特高压输电技术

　　特高压英文缩写UHV;电压符号是U;电压的单位是伏特，单位符号是V。在我国，特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。

　　特高压电网指的是交流达到1000kV电压等级和直流达到±800kV电压等级的输电网络，其中特高压交流电网是国家电网的骨干电网，承担着跨区域输电、水火电互济调节和优化全国能源配置的重要任务。

　　特高压输电技术的基本含义是能够承载1000kV交流和±800kV电压电网的输送电力能力，主要包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术。由于特高压输电本身的特殊性质，电压安全隐患很多，例如无线电干扰、电磁场影响、噪音危害等，对此，国内外专家对特高压输电技术进行了深入的研究，并取得了一定成效。

一、特高压输电技术国内外研究现状分析

　　1、国外研究和发展概况

　　国外对于特高压输电技术的研究早在20世纪50年代就开始了，美国、前苏联、日本、意大利等国家在该研究领域处于lingxian地位。

　　20世纪60年代，美国、前苏联、日本对1000kV-1200kV长达1000m的特高压交流输电线路进行了试验，并取得了一定的技术成果。

　　美国对特高压输电技术方面的研究进步十分迅速，在雷电冲击绝缘、无线电噪声干扰、变压器线路、断路器设计等方面的研究日渐成熟。

　　俄国建设了长达2364km的1150kV电压等级的特高压输电线路。

　　日本通过建设600km的输电线路，实现了1座火电站和3座核电站对东京地区的电力输送。

　　同时，一些国家通过先进的检测技术，研究了特高压电场对生态环境、自然植物、动物等的影响，并明确了对特高压输电技术的控制方案，以减少对环境的影响。

　　2、国内研究和应用概况

　　相对于国外，我国的特高压输电技术的研究起步较晚，在2004年国家电网公司将国家“坚强电网”的核心战略目标定为1800kV直流和100kV交流的特高压输电网络建设。

　　在之后的发展过程中，国家电网公司发挥模范、带头作用，与其他电力通力合作、共同研究，借鉴国外先进的技术和经验，以“晋东南-南阳-荆门”和“四川向家坝-上海奉贤”的交直流输电线路为基础，进行了近200多项全面综合的特高压输电技术研究，并取得了很多突破性成果。其中“晋东南-南阳-荆门”经过运行考核，申报了240项ZL研发成就，7项成为世界ji成就。

　　此外，我国还形成了一套完善的特高压输电线路项目设计施工和维护运行的相关技术规范和标准，建立了具有较强实验能力和较高技术水平的特高压实验研究体系，并在世界范围处于lingxian地位。

二、特高压输电技术研究的重要意义

　　1、提高电网的安全性、可靠性

　　将1000kV特高压输电网用于远距离输电工程，可以有效减小电网的短路电流。以1000万kW的电能输送为例，经过1000kV特高压线路进行远距离传输之后，节省的电量通过计算分析，相当于本地17台60万kW的机组所产生的短路电流。

　　因此，采用特高压输电技术，对电网进行分层、分区的布局管理，可以对电网结构实现优化，从而彻底解决短路电流超标问题，有效提高整个电网运行的安全性和可靠性。

　　2、降低电网运行成本

　　特高压输电技术的应用，在实现大容量、远距离送电的基础上，能够有效降低电网的运行成本。相关的研究发现，1条1000kV特高压输电线路的输电能力与5条500kV线路的输电能力相当，降低了10%～15%的电网建设成本，实现了电网运行的经济性。

　　由于华北和西南地区煤矿资源、水资源丰富，是电力生产的主要区域，而华东和华中地区则需要大量的电能供应，这就需要进行西电东送的工程，特高压输电技术具有重要的应用价值。

三、特高压输电技术研究成果

　　1、特高压电压标准的确定

　　从我国的实际国情出发，综合分析百万伏级特高压电网的输送容量和距离需求，考虑到标称电压不同时输变电设备的投资波动、网络布置的海拔高度、气候条件的影响、电磁干扰等各方面的因素，并参考国际上的特高压输电技术研究成果，将1000kV定为我国的特高压标称电压。1000kV特高压电压标准的确定，为我国特高压输电技术的进一步研究奠定了良好的基础。

