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：電氣0906學(xué)號：09291183指導(dǎo)老師：吳俊勇完成日期：2012.5.20一、 特高壓輸電簡介特高壓輸電指的是使用1000千伏及以上的電壓等級輸送電能。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，實現(xiàn)大功率的中、遠(yuǎn)距離輸電，以及實現(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，1條1150千伏輸電線路的輸電能力可代替56條500千伏線路,或3條750千伏線路;可減少鐵塔用材三分之一，節(jié)約導(dǎo)線二分之一，節(jié)省包括

2、變電所在內(nèi)的電網(wǎng)造價1015。1150千伏特高壓線路走廊約僅為同等輸送能力的 500千伏線路所需走廊的四分之一，這對于人口稠密、土地寶貴或走廊困難的國家和地區(qū)會帶來重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。特高壓輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少。100萬伏交流特高壓輸電線路輸送電能的能力（技術(shù)上叫輸送容量）是50萬伏超高壓輸電線路的5倍。所以有人這樣比喻，超高壓輸電是省級公路，頂多就算是個國道，而特高壓輸電是“電力高速公路”。1000千伏電壓等級的特高壓輸電線路均需采用多根分裂導(dǎo)線,如8、12、16分裂等，每根分裂導(dǎo)線的截面大都在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線電干擾、電

3、視干擾、可聽噪聲干擾等不良影響。桿塔高度約4050米。雙回并架線路桿塔高達(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）及以上電壓等級的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。特高壓直流輸電的主要特點是輸送容量大、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、中間無落點、無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、無功補(bǔ)償設(shè)備、控制保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動通信設(shè)備等。相對于傳統(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方式。UHVDC一般采用高可靠性的雙極兩端中性點接線方式。 3、特高壓直流輸電的主要技術(shù)特點。與特高壓交流輸電技術(shù)相比，UHVDC的主要技術(shù)特點為： （1）UHVDC系統(tǒng)中間不落點，可點對點、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)的動態(tài)穩(wěn)定性；（5）當(dāng)發(fā)生直流系統(tǒng)閉鎖時，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。目前，對特高壓交流輸電技術(shù)的研究主要集中在線路參數(shù)特性和傳輸能力、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及絕緣與過電壓、電

6、暈及工頻電磁場等方面。特高壓交流輸電有以下幾個參數(shù)：1、輸電能力。輸電線路的傳輸能力與輸電電壓的平方成正比，與線路阻抗成反比。一般來說，1100kV輸電線路的輸電能力為500kV輸電能力的4倍以上，但產(chǎn)生的容性無功也為500kV輸電線路的4.4倍及以上。因此，特高壓輸電線路的輸送功率較小時，送、受端系統(tǒng)的電壓將升高。為抑制特高壓線路的工頻過電壓，需要在線路兩端并聯(lián)電抗器以補(bǔ)償線路產(chǎn)生的容性無功。 2、線路參數(shù)特性。特高壓輸電線路單位長度的電抗和電阻一般分別為500kV輸電線路的85%和25%左右，但其單位長度的電納可為500kV線路的1.2倍。 3、穩(wěn)定性。特高壓輸電線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。對于中、長距離輸電（300km及以上），特高壓輸電線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、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定）；對于中、短距離輸電（80300km），則主要受電壓穩(wěn)定性的限制；對于短距離輸電（80km以下），主要受熱穩(wěn)定極限的限制。 4、功率損耗。輸電線路的功率損耗與輸電電流的平方成正比，與線路電阻成正比。在輸送相同功率的情況下，1000kV輸電線路的線路電流約為500kV輸電線路的1/2，其電阻約為500kV線路的25%。因此，1000kV特高壓輸電線路單位長度的功率損耗約為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)缺點比較特高壓直流輸電方面：經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)點：（1）線路造價低。對于架空輸電線，交流用三根導(dǎo)線，而直流一般用兩根，采用大地或海水作回路時只要一根，能節(jié)省大量的線路建設(shè)費(fèi)用。對于電纜，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。直流架空輸電線只用兩根，導(dǎo)線電阻損耗比交流輸電小;沒有感抗和容抗的無功損耗;沒有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的截面利用充分。另外，直流架空線路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無線電干擾都比交流線路小。所以，直

