特高壓輸電技術(shù)分析

黃銳 毛龍飛

摘 要：作為我國正在重點(diǎn)發(fā)展的輸電工程項(xiàng)目，特高壓輸電在電力系統(tǒng)中引起了廣泛的關(guān)注。文章對特高壓輸電工程發(fā)展的必要性進(jìn)行闡述，在此基礎(chǔ)上從無功平衡、過電壓抑制以及絕緣配合等技術(shù)層面對特高壓輸電進(jìn)行探討，最后對交、直流特高壓輸電的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié)，以期推動(dòng)我國特高壓輸電工程技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：特高壓；輸電；經(jīng)濟(jì)評價(jià)

中圖分類號：TM723 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0087-02

電力輸電系統(tǒng)有不同的電壓等級，直流±800 kV及以上、交流1 000 kV及以上電壓等級的輸電技術(shù)稱為特高壓輸電技術(shù)。特高壓輸電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在輸送容量大和輸電距離長，這對于解決我國能源和負(fù)荷分布的極度不均衡問題具有重要意義。眾所周知，我國國土面積大，負(fù)荷中心分布在華東和華南經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，而能源則大量集中在西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，可以最大效率地實(shí)現(xiàn)大范圍、大容量的能量轉(zhuǎn)移，是我國輸電系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

1 特高壓輸電技術(shù)發(fā)展的必要性

結(jié)合我國電力系統(tǒng)現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的趨勢，下文從電能需求量增加、電力負(fù)荷和資源分布不均衡、綜合聯(lián)網(wǎng)效益以及減輕對輸電線路周邊的環(huán)境污染幾方面對特高壓輸電技術(shù)發(fā)展的必要性進(jìn)行分析闡述。

1.1 電力能源需求量的增加

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力能源的消耗也在逐年攀升，并且將在很長一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)步增長的趨勢。根據(jù)2015年初中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的《2014年電力工業(yè)運(yùn)行簡況》，2014年，全國用電量55 233億kWh，同比增長3.8%；全口徑發(fā)電量55 459 億kWh，同比增長3.6%。截至2014年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量13.60 億kW，比上年增長8.7%，其中，水電30 183 萬kW（含抽水蓄能2 183 萬kW），占全部裝機(jī)容量的22.2%；火電91 569 萬kW（含煤電82 524 萬kW、氣電5 567 萬kW），占全部裝機(jī)容量的67.4%，比上年降低1.7%；核電1 988 萬/kW，并網(wǎng)風(fēng)電9 581 萬kW，并網(wǎng)太陽能發(fā)電2 652 萬kW。

可見，在我國經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展以及全面建設(shè)小康社會(huì)的帶動(dòng)下，我國對于電力能源的需求量逐年增加，這就對電力系統(tǒng)的電能輸送能力提出了更高的要求。

1.2 電力負(fù)荷和資源分布不均衡

在我國經(jīng)濟(jì)快速增長和工業(yè)生產(chǎn)的大力推動(dòng)下，用戶對于電能的需求量穩(wěn)步快速增長，然而資源和電力用戶的地域分布差異大大制約了電能的高效開發(fā)和傳輸。從全國資源分布情況來看，煤炭等傳統(tǒng)資源以及太陽能、風(fēng)能等新能源大量分布在我們中西部地區(qū)，距離用電負(fù)荷中心東南沿海地區(qū)很遠(yuǎn)，這就需要電力系統(tǒng)充分整合資源，實(shí)現(xiàn)電能的高效率、大容量和遠(yuǎn)距離傳輸。

1.3 綜合聯(lián)網(wǎng)效益

特高壓輸電具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性，并且能夠節(jié)約線路走廊空間，具有很好的綜合聯(lián)網(wǎng)效益。

首先，特高壓輸電可以降低電力傳輸?shù)倪\(yùn)行費(fèi)用。這是因?yàn)樵谕葪l件下，高電壓等級的輸電線路的輸送容量大于低電壓等級的，例如和500 kV輸電線路相比，1 000 kV特高壓輸電線路的輸送功率可以達(dá)到其5倍，但是其投資成本遠(yuǎn)不足前者的5倍，這就意味著特高壓輸電線路的單位輸送電能投資較低。另外，高電壓等級對于降低線路損耗具有重要作用，因此采用特高壓輸電技術(shù)具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

其次，特高壓輸電能夠有效降低線路走廊寬度。由于線路走廊寬度通常是按照地面電場強(qiáng)度來設(shè)定，而輸電線路的自然輸送功率和線路的波阻抗成反比例關(guān)系，與輸送電壓的平方成正比例關(guān)系。用線路的自然輸送功率作參照，一回1 000 kV特高壓輸電線路相當(dāng)于五回500 kV線路。按照我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的線路走廊寬度，一回1 000 kV特電壓輸電線路的走廊寬度僅為五回500 kV線路走廊寬度的40%。

