特高压

归属: 电压等级

特高压英文缩写UHV;电压符号是U(个别地方有用V表示的);电压的单位是伏特,单位符号也是V;比伏大的有kV(千伏)、比伏小的mV(毫伏),uV(微伏),它们之间是千进位。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。

中国电力建设

对我国电力建设的意义

特高压能大大提升我国电网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示,一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量,相当于现有500千伏直流电网的5到6倍,而且送电距离也是后者的2到3倍,因此效率大大提高。此外,据国家电网公司测算,输送同样功率的电量,如果采用特高压线路输电可以比采用500千伏高压线路节省60%的土地资源。 

我国特高压发展情况

中国已经建成的超高压是西北电网750千伏的交流实验工程。首个国内最高电压等级特高压交流示范工程,是我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的1000千伏交流输变电工程——晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程,全长640公里,纵跨晋豫鄂三省,其中还包含黄河和汉江两个大跨越段。线路起自山西1000kV晋东南变电站,经河南1000kV南阳开关站,止于湖北1000kV荆门变电站。2008年12月30日22时,该工程投入试运行,2009年1月6日22时,顺利通过168小时试运行。

直流方面,四川向家坝——上海±800千伏特高压直流输电示范工程已顺利投入运行,这是规划建设的世界上电压等级最高、输送距离最远、容量最大的直流输电工程;锦屏-苏南±800kV特高压直流线路工程也于2012年5月13日顺利通过竣工验收。

国家电网公司在2010年8月12日首度公布,到2015年建成华北、华东、华中(“三华”)特高压电网,形成“三纵三横一环网”。同日,国家电网宣布世界上运行电压最高的1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程已通过国家验收,这标志着特高压已不再是“试验”和“示范”阶段,后续工程的核准和建设进程有望加快。

2015年7月24日,在江苏省东台市,1000千伏淮南-南京-上海线特高压交流工程开建。1000千伏淮南-南京-上海特高压交流工程是国家大气污染防治行动计划12条重点输电通道之一,变电容量1200万千伏安,线路全长759.4千米,新建输电线路2×780公里,工程投资268亿元。该工程是迄今规模最大、建设难度最大的特高压交流工程,建成后可增强长三角地区电网互联互通、相互支援的能力。

中国的特高压输电网,建设不到10年就具备了世界最高水平,创造了一批世界纪录。晋东南—南阳—荆门线路是世界上第一个投入商业运行的特高压交流输变电工程;向家坝—上海特高压直流输电工程,则是世界上同类工程中容量最大、距离最远、技术最先进的。中国的成就,被国际大电网组织称之为“世界电力工业发展史上的重要里程碑”。中国未来将在特高压骨干网的基础上建立全国智能电网,在这一方面的投入已经超过了美国。作为国家大气污染防治行动计划12条重点输电通道中首批获得核准并率先开工建设的特高压工程,跨越淮河、长江的皖电东送淮南—南京—上海1000千伏特高压交流工程于2014年9月开工建设。原计划于2016年3月投入运行,现2015年10月工程即将进入验收阶段,可望提前投入运行。

直流输电设备技术

自20世纪50年代高压直流输电投运以来,经过50多年的发展,高压、超高压直流输电技术已逐步完善,其中巴西两回±600千伏超高压直流输电工程已运行20多年,我国的±500千伏超高压直流输电工程也已建设、运行近20年,通过超高压直流输电工程的建设、运行,对直流输电技术有了更成熟的认识,也为±800千伏特高压直流输电工程的设备制造奠定了坚实的技术基础。

上世纪70、80年代,前苏联进行过±750千伏特高压直流输电工程实践,其主要设备已通过出厂试验并已建成1000多公里输电线路。国际工业界和学术界对超过±600千伏的特高压直流输电技术的研究一直没有中断,主要工作集中在±800千伏这一电压等级。1000千伏级交流输电技术的研究和开发,特别是前苏联和日本交流特高压工程的建设和运行,以及750千伏级交流输电30多年运行经验的积累,交流变压器、避雷器、开关等关键设备的设计、制造技术已发展成熟,有关知识和经验尽管不能直接照搬,但可在±800千伏特高压直流设备的研发过程中充分借鉴。各种研究和试验均表明,±800千伏特高压直流输电技术工程应用的条件已经具备,已经可以制造出±800千伏特高压直流所需的所有设备,特高压直流输电技术用于实际工程是完全可行的。

换流站设备特点及作用

换流站是直流输电工程中直流和交流进行相互能量转换的系统,除有交流场等与交流变电站相同的设备外,直流换流站还有以下特有设备:换流器、换流变压器、交直流滤波器和无功补偿设备、平波电抗器。换流器主要功能是进行交直流转换,从最初的汞弧阀发展到电控和光控晶闸管阀,换流器单位容量在不断增大。