　　2、绝缘子串放电研究

　　在特高压输电线路受到雷击等电压冲击时，如果气候干燥，绝缘子串的空气间隙长度对其放电特性起到决定作用;如果处于阴雨等湿润条件下，放电现象不会出现在绝缘子表面，只会存在于其空气间隙中。

　　通过对绝缘子串的操作冲击试验研究发现，绝缘子串的长度如果达到7m，在雨、雪等恶劣条件下，其放电电压和干闪电压无明显变化。由于分裂导线的位置高度的不同，在V型塔中的V型绝缘子串的操作冲击闪络电压要明显低于I型绝缘子串，因此在特高压输电线路中绝缘子串的操作冲击绝缘水平十分重要。

　　3、串联电容补偿研究

　　在特高压输电线路中，串联补偿技术具有十分重要的应用价值。在输电线路中串联装置主要涉及电容设备，对线路起到控制、保护等作用，串联电容的补偿作用可以改变线路感抗，从而实现对潮流的分布控制，优化电压质量;能够减小阻尼偏小引起的低频功率震荡，从而改善电力系统的运行电压;在电力系统受到冲击情况时，串联电容可以改变晶闸管的触发角，对电容的补偿度进行调整，从而提高电力系统的平稳性。

　　4、无功平衡研究

　　特高压输电线路输电距离较长，所产生的潮流变化也很大，因此面临很多无功平衡问题。这就需要针对特高压输电线路，科学、合理地选择高、低压电容器和电抗器，此外还可以配置可控电抗器等设备，对电力系统进行无功平衡。

　　特高压输电线路的电抗器补偿度一般低于90%，防止工频谐振的问题发生，从而实现大潮流电能的输送。在线路轻载情况下，线路的无功功率由线路的长度决定，线路越长无功功率越高，这种情况往往需要变压器第三绕组的低压并联电抗器进行补偿;在线路负荷较大时，线路的潮流超过自然功率，就要装设低压并联电容器来吸收无功功率。

四、特高压交流输电技术

　　(一)特高压交流输电技术发展现状

　　1、带动区域经济发展

　　我国地理结构复杂，很多山区、丘陵地带由于地理条件影响，居民长期受到供电紧缺的困扰。而通过线路铺设、电站分布这些电网类项目的建设，使偏远村落之间也可以通过电站而联系起来。方便了居民生活发展中的电力需求，带动这些地区经济建设，摆脱落后贫穷。

　　另外，虽然我国地大物博，但是资源分布并不平衡。水电资源多分布在沿海地区和东部地区，而煤炭、石油、天然气资源则多分布在西北部地区。不同于以往的铁路运输，特高压电网运输缩短了运输时间，提高了运输效率，使我国能源运输方式更加优化、安全。也将西部地区的优势转变为经济优势，促进当地发展。

　　2、提高电网技术稳定性

　　将1000kV交流特高压线用在大型输电工程中既可以扩大输电容量，又可以加长输电距离，同时节约资金，缩小输电通道，节约土地资源。不同于以往小千伏数的输送线路，特高压交流输电技术有效避开了短路电流过多、部分地区稳定性差的电网系统安全问题。

　　3、促进电工制造业技术发展

　　利用特高压交流输电技术优化电网系统，提高输电质量，是我国电工制造业通过技术创新，响应科技是diyi生产力的重要体现之一。通过对特高压交流输电技术的研究与创新，开发特高压输电线的配套设施，减少电网运行损失，提高安全性，使我国电力科技水平再上一个台阶。

　　(二)特高压交流输电技术创新介绍

　　1、外绝缘配合

　　由于特高压交流输电线操作电压大，耐受电压随空气间隙距离增大而呈非线性增加趋势，在饱和后外绝缘难度明显增加。再者，我国污染程度严重，附着于套管表面的污秽物体，会加剧抗绝缘配合技术的难度。针对这一难题，YZ过电压操作水平，使其偏离空气间隙的饱和区，帮助绝缘尺度回归线性;或是研究污秽成分，研发含抗性绝缘套管，都可以提升绝缘率，使线路运行更加安全。

