《我國特高壓輸電工程介紹》是一篇介紹電工工程的文章。
基本介紹
- 中文名：我國特高壓輸電工程介紹
- 正文內容：建設特高壓輸電的主要爭論
- 主要爭論： 滿足遠距離大容量輸電的需要
- 主要爭論2：提高電能傳輸的可靠性
主要爭論,建設論證,最終結論,
主要爭論
1 滿足遠距離大容量輸電的需要?
正方：
由能源基地和大型電站群向遠距離的負荷中心輸送巨大電能是發展特高壓的重要原因。到2004年 ,我國電力裝機總容量已達 440 GW。預計 2020年我國全社會用電量將達到約 4 600TW·h,需要裝機容量約 1 000 GW,這就意味著要新增發電裝機 500 GW以上。我國現有電網主要以 500 kV交流和 ±500 kV直流系統為主 ,電力輸送能力和規模受到嚴重製約。只有加快建設特高壓電網 ,才能滿足新增 500 GW裝機規模的電力輸送和供應。
反方：
發展特高壓電網的一個基礎假設是，在煤炭資源豐富的西部地區就近建設大型煤電基地，再以電的形式輸送到東部。但西部面臨的首要問題是水資源緊張。據中國煤礦規劃研究院調查，全國13個煤炭基地及98個已開發或正開發、待開發的礦區，有70%礦區缺水，其中40%嚴重缺水。從水資源角度考慮，就不能輕易在晉、陝、蒙、寧地區大規模發展煤電基地。否則，西部和北部的乾旱、荒漠化問題將變成一場生態災難。
2 可提高電能傳輸的經濟性?
正方：
有資料測算 ,按單位容量成本比較 ,目前除特高壓等級的發電機升壓變壓器的成本外 ,其他特高壓設備的單位容量成本均低於 500 kV電壓等級 ,施工中可節省鐵塔用材近 1/3,節約導線近 1/2。輸送同樣的容量 ,1 100 kV線路的損耗為 500 kV線路的20%～50%。
反方：
有專家對國家電網公司的全國聯網計畫進行了初步測算，結論是，中國相應需要建設交流直流輸電線路5.25萬公里，占地735萬畝，匡算投資3500億元；在陝西、山西、寧夏、內蒙古等地區建設大量電站和煤礦，總投資則超過1.5萬億元。
3 電壓等級的選擇——1200kv與1000kV
特高壓在國際上已出現的有：前蘇聯採用1150kV（1200kV），日本採用1000kV（1100kV），美國確定為1100kV（1200kV），義大利、巴西、加拿大都確定為1000kV（1050kV）。
1200kv
根據國外的經驗與教訓 ,為了避免出現多種相近的輸電電壓 ,電壓等級的確定應考慮國家電網發展的全局 ,不應只考慮某一具體工程的需要。具體的目標電壓 ,不僅要照顧與已有500 kV 電壓等級的配合 ,還應兼顧在其上有無可能疊加高一級輸電電壓。為了適應電力系統長遠發展 ,百萬伏級目標電壓可適當選高一些。從我國國情以及世界特高壓輸電技術的發展考慮 ,將我國的特高壓目標電壓取最高運行電壓為1 200 kV 是適宜的。
1000kv
（1）空氣間隙絕緣
對於特高壓輸電電壓等級的選擇，空氣間隙絕緣飽和特性是一個需要重點考慮的因素。隨著電壓的升高，氣體介質的絕緣強度一旦進入顯著非線性飽和階段，線路額定電壓的小幅增加都需要明顯增大氣隙絕緣距離，在1000~1150kV電壓範圍內空氣間隙開始進入了較明顯的非線性飽和區域，1150kV特高壓線路設計的相間絕緣距離是1000kV的2倍多。這不僅導致特高壓線路、設備和變電站尺寸的大幅增加，同時也增加了技術難度和總投資，而輸電能力卻增加不多。
（2） 按送電容量考慮
1000kV線路的送電容量約為5000~6000MW。從我國目前規劃的電源開發規模以及可能的送電關係來看，2020年大區之間送電容量大多約為6000MW，如內蒙古西部向京津唐送電約為6000MW；在金沙江水電外送規劃中，向家壩向華中送電6000MW，可見1000kV電壓等級是我國最佳送電方案。
（3 ）按電壓等級發展規律及我國電網結構
