電力行業(yè)培訓(xùn)課件：特高壓輸電與關(guān)鍵技術(shù)研究

特高壓輸電與關(guān)鍵技術(shù)研究主要內(nèi)容特高壓輸電概論國外特高壓輸電的發(fā)展特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)研究特高壓輸電技術(shù)研究主要結(jié)論國外特高壓輸電現(xiàn)狀分析特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性特高壓輸電概論（一）交流輸電電壓等級：高壓（HV）：35kV～220kV

超高壓（EHV）：330KV及以上，1000kV以下特高壓（UHV）：1000kV及以上直流輸電電壓高壓直流（HVDC）：±600kV及以下直流特高壓直流（UHVDC）：±600kV以上直流我國輸電電壓等級高壓：110kV和220kV

超高壓：330kV，500kV，750kV

特高壓：1000kV我國主要直流輸電電壓高壓直流：±500kV

特高壓直流：±800kV特高壓輸電概論（二）特高壓輸電：1000kV交流輸電

±800kV直流輸電特高壓電網(wǎng)：1000kV輸電網(wǎng)、超高壓、高壓輸電網(wǎng)、特高壓和高壓直流輸電和配電網(wǎng)組成的現(xiàn)代化電網(wǎng)。特高壓電網(wǎng)主要特點(diǎn)分層，分區(qū)、結(jié)構(gòu)清晰；覆蓋區(qū)域大，大區(qū)間交換功率大不同電壓等級的平均輸電距離

330（345）kV輸電：200km～250km500kV輸電：250km～300km750（765）kV輸電：350km及以上

1000（1100）kV輸電：500km及以上超高壓——特高壓電網(wǎng)電壓等級基本系列

330（345）kV—750（765）kV—1500kV220kV（高壓）—500kV—1000（1100）kV特高壓輸電的功-角特性線路功率-角度特性：電網(wǎng)輸電能力與電網(wǎng)電壓平方成正比的關(guān)系是推進(jìn)輸電電網(wǎng)的電壓等級由高電壓、超高電壓向特高電壓發(fā)展的基本動力。在同樣穩(wěn)定裕度情況下，一回1000kV線路的輸電能力為500kV的4.7倍，一般可達(dá)到5倍。特高壓輸電概論（三）自然功率（P0）：輸電線受端接入相當(dāng)于波阻抗的負(fù)荷時(shí)，線路所需送的功率。不同電壓等級輸送的自然功率電壓（kV）330345500750100011001500功率（10MW）29.532.088.5221.0454.0500.0994.0超、特高壓輸電線路波阻抗500kV、750kV和1000kV輸電線路的波阻抗和相位系數(shù)電壓等級500kV750kV1000kV波阻抗Z-C（Ω）270260220相位系數(shù)（rad/km）1.055×10-31.069×10-31.064×10-3特高壓輸電的自然功率輸電線路輸送自然功率的特點(diǎn)：（1）送端和受端的電壓和電流相位相同，功率因數(shù)不變；（2）沿線電壓和電流幅值基本不變；（3）線路電抗消耗的無功等于線路電容產(chǎn)生的無功1000kV,500km線路輸送的自然功率為4500MW，可達(dá)5000MW。不同電壓等級的平均輸電距離

330（345）kV輸電：200km～250km500kV輸電：250km～300km750（765）kV輸電：350km及以上

1000（1100）kV輸電：500km及以上特高壓輸電概論（四）超高壓—特高壓輸電能力通用曲線（R.D.Dunlop）線路長度（km）圖3-47超高壓—特高壓輸電能力通用特性曲線特高壓輸電概率（五）直流輸電能力由換流容量決定已運(yùn)行最大換流閥容量：250kV，3000A

已經(jīng)能制造最大換流閥容量：200kV，4000A已運(yùn)行的最大直流輸電工程巴西、伊泰普直流工程：±600kV，3150MW

三—廣、三—滬和貴—廣直流工程：±500kV，3000MW±800kV直流輸電能力可達(dá)：6400MW特高壓輸電概率（六）超高壓到特高壓輸電發(fā)展簡史美國：1928年230kV36年1964年500kV

美國：1954年345kV15年1969年765kV

前蘇聯(lián)：1952年330kV15年1967年750kV

前蘇聯(lián)：1964年500kV20年1985年1150kV我國電網(wǎng)電壓等級的發(fā)展歷程電壓水平330kV500kV±500kV750kV投運(yùn)年1972198119892005特高壓輸電概論（七）超高壓、特高壓、電壓等級升高的規(guī)律上下兩個(gè)電壓等級配合：兩個(gè)電壓等級之比>2