　　2、潜供电流控制

　　由于特高压输电线路经常运用在大容量、长距离的输电工程中，其高电压、高电流的特性会使潜供电流过大，造成线路故障，影响供电稳定。为YZ该电流，我国在长距离输电过程中往往会配合设置特高压电抗器，并在电抗器中继续设置小型特高压电抗器，协助YZ电流，将潜供电流控制在安全范围内。虽然国外也有对应控制设施，如高速接地开关，但此种设施操作复杂，成本较高，更适宜于短距离输电，不符合我国国情。

　　(三)污秽外绝缘问题

　　一般来说，绝缘套管受到雨水冲洗以及冰雪覆盖等外界环境影响，需要对其进行外绝缘试验，试验的ZD在于观察全电压下的可行性。因为我国特高压输电工程较少，并且研究不多，电压等级污秽电源匮乏，很多试验只能在国外进行。国外特高压交流输电问题有着较深的研究，很多研究成果值得借鉴。因为不同的绝缘积污情况，老化性以及机械性也存在差异，主要影响因素有以下几点：

　　1、设备外绝缘的抗污闪能力

　　我国各地区地理条件复杂，在污秽程度上也不同。工业污染以及环境污染的加大也促使1200kV以上特高压输电工程的外绝缘污闪问题加剧，由此，在进行外部设计过程中，需要提高设备耐污能力。

　　2、复合外绝缘性能与可靠性问题

　　随着污染的加剧，特高压交流电、直流电工程更多采用复合绝缘子，但是需要解决一些内部缺陷以及机械疲劳、老化等问题，还要考虑到高海拔地区的复合绝缘子应用的稳定性以及各种雨水、冰雪条件对外绝缘的影响。

　　3、选择外绝缘串长与串型

　　在输电线路当中，不同长度的绝缘子设计会影响到输电稳定性，在设计中需要将塔头大小以及结构确定下来，这是设计的基础。选择性能优越的绝缘子，这种绝缘子串长也较为安全。如果选择有较差耐污性能的绝缘子将使串长增加，将使工程成本增加。

　　由此，需要对特高压输电线路工程的各种经验进行总结，结合具体的工程要求，使用普通输电线路，但在绝缘子布置上可以尝试新的方法，比如，使用V形串联方法等。因为这种串行方法不仅能够针对不同串形外绝缘水平进行选择，还能悬垂串联。

　　4、高海拔与覆冰

　　我国很多高海拔地区外绝缘的污染更加严重，因为长期有冰雪覆盖，国外曾开展过很多这方面的试验，比如，高海拔外绝缘污闪特性短串联以及相关模型试验。在面对这些复杂环境时，加强绝缘配置研究显得至关重要。

五、特高压直流输电技术

　　(一)特高压直流输电优点

　　我国目前发展的特高压输电技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术。一般特高压交流输电技术用于近距离的组网和电力输送，直流输电技术用来进行远距离、大规模的电力输送，两者在以后的电网发展中都扮演重要角色。本文对其中的特高压直流输电技术进行简要分析，其优点主要包括以下几个方面。

　　1、在直流输电的每极导线的绝缘水平和截面积与交流输电线路的每相导线相同的情况下，输电容量相同时直流输电所需的线路走廊只需交流输电所需线路走廊的2/3，在土地资源越来越紧张的今天，特高压直流输电线路可以节省线路走廊的优点显得更加突出。

　　2、在输送功率相同的情况下，直流输电的线路损耗只有交流输电的2/3，长久以往可以节约大量的能源;同时直流输电可以以大地为回路，只需要一根导线，而交流输电需要3根导线，在输电线路建设方面特高压直流输电电缆的投资要低很多。