9、流架空輸電線路在線路建設(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)定問題，可實現(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，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)連接兩個交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，不存在上述穩(wěn)定問題。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.還可連接兩個不同頻率的系統(tǒng)，實現(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。如用交流輸電線連接兩個交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設(shè)限流裝置。然而用直流輸電線路連接

10、兩個交流系統(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。直流輸電通過可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”（功率流動方向的改變），在正常時能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實現(xiàn)健全系統(tǒng)對故障系統(tǒng)的緊急支援，也能實現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運(yùn)行時，如果交流線路發(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）沒有電容充電電流。直流線路穩(wěn)態(tài)時無電容電流，沿線電壓分布平穩(wěn)，無空、輕載時交流長線受端及中部發(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)省線路走廊。按同電壓5

11、00 kV考慮，一條直流輸電線路的走廊40 m，一條交流線路走廊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，直流線路單位長度的造價比交流低;而直流輸電兩端換流設(shè)備造價比交流變電站貴很多。這就引起了所謂的“等價距離”問題。（2）消耗無功功率多。一般每端換流站消耗無功功率約為輸送功率的4060,需要無功補(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)過熱、換流器的控制不穩(wěn)定，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。（4）就技術(shù)和設(shè)備而言，直流

12、波形無過零點，滅弧困難。目前缺乏直流開關(guān)而是通過閉鎖換流器的控制脈沖信號實現(xiàn)開關(guān)功能。若多條直流線路匯集一個地區(qū)，一次故障也可能造成多個逆變站閉鎖，而且在多端供電方式中無法單獨(dú)地切斷事故線路而需切斷全部線路，從而會對系統(tǒng)造成重大沖擊。（5）從運(yùn)行維護(hù)來說，直流線路積污速度快、污閃電壓低，污穢問題較交流線路更為嚴(yán)重。與西方發(fā)達(dá)國家相比，目前我國大氣環(huán)境相對較差，這使直流線路的清掃及防污閃更為困難。設(shè)備故障及污穢嚴(yán)重等原因使直流線路的污閃率明顯高于交流線路。（6）不能用變壓器來改變電壓等級。直流輸電主要用于長距離大容量輸電、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）已不能滿足需要，只有提高電壓等級，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：（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格越低。（3）節(jié)省線路走廊和變電站占地面積。一般來說，一回1150 kV輸電線路可代替6回500 kV線路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。（4）減少線路的功率損耗, 就我國而言, 電壓每提高1，每年就相當(dāng)于新增加500萬kW的電力，50

14、0kV輸電比1200kV的線損大5倍以上。（5）有利于連網(wǎng)，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少故障率。特高壓輸電的主要缺點是系統(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。另外，特高壓交流輸電對環(huán)境影響較大。由于交流特高壓和高壓直流各有優(yōu)缺點，都能

15、用于長距離大容量輸電線路和大區(qū)電網(wǎng)間的互聯(lián)線路，兩者各有優(yōu)缺點。輸電線路的建設(shè)主要考慮的是經(jīng)濟(jì)性，而互聯(lián)線路則要將系統(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)缺點還可能互相轉(zhuǎn)化。兩種輸電技術(shù)將在很長一段時間里并存且有激烈的競爭。下面用一個特高壓交流輸電系統(tǒng)典例來說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 萬平方公里，包括東京都及其周邊區(qū)域(大東京市)。2008 財年凈供電量為289TWh，占日本全國供電總量的33%東京電力公司的電力系統(tǒng)有下述幾個特點：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，東京電力公司開始不斷擴(kuò)建550KV 電網(wǎng)；復(fù)雜交錯的輸電線路的安全難以保證。除此之外，為了增加550KV 輸電線路的數(shù)量，還要求解決系統(tǒng)短路容量問題。因此，東京電力公司決定建設(shè)輸電容量比550KV 輸電線路大3-4 倍的1100kV 輸電線路，如圖2 所示為同輸電容量不同電壓等級輸電通道數(shù)量比較。圖2在升級完成以后，550kV 電網(wǎng)的幾個斷路器將在通常運(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。在1