新的更高電壓等級出現(xiàn)時(shí)間：(1+X)T≥4

其中：X為尖峰負(fù)荷的平均增長率。

T為預(yù)測出現(xiàn)更高電壓等級的年數(shù)，指的是：現(xiàn)有電網(wǎng)最高電壓開始形成到更高電壓輸電工程投入運(yùn)行所需經(jīng)歷的時(shí)間。根據(jù)電壓等級發(fā)展規(guī)律年均負(fù)荷增長7-8%及以上，需要新的電壓等級大約15年年均負(fù)荷增長5-6%，超高墳電網(wǎng)需要特高壓的時(shí)間為20年左右。國外特高壓輸電的發(fā)展（一）促進(jìn)特高壓輸電發(fā)展的主要因素（1）經(jīng)濟(jì)發(fā)展，用電負(fù)荷快速增長，從50年代到70

年代末，幾個(gè)主要國家均用電在6%以上；（2）發(fā)電機(jī)和發(fā)電廠規(guī)模經(jīng)濟(jì)性；（3）燃料、運(yùn)輸成本和發(fā)電能源的可用性；（4）生態(tài)環(huán)境；（5）降低網(wǎng)損和短路電流水平；（6）政府的政策和管理。國外特高壓輸電的發(fā)展（二）50年代到80年代大型和特高型發(fā)電機(jī)發(fā)展快美國特高型機(jī)組投入時(shí)間

前蘇聯(lián)特大型機(jī)組投入時(shí)間300MW500MW1000MW1150MW1300MW19551960196519701973300MW500MW800MW1200MW1963196719711980超臨界和超超臨界機(jī)組發(fā)電設(shè)計(jì)煤耗燃煤電廠規(guī)模經(jīng)濟(jì)性機(jī)組容量（MW）3006009001000設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)煤耗g/kWh亞臨界超臨界超超臨界超臨界超超臨界295286275283271發(fā)電廠容量（MW）3×8004×8006×8008×800每kW標(biāo)幺投資成本1.00.950.880.85每kWh標(biāo)幺運(yùn)行成本1.00.990.980.98輸電網(wǎng)電壓與網(wǎng)損國外特高壓輸電的發(fā)展（三）

特高壓輸電的發(fā)展目標(biāo)（1）大容量、遠(yuǎn)距離輸送電能（2）超高壓電網(wǎng)之間的強(qiáng)互聯(lián)，形成特高壓統(tǒng)一電網(wǎng)；（3）在已有的，強(qiáng)大的超高壓電網(wǎng)讓覆蓋一個(gè)特高壓輸電網(wǎng)。國外特高壓輸電的發(fā)展（四）

美國BPA公司于1970年作出規(guī)劃，擬用1100kV遠(yuǎn)距離線路將喀斯喀特山脈東部煤礦區(qū)坑口發(fā)電廠群的電力輸送到西部負(fù)荷中心，輸送容量6000～10000MW

美國AEP公司于1969年規(guī)劃在已有的765kV電網(wǎng)之上迭加一個(gè)1500kV特高壓輸電骨干網(wǎng)以減少輸電線路走廊用地和環(huán)境保護(hù)問題。

前蘇聯(lián)于70年代規(guī)劃，在西北利亞地區(qū)的坎斯克、哈薩克的?；退箞D茲建火電站群，建設(shè)2500km的1150kV線路將西北利亞的煤電和水電輸送到烏拉爾和歐洲其他部分的用電負(fù)荷中心。已建埃斯巴斯圖茲到科克切諾夫500km和科克切諾夫到庫斯坦奈400km兩段1150kV線路，從1985年到1992年運(yùn)行了6年。前蘇聯(lián)1150kV輸電線路地理接線圖日本于70年代開始規(guī)劃，80年代初開始特高壓技術(shù)研究，建設(shè)東西和南北兩條1000kV輸電主干線，將位于東部太平洋沿岸的福島第一和第二核電站（總裝機(jī)9190MW）和柏崎核電站（裝機(jī)8120MW）的電力送往東京灣的用電負(fù)荷中心，已建成同塔雙回487.2km線路，目前降壓500kV運(yùn)行。日本特高壓線路地理位置示意圖意大利為了把本國南部地區(qū)的煤電和核電輸送到北部工業(yè)區(qū)，規(guī)劃在原有的380kV輸電網(wǎng)架上迭加了一個(gè)1050kV特高壓骨干網(wǎng)。特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)研究（一）

