淺析特高壓輸電技術(shù)研究和應(yīng)用

王明淵，黃珣，李冰

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京100038）

淺析特高壓輸電技術(shù)研究和應(yīng)用

王明淵，黃珣，李冰

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京100038）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的各項(xiàng)生活、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)電能的需求不斷增加，電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性提出了更高的要求。從當(dāng)前我國(guó)的基本國(guó)情分析，電網(wǎng)輸送距離不斷擴(kuò)大、對(duì)于容量的需求也不斷增加，因此加強(qiáng)建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，并加快研究和推廣特高壓輸電技術(shù)，成為我國(guó)電力行業(yè)的重要發(fā)展任務(wù)。論文分析了特高壓輸電技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其研究成果進(jìn)行了探討，最后針對(duì)特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用提出了幾點(diǎn)建議。

電網(wǎng)；特高壓；輸電技術(shù)；研究；應(yīng)用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.037

1 引言

電力行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，為各行各業(yè)的發(fā)展提供必需的電力能源保障。隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，特高壓輸電需求不斷提高，為滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需要，需要采取高效、先進(jìn)的輸電技術(shù)，為大規(guī)模、大容量的電力輸送提供可靠保障。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于特高壓輸電技術(shù)的研究日漸成熟，我國(guó)的電力行業(yè)需要針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的規(guī)劃，提高對(duì)特高壓骨干網(wǎng)架建設(shè)的重視程度，對(duì)特高壓輸電技術(shù)進(jìn)行深入研究和切實(shí)應(yīng)用，例如外絕緣配合、無(wú)功平衡、潛供電流等方面的研究，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能資源的優(yōu)化配置及管理，為建設(shè)國(guó)家堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)奠定良好的基礎(chǔ)，推動(dòng)電力行業(yè)的快速發(fā)展。

2 特高壓輸電技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

2.1 特高壓輸電技術(shù)簡(jiǎn)析

特高壓電網(wǎng)指的是交流達(dá)到1000kV電壓等級(jí)和直流達(dá)到±800kV電壓等級(jí)的輸電網(wǎng)絡(luò)，其中特高壓交流電網(wǎng)是國(guó)家電網(wǎng)的骨干電網(wǎng)，承擔(dān)著跨區(qū)域輸電、水火電互濟(jì)調(diào)節(jié)和優(yōu)化全國(guó)能源配置的重要任務(wù)[2]。特高壓輸電技術(shù)的基本含義是能夠承載1000kV交流和±800kV電壓電網(wǎng)的輸送電力能力，主要包括交流特高壓輸電技術(shù)和直流特高壓輸電技術(shù)。由于特高壓輸電本身的特殊性質(zhì)，電壓安全隱患很多，例如無(wú)線電干擾、電磁場(chǎng)影響、噪音危害等，對(duì)此，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)特高壓輸電技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并取得了一定成效[3]。

2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

2.2.1 國(guó)外研究和發(fā)展概況

國(guó)外對(duì)于特高壓輸電技術(shù)的研究早在20世紀(jì)50年代就開始了，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、意大利等國(guó)家在該研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。20世紀(jì)60年代，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本對(duì)1000kV-1200kV長(zhǎng)達(dá)1000m的特高壓交流輸電線路進(jìn)行了試驗(yàn)，并取得了一定的技術(shù)成果。之后，美國(guó)對(duì)特高壓輸電技術(shù)方面的研究進(jìn)步十分迅速，在雷電沖擊絕緣、無(wú)線電噪聲干擾、變壓器線路、斷路器設(shè)計(jì)等方面的研究日漸成熟；俄國(guó)建設(shè)了長(zhǎng)達(dá)2364km的1150kV電壓等級(jí)的特高壓輸電線路；日本通過(guò)建設(shè)600km的輸電線路，實(shí)現(xiàn)了1座火電站和3座核電站對(duì)東京地區(qū)的電力輸送[1]。同時(shí)，一些國(guó)家通過(guò)先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，研究了特高壓電場(chǎng)對(duì)生態(tài)環(huán)境、自然植物、動(dòng)物等的影響，并明確了對(duì)特高壓輸電技術(shù)的控制方案，以減少對(duì)環(huán)境的影響。

2.2.2 國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用概況

相對(duì)于國(guó)外，我國(guó)的特高壓輸電技術(shù)的研究起步較晚，在2004年國(guó)家電網(wǎng)公司將國(guó)家“堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”的核心戰(zhàn)略目標(biāo)定為1800kV直流和100kV交流的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。在之后的發(fā)展過(guò)程中，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)揮模范、帶頭作用，與其他電力通力合作、共同研究，借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以“晉東南一南陽(yáng)一荊門”和“四川向家壩一上海奉賢”的交直流輸電線路為基礎(chǔ)，進(jìn)行了近200多項(xiàng)全面綜合的特高壓輸電技術(shù)研究，并取得了很多突破性成果，其中“晉東南一南陽(yáng)一荊門”經(jīng)過(guò)運(yùn)行考核，申報(bào)了240項(xiàng)專利研發(fā)成就，7項(xiàng)成為世界級(jí)成就。此外，我國(guó)還形成了一套完善的特高壓輸電線路項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工和維護(hù)運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，建立了具有較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰洼^高技術(shù)水平的特高壓實(shí)驗(yàn)研究體系，并在世界范圍處于領(lǐng)先地位。