17、100kV 系統(tǒng)中，輸電線路和變電站的經(jīng)濟(jì)性、高可靠性及進(jìn)行環(huán)?？剂渴欠浅１匾?。為實現(xiàn)1100kV 的傳輸系統(tǒng)，復(fù)雜精密的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)是必須的，以應(yīng)對由高電壓引起的一系列現(xiàn)象。對特高壓交流輸電來講，意味著更大的充電功率（MVA）和更小的線路阻抗。圖 4 給出了1100kV 系統(tǒng)設(shè)計的一種基本概念。圖4技術(shù)及解決方案如下： 網(wǎng)絡(luò)問題的解決方案：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)和限制操作過電壓 輸電線路設(shè)計，如減小輸電桿塔的尺寸、其磁場效應(yīng)，電暈噪音和風(fēng)噪音。 變電站設(shè)計，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，但不采用特殊的測量手段是難以估量的，因為由健全相的靜電導(dǎo)致產(chǎn)生更高的電壓。用高速接地開關(guān)（ HSGS ）可以達(dá)到這一目的。在相對較短的無換位的輸電線路中不裝設(shè)電抗器。故障線路的高速接地開關(guān)（HSGS）在故障消除后閉合以強(qiáng)行熄滅二次滅弧，然后快速打開使系統(tǒng)恢復(fù)。高速接地開關(guān)（HSGS）在機(jī)械與電氣上的高可靠性設(shè)計，使其發(fā)生故障時候不會給整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成致命的后果。圖5為高速接地開關(guān)（HSGS）運(yùn)行的時間序位圖。圖5精密的絕緣配合是特高壓系統(tǒng)必須的，而且應(yīng)在整個特高壓輸電線路和變電站中進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。圖6顯示了在1100kV系統(tǒng)中的一個新實現(xiàn)的絕緣配合。對于變電站，通過裝設(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)可有效減少雷電過電壓。對于輸電線路，通過裝設(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電壓水平,合理的過電壓設(shè)計水平正被確定。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，較常規(guī)避雷器有更平滑的伏安（V-I）特性，高電壓下更長的工作壽命，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 輸電線路的2.0pu 水

20、平。這些在縮小線路相間電氣間隙的設(shè)計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)計進(jìn)行的實際建造中的特高壓輸電線路。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)展情況簡介截至2004年底，我國發(fā)電總裝機(jī)容量已達(dá)到440 GW，預(yù)計到2005年底總?cè)萘繉⒊^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)電廠安全可靠

21、地輸送到終端用戶的艱巨任務(wù)。其次，我國能源分布和負(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，由于我國長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，通道資源問題日益突出。目前，我國電網(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，為實現(xiàn)“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，亟需吸收國際上特高壓輸電的經(jīng)驗，加快建設(shè)電壓等級更高、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)我國電力產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級

22、和可持續(xù)發(fā)展。20 世紀(jì)60 年代以來，前蘇聯(lián)、美國、日本、意大利等國家先后制定了特高壓輸電計劃2,3（見表1），相繼建成了特高壓輸電試驗室、試驗場，對特高壓輸電可能產(chǎn)生的許多問題如過電壓、外絕緣、可聽噪聲、無線電干擾、生態(tài)影響等進(jìn)行了大量研究并取得了積極成果。CIGRE 專題工作組在綜合分析各國對特高壓技術(shù)的研究工作后指出：特高壓技術(shù)沒有難以克服的技術(shù)問題。 IEEE對±800 kV、±1 000 kV和±1 200 kV等級直流輸電的研究表明，±800 kV級直流輸電是可行的方案。國家額定電壓/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、薩克和烏拉爾三個聯(lián)合電力系統(tǒng)，2 500 km美國1100將懷俄明州和蒙大拿州的巨型火電廠和調(diào)峰水電廠的810 GW電力送到西部負(fù)荷中心，1 000 km，計劃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，計劃1990年代投運(yùn)日本1000新瀉柏山奇核電廠至山梨縣，供東京地區(qū)用，電裝機(jī)容量8 GW，250 km，計劃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)于開展百萬伏交流、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。南方電網(wǎng)公司4,5提出近期啟動“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惠東1 000 kV 交流輸變電工程，線路長度約1 320 km，線路輸電能力約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)惠東龍門佛崗四會新興形成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)。國家電網(wǎng)公司6-8提出近期啟動“兩

