第四章特高壓交直流輸電

與特高壓電氣設(shè)備電力工業(yè)起源于19世紀(jì)后期，世界上第一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組是1875年建于巴黎北火車站的直流發(fā)電機(jī)，用于照明供電。1879年，美國(guó)舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開始發(fā)電，這是世界上最早出售電力的電廠。而我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展幾乎和國(guó)際同步，我國(guó)也在1882年建成第一座發(fā)電廠。目前我們國(guó)家的電力技術(shù)無論是電壓等級(jí)、機(jī)組容量還是設(shè)備制造方面相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家來說基本持平，甚至在某些技術(shù)領(lǐng)域，如特高壓與智能電網(wǎng)，還走在世界前列。

引言引言2008年底我國(guó)裝機(jī)容量達(dá)7.9億千瓦，全年發(fā)電量達(dá)34268億kW·h，僅次于美國(guó)居世界第二位，成為世界電力生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但是人均裝機(jī)容量和人均用電量較世界平均水平都低。電力系統(tǒng)是一個(gè)知識(shí)密集型行業(yè)，科學(xué)技術(shù)在電力行業(yè)中的重要性就顯得尤為突出。目前電力系統(tǒng)正朝著大電網(wǎng)、特高壓、大機(jī)組、高自動(dòng)化方向發(fā)展。國(guó)家電網(wǎng)公司制定了“一特四大”能源戰(zhàn)略，即特高壓電網(wǎng)、大煤電、大水電、大核電、大可再生能源基地。2009年5月21日，國(guó)家電網(wǎng)公司在“2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上提出了“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略舉措。

（一）開展特高壓電網(wǎng)建設(shè)的緊迫性

我國(guó)能源資源賦存和電力負(fù)荷分布極不均衡的狀況，西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)勢(shì)在必行。采用特高壓輸電有利于實(shí)現(xiàn)電力資源在較大范圍優(yōu)化配置，有利于節(jié)省線路走廊和節(jié)約土地資源，有利于節(jié)省電網(wǎng)建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，有利于減少煤電對(duì)環(huán)境污染的影響。

特高壓交直流輸電由于近年來我國(guó)電源超常發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，輸電能力不足，電網(wǎng)與電源發(fā)展不協(xié)調(diào)的矛盾十分突出。現(xiàn)有500千伏跨區(qū)同步互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)系薄弱，輸電能力嚴(yán)重不足，大電網(wǎng)的優(yōu)越性難以發(fā)揮。區(qū)域電網(wǎng)之間水火互濟(jì)和跨流域補(bǔ)償能力明顯不足?，F(xiàn)有電網(wǎng)難以滿足遠(yuǎn)距離、大容量輸電的需要。（二）特高壓輸電的定義交流輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。國(guó)際上，高壓（HV）通常指35～220千伏電壓。超高壓（EHV）通常指330千伏及以上、1000千伏以下的電壓。特高壓（UHV）定義為1000千伏及以上電壓。高壓直流（HVDC）通常指的是±600千伏及以下的直流輸電電壓，±600千伏以上的電壓稱為特高壓直流（UHVDC）。就我國(guó)而言，交流高壓電網(wǎng)指的是110千伏和220千伏電網(wǎng)；超高壓電網(wǎng)指的是330千伏、500千伏和750千伏電網(wǎng)。特高壓電網(wǎng)指的是1000千伏電網(wǎng)；高壓直流指±500千伏及以下直流系統(tǒng)，特高壓直流指±800千伏直流系統(tǒng)。

特高壓交直流輸電6相鄰兩個(gè)電壓等級(jí)的級(jí)差如何確定？一般認(rèn)為，超高壓電網(wǎng)更高一級(jí)電壓標(biāo)稱值應(yīng)高于現(xiàn)有電網(wǎng)最高電壓1倍及以上。這樣，輸電容量可提高4倍以上，不但能與現(xiàn)有電網(wǎng)電壓配合，而且為今后新的更高電壓的發(fā)展，留有合理的配合空間，做到簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少重復(fù)容量，便于潮流控制，減少線路損耗，有利于安全穩(wěn)定運(yùn)行。能否采用750kV作為500kV電網(wǎng)的更高一級(jí)電壓等級(jí)？（三）特高壓輸電的特點(diǎn)1．輸送容量大一回1000千伏特高壓輸電線路的送電能力接近500萬千瓦，約為500千伏輸電線路（88.5）的五倍左右。

±800千伏直流特高壓(4kA)輸電能力可達(dá)到640萬千瓦，是±500千伏高壓直流(3kA)的2.1倍，是±620千伏高壓直流的1.7倍。

特高壓交直流輸電（三）特高壓輸電的特點(diǎn)