换流变压器是直流换流站交直流转换的关键设备,其网侧与交流场相联,阀侧和换流器相联,因此其阀侧绕组需承受交流和直流复合应力。由于换流变压器运行与换流器的换向所造成的非线性密切相关,在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验方面与普通电力变压器有着不同的特点。

交直流滤波器为换流器运行时产生的特征谐波提供入地通道。换流器运行中产生大量的谐波,消耗换流容量40%~60%的无功。交流滤波器在滤波的同时还提供无功功率。当交流滤波器提供的无功不够时,还需要采用专门的无功补偿设备。

平波电抗器能防止直流侧雷电和陡波进入阀厅,从而使换流阀免于遭受这些过电压的应力;能平滑直流电流中的纹波。另外,在直流短路时,平波电抗器还可通过限制电流快速变化来降低换向失败概率。

技术的主要特点

  • 特高压直流输电系统中间不落点,可点对点、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,实现交直流并联输电或非同步联网,电网结构比较松散、清晰。
  • 特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流,按照送受两端运行方式变化而改变潮流。特高压直流输电系统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。
  • 特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄,适合大功率、远距离输电。
  • 在交直流并联输电的情况下,利用直流有功功率调制,可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡,包括区域性低频振荡,明显提高交流的暂态、动态稳定性能。
  • 大功率直流输电,当发生直流系统闭锁时,两端交流系统将承受大的功率冲击。

直流输电导线的选择

在特高压直流输电工程中,线路导线型式的选择除了要满足远距离安全传输电能外,还必须满足环境保护的要求。其中,线路电磁环境限值的要求成为导线选择的最主要因素。同时,从经济上讲,线路导线型式的选择还直接关系到工程建设投资及运行成本。因此特高压直流导线截面和分裂型式的研究,除了要满足经济电流密度.

和长期允许载流量的要求外,还要在综合考虑电磁环境限值以及建设投资、运行损耗的情况下,通过对不同结构方式、不同海拔高度下导线表面场强和起晕电压的计算研究,以及对电场强度、离子流密度、可听噪声和无线电干扰进行分析,从而确定最终的导线分裂型式和子导线截面。对于±800千伏特高压直流工程,为了满足环境影响限值要求,尤其是可听噪声的要求,应采用6×720平方毫米及以上的导线结构。

特高压直流输电线路的走廊宽度主要依据两个因素确定:

  • 导线最大风偏时保证电气间隙的要求;
  • 满足电磁环境指标(包括电场强度、离子流密度、无线电干扰和可听噪声)限值的要求。根据线路架设的特点,在档距中央影响最为严重。研究表明,对于特高压直流工程,线路邻近民房时,通过采取拆迁措施,保证工程建成后的电气间隙和环境影响满足国家规定的要求。通常工程建设初期进行可行性研究时就要计算电场强度、离子流密度、无线电干扰和可听噪声的指标,只有这些指标满足国家相关规定时,工程才具备核准条件。

直流输电和交流输电区别

从技术上看,采用±800千伏特高压直流输电,线路中间无需落点,能够将大量电力直送大负荷中心;在交直流并列输电情况下,可利用双侧频率调制有效抑制区域性低频振荡,提高断面暂(动)稳极限;解决大受端电网短路电流超标问题。采用1000千伏交流输电,中间可以落点,具有电网功能;加强电网支撑大规模直流送电;从根本上解决大受端电网短路电流超标和500千伏线路输电能力低的问题,优化电网结构。

从输电能力和稳定性能看,采用±800千伏特高压直流输电,输电稳定性取决于受端电网有效短路比(ESCR)和有效惯性常数(Hdc)以及送端电网结构。采用1000千伏交流输电,输电能力取决于线路各支撑点的短路容量和输电线路距离(相邻两个变电站落点之间的距离);输电稳定性(同步能力)取决于运行点的功角大小(线路两端功角差)。

从需要注意的关键技术问题看,采用±800千伏特高压直流输电,要注重受端电网静态无功功率平衡和动态无功功率备用及电压稳定性问题,要注重多回直流馈入系统因同时换相失败引起的系统电压安全问题。采用1000千伏交流输电,要注重运行方式变化时的交流系统调相调压问题;要注重严重故障条件下,相对薄弱断面大功率转移等问题;要注重大面积停电事故隐患及其预防措施。

目录
1.
中国电力建设
2.
直流输电设备技术
3.
换流站设备特点及作用
4.
技术的主要特点
5.
直流输电导线的选择
6.
直流输电和交流输电区别
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