特高压电网

2013.11特高压输电技术简介焦莉电网的发展历程特高压输电网的优点特高压电网发展的影响因素特高压交流输电特高压直流输电特高压输变电设备特高压试验示范工程概况及规划1875年，法国建成世界上第一座发电厂；1879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯；1891年，德国安装了世界第一台三相交流发电机；1882年，中国第一家电业公司—上海电气公司成立。100多年来，输电电压的发展13.8kV；20，35，66，110，134，220；330，345，400，500，735，750，765；1000kV。国际上：高压（HV）：35〜220kV；超高压（EHV）：330〜750kV；特高压（UHV）：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：±600kV及以下；特高压直流（UHVDC）：±750kV和±800kV。我国：高压（HV）：110kV、220kV；超高压（EHV）：330kV、500kV、750kV；特高压（UHV）：1000kV、±800kV。美国：1908年，建成了世界第一条110kV输电线路；1923年，第一条230kV线路投入运行；1954年建成第一条345kV线路；1964年建成第一条500kV线路，1969年建成了765kV线路。其间：1952年，瑞典建成世界上第一条380kV超高压线路；1965年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路。前苏联1952年建成第一条330kV线路；1956年建成400kV线路；1967年建成750kV线路；1964年建成完善的500kV输电系统。1985年，前苏联建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。中国：1949年以前1908年建成22kV石龙坝水电站至昆明线路；1921年建成33kV石景山电厂至北京城的线路；1933年建成抚顺电厂的44kV出线；1934年建成66kV延边至老头沟线路；1935年建成抚顺电厂至鞍山的154kV线路；1943年建成110kV镜泊湖水电厂至延边线路。中国：1949年以后1952年建成110kV输电线路，逐渐形成京津唐110kV输电网；1954年建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后迅速形成东北电网220kV骨干网架；1972年建成330kV刘家峡—关中输电线路，全长534km，随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架；1981年建成500kV姚孟—武昌输电线路，全长595km，开始形成华中电网500kV骨干网架；1989年建成±500kV葛洲坝-上海高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。2005年9月，中国在西北地区（青海官厅—甘肃兰州东）建成了一条750kV输电线路，长度为140.7km。中国电网的发展历程电力负荷持续增长发电厂规模增大和集中需要远距离大容量输电：大型水电站的建设；大型燃料动力综合基地的形成；大型核电站的出现。电网的发展历程特高压输电网的优点特高压电网发展的影响因素特高压交流输电特高压直流输电特高压输变电设备特高压试验示范工程概况及规划特高压输电的优点：1、提高输送容量交流线路自然功率的计算公式如下：的电感和电容分别为单位线路长度上和为波阻抗为线电压，其中CLZcULCUZcUP22单回线路的输送能力2、缩短电气距离，提高稳定极限交流线路的输送功率可按下式计算：表示线路串联电抗差表示线路两侧电压角度值分别表示线路两侧电压、其中：llXUUXUUP2121sin3、特高压输电线路的经济性一定输电距离下超、特高压线路的输电成本比较不同输电距离和输电容量下的经济等价点曲线4、降低线路损耗输电线路损耗可按下式估算：表示线路串联电阻表示线路电压表示线路输送容量其中：RU22SRUSPloss5、减少工程投资1000kV交流输电方案的单位输送容量综合造价约为500kV输电方案的四分之三。