根據世界各國電壓等級發展的規律，相鄰等級的電壓比一般為2。目前，154−345−765−1500kV級和110−220−500−1000kV級是兩個國際上公認比較合理的電壓等級。從我國電網結構的現狀來看，除西北為330kV網架外，其餘如東北、華北、華中、華東、南方等網架均為500kV電壓等級的網架。所以，我國的特高壓輸電電壓等級選為1000kV，即主網架按照110−220−500−1000kV級電壓等級系列發展是合適的。
正方：
由能源基地和大型電站群向遠距離的負荷中心輸送巨大電能是發展特高壓的重要原因。到2004年 ,我國電力裝機總容量已達 440 GW。預計 2020年我國全社會用電量將達到約 4 600TW·h,需要裝機容量約 1 000 GW,這就意味著要新增發電裝機 500 GW以上。我國現有電網主要以 500 kV交流和 ±500 kV直流系統為主 ,電力輸送能力和規模受到嚴重製約。只有加快建設特高壓電網 ,才能滿足新增 500 GW裝機規模的電力輸送和供應。
反方：
發展特高壓電網的一個基礎假設是，在煤炭資源豐富的西部地區就近建設大型煤電基地，再以電的形式輸送到東部。但西部面臨的首要問題是水資源緊張。據中國煤礦規劃研究院調查，全國13個煤炭基地及98個已開發或正開發、待開發的礦區，有70%礦區缺水，其中40%嚴重缺水。從水資源角度考慮，就不能輕易在晉、陝、蒙、寧地區大規模發展煤電基地。否則，西部和北部的乾旱、荒漠化問題將變成一場生態災難。
2 可提高電能傳輸的經濟性?
正方：
有資料測算 ,按單位容量成本比較 ,目前除特高壓等級的發電機升壓變壓器的成本外 ,其他特高壓設備的單位容量成本均低於 500 kV電壓等級 ,施工中可節省鐵塔用材近 1/3,節約導線近 1/2。輸送同樣的容量 ,1 100 kV線路的損耗為 500 kV線路的20%～50%。
反方：
有專家對國家電網公司的全國聯網計畫進行了初步測算，結論是，中國相應需要建設交流直流輸電線路5.25萬公里，占地735萬畝，匡算投資3500億元；在陝西、山西、寧夏、內蒙古等地區建設大量電站和煤礦，總投資則超過1.5萬億元。
3 電壓等級的選擇——1200kv與1000kV
特高壓在國際上已出現的有：前蘇聯採用1150kV（1200kV），日本採用1000kV（1100kV），美國確定為1100kV（1200kV），義大利、巴西、加拿大都確定為1000kV（1050kV）。
1200kv
根據國外的經驗與教訓 ,為了避免出現多種相近的輸電電壓 ,電壓等級的確定應考慮國家電網發展的全局 ,不應只考慮某一具體工程的需要。具體的目標電壓 ,不僅要照顧與已有500 kV 電壓等級的配合 ,還應兼顧在其上有無可能疊加高一級輸電電壓。為了適應電力系統長遠發展 ,百萬伏級目標電壓可適當選高一些。從我國國情以及世界特高壓輸電技術的發展考慮 ,將我國的特高壓目標電壓取最高運行電壓為1 200 kV 是適宜的。
1000kv
（1）空氣間隙絕緣
對於特高壓輸電電壓等級的選擇，空氣間隙絕緣飽和特性是一個需要重點考慮的因素。隨著電壓的升高，氣體介質的絕緣強度一旦進入顯著非線性飽和階段，線路額定電壓的小幅增加都需要明顯增大氣隙絕緣距離，在1000~1150kV電壓範圍內空氣間隙開始進入了較明顯的非線性飽和區域，1150kV特高壓線路設計的相間絕緣距離是1000kV的2倍多。這不僅導致特高壓線路、設備和變電站尺寸的大幅增加，同時也增加了技術難度和總投資，而輸電能力卻增加不多。
（2） 按送電容量考慮
1000kV線路的送電容量約為5000~6000MW。從我國目前規劃的電源開發規模以及可能的送電關係來看，2020年大區之間送電容量大多約為6000MW，如內蒙古西部向京津唐送電約為6000MW；在金沙江水電外送規劃中，向家壩向華中送電6000MW，可見1000kV電壓等級是我國最佳送電方案。
（3 ）按電壓等級發展規律及我國電網結構