26、交一直”工程建設(shè)，兩條交流輸電工程都是1 000 kV 級別的，一條是陜北晉東南南陽荊門武漢的中線工程，另一條是淮南皖南浙北上海的東線工程；一條直流輸電工程是±800 kV 的金沙江一期水電外送工程。同國外相比較，我國特高壓技術(shù)的研究狀況仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。1 000 kV級交流有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗可以參照，但考慮到我國的實際情況（高海拔、重污穢等），不宜照搬國外的建設(shè)經(jīng)驗，應(yīng)加強(qiáng)自主研發(fā)能力，特別是針對我國特有的問題進(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 級直流國際上沒有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗可循，以往的研究工作都是基于試驗室進(jìn)行的，工程實施過程

27、中必然會遇到一些技術(shù)問題，尤其是下列關(guān)鍵技術(shù)值得深入探討，以期促進(jìn)工程的順利實施9-18。(1) 過電壓與絕緣配合。由于長間隙絕緣放電的非線性，因此限制特高壓輸電系統(tǒng)過電壓對于降低工程造價和保證系統(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)過電壓的幅值和持續(xù)時間的措施。根據(jù)工頻過電壓的幅值和持續(xù)時間，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)過電壓的持續(xù)時間；利用新的繼電保護(hù)方案改變斷路器分閘次序，降低過電壓幅值。確定最大工頻暫態(tài)過電壓的水平。b) 特高壓輸電線路潛供電流和恢復(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電流間歇時間。采用高速接地開關(guān)來消除特高壓系統(tǒng)的潛供電流的可行性及方案。如果為限制工頻暫態(tài)過電壓和系統(tǒng)無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)電壓而必須研究對中性點小電抗采取特殊措施。c) 限制特高壓系統(tǒng)各類型的操作過電壓的措施。包括線路和變電站（換流站）合閘過電壓，線路單相重合閘過電壓，線路接地故障發(fā)生和消除過電壓及解列過電壓。d) 防雷措施的研究。雷擊跳閘是前蘇聯(lián)特高壓線路跳閘的主要原因。若采用同塔雙回線路，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）雷電侵入波過電壓的特殊性和限制措施的研究，特高壓系統(tǒng)線路側(cè)和母線側(cè)避雷器參數(shù)選擇。

29、e) 絕緣間隙距離的確定。要進(jìn)行特高壓線路桿塔在工頻電壓（直流電壓）、操作過電壓和雷電過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）、操作過電壓和雷電過電壓下的相（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，對變電（換流）設(shè)備的價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)備的開發(fā)和制造提供技術(shù)支持。(2) 外絕緣特性。為優(yōu)化我國特高壓輸電系統(tǒng)的線路設(shè)計，要結(jié)合我國國情，對特高壓線路實際的桿塔、導(dǎo)線等布置進(jìn)行絕緣特性的補(bǔ)充驗證試驗。特別是要重點研究在高海

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)充驗證試驗。根據(jù)實際設(shè)計中遇到的特殊桿塔，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)充驗證試驗。b) 變電（換流）間隙的沖擊電壓放電特性。針對變電站（換流站）采用的母線分裂方式和管型母線以及屏蔽環(huán)，進(jìn)行相（極）間操作沖擊試驗，求取相應(yīng)曲線為設(shè)計提供依據(jù)。c) 長串絕緣子的工頻（直流）污穢閃絡(luò)試驗。在特高壓線路擬定的走廊內(nèi)，研究特高壓線路所使用的大盤徑絕緣子積污規(guī)律，包括積污速率、灰密特征、上下表面不均勻積污規(guī)律；同時比較不同傘型絕緣子在特高壓電場下積污的優(yōu)劣。研究特高壓長

