線路的60％。二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)輸電線路損耗可按下式估算：4.減少工程投資1000kV交流輸電方案的單位輸送容量綜合造價(jià)約為500kV輸電方案的四分之三。±800kV直流輸電方案的單位輸送容量綜合造價(jià)也約為±500kV直流輸電方案的四分之三。

二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)5.提高單位走廊輸電能力二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)

交流特高壓：同塔雙回和貓頭塔單回線路的走廊寬度分別為75米和81米，單位走廊輸送能力分別為13.3萬千瓦/米和6.2萬千瓦/米，約為同類型500kV線路的三倍。直流特高壓：±800kV、640萬千瓦直流輸電方案的線路走廊約76米，單位走廊寬度輸送容量為8.4萬千瓦/米，是±500kV、300萬千瓦方案的1.29倍，±620kV、380萬千瓦方案的1.37倍。二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)6.改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，降低短路電流二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)2)通過特高壓電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)布局，可以優(yōu)化包括超高壓在內(nèi)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從根本上解決短路電流超標(biāo)問題。1)通過特高壓實(shí)現(xiàn)長距離送電，可以減少在負(fù)荷中心地區(qū)裝設(shè)機(jī)組的需求，從而降低短路電流幅值。長距離輸入1000萬千瓦電力，相當(dāng)于減少本地裝機(jī)17臺60萬千瓦機(jī)組。每臺60萬千瓦機(jī)組對其附近區(qū)域500千伏系統(tǒng)的短路電流約增加1.8kA，如果這些機(jī)組均裝設(shè)在負(fù)荷中心地區(qū)，對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的短路電流水平有較大的影響。7.加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)能力1)通過交流特高壓同步聯(lián)網(wǎng)，可以大幅度縮短電網(wǎng)間的電氣距離，提高穩(wěn)定水平，發(fā)揮大同步電網(wǎng)的各項(xiàng)綜合效益。2)通過直流特高壓異步聯(lián)網(wǎng)，滿足長距離、大容量送電的要求，沿線不需要提供電源支撐。3)通過特高壓聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功率交換能力，可以在更大范圍內(nèi)優(yōu)化能源資源配置方式。二、特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)三、特高壓輸電的缺點(diǎn)1.系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題不易解決2.特高壓輸電線主保護(hù)原理的缺陷3.特高壓輸電對環(huán)境的影響強(qiáng)電場對人的生理和心理影響

電暈放電的影響

4.帶電作業(yè)和經(jīng)驗(yàn)技術(shù)三、特高壓輸電的缺點(diǎn)1.系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題不易解決自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，2次在歐洲。這些嚴(yán)重的大電網(wǎng)瓦解事故說明采用交流互聯(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題。特別是在特高壓線路出現(xiàn)初期，不能形成主網(wǎng)架，線路負(fù)載能力較低，電源的集中送出帶來了較大的穩(wěn)定性問題。下級電網(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。三、特高壓輸電的缺點(diǎn)2.特高壓輸電線主保護(hù)原理的缺陷目前比較成熟的、在我國有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的、可以作為主保護(hù)的縱聯(lián)保護(hù)原理不外乎以下幾種：工頻變化量方向保護(hù)、負(fù)序方向保護(hù)、分相電流差動(dòng)保護(hù)、距離方向保護(hù)和相電壓補(bǔ)償試方向保護(hù)等。這幾種原理各有一些優(yōu)點(diǎn)，也都存在一定的缺點(diǎn)。以上各種保護(hù)都要深入研究特高壓輸電線電容電流的影響和與通道(載波、光纖通道)的緊密配合與充分發(fā)揮通道作用以滿足特高壓輸電線防止過電壓和保證保護(hù)靈敏性、選擇性、可靠性高要求等問題。

三、特高壓輸電的缺點(diǎn)3.特高壓輸電對環(huán)境的影響強(qiáng)電場對人的生理和心理影響

1972年，蘇聯(lián)關(guān)于超高壓變電站工人反映電場對身體有影響的報(bào)告在大電網(wǎng)國際會議上發(fā)表后，引起了很大的波動(dòng)，世界各國對此進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。西班牙醫(yī)生Fole在第二次國際電氣危險(xiǎn)防護(hù)會議上敘述了功能障礙的問題，報(bào)道8～9個(gè)變電站工人到500kV變電站工作后有頭痛、嗜睡、惡心等癥狀。國內(nèi)也做過大量的試驗(yàn)研究表明，工頻高壓電場有較明顯的刺激作用，對機(jī)體存在不良影響，工作人員進(jìn)入電場后頭發(fā)豎立，頭部緊縮。動(dòng)物試驗(yàn)還證明：一定場強(qiáng)的工頻高壓對機(jī)體除局部有刺激作用外，還有全身性影響，諸如琥珀酸氫酶、心血管系統(tǒng)的心肌細(xì)胞乳酸脫氫酶、心肌細(xì)胞膜三磷酸腺苷(ATP)酶和心電等的改變。三、特高壓輸電的缺點(diǎn)強(qiáng)電場對人的生理和心理影響