±800kV直流输电方案的单位输送容量综合造价也约为±500kV直流输电方案的四分之三。6、约线路走廊和变电站建设用地走廊宽度、传输功率和电压的关系高压kV超高压kV特高压kV2003005007501000∼1150传输功率MW250600120025006000走廊宽度m26∼3838∼4545∼6060∼9090∼120走廊利用率MW·m-19.61∼6.4815.8∼13.326.6∼2041.1∼27.866.7∼50单位线路走廊的输电能力0204060801001201401000kV双回1000kV单回500kV双回500kV单回±800kV±500kV±620kV单位走廊送电能力(MW/m)7、改善电网结构，降低短路电流特大容量电厂可直接接入特高压电网；减少在负荷中心地区装设机组的需求；实现分层分区供电的布局。8、加强联网能力可以大幅度缩短电网间的电气距离，提高稳定水平；可以满足长距离、大容量送电的要求；可以在更大范围内优化能源资源配置方式。电网的发展历程特高压输电网的优点特高压电网发展的影响因素特高压交流输电特高压直流输电特高压输变电设备特高压试验示范工程概况及规划用电负荷的快速增长：发电技术向单位千瓦造价低、效率高的大型、特大型发电机组发展：美国前苏联1955年：300MW1963年：300MW1960年：500MW1967年：500MW1965年：1000MW1971年：800MW1970年：1150MW1980年：1200MW1973年：1300MW燃料、运输成本和发电能源的可用性：燃料运输成本上升，运送燃料的经济性不如输电，以特高压向负荷中心地区输电；发电能源与用电负荷地理分布不均衡，这种不平衡情况增加了远距离大容量输电和电网互联的需求。网损和短路电流水平：提高远距离输送大功率的能力，同时又降低输电电能损耗是推动特高压输电的重要动力；减少电厂直接接入超高压电网的容量，并改善超高压电网的结构，从而降低超高压电网的短路电流水平，这是发展特高压电网的一个重要因素。生态环境：输电线路和变电站的生态环境影响主要表现在土地的利用、电晕所引起的通信干扰、可听噪声，工频电、磁场对生态的相互作用等方面。解决问题的目标是既满足未来预期的电力增长需求又做到对生态环境影响最小。政府的政策和管理：政府的产业政策、产业结构调整、资金借贷成本等都将影响投资决策，影响总的用电负荷的增加和各地区用电负荷的增长率。能源政策直接激励各种不同发电资源的开发力度。它将影响区域电网互联是强联网还是弱联网。电力工业管理体制对特高压电网规划和建设的影响是不言而喻的；电力工业管理模式可以说是特高压电网发展的决定性因素。电网的发展历程特高压输电网的优点特高压电网发展的影响因素特高压交流输电特高压直流输电特高压输变电设备特高压试验示范工程概况及规划特高压交流输电电压等级的选择国内外特高压输电研究和应用概况特高压输电技术研究的基本结论特高压电网的系统特性和经济性电压等级与自然功率自然功率：P0≈U2/ZC。波阻抗：其中：L0是输电线路的单位长度的串联电感C0是线路单位长度的电容输电电压等级与输送的自然功率电压（kV）33034550076511001500功率（10MW）29.532.088.5221.0518.0994.0加强联网能力选择特高压电压等级的基本原则：与新覆盖的地理区域范围、电力系统的规模相一致；与现有超高压电压等级的经济合理配合；与电网的平均输电容量（能力）和输电距离相适应；选择特高压电压等级的基本原则：与高电压等级输变电设备从开发到可以用于工程的时间相协调的原则；与特高压电压等级输电技术的可用性与输电需求相统一；与新的发电技术相互促进。确定特高压电压等级的方法：对于330kV（345kV）电网，选用750kV（765kV），平均输电距离300km及以上；对于500kV电网，选用1000kV（1100kV），平均输送距离500km及以上。