　　3、交流输电网络互联时需要考虑两个电网之间的周期和相位，而直流输电不存在系统稳定性问题，相比交流输电网络，能简单有效地解决电网之间的联结问题。

　　4、长距离输电时，采用直流输电比交流输电更容易实现，如800kV的特高压直流输电距离Z远可达2500km。

　　5、直流换流站使用块式结构进行高压整流，电压逐级增加，容易提升电压等级。

　　(二)特高压直流输电发展现状

　　从上世纪70年代开始，前苏联、美国、加拿大、巴西和南非等国家考虑到特高电压等级、超远距离输电、特大输电容量的需求，在研究特高压交流输电技术的同时，也开始进行特高压直流输电技术的研究工作。经过美国EPRI、加拿大IREQ、巴西CEPEL等科研机构的研究工作，特高压直流输电中的一些重要技术已经取得了关键进展。

　　经研究发现，在1400-3000km的远距离、大容量电力输送中，从电网建设的经济型和环境影响的角度进行考虑，高于±600kV电压等级的特高压直流输电是值得优先选择的高压输电方式，而且±800kV电压等级的特高压直流输电系统在设计、建设和投运在技术方面而言是完全可行的等等。

　　值得一提的是，前苏联曾经设计并初步建设从唐波夫到埃巴基斯图兹到±750kV电压等级、输送距离2400km、输送功率容量为6000MW的直流输电工程。该项目中，所有的设备均已通过了初步试验，而且已建成长度高达1090km的线路，但是Z后却因政治、经济等方面的因素停止了建设。尽管这样，该项目仍然可以在一定程度上为我国目前设计的特高压直流输电网络起到参考价值。

　　我国地域广阔，同时能源资源与电力消耗的不平衡使得我国尤其适合发展特高压直流输电技术。一直以来，我国发展的主要是500kv的输电技术。随着经济的发展，原有的输电系统已经不能满足东部地区日益增长的电力消耗，为此需要发展特高压直流输电技术，实现能源资源的合理分配。

　　1987年，舟山直流输电工程正式投入使用，这是我国独立建成的diyi个直流输电项目，弥补了我国在直流输电技术方面的空缺。

　　进入21实际以来，我国陆续建成了众多高压直流输电技术，并不断研究直流输电技术的相关特性。

　　2005年2月，百万伏级交流输电以及±800kV级直流输电工程的前期研究工作在全国范围内启动。

　　目前我国已经建成一系列800kV特高压直流输电工程并投入使用，其中代表性的特高压直流输电工程建设于苏南-锦屏两地，其输电距离为210万米、额定容量为7200兆瓦，并且在2012年成功投入使用。

　　2012年6月29日，我国的±1100kV特高压换流变压器通过了型式试验，这是由国家电网主导研发的。这这次试验中，变压器的各项指标优良，在技术方面完全符合建设特高压直流输电工程的技术规范，是在我国以致国际上研发±1100kV电压级别直流输电技术过程中的突破，具有非常重要的意义。

　　目前，我国特高压输电工程在输电线路长度、输送电力、输电设备制造和管理等方面已经处于国际lingxian水平。

　　(三)特高压直流输电线路的环境问题

　　在特高压直流输电工程方面，目前国际上输送容量Z大、输送距离Z远、电压等级Z高的是我国目前建设成功并投入使用的±800kV直流输电工程，在这个方面，国外没有成熟的设计方案、试验数据等研究成果可供参考。

　　为此，必须根据我国电网建设中的实际情况开展系统性的研究工作，这样才能保证特高压直流电网的顺利建设和投运，保证输电线路不对周围的环境产生影响。经过研究发现，主要有三种直流输电线路的特性需要我们特别考虑。

　　1、直流输电线路的电磁效应

　　交流输电线路在输电时，其导线会产生电晕，达到一定的强度会击穿空气产生离子。但是由于交流电路中其电压是随时间进行周期性变化的，因此交流输电线后半周期会反向拉回其在前半周期产生的离子，这样带电离子只会在导线附近很小的范围内进行往复运动，不会在相导线和大地之间产生大范围离子信号。在直流输电线路工作中，也会产生电晕现象。