上面所說的是電場的長期影響，此外還有電場的短期影響。處在特高壓線下面或者附近的對地絕緣的導(dǎo)電體，因?yàn)閷?dǎo)電體和導(dǎo)線間的相互部分電容以及導(dǎo)電體對地的自有部分電容的存在，當(dāng)人接觸此物體時(shí)，就會產(chǎn)生電擊。電擊一般分為2種：暫態(tài)電擊和穩(wěn)態(tài)電擊。例如雨天打傘經(jīng)過特高壓線路下時(shí)，如果臉部或手靠近傘的金屬部分就會有火花放電，這就是暫態(tài)電擊。關(guān)于穩(wěn)態(tài)電擊，據(jù)有關(guān)資料表明，平均感覺電流約為0．6mA(婦女)到lmA(男子)。4.特高壓輸電對環(huán)境的影響電暈放電的影響（1）電暈放電對無線電的干擾輸電線路電暈放電是產(chǎn)生無線電干擾的根源，無線電干擾指在無線段頻段可能對有用信號造成損害的電磁干擾。輸電線路電暈產(chǎn)生的脈沖電磁波沿著線路兩側(cè)橫向傳播，使沿線一定范圍內(nèi)的無線電接收設(shè)備，在正常工作時(shí)所接收的有用信號的波形幅值和相位受到影響，導(dǎo)致這些無線電接收設(shè)備達(dá)不到正常工作所需的信噪比。輸電線路無線電干擾主要是電暈放電、間隙放電(火花放電)等引起的。三、特高壓輸電的缺點(diǎn)（2）電暈放電對電視的干擾輸電線路對電視的干擾有2個(gè)方面：一是由于電暈放電產(chǎn)生的噪聲對調(diào)幅圖像的干擾引起圖像質(zhì)量的變差；二是由于線路桿塔對電視波的屏蔽和反射引起信號衰減及產(chǎn)生重影等不良后果。

（3）可聽噪聲對環(huán)境的影響可聽噪聲是指導(dǎo)線周圍空氣電離放電時(shí)所產(chǎn)生的一種人耳能直接聽得見的噪聲，它是一種聲頻干擾。這種噪聲將使得特高壓線路附近的居民以及在鄰近線路工作的人們感覺到煩躁不安，嚴(yán)重時(shí)可以使人難以忍受?？陕犜肼暫蜔o線電干擾一樣，隨著導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度的增加而增大，但是隨著距離的增加，可聽噪聲比無線電干擾衰減慢得多。三、特高壓輸電的缺點(diǎn)5.帶電作業(yè)和經(jīng)驗(yàn)技術(shù)

前蘇聯(lián)、日本在特高壓輸電線路設(shè)計(jì)和建設(shè)初期就試驗(yàn)研究了它的帶電作業(yè)方式、作業(yè)工具、人員的安全防護(hù)用具及防護(hù)措施等，制定了相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則。前蘇聯(lián)在1150kV線路上開展了帶電作業(yè)工作，進(jìn)入作業(yè)工位時(shí)，等電位作業(yè)人員借助絕緣吊籃進(jìn)入帶電體，作業(yè)時(shí)在鄰近桿塔上加裝保護(hù)間隙。安全性試驗(yàn)分析其作業(yè)安全生完全合格。由于特高壓線路電場高，作業(yè)人員需穿戴帶屏蔽面罩的全套屏蔽用具。經(jīng)試驗(yàn)，屏蔽服內(nèi)體表場強(qiáng)滿足<15kV／m的規(guī)定，流經(jīng)人體的電流<100A，滿足作業(yè)人員的安全防護(hù)要求。日本針對特高壓線絕緣子串較長的特點(diǎn)還專門研制了帶電檢測特高壓線路直線串和耐張串不良絕緣子的檢測工具。國外的工作說明了特高壓線路帶電作業(yè)的可行性和安全性。

三、特高壓輸電的缺點(diǎn)中國：1879年，上海公租界點(diǎn)亮了第一盞燈1982年，上海創(chuàng)辦第一家公用電業(yè)公司－上海電氣公司；