2．送電距離長(zhǎng)

在輸送相同功率的情況下，1000千伏特高壓輸電線路的最遠(yuǎn)送電距離約為500千伏線路的四倍。采用±800千伏直流輸電技術(shù)使得超遠(yuǎn)距離的送電成為可能，經(jīng)濟(jì)輸電距離可以達(dá)到2500公里及以上。特高壓交直流輸電（三）特高壓輸電的特點(diǎn)3．線路損耗低在導(dǎo)線總截面、輸送容量均相同的情況下，1000千伏交流線路的電阻損耗是500千伏交流線路的四分之一。特高壓交直流輸電±800千伏直流線路的電阻損耗是±500千伏直流線路的39％，是±620千伏直流線路的60％。（三）特高壓輸電的特點(diǎn)4．節(jié)約土地資源特高壓交流：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500千伏線路的三倍。特高壓交直流輸電特高壓直流：±800千伏、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±500千伏、300萬千瓦方案的1.29倍，±620千伏、380萬千瓦方案的1.37倍。（三）特高壓輸電的特點(diǎn)5．工程投資省采用特高壓輸電技術(shù)，可以節(jié)省大量導(dǎo)線和鐵塔材料，從而降低建設(shè)成本。根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)部門的計(jì)算，1000千伏交流輸電方案的單位輸送容量綜合造價(jià)約為500千伏輸電方案的73％，節(jié)省工程投資效益顯著。另外，采用特高壓輸電可減少線路回?cái)?shù)及設(shè)備數(shù)量，有利于提高供電可靠性，降低運(yùn)行費(fèi)用。特高壓交直流輸電（三）特高壓輸電的特點(diǎn)6．聯(lián)網(wǎng)能力強(qiáng)通過交流特高壓同步聯(lián)網(wǎng)，大幅度縮短電網(wǎng)間的電氣距離，加強(qiáng)電氣聯(lián)系，提高穩(wěn)定水平，充分發(fā)揮大電網(wǎng)互聯(lián)的水火互濟(jì)、錯(cuò)峰、跨流域互補(bǔ)、減少系統(tǒng)裝機(jī)備用容量等各種聯(lián)網(wǎng)效益。利用特高壓聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)網(wǎng)間功率交換能力，可以在更大范圍內(nèi)優(yōu)化能源資源配置方式，有利于改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分層分區(qū)布局，從根本上解決短路電流超標(biāo)等問題。特高壓交直流輸電（三）特高壓輸電的特點(diǎn)

特高壓電網(wǎng)具備長(zhǎng)距離、大容量和低損耗的送電能力，代表著當(dāng)今輸電技術(shù)的最高水平，是符合我國(guó)國(guó)情的輸電方式和未來電網(wǎng)的發(fā)展方向。特高壓交直流輸電輸電線路的II形等值電路分裂導(dǎo)線的直徑從0.8m到1.2m，同時(shí)保持子導(dǎo)線數(shù)和相間距離不變，輸電線輸電能力增加10%左右；子導(dǎo)線數(shù)從6增加到12，同時(shí)保持分裂導(dǎo)線直徑和相間距離不變，輸電能力可增加5%左右;相間距離從25m減少到15m，其他保持不變，輸電能力可增加12%以上?？傮w來看，調(diào)整分裂導(dǎo)線3個(gè)參數(shù)在合理的范圍，輸電能力可增加大約25%。電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性分為靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定

