淺談特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展

淺談特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展針對(duì)當(dāng)前發(fā)展特高壓輸電技術(shù)的必要性，分別從直流和交流輸電兩個(gè)方面介紹了特高壓輸電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)外特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了我國特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和前景。標(biāo)簽：高壓輸電;輸電技術(shù)原理;高壓直流刖言：高壓輸電技術(shù)是世界能源領(lǐng)域的重大前沿技術(shù)，開展高壓輸電技術(shù)的研究，對(duì)促進(jìn)電力工業(yè)和能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)世界電力科技創(chuàng)新和能源保障體系建設(shè)具有重要意義。因此，在世界范圍內(nèi)，高壓輸電技術(shù)已得到了越來越多的機(jī)構(gòu)和學(xué)者的關(guān)注。什么叫高壓輸電從發(fā)電站發(fā)出的電能，一般都要通過輸電線路送到各個(gè)用電地方。根據(jù)輸送電能距離的遠(yuǎn)近，采用不同的高電壓。從我國現(xiàn)在的電力情況來看，送電距離在200?300公里時(shí)采用220千伏的電壓輸電;在100公里左右時(shí)采用110千伏;50公里左右采用35千伏;在15公里?20公里時(shí)采用10千伏，有的則用6600伏。輸電電壓在110千伏以上的線路，稱為超高壓輸電線路。在遠(yuǎn)距離送電時(shí)，我國還有500千伏的超高壓輸電線路。為什么要高壓輸電根據(jù)P=UI，電壓越高產(chǎn)生的電力浪費(fèi)的也相對(duì)的越少，現(xiàn)在電力的材料是銅，他一個(gè)種導(dǎo)體，任何物質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生電阻，電阻就是電力浪費(fèi)的主要原因，雖然說銅的電阻很小，也會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)，況且銅的造價(jià)較高，主要是這個(gè)原因才使電線采用高壓傳輸?shù)姆椒ǎ绻虻轿矬w沒有電阻是有辦法的，達(dá)到絕對(duì)零度，就是零下273°C，在這個(gè)溫度下什么問題都能邊成超導(dǎo)體，不過這樣方法不能是實(shí)現(xiàn)，所以只能采用高壓輸電。高壓輸電的原理高壓輸電原理可用歐姆定律解釋.及電壓=電流*電阻.或電流=電壓/電阻.高壓輸電是要達(dá)到遠(yuǎn)距離輸電的目的。這個(gè)輸電的重任就落到金屬導(dǎo)線上，任何金屬都有電阻存在，而電阻與其材質(zhì)，長度和切面有關(guān)，各中材質(zhì)導(dǎo)電系數(shù)不同，長度越長電阻越大，切面越大電阻越小。為了達(dá)到高效率，遠(yuǎn)距離，節(jié)省成本輸電的目的，就要用毆姆定律及電壓，電流，電阻的關(guān)系來科學(xué)考慮其輸電導(dǎo)線的成本。（包栝導(dǎo)線粗細(xì)，電桿，電線鐵塔，電壓絕緣材料等級(jí)等。）高壓輸電最后結(jié)果是達(dá)到最理想的安全，低耗，節(jié)約，遠(yuǎn)距離輸電的目的。任何發(fā)電廠發(fā)出的電，最高幾千伏，要想高效遠(yuǎn)距離輸電，就要利用電感應(yīng)原理提高電壓，變壓器就是個(gè)電感器件。它能將電壓變高或變低。一般是：電廠發(fā)出的電經(jīng)變壓器提高電壓-輸電線路-降低電壓（額定用電電壓）-用電負(fù)載.輸電線路中，也有不同的高壓存在，如10KV.25KV.100KV等，有幾級(jí)就要用幾級(jí)*2臺(tái)變壓器。有大型變壓器的地方該地就是變電所（站）。特高壓輸電方式：交流輸電和直流輸電交流輸電電壓一般分為高壓、超高壓和特高壓。國際上，高壓（HV）通常指35-220kV電壓。超高壓（EHV）通常指330kV及以上、1000kV以下的電壓。特高壓（UHV）定義為1000kV及以上電壓。而對(duì)于直流輸電而言，高壓直流（HVDC）通常指的是土600kV及以下的直流輸電電壓，±600kV以上的電壓稱為特高壓直流（UHVDC）。特高壓輸電技術(shù)我國發(fā)展特高壓輸電指的是在現(xiàn)有500kV交流和±500kV直流之上采用更高一級(jí)的電壓等級(jí)輸電技術(shù)，包括1000kV級(jí)交流特高壓和±800kV級(jí)直流特高壓兩部分，簡稱國家特高壓骨干電網(wǎng)。