2.3 特高壓輸電技術(shù)研究的重要意義

2.3.1 提高電網(wǎng)的安全性、可靠性

將1000kV特高壓輸電網(wǎng)用于遠(yuǎn)距離輸電工程，可以有效減小電網(wǎng)的短路電流。以1000萬(wàn)kW的電能輸送為例，經(jīng)過(guò)1000kV特高壓線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸之后，節(jié)省的電量通過(guò)計(jì)算分析，相當(dāng)于本地17臺(tái)60萬(wàn)kW的機(jī)組所產(chǎn)生的短路電流。因此，采用特高壓輸電技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分層、分區(qū)的布局管理，可以對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，從而徹底解決短路電流超標(biāo)問(wèn)題，有效提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

2.3.2 降低電網(wǎng)運(yùn)行成本

特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離送電的基礎(chǔ)上，能夠有效降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本。相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，1條1000kV特高壓輸電線路的輸電能力與5條500kV線路的輸電能力相當(dāng)，降低了10%～15%的電網(wǎng)建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。由于華北和西南地區(qū)煤礦資源、水資源豐富，是電力生產(chǎn)的主要區(qū)域，而華東和華中地區(qū)則需要大量的電能供應(yīng)，這就需要進(jìn)行西電東送的工程，特高壓輸電技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

3 特高壓輸電技術(shù)研究成果

3.1 特高壓電壓標(biāo)準(zhǔn)的確定

從我國(guó)的實(shí)際國(guó)情出發(fā)，綜合分析百萬(wàn)伏級(jí)特高壓電網(wǎng)的輸送容量和距離需求，考慮到標(biāo)稱電壓不同時(shí)輸變電設(shè)備的投資波動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)布置的海拔高度、氣候條件的影響、電磁干擾等各方面的因素，并參考國(guó)際上的特高壓輸電技術(shù)研究成果，將1000kV定為我國(guó)的特高壓標(biāo)稱電壓。1000kV特高壓電壓標(biāo)準(zhǔn)的確定，為我國(guó)特高壓輸電技術(shù)的進(jìn)一步研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.2 絕緣子串放電研究

在特高壓輸電線路受到雷擊等電壓沖擊時(shí)，如果氣候干燥，絕緣子串的空氣間隙長(zhǎng)度對(duì)其放電特性起到?jīng)Q定作用；如果處于陰雨等濕潤(rùn)條件下，放電現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)在絕緣子表面，只會(huì)存在于其空氣間隙中。通過(guò)對(duì)絕緣子串的操作沖擊試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，絕緣子串的長(zhǎng)度如果達(dá)到7m，在雨、雪等惡劣條件下，其放電電壓和干閃電壓無(wú)明顯變化。由于分裂導(dǎo)線的位置高度的不同，在V型塔中的V型絕緣子串的操作沖擊閃絡(luò)電壓要明顯低于I型絕緣子串，因此在特高壓輸電線路中絕緣子串的操作沖擊絕緣水平十分重要。

3.3 串聯(lián)電容補(bǔ)償研究

在特高壓輸電線路中，串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。在輸電線路中串聯(lián)裝置主要涉及電容設(shè)備，對(duì)線路起到控制、保護(hù)等作用，串聯(lián)電容的補(bǔ)償作用可以改變線路感抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)潮流的分布控制，優(yōu)化電壓質(zhì)量；能夠減小阻尼偏小引起的低頻功率震蕩，從而改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓；在電力系統(tǒng)受到?jīng)_擊情況時(shí)，串聯(lián)電容可以改變晶閘管的觸發(fā)角，對(duì)電容的補(bǔ)償度進(jìn)行調(diào)整，從而提高電力系統(tǒng)的平穩(wěn)性。

3.4 無(wú)功平衡研究

特高壓輸電線路輸電距離較長(zhǎng)，所產(chǎn)生的潮流變化也很大，因此面臨很多無(wú)功平衡問(wèn)題。這就需要針對(duì)特高壓輸電線路，科學(xué)、合理地選擇高、低壓電容器和電抗器，此外還可以配置可控電抗器等設(shè)備，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功平衡。特高壓輸電線路的電抗器補(bǔ)償度一般低于90%，防止工頻諧振的問(wèn)題發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)大潮流電能的輸送。在線路輕載情況下，線路的無(wú)功功率由線路的長(zhǎng)度決定，線路越長(zhǎng)無(wú)功功率越高，這種情況往往需要變壓器第三繞組的低壓并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償；在線路負(fù)荷較大時(shí)，線路的潮流超過(guò)自然功率，就要裝設(shè)低壓并聯(lián)電容器來(lái)吸收無(wú)功功率。

