我国特高压输电技术的现状与前景作者:刘蒙蒙（陕西理工学院物理与电气工程学院物理学专业２０１1级2班，陕西汉中723000)指导教师:陈德胜[摘要]高压输电技术是指在输电过程中提高输电电压,减小输电电流,从而减少输电过程中电能损耗的技术。

输电电压越高,电能损耗减少的越多,目前输电电压等级最高的是特高压输电。

本文阐述了特高压输电技术的原理，分析了特高压输电的主要方式和分类,研究了我国特高压输电的现状,探讨了我国特高压输电技术的发展前景。

[关键词]特高压输电;现状;前景；高压电网;智能电网引言随着电力系统的不断发展,为了适应大容量远距离输电的需要,如意大利、美国、日本、俄罗斯、中国等国家都在致力于特高压输电技术的研究。

所谓特高压是指交流1000ｋV、直流±８0０kＶ及以上的电压等级。

特高压输电具有非常明显的经济性和可靠性,为当今世界输电技术的发展指明了方向。

我国已经进入了大电网、大机组、高电压、高自动化的发展时期。

随着经济的快速发展，电力需求也在快速增长，特高压输电逐渐进入到我国电力的建设当中。

特高压输电能同时满足电能大容量、远距离、高效率、低损耗、低成本输送的基本要求,而且能有效解决目前５00kV超高压电网存在的输电能力低、安全稳定性差、经济效益欠佳等方面的问题,所以,建设特高压电网已经成为我国电力发展的必然趋势。

１特高压输电技术及其原理１.１特高压输电概述特高压是世界上最先进的输电技术。

交流输电电压一般分为高压、超高压和特高压。

国际上，高压（HV）通常指３5—２20kV电压；超高压(ＥHV）通常指330kV及以上、1０00kV以下的电压;特高压(UHV)定义为1０0０kV及以上电压。

而对于直流输电而言，高压直流(HVDC)通常是指±600kV 及以下的直流输电电压，±８00ｋV(±750kＶ)以上的电压则称为特高压直流(UHVDC)。

表1所示为交、直流输电电压分类表。

表1 交、直流输电电压分类表我国发展特高压输电指的是在现有５００kV交流和±500ｋV直流之上采用更高一级的电压等级输电技术,包括1000kV级交流特高压和±８0０kV级直流特高压两部分,简称国家特高压骨干电网。

特高压输电是在超高压输电的基础上发展的,其目的仍是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电,以及实现远距离的电力系统互联，建成联合电力系统。

为了适应我国国民经济和电力需求的快速发展,国家电网公司在2004年底明确提出了加快建设以百万伏级交流和±800千伏级直流系统特高压电网为核心的坚强国家电网的战略目标。

特高压输电具有明显的经济效益。

据估计,1条1150千伏输电线路的输电能力可代替5~６条500千伏线路,或3条７５0千伏线路;可减少铁塔用材三分之一，节约导线二分之一,节省包括变电所在内的电网造价１０～1５%。

1150千伏特高压线路走廊约仅为同等输送能力的５00千伏线路所需走廊的四分之一,这对于人口稠密、土地宝贵或走廊困难的国家和地区会带来重大的经济和社会效益。

１.2 特高压输电的原理远距离输电过程中的最大问题就是功率损耗,要实现远距离输电，关键是要解决功率损耗问题。

首先，由焦耳定律可知,输电线上的功率损耗与电流的平方成正比，即Q=I2Ｒｔ,若能减小输电线中的电流强度,即可降低功率损耗。

其次,输电要用的导线存在电阻。

如果导线很短,电阻可以忽略，当远距离输电时,导线很长，电阻就变得很大,因此,输电线的发热问题就必须考虑。

如何减小导线发热呢？根据焦耳定律,影响导线发热的因素是输电时间t、输电线电阻Ｒ和输电电流Ｉ。

显然,在输送功率和距离一定的情况下，输电时间和输电线电阻是不可能减小的，所以必须通过减小输电电流来减少导线发热。

综上所述，要减小电能的损失,必须减小输电电流,但是,输电就是要输送电能，输送的功率必须足够大,才有实际意义。

发电厂发电机组的发电能力是恒定的，故其发出的电功率也是一定的。

根据公式Ｐ=ＵI，要使输电电流Ｉ减小,而输送功率Ｐ不变,就必须提高输电电压Ｕ。

所以在远距离输电时,可以利用大型电力变压器升高电压以减小电流,如果线路中电流降低到原来的１/2,那么线路中损失的功率就减小为原损耗的1/4。

因此提高电压可以很有效的降低线路中的功率损失。

由于输电过程损耗与输送距离有关,所以输电距离越远，输电电压就应越高。

２特高压输电的主要方式及其特点特高压输电技术是指在５00kV以及750kV交流和±５0０ｋV直流之上采用更高一级电压等级的输电技术,即包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两个部分。

2.１特高压直流输电特高压直流输电(UHVDC)是指±800kV(±750ｋＶ）及以上电压等级的直流输电及相关技术。

特高压直流输电的主要特点是输送容量大、电压高,可用于电力系统非同步联网。

我国通过对特高压直流输电的电压等级进行多方研究论证并进行了技术攻关，考虑到对直流输电技术的研发水平和直流设备的研制能力,认为确定一个特高压直流输电水平是有必要的，并将±800kＶ确定为中国特高压直流输电的标称电压。

特高压直流输电设备主要包括:换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、直流避雷器、交流避雷器、无功补偿设备、控制保护装置和远动通信设备等。

相对于传统的高压直流输电,特高压直流输电的直流侧电压更高、容量更大,因此对换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器和避雷器图2.1 特高压直流输电等设备提出了更高的要求。