目前，已经形成两个超高压-特高压电网电压等级系列：330（345）kV-750kV-1500kV；500kV–1000（1100）kV。特高压引入时间的估算：500kV以上特高压的引入时间：负荷年均增长7—8%及以上，特高压输电引入的时间大约15年左右；负荷年均增长5-6%，特高压输电引入时间约为20年左右。从20世纪50年代到70年代中期，发达国家的用电负荷增长情况：美国为6.5%前苏联为6.8%日本为6%加拿大为5.9%意大利为5.6%特高压交流输电电压等级的选择国内外特高压输电研究和应用概况特高压输电技术研究的基本结论特高压电网的系统特性和经济性1、美国邦德维尔电力局（BPA）前期规划：BPA公司于1970年作出规划，拟用1100kV远距离输电线路，将喀斯喀特山脉东部煤矿区的坑口发电厂群的电力输送到西部用电负荷中心，输送容量为800～1000万千瓦。2、美国电力公司（AEP）前期规划：AEP公司为了减少输电线路走廊用地和环境问题，规划在已有的765KV电网之上迭加一个1500kV特高压输电骨干电网。AEP-ASEA特高压试验基地3、俄罗斯1150kV交流特高压前期规划：苏联于70年代规划在西伯利亚的坎斯克和哈萨克斯坦的埃基巴斯图兹建设火力发电厂群，通过1150kV输电线路将煤电输送到苏联的乌拉尔和其他欧洲部分的用电负荷中心。苏联1150kV输电线路地理接线图前苏联的特高压设备在1985－1990年运行在1150kV下每年时间百分数年198519861987198819891990在额定电压1150kV下运行时间百分比8%16%37%40%100%100%4、俄罗斯1150kV输电线路塔型4、俄罗斯±750kV直流特高压前期规划：苏联于1978年确定建设埃基巴斯图兹-唐波夫750kV，600万千瓦，2414km的直流输电工程。5、日本前期规划:日本于70年代开始规划，80年代初开始特高压技术研究，建设东西和南北两条1000kV输电主干线，将位于东部太平洋沿岸的福岛第一和第二核电站（装机共910万千瓦）和装机为812万千瓦的柏崎核电站的电力输送到东京湾的用电负荷中心。东京电力公司建成的特高压线路6、意大利前期规划:意大利为了把本国南部地区的大容量煤电和核电输送到北部工业区，规划在原有380kV输电网架之上叠加1050kV特高压输电骨干网。意大利1000kV工程雷电冲击试验7、中国电压等级：1000～1200kV试验情况：武汉高压研究院于1996年建成1000kV级长200m的试验线段。电力建设研究所于2004年建设的杆塔试验站可进行特高压单回路8×800分裂导线，30—60度转角级杆塔原型强度试验，还可进行特高压输电线路防振设计方案试验。中国百万伏级特高压试验线段中国特高压试验基地单双回路中国特高压试验示范工程工程额定电压1000kV，最高运行电压1100kV；变电容量2×3000MVA；采用1000kV气体绝缘全封闭组合电器、双断路器接线；线路全长640km；工程静态投资56.88亿元。特高压交流输电电压等级的选择国内外特高压输电研究和应用概况特高压输电技术研究的基本结论特高压电网的系统特性和经济性各国对特高压输电的三大技术试验研究取得的主要成果如下：1、按满足可接受的可听噪声标准进行线路设计，对无线电和电视的干扰水平可得到满意的结果，电晕功率损耗可降至最小。2、对于1000～1600kV特高压输电电网，空气间隙的饱和趋势不会使输电成本达到难于接受的水平，更不会制约特高压输电的发展。根据工频过电压和操作过电压确定的绝缘水平能满足雷电过电压的绝缘水平要求。3、特高压输电线下和输电走廊边缘的地面工频电场强度可以做到与超高压线路相同的水平。国际大电网会议（CIGRE）组织提出报告，确认：特高压交流输电技术的实际应用已经成熟；根据现有的知识和经验，±800kV是特高压直流输电确实和有把握的可行电压等级。特高压交流输电电压等级的选择国内外特高压输电研究和应用概况特高压输电技术研究的基本结论特高压电网的系统特性和经济性1、特高压输电线路参数特性输电线路的基本电气参数是电阻（R）、电感（L）、电容（C）和电导（G），它们决定了输电线路和电网的特性。2、分裂导线参数对特高压输电能力的影响子导线数总截面