靜態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到小的干擾后，不發(fā)生非同期性的失步，自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。暫態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到大的干擾后，各發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的平衡狀態(tài)或恢復(fù)到原來穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力，通常指第一或第二振蕩周期不失步。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)在給定的運(yùn)行條件下，遭受擾動(dòng)后，系統(tǒng)中所有母線電壓能繼續(xù)保持在可接受的水平的能力。電壓不穩(wěn)定的主要原因是電力系統(tǒng)在擾動(dòng)過程，增加負(fù)荷或改變運(yùn)行條件時(shí)不能滿足無功功率的需要。核心問題是輸電電網(wǎng)在傳輸有功功率和無功功率時(shí)，在線路電抗上要產(chǎn)生電壓降落。擾動(dòng)可分仿為：（1）大干婆擾電壓縮慧穩(wěn)定是檔指系統(tǒng)螞大擾動(dòng)剩，如系進(jìn)統(tǒng)故障箱、發(fā)電晶機(jī)跳閘喝或輸電鮮線路斷匪開等事眨故后系棗統(tǒng)對(duì)電縱壓的控飄制能力陜。這種變能力是隸由系統(tǒng)湊負(fù)荷特森性、連臂續(xù)與離摘散控制喚和保護(hù)障的相互膏作用決詠定的。（2）小干究擾電壓蔬穩(wěn)定是雞指系統(tǒng)翠的負(fù)荷令逐漸增霸長(zhǎng)變化至?xí)r系統(tǒng)誘控制電貫壓的能威力。這浮種形式室的電壓防穩(wěn)定性迫是由負(fù)賺荷特性芹、連續(xù)蜓作用的憑控制及沫給定瞬典間的離縣散控制捏作用決止定的。雙回特高諒壓輸電線那路將發(fā)電蘭中心或送判端系統(tǒng)的怎電力輸送挽到遠(yuǎn)方的滾負(fù)荷中心校。穩(wěn)定性婆要求火：（1）當(dāng)一究回輸電售線路發(fā)綠生可能字出現(xiàn)的括嚴(yán)重故天障，主伸要是靠泡近輸電匆線路送啊端發(fā)生賴三相短恢路時(shí)，套繼電保戒護(hù)和斷傍路器正排常動(dòng)作蔬，跳開匆故障線薯路，切旅除故障就，電力絮系統(tǒng)應(yīng)咬能保持用暫態(tài)穩(wěn)球定。（2）故障全線路跳估開、切煩除故障不后，剩幣下的一采回線路協(xié)能保持蒙原雙回江線路的酷輸送功寸率在靜遇態(tài)穩(wěn)定膝極限范胸圍內(nèi)，澇有一定滔靜態(tài)穩(wěn)陳定裕度偉，短時(shí)冤內(nèi)保持共電力系貫統(tǒng)穩(wěn)定累運(yùn)行，士保證電苦力系統(tǒng)晴運(yùn)行人迅員在故記障后重碗新調(diào)整秘電力系掃統(tǒng)潮流炊，使電姑力系統(tǒng)嫂各輸電獅線路有市接近正療常運(yùn)行尤的靜態(tài)各穩(wěn)定裕松度。（3）故障謊線路跳照開、切胳除故障濫后，剩逼下的一洞回線路粥保持原由雙回線杠路的輸攻送功率濫在小干笛擾電壓拼穩(wěn)定極咸限范圍交內(nèi)，并哀留有一讓定的穩(wěn)沿定裕度柄。（4）在電似力系統(tǒng)腹大方式烘運(yùn)行條背件下，名特高壓拜輸電受麻端系統(tǒng)茂內(nèi)發(fā)生唱單臺(tái)大倡機(jī)組突憂然跳閘毀，根據(jù)拜故障后縣的潮流曠分布，纖特高壓樣輸電線辟路對(duì)于?？赡茉鰬c加的功蛇率輸送捕，應(yīng)留陪有短時(shí)貞的靜態(tài)億穩(wěn)定裕除度和電芬壓穩(wěn)定韻所需的蠢短時(shí)有割功和無小功輸送億裕度確續(xù)保受端好電壓在丹穩(wěn)定裕嫁度范圍耗內(nèi)。穩(wěn)定限裁制要求完：（1）靜態(tài)敞穩(wěn)定裕土度應(yīng)達(dá)愉到30%鈴~35%，包括逮送、受騾端系統(tǒng)籮等值阻惹抗在內(nèi)田的等效果的兩端寶電勢(shì)的咸功角相犯應(yīng)地為44o~40o。（2）特高院壓輸電丑線路兩狡端電壓雨降落應(yīng)忠保持在5%左右。特高壓醫(yī)輸電的鑄經(jīng)濟(jì)性兩種比較娛方法：一燭種是按相辦同的可靠嶄性指標(biāo)，待比較它們程的一次投模資成本；幕一種是比校較它們的做壽命周期扔成本。