电网发展和电压提升

1第一章电网发展和电压提升第一节电网发展与互联一、电网基本概念电力系统是由发电、输电、配电、用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统，电力系统示意图如图1-1所示。电网包括输电、配电和用电环节，用于联系发电厂和电力用户。电网主要包括输电网和配电网。输电网的功能是将发电厂发出的电力送到消费电能的地区，或进行相邻电网之间的电力互送，形成互联电网。配电网的功能是接受输电网输送的电力，然后进行再分配，输送到城市和农村，进一步分配和供给工业、农业、商业、居民以及有特殊需要的用电部门。就电力输送和供给方式而言，有交流输配电和直流输电两大类方式。交流输配电方式由升压变电站、降压变电站（包括一次设备和二次设备）及其相连的输电线路完成。输变电设备连接起来构成输电网，配变电设备连接起来构成配电网。直流输电方式由直流输电线路和换流站的各种设备（包括一次设备和二次设备）实现。变电设备有变压器、电抗器、电容器、断路器、接地开关、隔离开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、母线等一次设备和继电保护、监视、测控、电力通信系统等二次设备。输电设备主要有导线、杆塔、绝缘子串、地线（含光纤）等。直流设备有换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器、直流隔离开关、接地开关、旁路开关、直流断路器、直流测量装置以及直流避雷器等。12图1-1电力系统示意图（虚框内为电网示意图）输电网电压等级一般分为高压、超高压和特高压。国际上对于交流输电网，高压(HV)通常指35kV及以上、220kV及以下的电压等级；超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kv以下的电压等级：特高压(UHV)指lOOOkV及以上的电压等级。对于直流输电．超高压通常指±500(+400)、+660kV等电压等级；特高压通常指±800kV及以上电压等级：中国已形成了1000/500/220/110(66)/35/10/0.4kV和750/330(220)11035100.4kV两个交流电压等级序列，以及±500(±400)、±660、±800kV直流输电电压等级。中国的高压电网是指llOkV和220kV电网；超高压电网是指330、500kV和750kV电网：特高压电网是指以lOOOkV交流电网为骨干网架，特高压直流系统直接或分层接入1000，500kV自勺输电网。中国已建成lOOOkV特高压交流和±800kV特高压直流输电工程，正在研发±llOOkV直流一电技术，其中lOOOkV交流电压已成为国际标称电压。电网是电力流通网络，具有物流的基本传输功能。电网将电能从发电侧传输配送到用户这是电网最基本的功能。电能是由一次能源转化而得的二次能源。日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的转换，包括水能（水力发电）、热能（火力发电）、原子能（核电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。电能的主要特点是：①不能大规模储存，发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成；②发电和用电之间必须实时保持供需平衡，如果不能保持实时平衡，将危及用电的安全性、连续性及电能质量。电能这种高度同步性的特点，必须通过电源、电网和用户的协调运作来共同保障电力安全和电能质量。其中，作为传输、配送电能的网络——电网，处于枢纽地位，它连接若干分散的电源和用户。电能安全和质量必须通过电网的调度、运行和控制来完成。电网在保障电力系统安全中具有重要的、不可替代的作用，因此3电网作为能源供应体系的重要组成，是现代经济发展和社会进步的重要基础和保障。随着电网技术的不断发展和电网与智能化技的广泛融合，现代电网的形态、功能正在发自2生深刻变化，电网功能将由单一的电能输送载体，向具有强大能源资源配置功能的智能化基础平台升级，在保障能源安全、促进节能减排、推动经济社会发展方面发挥显著作用。