特高压直流输电技术的特点是:输电时的功率大小、方向可以快速控制和调节；直流输电系统的接入不会增加原有电力系统的短路容量;利用直流调制可以提高系统的稳定水平；直流的一个极发生故障，另一个极可以继续运行，且可以利用其过负荷能力减少单极故障下的输送功率损失。

另外直流架空线路走廊宽度约为相同电压等级交流线路走廊宽度的一半。

特高压直流输电的主要优点有：输送容量大、输电密度高、损耗小、寿命长，且输送距离不受电容电流的限制,远距离跨海送电和地下电缆送电大多采用直流输电;直流输电架空线路只需正负两极导线,有时采用单根导线,杆塔结构简单,线路走廊窄。

直流输电两端的交流系统无需同步运行，其输送容量由换流阀电流允许值决定,输送容量和距离不受两端的交流系统同步运行的限制,有利于远距离大容量输电；采用直流输电实现电力系统非同步联网，不增加被联电网的短路容量,需要因短路容量问题而更换被联电网的断路器以及对电缆采取限流措施。

被联电网部受其两端交流系统的影响而互联：直流输电输送的有功和换流器吸收的无功均可方便快速的控制,可利用这种快速控制改善交流系统的运行性能：直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建,有利于发挥投资效益。

特高压直流输电的缺点主要有:直流换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、运行费用高,可靠性也相对降低。

换流站的造价比同等规模交流变电站要高出数倍；换流站会产生一系列的谐波，需在两侧加装交流滤波器和直流滤波器,增加占地面积、造价和运行费用;直流输电控制复杂，运行方式不够灵活。

2.2 特高压交流输电特高压交流输电,是指１0０0ｋＶ及以上电压等级的交流输电工程及相关技术。

特高压输电技术具有远距离、大容量、低损耗和经济性等特点。

目前，对特高压交流输电技术的研究主要集中在线路参数特性和传输能力、稳定性、经济性以及绝缘与过电压、电晕及工频电磁场等方面。

特高压交流输电的特点:特高压交流输电中间可以有落点,具有网络功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际图2.2 特高压交流输电需要构成国家特高压骨干网架;采用特高压实现联网，稳定的特高压交流同步电网中线路两端的功角差一般可控制在20及以下；特高压交流线路产生的充电无功功率约为50０ｋV的５倍,为了抑制工频过电压。

线路须装设并联电抗器。

当线路输送功率变化，送、受端无功功率将发生大的变化；适时引入l0０0ｋV特高压输电，可为直流多馈入的受端电网提供坚强的电压和无功支撑，有利于从根本上解决5０0ｋV短路电流超标和输电能力低的问题。

特高压交流输电的主要优点有：提高传输容量和传输距离;提高电能传输的经济性;节省线路走廊和变电站占地面积;减少线路的功率损耗;有利于连网,简化网络结构,减少故障率。

特高压输电的主要缺点是:系统的稳定性和可靠性问题不易解决。

自1965—1984年世界上共发生了6次交流大电网瓦解事故,其中4次发生在美国,２次在欧洲。

这些严重的大电网瓦解事故说明采用交流互联的大电网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。

特别是在特高压线路出现初期,不能形成主网架，线路负载能力较低，电源的集中送出带来了较大的稳定性问题。

下级电网不能解环运行，导致不能有效降低受端电网短路电流，这些都威胁着电网的安全运行。

3 我国特高电压输电技术发展及现状３．1 我国特高压输电技术的发展我国的特高压研究开始于20世纪80年代,1９86—1990年特高压输电前期研究曾被列为国家攻关项目,１990—1９95年国务院重大技术装备领导小组办公室组织有关专家开展了远距离输电方式和电压等级论证，1９９0—19９9年国家科学技术委员会就特高压输电前期论证和采用交流1００0ｋＶ特高压输电的可行性等专题进行了研究。

在此期间，国家电网公司完成了国家电网特高压骨干网架总体规划设计和特高压输变电工程可行性研究，完成特高压关键技术研究课题１0０余项，系统深入地研究了特高压设备的研制和供货能力，编制了设备技术和试验规范，完成了特高压工程建设的前期专题工作，还多次组织专题研讨和国际国内的技术交流。

国家电网公司在2005年工作会议上明确提出：在今后几年内，我国需要建设全国特高压电网,它是我国当前电网建设工作的重中之重。

20０8年交流百万伏级特高压示范试验工程——晋东南—南阳—荆门特高压输电工程（该工程包括晋东南、荆门两座100０kV变电站，变电容量各300０kＶA,南阳１００0kV开关站，线路长度约６70kｍ,工程总投资约６２亿元)的系统论证及可研究工作的完成。

这意味着我国对1０0０kＶ交流输变电技术科研工作将从科研前期准备工作阶段进入工程建设实质性阶段。

目前我国已完成了部分特高压关键技术的研究工作，确定了交流特高压和直流特高压的主要参数;在绝缘配合、高海拔研究、防雷研究等领域已达到国际先进水平;在备受关注的特高压电磁环境影响方面，提出了符合国家标准的电磁环境控制指标，并于２00５年７月13日通过国家环保总局审查。

同时,在特高压系统论证、特高压输电技术经济性、特高压输变电设计技术、特高压设备国产化、直流特高压输电技术等方面,也获重要进展。

３.2 我国特高压输电技术的现状我国已建成投运３３0千伏输电线路突破1万公里,500千伏线路近４万公里；3３０千伏变电所变电容量1755万千伏安,50０千伏变电所变电容量13７２５万千伏安。