特高壓三大關(guān)鍵技術(shù)研究（1）特高壓輸電電暈：解決電暈對可聽噪聲、無線電干擾、電視干擾和電暈功率損耗問題；（2）特高壓輸變電絕緣和絕緣配合，包括限制工頻過電壓和操作過電壓；（3）特高壓輸電工程的工頻電場和工頻磁場及其減少影響的對策。特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)研究（二）——試驗(yàn)基地美國BPA公司（1）萊昂斯電氣試驗(yàn)場：2.1km，1200kV三相線路；（2）卡萊試驗(yàn)室；（3）莫洛機(jī)械試驗(yàn)場：1.8km試驗(yàn)內(nèi)容：電暈、電磁場、生態(tài)和環(huán)境、工頻、操作和雷過電壓沖擊、可聽噪聲、無線噪音、電視干擾，電暈損耗和臭氧的測試、機(jī)械結(jié)構(gòu)、絕緣子、金具試驗(yàn)、變壓器、避雷器、SF6開關(guān)設(shè)備原型的性能評價(jià)。

美國AEP公司雷諾特高壓試驗(yàn)場：1000—1500kV三相試驗(yàn)線路，523m。試驗(yàn)內(nèi)容：工頻過電壓、操作沖擊、污穢絕緣子試驗(yàn)，可聽噪聲、無線電干擾、電暈損耗、地面電場等試驗(yàn)研究。AEP-ASEA特高壓試驗(yàn)基地前蘇聯(lián)白利帕斯特變電站三相線路試驗(yàn)場：1.17km線路伊塔特到新庫茨涅克工業(yè)試驗(yàn)線路：270km；試驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)備絕緣、操作過電壓、可聽噪聲、變電站電磁場、裝備安裝、檢修等試驗(yàn)、特高壓設(shè)備現(xiàn)場考核試驗(yàn)。日本赤城試驗(yàn)線段、新榛名試驗(yàn)場：1000kV，600m，雙回路兩檔距；高山石試驗(yàn)線段：試驗(yàn)內(nèi)容：污穢絕緣子、可聽噪聲、無線電、電視干擾、電磁場生態(tài)、分裂導(dǎo)線和桿塔、強(qiáng)風(fēng)和地震等試驗(yàn)。日本新榛名試驗(yàn)場全景圖意大利薩瓦雷托試驗(yàn)站：1km試驗(yàn)線段40m試驗(yàn)籠普拉達(dá)納斯機(jī)械試驗(yàn)場試驗(yàn)內(nèi)容：操作過電壓的空氣隙、污穢絕緣子、可聽噪聲、無線電噪音、電暈損耗長期測量、分裂導(dǎo)線對稱與不對稱，工頻電場的生態(tài)反應(yīng)。特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)研究（三）試驗(yàn)籠：主要試驗(yàn)電暈：可聽噪聲、無線電噪音、電視干擾、電暈損耗中國武漢高壓研究所于1996年建成1000kV級200m試驗(yàn)線段。電力建設(shè)研究所于2004年建成桿塔試驗(yàn)站，特高壓8×800分裂導(dǎo)線機(jī)械試驗(yàn)。中國1000kV級特高壓試驗(yàn)線段全景圖特高壓輸電技術(shù)研究主要成果結(jié)論（一）（1）特高壓電網(wǎng)的操作過電壓可限制在1.6p.u.水平，在操作過電壓控制下對于1000～1600kV輸電網(wǎng)的絕緣不會因長空氣間隙電壓擊穿飽和特性使輸電成本增加。特高壓輸電在經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)勢。（2）特高壓電暈產(chǎn)生的可聽噪聲、無線電干擾、電視干擾和電暈功率損耗通過優(yōu)化分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)可以控制在超高壓輸電的水平，甚至更好。（3）特高壓輸電線路產(chǎn)生的工頻電場和磁場通過優(yōu)化桿塔結(jié)構(gòu)，相導(dǎo)線排列及離地最低高度控制可以控制在超高壓輸電水平，對生態(tài)不會產(chǎn)生不良的效果。特高壓輸電技術(shù)研究主要成果和結(jié)論（二）（4）提出的“特高壓輸電線路主要特性”和“特高壓設(shè)備主要特性”為特高壓輸電工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行以及設(shè)備制造提供科學(xué)依據(jù)。（5）國際大電網(wǎng)會議（CIGRE），38.04工作組對各國特高壓技術(shù)進(jìn)行評估，并確認(rèn)：特高壓交流輸電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)成熟；±800kV是特高壓直流輸電確實(shí)和有把握的可行電壓等。國外特高輸電現(xiàn)狀分析1.