未来电网将成为优化配置能源资源的市场平台、满足用户多元需求的服务平台和保障国家能源安全的基础平台。电网是组成电力系统的关键部分，而整个电力系统是由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备，变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电热电炉、电灯等各种消耗电能的设备，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体，是一个十分庞大而复杂的研究对象。对于电力系统来说，安全和稳定是电力系统正常运行不可缺少的最基本条件。所谓安全，是指运行中的所有电力设备必须在它们允许的电流、电压和频率的幅值和时间限额内运行，不安全的后果可能导致电力设备的损坏；所谓稳定，是指电力系统可以连续向电力用户正常供电的状态。在电力系统运行中，有三种必须同时满足的稳定性要求，即同步运行稳定性、频率稳定性和电压稳定性。同步运行稳定性即功角稳定性，失去同步运行稳定性的后果是系统发生振荡，引起系统中枢点电压、输电设备中的电流和电压大幅度地周期性波动，电力系统不能继续向负荷正常供电，如果处理不好，将导致电力系统大面积停电；失去频率稳定性的后果是发生系统频率崩溃，引起系统全部停电；失去电压稳定性的后果是发生系统电压崩溃，使受影响地区停电。因此，电力系统的规划设计、建设实施、调度运行等各环节都应保证系统的安全稳定。一、电网发展历程41875年，法国巴黎建成世界上第一座火力发电厂，标志着电力时代的到来。1882年，爱迪生在纽约建成世界上第一座商用发电厂（装机容量为660kW，采用1.6km110V直流电缆输电），标志着电力成为一种商品。根据欧姆定律，在输送同样功率的情况下，只有提高电压，减小电流，才能够实现远距离、低损耗的电能输送；考虑到用电安全因素，用户侧电压不能太高，到达用户侧后，还需要降低电压，以满足设备安全用电。在此情况下，当输电范围进一步延伸时，输电损耗呈线性增长。而直流输电在当时的技术条件下，升压、降压都比较困难，远距离输电时线路损耗很大。发明家尼古拉·特斯拉发明了交流电技术，它可以方便而经济地升高或降低电压，在电厂侧将电压升高，这意味着电力可以通过输电线路输送较远距离，在用户端将电压再次降下来，保证安全用电。1885～1886年，西屋公司建成了第一个交流输电系统，1895年又建成了35km的尼亚加拉大瀑布电厂（安装有3台3675kW水电机组）至布法罗输电线路，使电力既用于照明，又用于电力拖动，克服了电力工业发展所面临的技术障碍。电网发展的不同时期具有不同的技术经济特征，其中电压等级、电网规模、发电机组单机容量和运行技术是最突出的几个特征，根据这几个特征可以划分电网的发展阶段…。19世纪末至20世纪中期，电力工业经过数十年的发展，形成了以交流发电和输配电技术为主导的电网，然而直到第二次世界大战结束，都属于初级阶段。该阶段电网单机容量不超过200MW：交流输电占主导，输电电压较低，最高为220kV；电网规模以城市电网、孤立电网3y和小型电网为主，规模不大；运行技术还处于起步阶段，电网故障并导致停电属常规性事件。该阶段国际电网发展有如下标志性事件。(1)1895年建成35km的尼亚加拉大瀑布电厂（安装有3台3675kW水电机组）至布法罗输电线路，确定了交流输电的主导地位。5(2)1916年，美国建成第一条132kV线路，1923年建成230kv线路，1937年建成287kv线路。(3)1918年，美国制造了第一台容量为60MW的汽轮发电机；1929年'美国制造了第一台容量台容量为200MW的汽轮发电机。(4)1932年，苏联第聂伯水电站投产，单机容量达到62MW;1934年，美国大古力水电站投产产，单机容量达108MW。中国有电的历史几乎与国际同步。1879年，上海公共租界点亮了中国第一盏电灯随后1882年在上海创办了中国第一家公用电业公司——一上海电气公司，从此中国翻开了电力工业的第一页。