特高压输电技术20100413

NorthChinaElectricPowerUniversity特高压输电技术王永强高电压与绝缘技术教研室电力工程系DepartmentofElectricalEngineering研究生电气工程技术讲座2011年4月NorthChinaElectricPowerUniversity目录一.特高压基本理论二.实现特高压的关键理论与技术三.目前特高压技术的应用四.我国特高压的现状与发展展望NorthChinaElectricPowerUniversity一.特高压基本理论NorthChinaElectricPowerUniversity特高压基本理论1.1前言1.2特高压的界定1.3特高压电压等级的选择1.4特高压电网发展的影响因素1.5特高压交流输电的系统特性1.6特高压直流输电的系统特性NorthChinaElectricPowerUniversity1-1前言•大功率远距离输电的需要•欧姆定律•统一坚强智能电网NorthChinaElectricPowerUniversity高压（HV）：1KV～220KV，包括：10KV，20kV,35KV，110KV，220KV超高压（EHV）：330～1000KV，包括：330KV，500KV，750KV特高压（UHV）：1000KV及以上交流系统直流系统超高压（EHV）:±500KV±660KV特高压（UHV）：±800KV1-2特高压的界定NorthChinaElectricPowerUniversity1-3特高压电压等级的选择不同的输电电压等级组成的输电网有不同的输电能力。在规划未来的电网电压等级时，通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。自然功率--在输电线路末端接上相当于的波阻抗负荷时，线路所输送的功率。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。自然功率P0≈U2/ZC。不同电压等级的超高压和特高压单回线路的自然功率输送能力如下表；输电电压等级与输送的自然功率电压（kV）33034550076511001500功率（10MW）29.532.088.5221.0518.0994.0NorthChinaElectricPowerUniversity1-3特高压电压等级的选择更高一级电压等级系指在现有电网之上覆盖一个新的更高电压输电网。应满足其投入之后20—30年大功率输电的需求。与新覆盖的地理区域范围、电力系统的规模相一致的原则；与现有超高压电压等级的经济合理配合的原则；与电网的平均输电容量（能力）和输电距离相适应的原则；选择特高压电压等级的基本原则NorthChinaElectricPowerUniversity1-3特高压电压等级的选择普遍认为：超高压电网更高一级电压标称值应高出现有电网最高电压1倍及以上。这样能做到简化网络结构，减少重复容量，容易进行潮流控制，减少线路损耗，有利于安全稳定运行。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；500kV–1000（1100）kVNorthChinaElectricPowerUniversity1-4特高压电网发展的影响因素用电负荷增长是促进超高压电网向特高压电网发展的最主要因素，还有如下因素：发电机和发电厂规模经济性与电厂厂址不断增长的用电需求促进发电技术，包括火力、水力和核电发电技术向造价低、效率高的大型、特大型发电机组发展。从超高压和特高压各电压等级的输电能力可看出，大型和特大型机组及相应的大容量电厂的建设更增加了特高压输电的需求。NorthChinaElectricPowerUniversity1-4特高压电网发展的影响因素燃料、运输成本和发电能源的可用性未来的燃料和运行成本以及各种燃料的可用性，对电源的总体结构和各种发电电源在地域上的布局有重要影响。燃料运输成本上升，运力受制约而使燃料的保证率变差，运送燃料的经济性不如输电，便促进在燃料产地建设大容量规模的发电厂，以特高压向负荷中心地区输电。NorthChinaElectricPowerUniversity1-4特高压电网发展的影响因素发电能源与用电负荷地理分布不均衡经济发达地区，用电需求增长快，往往缺乏一次能源；具有丰富一次能源，如矿物燃料，水电资源的地区，用电增长相对较慢或人均用电水平较低。加拿大、美国、俄罗斯、巴西和中国等国都存在这种不平衡情况。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。NorthChinaElectricPowerUniversity1-4特高压电网发展的影响因素网损和短路电流水平在电压等级不变的情况下，远距离输电意味着线路电能耗损的增加。当输送的功率给定时，提高输电电压等级，将减少输电线通过的电流，从而减少有功和电能损耗，提高远距离输送大功率的能力。NorthChinaElectricPowerUniversity1-4特高压电网发展的影响因素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。在地区电力负荷密度小、输电线路和变电站数量少的年代，生态环境不会成为问题。当输电线和变电站随用电增加而数目增多时，环境问题可能成为影响输电网发展的突出问题。NorthChinaElectricPowerUniversity1-4特高压电网发展的影响因素一方面，特高压输电由于其输送功率大，可大大减少线路走廊占用土地，从而减少对生态环境的影响而受到青睐。另一方面特高压输电的电、磁场对生态环境的相互作用和电晕产生的干扰问题也受到社会广泛关注。这是发展特高压输电需深入研究和解决的问题。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。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的系统特性主要是输电线路的串联电抗（Xl）、电阻（Rl）和并联电纳（Bl）、电导（Gl）和变压器串联电抗（XT）、电阻（RT）和并联的励磁电抗（Xu）的特性，和包括特高压输电线路或电网在内的电力系统稳定性特性。