從20世紀(jì)70年代后期，用電負(fù)荷增長率降低。美國從1975年至1990年實(shí)際用電量僅增加了50%意大利、前蘇聯(lián)這段時(shí)間的實(shí)際用電量增加了60%。這些國家進(jìn)入80年代后平均年用電量增長為1—2%。由于居民用電基本飽和，制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)移國外，知識經(jīng)濟(jì)的興起，未來用電的增長預(yù)計(jì)不會有大變化。用電負(fù)荷增長緩慢，原計(jì)劃在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心建設(shè)大型和特大型電廠不得不停建。80年代以后，基本上沒有特大型機(jī)組和電廠建成投入運(yùn)行。 國外特高輸電現(xiàn)狀分析2.自20世紀(jì)80年代以來，發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，提高了中、小型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的能源轉(zhuǎn)換效率。在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求下，中、小型聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組發(fā)展較快。煤的氣化及輸送技術(shù)的進(jìn)步和天然氣輸送技術(shù)的進(jìn)步提高了與輸電在經(jīng)濟(jì)上的競爭性。發(fā)電企業(yè)更注重在靠近負(fù)荷中心建設(shè)中、小型聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，以便在廠、網(wǎng)分開、電廠競價(jià)上網(wǎng)的電力市場條件下，增強(qiáng)市場競爭力，獲得更大利潤。 國外特高輸電現(xiàn)狀分析3.輸電技術(shù)的進(jìn)步，可使現(xiàn)有超高壓電網(wǎng)提高一定的輸電能力，滿足緩慢增加的輸電需求。例如，新型輸電導(dǎo)線的研制成功，可使輸電線重量輕、強(qiáng)度高、低弧垂，抗腐蝕，提高載流能力1～2倍。在不改變超高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的情況下，利用新型導(dǎo)線構(gòu)成的緊湊型輸電線路，可提高線路輸送容量達(dá)30%；可控串聯(lián)補(bǔ)償應(yīng)用于超高壓輸電網(wǎng)可提高輸電線路的輸電能力20—30%。在一定的電網(wǎng)條件下，為超高壓輸電電網(wǎng)提高輸電能力的技術(shù)改造的建設(shè)成本比新建更高電壓等級的輸電線路低，但電網(wǎng)功率損耗將增加。 國外特高輸電現(xiàn)狀分析4.新建特大型電廠的廠址和特高壓輸電線路的走廊用地，在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求下得到批準(zhǔn)比較困難，或批準(zhǔn)程序復(fù)雜，或等待批準(zhǔn)時(shí)間長。這給電廠和輸電工程的建設(shè)增加了投資風(fēng)險(xiǎn)，影響電力企業(yè)預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)電企業(yè)和輸電企業(yè)難下決心冒大風(fēng)險(xiǎn)投資建設(shè)特大型電廠和特高壓輸電工程。 國外特高輸電現(xiàn)狀分析5.廠、網(wǎng)分開后，電力市場機(jī)制在建立過程中，尚不完善，缺乏發(fā)電和輸電的協(xié)調(diào)規(guī)劃機(jī)制。這給特高壓輸電的規(guī)劃與特大型電廠或發(fā)電中心的規(guī)劃建設(shè)的協(xié)調(diào)增加了難度。 特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性提高輸電可靠性前蘇聯(lián)1150kV線路運(yùn)行6年的統(tǒng)計(jì)故障率電壓等級（kV）5007501150線路總長度（km）573141551911112線路斷開率（含重合成功）0.5740.2060.144線路中斷輸電率0.2010.0970.045提高輸電能力

1回1000kV線路的輸電能力為500kV的5倍以上。減少輸電線路走廊

1回1000kV線路的輸電走廊寬度約為500kV線路的1.5～2倍，但單位千瓦輸送功率的線路走廊為500kV線路的30～