但中国在1949年前电力工业发展缓慢，与世界电力工业相比，落后很多，至新中国成立时，全国发电装机容量仅有1850MW，年发电量43xlOkWh（10的8次方）全国只有少数大中城市有电，电网规模很小，电压等级繁多。1908年建成石龙坝水电站一昆明22kV线路;1921年建成石景山电厂一北京城区33kV线路；1933年建成抚顺电厂44kv出线；1934年建成延边一老头沟66kV线路；1935年建成抚顺电厂一鞍山154kV线路：1943年建建成镜泊湖水电厂一延边llOkV线路。当时，除东北有一部分154kV输电线路外，京津唐地区最高电压为77kv上海地区最高电压为33kV。第二次世界大战后，全球经济快速发展。规模化工业生产对能源电力的巨大需求和廉价的化石能源，推动了电力工业的大发展和电网技术的空前进步与创新。电力技术日益向高电压、大机组、大电网方向发展。电力工业的快速发展带来了规模经济的巨大效益，满足了社会和经济发展日益增长的需求。从20世纪中期到20世纪末，电网规模不断扩大，形成了大型互联电网；发电机组单机容量达到300～1000MW；建立了330kV及以上的超高压交直流输电系统。欧洲、北美电网联网在20世纪50年代开始快速发展，80～90年代，覆盖广、交换规模6大的跨国、跨区大型互联电网基本形成，20世纪50～60年代，造价低、效率高的大容量机组开始采用，需要大容量的电网来适应大机组的投运。70年代，全球发生石油危机，导致发电成本大增'要求电网互联以降低油电比例；同时开发更多煤电和水电基地，增加核电，电源与原有负荷中心的距离增加，各种电源要求互相调剂，从而要求扩大联网容量和规模。80年代，世界经济持续多年增长，各地区和国家之间发展不平衡，能源供需也不平衡，环保限制条件突出，电源建90投资风险增大，使电源投运与负荷水平不匹配，各国发展电网互联以取得更高的经济效益a90年代，新的远方大能源基地开发，促成了远距离、大容量输电干线和'互联网该阶(1)1952网的发展有如下标志性事件。(1)1952年'瑞典首先建成380kV超高压输电线路，全长620km，输送功率450mw，将北部哈尔斯波兰特水电站电力送往南部。年，美国建成345kV线路，将哥伦比亚河流域水电送出。4(3)1954年，瑞典本土和哥特兰岛之间建成电压为±lOOkV、额定功率为20MW、线路为96km海底电缆的直流工程，采用汞弧阀换流技术，这是世界上第一个工业性的高压直流输电工程。(4)1956年，苏联从古比雪夫到莫斯科的400kV线路投入运行，全长lOOOkm，并于1959年升压至500kV，为世界上首次使用500kV输电。(5)1965年，加拿大首先建成735kV线路，将马尼夸根河和奥塔得河上的水电联合向魁北克市和蒙特利尔地区输送。(6)1967年，苏联建成750kV试验线路，1984年建成从苏联到波兰的750kV线路。(7)1969年，美国建成765kV线路。(8)1972年，加拿大依尔河直流背靠背工程建成，这是世界上首个全部采用晶闸管阀的7直流输电工程，直流电压为80kV，额定容量为320MW。(9)1985年，苏联建成哈萨克斯坦火电基地向欧洲输电的1150kV工程，后因苏联解体、线路雷击跳闸率过高而分段降压运行。1949年新中国成立后，统一了电压等级，逐渐形成电压等级序列。1952年以自己的技术建设了llOkV线路，逐渐形成京津唐llOkV输电网。1954年，建成丰满一李石寨220kV线路，之后继续建设了辽宁电厂一李石寨、阜新电厂一青堆子等220kV线路，迅速形成东北电网220kV骨干网架。1972年建成刘家峡一天水一关中330kV线路，以后逐渐形成西北电网330kV骨干网架。1981年建成姚孟一双河一武昌凤凰山500kV线路。为适应葛洲坝水电站送出工程的需要，1983年又建成葛洲坝一武昌和葛洲坝一双河两回500kV线路，形成华中电网500kV骨干网架，华北、华东、东北、南方也相继形成500kV骨干网架。1989年建成葛洲坝一上海±500kV直流线路，实现了华中一华东两大区的直流联网。2005年9月，中国第一个750kV输变电示范工程（兰州东一青海官亭）正式建成，此后，兰州东一白银一银川东750kV输变电工程于2007年底建成，拉西瓦水电站送出工程于2008年初建成，并逐步形成西北地区7