從技術(shù)上看，采用±800kV特高壓直流輸電，線路中間無需落點(diǎn)，能夠?qū)⒋罅侩娏χ彼痛筘?fù)荷中心;在交直流并列輸電情況下，可利用雙側(cè)頻率調(diào)制有效抑制區(qū)域性低頻振蕩，提高斷面暫（動(dòng)）穩(wěn)極限;解決大受端電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問題。采用1000kV交流輸電，中間可以落點(diǎn)，具有電網(wǎng)功能;加強(qiáng)電網(wǎng)支撐大規(guī)模直流送電;從根本上解決大受端電網(wǎng)短路電流超標(biāo)和500kV線路輸電能力低的問題，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。從輸電能力和穩(wěn)定性能看，采用±800kV特高壓直流輸電，輸電穩(wěn)定性取決于受端電網(wǎng)有效短路比（ESCR）和有效慣性常數(shù)（Hdc）以及送端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。采用1000kV交流輸電，輸電能力取決于線路各支撐點(diǎn)的短路容量和輸電線路距離（相鄰兩個(gè)變電站落點(diǎn)之間的距離）；輸電穩(wěn)定性（同步能力）取決于運(yùn)行點(diǎn)的功角大?。ň€路兩端功角差）。從需要注意的關(guān)鍵技術(shù)問題看，采用±800kV特高壓直流輸電，要注重受端電網(wǎng)靜態(tài)無功功率平衡和動(dòng)態(tài)無功功率備用及電壓穩(wěn)定性問題，要注重多回直流饋入系統(tǒng)因同時(shí)換相失敗引起的系統(tǒng)電壓安全問題。采用1000kV交流輸電，要注重運(yùn)行方式變化時(shí)的交流系統(tǒng)調(diào)相調(diào)壓問題;要注重嚴(yán)重故障條件下，相對(duì)薄弱斷面大功率轉(zhuǎn)移等問題;要注重大面積停電事故隱患及其預(yù)防措施。5.1主要的技術(shù)差距（1） 現(xiàn)有高壓/特高壓直流工程都是采取與國外廠家合作的方式，其換流閥和直流場(chǎng)等設(shè)備核心技術(shù)均為國外壟斷，國內(nèi)基本上只能開展部分組裝工作，國產(chǎn)化率始終無法大幅提升。（2） 柔性直流輸電技術(shù)和高壓直流換流閥試驗(yàn)技術(shù)，則一直為國外廠家壟斷和封鎖，不進(jìn)行任何技術(shù)轉(zhuǎn)讓。5.2需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)目前我國需要突破特高壓直流輸電、柔性直流輸電成套裝置和高壓直流換流閥試驗(yàn)等核心技術(shù)和裝備，以全面實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電裝備的國產(chǎn)化。5.3特高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)規(guī)劃的特高壓直流輸電工程約有 50個(gè)，總?cè)萘窟_(dá)320GW以上，市場(chǎng)規(guī)模超過數(shù)千億元。到2015年，世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在1000億元以上。隨著新能源的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高，我國對(duì)柔性直流輸電技術(shù)也呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。5.4特高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)發(fā)展（1）特高壓直流換流閥裝備中國電科院以特高壓直流換流閥研制工作和試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)為切入點(diǎn)，以系統(tǒng)分析、基本理論研究為依托，歷經(jīng)十年自主創(chuàng)新，六年集中攻關(guān)，完成了±800kV/4750A換流閥模塊及閥塔的樣機(jī)研制，標(biāo)志著中國電科院在特高壓換流閥領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界前列，成為世界上掌握特高壓直流換流閥核心技術(shù)的三家企業(yè)之一。（2）其它高壓直流輸電核心裝備目前，中國電力科學(xué)研究院正逐步開展高壓直流輸電系統(tǒng)的控制保護(hù)技術(shù)和直流斷路器、光電型電流互感器、直流分壓器和穿墻套管等關(guān)鍵設(shè)備的核心技術(shù)。