1908年～1935年，22kV、33kV、44kV、66kV、154kV

1943年~1981年,110kV、220kV、330kV、500kV1989年，±500kV

2005年，750kV

2010年，±800kV

2009年，1000kV電網(wǎng)的發(fā)展歷程電網(wǎng)發(fā)展歷史表明：100多年來，輸電電壓由最初的13.8kV逐步發(fā)展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。電網(wǎng)的發(fā)展主要是更高電壓等級輸電網(wǎng)的發(fā)展。輸電技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了不斷建設(shè)更高電壓等級的電網(wǎng)，將更大容量的電力輸送到更遠(yuǎn)的距離。四、我國特高壓的現(xiàn)狀與發(fā)展展望4-1中國特高壓輸電計(jì)劃4-2已開展的前期研究工作4-1中國特高壓輸電計(jì)劃

國家發(fā)展改革委員會于2005年2月16日印發(fā)了《關(guān)于開展100萬伏交流、80萬伏級直流輸電技術(shù)前期研究工作的通知》，對特高壓輸變電技術(shù)前期研究工作進(jìn)行了全面部署，這標(biāo)志著我國特高壓電網(wǎng)工程的全面啟動(dòng)。

華北南方東北臺灣陜北煤電1、2陜北蒙西煤電3石家莊北京東華中濟(jì)南豫北200300240470340100360晉東南徐州淮南煤電徐州煤電362280雅龍江梯級金沙江I期金華川西水電164無錫南陽283170329150上海北100華東浙北蕪湖164400長沙荊門恩施樂山360330川西水電蒙西煤電4天津南昌唐山青島120300250300400福州400南京200240300沿海核電沿海電源150蒙西煤電1寧夏煤電2蒙西煤電2晉中煤電駐馬店武漢沿海核電260270300300錫盟煤電I錫盟煤電II480480沿海核電280210300晉中重慶450晉東南煤電沿海核電沿海核電金沙江II期鐵嶺地下電站上海西蒙西錫盟圖例±660千伏直流1000千伏交流750千伏交流雅安渭南東靖邊蒙西煤電6400200400280260100晉東南煤電300俄羅斯滁州泰州14045017027070270130150贛州泉州260410170西藏水電360溫州280蒙古綿陽萬縣±800千伏直流寶清×440120150260榆林錫盟煤電III430200蒙西煤電5寧夏煤電1俄羅斯晉東南煤電阜新本溪寶清哈爾濱吉林450260240300260220西北安西永登拉西瓦白銀西寧官亭哈密煤電二平?jīng)銮h渭南羊曲寶雞天水榆橫延安哈密煤電一哈密變奇臺變吐魯番變西山變東郊變?yōu)醣弊儸敿{斯奎屯變皇宮變伊寧變塔什店變400霍林河450901702201408018010018014036015010039023010014022020010018016023018917079150257120215344中俄背靠背西安南彬長至馮屯1202003060呼盟3呼盟5鄂溫克伊敏新左旗滿洲里180國華海拉爾哈密開關(guān)站460350350連云港鹽城酒泉西藏350敦煌陜南×金昌200280酒泉380羊曲230安康北京西準(zhǔn)東煤電二準(zhǔn)東煤電一呼盟2伊敏西2012030呼盟7呼盟4呼盟1呼盟6班多茨哈峽呼盟8250晉北湘南200成都±500千伏直流160晉北煤電川西水電±1000千伏直流準(zhǔn)東煤電三青藏±400千伏直流聯(lián)網(wǎng)工程西寧北格爾木烏蘭41632060100神木148臨洮278賀蘭山165黃河銀川東10875安康煤電2002002020年特高壓規(guī)劃方案到2020年，特高壓電網(wǎng)形成以華北、華中、華東為核心，聯(lián)結(jié)各大區(qū)域電網(wǎng)、大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地和主要負(fù)荷中心的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。庫車變2023/2/129華北南方東北西藏臺灣西北華中上海華東金沙江水電晉陜寧蒙煤電基地負(fù)荷中心送電至華中華東送電至華北華中華東新疆煤電基地四川水電西藏水電送電至華中華東送電至華中我國未來電力流向到2020年，特高壓及跨區(qū)、跨國電網(wǎng)輸送容量達(dá)到3.73億千瓦，屆時(shí)占全國總負(fù)荷的31％，其中特高壓電網(wǎng)輸送容量2.65億千瓦。2023/2/1304-1中國特高壓輸電計(jì)劃4-2已開展的前期研究工作從1986年開始，我國將特高壓輸電技術(shù)研究連續(xù)列入國家“七五”、“八五”和“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃，相繼開展了我國更高一級電壓遠(yuǎn)距離輸電方式和電壓等級的選擇問題的研究，進(jìn)行了特高壓輸變電設(shè)備、線路、鐵塔、典型變電所的分析論證和特高壓輸電系統(tǒng)過電壓、絕緣配合及輸電線路對環(huán)境影響的研究工作，取得了一批重要科技成果。我國特高壓技術(shù)研究已進(jìn)入實(shí)用化階段。1996年在武漢高壓研究所戶外場建成了我國第一條200m的1000kV特高壓交流試驗(yàn)研究線段，進(jìn)行了特高壓輸電線路對環(huán)境的影響、特高壓外絕緣特性和絕緣子串電壓分布等研究。我國在直流輸電方面成績顯著，已建成和正在建設(shè)的±500kV直流輸電工程包括葛上、天廣、三常、三廣、貴廣、三滬、貴廣Ⅱ回等多項(xiàng)大型工程，基本實(shí)現(xiàn)了±500kV直流輸電工程設(shè)計(jì)和設(shè)備國產(chǎn)化，為±800kV直流輸電技術(shù)的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近期，隨著我國特高壓電網(wǎng)建設(shè)工作的啟動(dòng)，一大批科研院所、設(shè)計(jì)和設(shè)備制造企業(yè)開始集中力量研究有關(guān)技術(shù)和設(shè)備問題。南方電網(wǎng)公司高海拔特高壓試驗(yàn)基地（昆明）已建成。4-2已開展的前期研究工作4-2已開展的前期研究工作國內(nèi)唯一的建有200m長1200kV特高壓試驗(yàn)線段的百萬伏級戶外試驗(yàn)場特高壓戶外試驗(yàn)場4-2已開展的前期研究工作全國規(guī)模最大的百萬伏級人工污穢實(shí)驗(yàn)室