根據世界各國電壓等級發展的規律，相鄰等級的電壓比一般為2。目前，154−345−765−1500kV級和110−220−500−1000kV級是兩個國際上公認比較合理的電壓等級。從我國電網結構的現狀來看，除西北為330kV網架外，其餘如東北、華北、華中、華東、南方等網架均為500kV電壓等級的網架。所以，我國的特高壓輸電電壓等級選為1000kV，即主網架按照110−220−500−1000kV級電壓等級系列發展是合適的。
建設論證
1 特高壓輸電線路的防污閃
隨著電力工業的發展，大氣污染日益嚴重，對於運行中的線路，因表面污穢而引起的絕緣子閃絡是電網安全運行的主要威脅。提高絕緣子的耐污能力、減少絕緣子的串長與重量是解決特高壓輸電線路防污閃問題的關鍵所在。
武漢高壓研究所的試驗證明，在合成絕緣子憎水性優良（HCl級），鹽密、灰密分別為0.1和1.0mg/cm2時，單位爬電距離的污閃電壓是瓷玻璃絕緣子的2.5~3.0倍。合成絕緣子的重量很小， 1000kV的300kN合成絕緣子的成本僅為國產瓷絕緣子的一半左右，若再考慮零值檢測和污穢清掃以及停電損失的費用，合成絕緣子的綜合經濟效益將更加明顯。在特高壓線路中選用合成絕緣子是一種行之有效的防污閃技術措施。儘管合成絕緣子的老化問題存在爭議。
2 特高壓輸電線路的防雷研究
原蘇聯的1150kV線路曾發生幾次雷電繞過架空地線直擊輸電線路的繞擊事故，架空地線對雷電沒有起到禁止作用，一部分人甚至質疑特高壓輸電線路是否能夠有效防雷。
1150kV的雷擊跳閘主要由繞擊引起。前蘇聯曾分析研究結果表明雷電穿過靠近轉角桿塔的避雷線而擊於導線或桿塔是該線路雷擊跳閘的原因。我國未來的特高壓線路應採取降低保護角，以減小邊相導線的繞擊率。改進導線布置，減小中間導線繞擊率。儘可能降低桿塔高度。減小接地電阻等措施降低雷擊跳閘率等措施降低雷擊跳閘率。
3 特高壓輸電對環境的影響
特高壓輸電線路和變電站出現的主要問題是電暈現象和強電場效應對人體和生態環境的影響
（1）電暈放電
電暈要消耗能量，電暈放電產生的脈衝電磁波對無線電和高頻通信會產生干擾；還會使導線表面發生腐蝕，從而降低導線的使用壽命。為了防止或減輕電暈放電的危害，增大導線線徑是一個有效的方法，通常是採用分裂導線來降低導線表面電場強度的。如前蘇聯1150kV線路採用8×330/43分裂導線，分裂間距為0.4m，分裂直徑為1.02m，可聽噪聲和無線電干擾可被接受。
（2） 地面場強對人體的影響
1000kV輸電線路下方地面場強最大值比500kV的高許多。雖然一般認為現有的輸電線路下方的電場對人體不會有明顯的直接影響。為慎重起見，目前對於輸電線路走廊和變電所範圍的最大場強給予了一定限制。我國500kV線路現行的指導意見認為線下地面最大場強10kV/m。當適當抬高導線對地距離，如取22m時，1000kV輸電線路地面最大場強可限制在10kV/m；如果採用相導線正三角布置或者雙迴路逆相序布置時，地面最大場強與500kV的水平相當；如果採用相導線倒三角布置的緊湊型輸電線路時，地面最大場強可比500kV的低，而且線下高場強區也顯著減小， 因此，只要我國特高壓線路採用合理的導線半徑和根數，以及導線布置方式和對地距離，就不會對人類生活和生態環境造成危害。
5 特高壓交流輸電與直流輸電的相互關係
我國在考慮建設特高壓電網的過程中，對1000kV特高壓交流和± 800kV直流輸電方式的選擇問題也是爭議較多的，直流輸電可以替代特高壓交流輸電的觀點是不夠全面的。直流輸電系統由沒有電抗的直流線路連線兩個交流系統，輸送容量和距離不受同步運行穩定性的限制，能夠實現電網的非同期互聯。但是積污速度快，滅弧困難，不能中間落點，不能形成網路，不利於沿途地區的用電和電網的加強。特高壓交流可以形成堅強的網架結構，理論上其規模和覆蓋面是不受限制的，電力傳輸和交換十分靈活，可結合中途落點向沿途地區供電。特高壓交流和直流輸電各有優點，因此， 1000kV 交流特高壓應定位於全國網架建設和跨大區送電，而± 800kV 直流輸電定位於大區、省網之間的互聯，兩者是相輔相成和互為補充的。