4 特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用建議

4.1 提前規(guī)劃，精心部署

特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)就是良好的規(guī)劃與部署，相關(guān)電力部門需要結(jié)合電網(wǎng)的區(qū)域性建設(shè)情況，認(rèn)真、負(fù)責(zé)地做好電網(wǎng)建設(shè)的前期規(guī)劃工作，并且保障各個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)劃與國(guó)家特高壓電網(wǎng)規(guī)劃之間的一致性。電力部門要加強(qiáng)對(duì)于特高壓電力技術(shù)的推廣和應(yīng)用，合理利用國(guó)家的相關(guān)建設(shè)資金，精心部署建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)設(shè)備、技術(shù)人員、施工人員、管理人員等，做好電網(wǎng)的建設(shè)與維護(hù)。

4.2 科學(xué)管理，提高效率

特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、管理與維護(hù)是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作內(nèi)容，尤其是管理方面涉及眾多的因素，如果管理不當(dāng)，很可能引發(fā)各種安全事故，對(duì)電網(wǎng)以及社會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此，相關(guān)部門必須加強(qiáng)科學(xué)化管理，建立和完善相關(guān)的管理體系，加強(qiáng)員工的責(zé)任意識(shí)和安全意識(shí)，對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)中的各項(xiàng)工作進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范化管理[4]。

4.3 以人為本，提高素質(zhì)

特高壓輸電技術(shù)需要隨著科技的不斷進(jìn)步進(jìn)行調(diào)整和規(guī)范，這就需要電力方面的工作人員不斷學(xué)習(xí)和完善自身的知識(shí)，因此，電力部門需要結(jié)合各個(gè)崗位的實(shí)際工作需求，進(jìn)行人才的儲(chǔ)備和培養(yǎng)。首先，嚴(yán)格把關(guān)上崗考核環(huán)節(jié)，聘請(qǐng)具有專業(yè)技術(shù)和能力的人，從而為建設(shè)高素質(zhì)人才隊(duì)伍奠定基礎(chǔ)；其次，通過(guò)定期的技術(shù)培訓(xùn)和專業(yè)知識(shí)講座活動(dòng)，提高電力人員的專業(yè)素質(zhì)和綜合技能；最后，電力部門之間要加強(qiáng)合作交流，委派一些技術(shù)人員，參加一些外國(guó)的電力交流會(huì)議，從而吸收和借鑒先進(jìn)的特高壓輸電技術(shù)的研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，各行各業(yè)的發(fā)展需要強(qiáng)大的電力能源做保障，這就要加快建設(shè)國(guó)家電網(wǎng)特高壓骨干電網(wǎng)，將特高壓輸電技術(shù)推廣到電力系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離的輸電需求。在科技的推動(dòng)下，相關(guān)電力部門要加強(qiáng)對(duì)特高壓輸電技術(shù)的研究與應(yīng)用，充分借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

【1】孫秋芹.特高壓輸電線路潛供電弧的動(dòng)態(tài)物理特性與抑制技術(shù)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

【2】楊冬.特高壓輸電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化與未來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

【3】卞玉萍,康宇斌.紅外、紫外檢測(cè)技術(shù)在特高壓輸電線路中的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2012（2）:23-26.

【4】鄧輝.特高壓直流輸電換流變壓器保護(hù)及充電試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2012.

Analysis on the Research and Application of UHV Transm ission Technology

WANG M ing-yuan,HUANG Xun,LI Bing
(EconomicandTechnicalResearch Instituteof StateGrid JibeiElectricPowerCo.Ltd.,Beijing100038,China)

With the rapid development of economy,the demand for electricity and productive activities of people increases constantly and the construction scale of state grid expands continuously,which puts forward higher requirements to the reliability of the power grid.From the analysis of the current basicnational condition of our country,the power transm ission distance has expanded as well as the demand for capacity has increased.So it is an important task to strengthen the construction of UHV power transmission network,and accelerate researching and promoting the UHV transmission technology.This paper analyzes the current research situation of UHV power transmission technology,discusses the research results,and finally puts forward some suggestions for the application of UHV transmission technology.

power grid;UHV;transmission technology;research;application

TM 714.3

A

1007-9467（2016）08-0072-02

2016-07-24

王明淵（1989～），男，山西太谷人，工程師，從事變電工程項(xiàng)目建設(shè)管理研究。