特高壓直流技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)和主要研究的關(guān)鍵問題特高壓直流輸電技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：①可以大容量、長距離輸送電能，輸送能力大概是500KV系統(tǒng)的4-5倍;②可以大幅降低網(wǎng)損，提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性;③可以節(jié)省線路走廊。目前我國電網(wǎng)跨區(qū)域輸電主要依靠500KV交直流線路，在提高輸送能力方面受到技術(shù)、環(huán)保、土地資源等多方面的制約。如果采用特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)輸電就能夠適應(yīng)2000-3000KM的遠(yuǎn)距離大容量送電，這樣就有利于在資源豐富的地區(qū)開發(fā)建設(shè)大型電站群，并把電力外送到需要資源的發(fā)達(dá)地區(qū)。特高壓直流關(guān)鍵技術(shù)的研究是為了掌握特高壓直流輸電系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和特性。通過一系列的專業(yè)研究，為線路設(shè)計(jì)、換流站設(shè)計(jì)和主要設(shè)備設(shè)計(jì)和制造提供技術(shù)依據(jù)、技術(shù)參數(shù)及技術(shù)規(guī)范，使特高壓直流輸電工程具備安全穩(wěn)定、可靠性高、成本合理、具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)符合環(huán)境保護(hù)要求的特性。采用±800kV特高摩直流輸電：①從技術(shù)上看，線路中間無需落點(diǎn)，當(dāng)直流與交流并列輸電的情況下，可利用兩端頻率調(diào)制有效抑制區(qū)性低頻振蕩，提高斷面暫（動(dòng)）穩(wěn)極限，解決受端電網(wǎng)大短路電流超標(biāo)問題。②從輸電能力和穩(wěn)定性能看，輸電穩(wěn)定性取決于受端電網(wǎng)有效短路比（ESCR）和有效慣性常數(shù)（Hdc）以及送端電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。③從需要注意的關(guān)鍵技術(shù)問題看，要注重受端電網(wǎng)靜態(tài)無功功率平衡和動(dòng)態(tài)無功容量備用及電壓穩(wěn)定性問題，要注重多回直流饋入系統(tǒng)因同時(shí)換相失敗引起的系統(tǒng)電壓安全問題。特高壓直流可靠性所有提高常規(guī)直流輸電可靠性的措施對(duì)于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進(jìn)一步予以加強(qiáng)。主要包括：降低元部件故障率;采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如模塊化、開放式等;廣泛采用冗余的概念，如控制保護(hù)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)的并行冗余和晶閘管的串行冗余等;加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和設(shè)備自檢功能等。針對(duì)常規(guī)直流工程中存在的問題，如曾經(jīng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)極或者雙極停運(yùn)的站用電系統(tǒng)、換流變本體保護(hù)繼電器、直流保護(hù)系統(tǒng)單元件故障等薄弱環(huán)節(jié)，在特高壓直流輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)中將采取措施進(jìn)行改進(jìn)。此外，還將加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)人員的培訓(xùn)，適當(dāng)增加易損件的備用。提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設(shè)計(jì)原則上確保每一個(gè)極之間以及每極的各個(gè)換流器之間最大程度相互獨(dú)立，避免相互之間的故障傳遞。其獨(dú)立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電纜溝、控制保護(hù)系統(tǒng)等。8、 結(jié)束語發(fā)展特高壓輸電在我國是必要的，在技術(shù)上也是可行的。目前國內(nèi)已有發(fā)展特高壓輸電的較好的技術(shù)基礎(chǔ)和條件。我國的特高壓輸電研究從調(diào)研國外經(jīng)驗(yàn)到試驗(yàn)設(shè)備的完善，從