31、串絕緣子串長與污耐壓的關(guān)系；并聯(lián)串?dāng)?shù)對特高壓長串污耐壓的影響；不同布置方式對長串污耐壓的影響，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)線表面的電位梯度超過空氣擊穿強(qiáng)度時，輸電線路上就會產(chǎn)生電暈損失。其直接后果是影響輸電的經(jīng)濟(jì)性和用戶電能的質(zhì)量。為了對輸電線路做出更完善的設(shè)計，有必要研究電暈損失的特性和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的起暈電壓。a) 不同天氣情況下的電暈損失。根據(jù)線路沿線的氣象條件以及不同桿塔形式和導(dǎo)線分裂方式，計算在不同天氣情況下線路的電暈損失。b) 不同導(dǎo)線起暈電壓的試驗。對分裂導(dǎo)線的不同子導(dǎo)線截面下進(jìn)

32、行起暈電壓的試驗，確定特高壓最佳分裂方式。c) 絕緣子串起暈電壓試驗。對不同類型的絕緣子串在真實布置下進(jìn)行絕緣子串起暈電壓試驗，確定絕緣子的選型。d) 金具起暈電壓試驗。對線路選用的金具進(jìn)行金具起暈電壓試驗，確定金具的選型。e) 根據(jù)工程需要，開展高海拔地區(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)境問題。高壓線路和變電站（換流站）對環(huán)境和生態(tài)的影響一直是世界各國十分關(guān)注的課題之一。雖然研究表明高壓輸電線路對環(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)性問題，環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)取得越高，系統(tǒng)的投資將會越大，甚至?xí)杀对鲩L。因此，需要結(jié)合我國國情，對實

33、際布置的線路及變電站（換流站）的設(shè)備對環(huán)境的影響進(jìn)行研究，選取我國對環(huán)境影響的限值。a) 特高壓線路走廊問題。依據(jù)環(huán)境控制指標(biāo)，通過研究特高壓輸電線路導(dǎo)線排列方式，使得滿足環(huán)境要求的特高壓輸電線路走廊土地占有最小化。b) 特高壓線路的可聽噪聲。特高壓線路的可聽噪聲是特高壓輸電的特有問題，而且高壓輸電的低頻噪聲問題也是近年來環(huán)境保護(hù)和環(huán)境糾紛的一個突出的問題。要進(jìn)行特高壓輸電的噪聲研究，尋求解決導(dǎo)線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路的電場分布。根據(jù)對已運(yùn)行超高壓輸電線路的環(huán)境影響的調(diào)查，壞天氣情況下輸電線路下方電場分布變化成為新的環(huán)保問題，對鄰近民房的畸變場預(yù)估、

34、測量和評價也是一個新的環(huán)保問題，因此有必要開展特殊條件下特高壓線路電場分布研究。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500 kV變電站（換流站）二次保護(hù)設(shè)備已基本實現(xiàn)現(xiàn)場下放，要針對特高壓變電站（換流站開展電磁騷擾源和二次設(shè)備干擾防護(hù)問題研究，以實現(xiàn)特高壓二次設(shè)備現(xiàn)場下放。(5) 特高壓設(shè)備的相關(guān)問題。近年來，隨著我國電網(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)水平和國產(chǎn)化能力也不斷提升。目前，500 kV 輸變電設(shè)備已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，同時具備生產(chǎn)±500 kV 直流主設(shè)備、直流控制保護(hù)的能力，±800 kV級直流線路、絕緣子、金具完全可以實現(xiàn)國產(chǎn)化國內(nèi)電工設(shè)備制造廠對變壓器、電抗器、換流閥、電容器、導(dǎo)線、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