远距离输电线路的输电能力与输电电压平方成正比，与线路阻抗成反比。一般来说，1000kV（或1100kV）的输电能力为500kV输电能力的4倍以上，产生的容性无功约为500kV输电线路的4.4倍以上.NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性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。电阻主要影响线路的功率损耗。电导代表绝缘子的泄漏电阻和电晕损失，也要影响功率损耗，泄漏和电晕功率损耗与电阻功率损耗相比，通常要小得多。电感是决定电网潮流，即有功和无功分布的主要因素，影响输电线路的电压降落和电力系统的稳定性能。线路电容（线间电容和线对地电容）在交流电压作用下使线路产生交流充电和放电电流，称为电容电流。输电线的电容电流不仅影响输电线的电压降落，也影响输电效率和电力系统的有功和无功分布。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性在超高压、特高压输电线中，通常采用分裂导线。目的是为了减少电晕对环境的影响，使电流在导线内尽可能均匀分布，充分利用导线截面，降低线路电阻。导线分裂结构特高压输电线路电抗和容抗的影响见下表。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性导线分裂结构对输电线路电抗的影响注：相间距离GD=14m。子导线数总截面（mm2）分裂间距（cm）分裂导线直径（cm）XLΩ/kmXL标幺值１２５１５０．５５６１．００２２５４４４５４５０．４３３０．７８３２６２５４５５２０．３９００．７０４２５４４４５６５０．３５７０．６４６２３９２９２０．３１９０．５７８２４００１０２０．２５８０．４７１２２５３９１２７０．２１５０．３９NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性导线分裂结构对输电线路容抗的影响注：相间距离GD=14m。子导线数总截面（mm2）分裂间距（cm）分裂导线直径（cm）XLΩ/kmXL标幺值１２５１５０．１８８８１．００２２５４４４５４５０．１４９６０．７９３２６２５４５５２０．１３５６０．７２４２５４４４５６５０．１２５２０．６６６２３９２９２０．１１１４０．５９８２４００１０２０．１０５６０．５６１２２５３９１２７０．０９６０．５１NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性分裂导线参数对特高压输电能力的影响分裂导线按照电晕特性及其限制条件选取,特高压输电能力几乎不受导线截面积的影响。每相子导线的数目，分裂导线直径，子导线间距和相间距离直接决定电抗和容抗的大小，因而非常明显地影响特高压输电能力。改变分裂导线参数，计算线路波阻抗，可以算出各种参数下的自然功率输电能力。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性分裂导线的直径从0.8m到1.2m，输电线输电能力增加10%左右；子导线数从6增加到10，输电能力可增加5%左右；相间距离从25m减少到15m，其他保持不变，输电能力可增加12%以上。总体来看，调整分裂导线的3个参数在合理的范围，输电能力可增加大约25%。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路输电特性特高压输电线路的功率损耗和电压降落超高压-特高压输电线路功率损耗比较P=I2R=U2/R1000kV级输电线路每km电阻值约为500kV的20%。两个电压等级的输电线路流过相同电流，1100kV输电线路电阻功率损耗仅为500kV线路的20%。1100kV线路波阻抗约为500kV线路的85%左右。在满足稳定条件下，单回1000kV输电线输送功率通常为500kV输电线路的4倍以上。采用特高压输电能特别明显地降低输电线路电阻功率损耗。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性特高压输电的稳定性电力系统稳定性电力系统稳定性是电力系统的属性，是电力系统中各同步发电机在受到扰动后保持或恢复同步运行的能力。电力系统功角稳定性可分为静态稳定，暂态稳定和动态稳定。静态稳定指的是电力系统受到小的干扰后，不发生非同期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。暂态稳定指的是电力系统受到大的干扰后，各发电机保持同步运行并过渡到新的平衡状态或恢复到原来稳定运行状态的能力，通常指第一或第二振荡周期不失步。动态稳定指的是电力系统受到小的或大的干扰后，不发生振幅不断增大的振荡而失步。NorthChinaElectricPowerUniversity1-5特高压电网的系统特性和经济性电力系统电压稳定性是电力系统在给定的运行条件下，遭受扰动后，系统中所有母线电压能继续保持在可接受的水平的能力。核心问题是输电电网在传输有功功率和无功功率时，在线路电抗上要产生电压降落。NorthChinaElectricPowerUniversity1-6特高压直流输电的系统特性特高压输电包括特高压交流输电和特高压直流输电两种形式。特高压输电中，交流为1000kV，直流为800kV。特高压交流输电中间可以落点，具有网络功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成特高压骨干网架。特高压交流电网的突出优点是：输电能力大、覆盖范围广、网损小、输电走廊明显减少，能灵活适合电力市场运营的要求。适应“西电东送、南北互供”电力流的变化。特高压直流输电系统中间不落点，点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情况下，采用特高压直流输电