4-2已開展的前期研究工作國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：電力電纜實(shí)驗(yàn)室，規(guī)模和能力位居世界第一

4-2已開展的前期研究工作國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：電力電纜實(shí)驗(yàn)室4-2已開展的前期研究工作國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：電力系統(tǒng)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室。國內(nèi)規(guī)模最大、功能最全。

4-2已開展的前期研究工作國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：電力系統(tǒng)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室。4-2已開展的前期研究工作高壓計(jì)量大廳既可獨(dú)立進(jìn)行又可與戶外場試驗(yàn)設(shè)備配合進(jìn)行相間操作試驗(yàn)。4-2已開展的前期研究工作4-2已完成的特高壓線路晉東南—南陽—荊門1000kV特高壓交流輸電工程晉東南站南陽站晉東南—南陽1000kV同塔雙回線向家壩—上海士800kV直流輸電工程向家壩水電站向家壩—上海士800kV直流線路向家壩—上海士800kV直流線路4-3有關(guān)中國發(fā)展特高壓的爭論爭論1關(guān)于安全性的爭論蒙定中表示，“三華聯(lián)網(wǎng)”是將三個(gè)大區(qū)合成一個(gè)特大區(qū)，一旦發(fā)生失穩(wěn)事故必波及全區(qū)。此外，《導(dǎo)則》規(guī)定要分層，即最高電壓電網(wǎng)對下都是輻射性連接，上下級不能經(jīng)變壓器連接構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)，我國最嚴(yán)重的2006年華中電網(wǎng)事故就是因此造成的。然而“三華聯(lián)網(wǎng)”必需100/50萬伏電磁環(huán)網(wǎng)，否則每回線都送不到300萬千瓦。

“交流電力系統(tǒng)還有個(gè)穩(wěn)定極限的問題。如果所送電流超過穩(wěn)定極限，將會立即引起全系統(tǒng)功率振蕩，兩分鐘內(nèi)，全網(wǎng)停電。這是人力所不能控制的?！?-3有關(guān)中國發(fā)展特高壓的爭論爭論2關(guān)于三華聯(lián)網(wǎng)的爭論蒙定中認(rèn)為，引起重大停電的失穩(wěn)振蕩都不是一兩個(gè)元件故障跳閘造成的，以三華聯(lián)網(wǎng)各級支路元件500～600計(jì)，如果按兩個(gè)元件連鎖跳閘計(jì)算，就得做25萬～36萬種情況的仿真計(jì)算?！拔覀兒瞬?010年6月電科院的《受端電網(wǎng)構(gòu)建研究》報(bào)告，只做了1個(gè)或個(gè)別2個(gè)元件跳