隨著電力工業的發展，大氣污染日益嚴重，對於運行中的線路，因表面污穢而引起的絕緣子閃絡是電網安全運行的主要威脅。提高絕緣子的耐污能力、減少絕緣子的串長與重量是解決特高壓輸電線路防污閃問題的關鍵所在。
武漢高壓研究所的試驗證明，在合成絕緣子憎水性優良（HCl級），鹽密、灰密分別為0.1和1.0mg/cm2時，單位爬電距離的污閃電壓是瓷玻璃絕緣子的2.5~3.0倍。合成絕緣子的重量很小， 1000kV的300kN合成絕緣子的成本僅為國產瓷絕緣子的一半左右，若再考慮零值檢測和污穢清掃以及停電損失的費用，合成絕緣子的綜合經濟效益將更加明顯。在特高壓線路中選用合成絕緣子是一種行之有效的防污閃技術措施。儘管合成絕緣子的老化問題存在爭議。
2 特高壓輸電線路的防雷研究
原蘇聯的1150kV線路曾發生幾次雷電繞過架空地線直擊輸電線路的繞擊事故，架空地線對雷電沒有起到禁止作用，一部分人甚至質疑特高壓輸電線路是否能夠有效防雷。
1150kV的雷擊跳閘主要由繞擊引起。前蘇聯曾分析研究結果表明雷電穿過靠近轉角桿塔的避雷線而擊於導線或桿塔是該線路雷擊跳閘的原因。我國未來的特高壓線路應採取降低保護角，以減小邊相導線的繞擊率。改進導線布置，減小中間導線繞擊率。儘可能降低桿塔高度。減小接地電阻等措施降低雷擊跳閘率等措施降低雷擊跳閘率。
3 特高壓輸電對環境的影響
特高壓輸電線路和變電站出現的主要問題是電暈現象和強電場效應對人體和生態環境的影響
（1）電暈放電
電暈要消耗能量，電暈放電產生的脈衝電磁波對無線電和高頻通信會產生干擾；還會使導線表面發生腐蝕，從而降低導線的使用壽命。為了防止或減輕電暈放電的危害，增大導線線徑是一個有效的方法，通常是採用分裂導線來降低導線表面電場強度的。如前蘇聯1150kV線路採用8×330/43分裂導線，分裂間距為0.4m，分裂直徑為1.02m，可聽噪聲和無線電干擾可被接受。
（2） 地面場強對人體的影響
1000kV輸電線路下方地面場強最大值比500kV的高許多。雖然一般認為現有的輸電線路下方的電場對人體不會有明顯的直接影響。為慎重起見，目前對於輸電線路走廊和變電所範圍的最大場強給予了一定限制。我國500kV線路現行的指導意見認為線下地面最大場強10kV/m。當適當抬高導線對地距離，如取22m時，1000kV輸電線路地面最大場強可限制在10kV/m；如果採用相導線正三角布置或者雙迴路逆相序布置時，地面最大場強與500kV的水平相當；如果採用相導線倒三角布置的緊湊型輸電線路時，地面最大場強可比500kV的低，而且線下高場強區也顯著減小， 因此，只要我國特高壓線路採用合理的導線半徑和根數，以及導線布置方式和對地距離，就不會對人類生活和生態環境造成危害。
5 特高壓交流輸電與直流輸電的相互關係
我國在考慮建設特高壓電網的過程中，對1000kV特高壓交流和± 800kV直流輸電方式的選擇問題也是爭議較多的，直流輸電可以替代特高壓交流輸電的觀點是不夠全面的。直流輸電系統由沒有電抗的直流線路連線兩個交流系統，輸送容量和距離不受同步運行穩定性的限制，能夠實現電網的非同期互聯。但是積污速度快，滅弧困難，不能中間落點，不能形成網路，不利於沿途地區的用電和電網的加強。特高壓交流可以形成堅強的網架結構，理論上其規模和覆蓋面是不受限制的，電力傳輸和交換十分靈活，可結合中途落點向沿途地區供電。特高壓交流和直流輸電各有優點，因此， 1000kV 交流特高壓應定位於全國網架建設和跨大區送電，而± 800kV 直流輸電定位於大區、省網之間的互聯，兩者是相輔相成和互為補充的。
最終結論
為了適應我國電力工業的進一步發展，結合西電東送、南北互供的全國聯網戰略，必須加強我國特高壓輸變電技術的開發和運用。電壓等級的選定， 防止異常雷擊跳閘率，防污閃技術，對人體和生態環境的影響，經濟效益，以及直流輸電與交流特高壓輸電的關係等都是需要我們關注的問題。我們小組認為，特高壓輸電是中國電網發展的一種趨勢，但是只有在解決好所有可能出現的異常，保證特高壓安全平穩運行的基礎上才能發展我國的特高壓輸電。