　　由于其电压信号稳定，这样其产生的离子信号会一直存在并且在电场的作用下定向移动，这样就产生了离子流。同时离子流的定向运动也会产生可称为离子流场的电场，导线周围空间电荷本身产生的电场称为静电场，这两部分电场会进行叠加形成合成电场。离子流和合成电场也是特高压直流输电的特有现象。

　　当人体处于特高压直流输电线路下时，输电线路下的离子流会通过人体导入大地，进行能量的释放。当强度达到一定值的时候，就会产生电击感。我国已经制定了一些关于输电线路中电磁环境的国家标准和规范，比如《电磁辐射防护规定》、《电磁辐射环境保护管理办法》等，规定输电线路下离子流密度不能超过100nA/m²。

　　2、可听噪声

　　直流输电线路在击穿空气产生电晕的时候，会产生一些可听噪声。该噪声值在雨天由于被雨声淹没，通常不予考虑，需要我们在建设时研究晴天环境下的噪声大小。该可听噪声不能影响附近居民的休息、工作和谈话。我国规定可听噪声极限为55dB，该值和普通办公环境噪声平均值相等。

　　3、无线电干扰

　　直流输电线路正常工作时由于电晕放电等原因会产生一定的电磁频率，会对输电线路附近的无线电设备的信号接收产生干扰。当干扰过强时会导致无线电设备接收的信号达不到所需的信噪比，影响周围设备的正常使用。这是在建设直流输电工程时需要避免的。

六、特高压输电技术的应用场合

　　我国已启动“五交八直”特高压工程，未来将建成“三华”特高压同步电网，1100kV交流输电和±800kV直流输电在大电网的发展中扮演着不同角色。

　　特高压交、直流输电只能互补，不能互相取代。直流输电方式由于中间无落点，因而只有输电功能，而不能构建网络，可定位于超大容量、超远距离的输受端明确的“点对点”输电。采用直流输电技术，可减少或避免过网的不均匀潮流，并且可以方便地控制潮流大小和方向，但是，其发挥作用的前提是必须结合坚强的交流网络。

　　相对而言，交流输电方式则同时具备输电和构建网络的功能，可依据电源分布、负荷位置、输送容量等实际需求进行电网系统设计，同时线路中间可以设置落点，这会使得电力接入、传输和消纳更加灵活方便，可定位于构建各级坚强输电网，以及经济距离下的大容量、长距离输电，为直流输电提供重要支撑。

　　基于特高压交、直流输电系统特点，对我国特高压输电技术应用场合做以下探讨：

　　1、远距离大容量输送

　　我国水电、煤电和负荷ZX分布极不平衡。其中，2/3的水电分布在西南地区，2/3的煤电分布在西北地区，而2/3的用电负荷位于东部沿海和京广铁路以东地区，输电网络明显呈现出“西电东送”、“北电南送”的格局，输电距离为600～2000km。输送容量5000～20000MW。从输电经济性角度讲，当距离超过l200km时，采用±800kV直流输电比1100kV交流输电更具经济性。

　　2、近距离大容量输送

　　目前，负荷ZX地区出现了输电走廊紧张、短路容量大等难题。以长三角地区为例，如上海、苏南、浙北等负荷ZX，输电距离约200～500km，从输电经济性方面考虑，采用1100kV交流输电更具经济性。

　　因此，对于珠江三角洲、环渤海经济区及华东电网区域内的输电系统，采用特高压交流输电，经济性良好，同时解决了短路电流大、输电走廊紧张等问题。

　　3、区域电网互联

　　利用特高压输电技术，我国已形成东北、华北、西北、华东、华中及南方电网等6大跨省区的互联电网，实现了跨区域、跨流域的资源优化配置。

　　对于以上区域互联电网，采用特高压直流输电实现区域非同步联网，送、受端的交流电网可按各自电压和频率独立运行，相互间无需传送短路功率，这在一定程度上提高了整个系统的稳定性。假如采用特高压交流输电实现电网的同步运行，则对互联电网的同步性要求很高，稍有不慎可引起系统崩溃，同时还可能导致短路容量的增加。

　　从国内外实践来看，在区域联网场合，特高压直流会比特高压交流更具优势。