一回1明100舒kV特架高壓輸把電線路流的輸電承能力可患達(dá)到5戚00k況V常規(guī)克輸電線泊路輸電避能力的營(yíng)4倍以板上。在輸送找相同功撞率情況袋下，1克100征kV線朵路功率指損耗約暫為50適0kV什線路的嶄1/1慢6左右壁?？煽啃灾饕O(shè)帆備成本輸電成本4.3盯特高壓電犬網(wǎng)的過電刮壓及其防融護(hù)特高壓變紐奉電站高壓婦配電裝置功的直擊雷農(nóng)保護(hù)（1）特高監(jiān)壓變電機(jī)站采用爭(zhēng)敝開式愁高壓配抓電裝置(AIS貸)、敞開式麻電氣設(shè)備有時(shí)，可直寧接在特高易壓變電站震構(gòu)架上安殼裝避雷針運(yùn)或避雷線撈作為直擊綿雷保護(hù)裝京置。（2）特高要壓變電游站采用耍半封閉枯組合電弱器(HG魂IS躲)或全封閉摟組合電器(GIS方),則其GIS部分的引木入、引出翁套管尚需巷有直擊雷回保護(hù)裝置非保護(hù)。而GIS本身僅將頂其外殼接億至變電站景接地網(wǎng)即失可。特高壓鹽變電站援電氣設(shè)割備的雷昌電侵入旗波過電養(yǎng)壓保護(hù)在變電站范內(nèi)適當(dāng)位始置安裝金漠屬氧化物罰避雷器(MOA漆)。由于限愧制線路上宵操作過電拴壓的要求寫，在變電躲站線路斷艘路器的線石路側(cè)必然飯安裝有MOA，變壓吊器回路移也要求咸安裝MOA。特高壓危內(nèi)部過流電壓限宿值暫定園值(1)工頻過微電壓:限制在1.3p汗.u.以下，在扔個(gè)別情況戲下線路側(cè)罵可短時(shí)(持續(xù)時(shí)沿間不大編于0.3s儉)允許在1.4p際.u.以下。(2)相對(duì)地統(tǒng)禮計(jì)操作過悅電壓(出現(xiàn)概唐率為2%的操作過工電壓)：對(duì)于諒變電站拖、開關(guān)弦站設(shè)備充應(yīng)限制族在1.6告p.u肆.以下。對(duì)娘于長(zhǎng)線路秩的線路桿皆塔部分限除制在1.7況p.u蝦.以下。(3)相間統(tǒng)碌計(jì)操作親過電壓屆：對(duì)于中變電站翼、開關(guān)穿站設(shè)備系應(yīng)限制郊在2.6啞p.u臟.以下。對(duì)付于長(zhǎng)線路必的線路桿井塔部分限訴制在2.8p抬.u.以下。其中:1.0古p.u.閱=11邊00kV撥(峰值)。特高壓所線路自佩身的容怪性無功挑大、輸仇送的功幼率大，摟加之我撕國(guó)單段瞎特高壓珠線路比燦較長(zhǎng)影響工競(jìng)頻過電蜘壓主要具有下列慌幾個(gè)因疏素：（1）空載長(zhǎng)度線路的電極容效應(yīng)及賞系統(tǒng)阻抗她的影響。（2）線路甩帥負(fù)荷效應(yīng)熟。（3）線路單逼相接地故籍障的影響陜。（4）甩負(fù)荷飲后發(fā)電機(jī)責(zé)轉(zhuǎn)速的增踩加及自動(dòng)犧電壓調(diào)節(jié)寬器(AV丈R)和調(diào)速男器的影箱響。限制工組頻過電徑壓可考碌慮采取付以下措你施（1）使用除高壓并圍聯(lián)電抗感器補(bǔ)償珠特高壓喊線路充評(píng)電電容（2）考慮使慣用可調(diào)節(jié)琴或可控高理抗（3）使用藍(lán)良導(dǎo)體敲地線(或光纖復(fù)幣合架空地軟線OPG漫W)（4）使用握線路兩離端聯(lián)動(dòng)汗跳閘或閃過電壓距繼電保云護(hù)（5）使用金浸屬氧化物國(guó)避雷器限旦制短時(shí)高豈幅值工頻知過電壓（6）選擇合去理的系統(tǒng)筍結(jié)構(gòu)和運(yùn)積行方式以龍降低工頻兵過電壓特高壓系喂統(tǒng)主要考門慮三種類脫型操作過對(duì)電壓：合眠閘(包括群?jiǎn)蜗嘀睾霞娱l)、分惰閘和接地拐短路過電導(dǎo)壓。接地短路業(yè)在正常相杜產(chǎn)生的過扔電壓，主首要靠線路強(qiáng)兩端MO友A限制。100修0kV映輸電線齒路合閘物和分閘雞過電壓蕉，以期滴將其限獸制到1鐮.6～嶼1.歡7p.憶u.致水平之如下。限制合閘陸和分閘過放電壓主要骨措施：（1）金屬侄氧化物馬避雷器(MOA便)（2）斷路器削合閘電阻境限制合閘寇過電壓。（3）考慮全使用控遙制斷路禍器合閘襪相角方場(chǎng)法降低幻玉合閘過也電壓。（4）考慮使冶用斷路器堤分閘電阻召限制甩負(fù)陣荷分閘過會(huì)電壓的可糧行性。（5）選擇適靈當(dāng)?shù)倪\(yùn)行鴿方式以降博低操作過靈電壓。特高壓電病網(wǎng)絕緣的董