最后，通過特高壓輸電線路將大范圍內(nèi)的電網(wǎng)聯(lián)系起來，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具體表現(xiàn)在：互聯(lián)于特高壓線路的各個(gè)電網(wǎng)能夠更加靈活地調(diào)整電力輸出，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰填谷。另外，參與聯(lián)網(wǎng)的各電網(wǎng)由于共享了備用容量，將大大降低輸電成本。通過各電網(wǎng)間的相互支持運(yùn)行，用戶供電可靠性也將大大提高。

1.4 減輕對環(huán)境的污染

眾所周知，火力發(fā)電對環(huán)境具有一定程度的污染，特別是對于人口稠密的用電負(fù)荷中心，發(fā)電廠產(chǎn)生的污染不可忽視。當(dāng)采用特高壓輸電技術(shù)后，負(fù)荷中心將獲得清潔的電能供應(yīng)，不再需要在當(dāng)?shù)卦O(shè)置發(fā)電廠，甚至同時(shí)減小了煤炭等一次能源運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的汽車尾氣污染。因此，特高壓輸電能夠有效減輕電力生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染程度。

2 特高壓輸電的若干關(guān)鍵技術(shù)

為了確保特高壓輸電工程能夠達(dá)到預(yù)期的大容量、遠(yuǎn)距離輸送電能的作用，諸如過電壓抑制、無功平衡、絕緣配合以及外絕緣設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)問題值得深入探究。

2.1 過電壓抑制措施

當(dāng)電氣設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作或出現(xiàn)內(nèi)部短路故障時(shí)，往往會(huì)造成短時(shí)間或持續(xù)一定時(shí)間的高壓，稱為過電壓現(xiàn)象。另外，當(dāng)設(shè)備處于雷擊環(huán)境中，也有可能出現(xiàn)過電壓，對設(shè)備的正常運(yùn)行極其不利。特高壓輸電工程由于自身電壓等級較高，對絕緣要求很高，如果線路上產(chǎn)生過電壓往往對線路絕緣產(chǎn)生致命傷害。因此，在進(jìn)行特高壓輸電改造過程中，需要對各種類型的過電壓進(jìn)行研究并采取相對的抑制措施，以確保降低絕緣投入和線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 無功功率平衡技術(shù)

根據(jù)前文內(nèi)容的分析，可知特高壓輸電的輸送容量很大，相應(yīng)地其無功功能部分就變得非常大，對無功功率進(jìn)行平衡也是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。采用傳統(tǒng)的限制線路容升效應(yīng)的措施，例如在線路上注入固定值的電抗，可以改善空載線路的容升效應(yīng)，但是會(huì)一定程度降低特高壓輸電線路的功能輸送極限。因此，需要有針對性的研究特高壓線路無功功率平衡的各種措施，保證線路電壓穩(wěn)定。

2.3 絕緣配合以及外絕緣設(shè)計(jì)

對輸電線路的導(dǎo)體部分和非導(dǎo)電部分進(jìn)行有效絕緣是保證電能安全傳輸?shù)谋匾獥l件。特高壓輸電系統(tǒng)線路電壓等級高，絕緣投資在整個(gè)輸電線路投資中占據(jù)較大的份額，科學(xué)地選擇各種電氣設(shè)備的絕緣水平就顯得非常重要。針對這種情況，需要重點(diǎn)研究特高壓輸電線路上可能出現(xiàn)的各種過電壓，并進(jìn)行相應(yīng)的絕緣設(shè)計(jì)。

另外，特高壓輸電線路的外絕緣設(shè)計(jì)也是需要重要研究的對象，考慮防雷、防污穢以及帶電作業(yè)等各種復(fù)雜情況下的外絕緣是重點(diǎn)研究對象。

3 特高壓輸電的優(yōu)缺點(diǎn)綜合分析

3.1 特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)

在對特高壓輸電關(guān)鍵技術(shù)闡述的基礎(chǔ)上，下文將以特高壓交流輸電為對象對特高壓輸電進(jìn)行評價(jià)分析。特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1.1 電能輸送距離遠(yuǎn)，輸送容量大

特高壓輸電由于輸送電壓等級高，因此具有輸送功率大以及輸送距離長的優(yōu)勢，這對于應(yīng)對日益增長的電能需求具有重要意義，并且可以達(dá)到緊湊型輸電的效果。

3.1.2 電能輸送成本低，經(jīng)濟(jì)性好

采用特高壓線路進(jìn)行電能的輸送，單位容量的輸送成本較低，這將使電網(wǎng)企業(yè)和用戶都受益。

3.1.3 線路占地面積小，走廊寬度變窄

采用特高壓輸電線路輸電，雖然絕緣距離需要增大，但是同時(shí)其輸送功率大大提高，從單位輸送容量所需的線路走廊寬度來看，采用特高壓輸電對于節(jié)省占地面積是有利的。

3.1.4 輸電過程中的功率損耗較小

特高壓輸電系統(tǒng)電壓等級高，對于降低系統(tǒng)電流和功率損耗都是非常有利的。我國電能消耗量很大，減少電能輸送過程中的功率損耗會(huì)帶來非常大的經(jīng)濟(jì)效益，這對于提高能源利用率、建設(shè)綠色環(huán)保城市都具有積極作用。

3.2 特高壓輸電的缺點(diǎn)

但是，特高壓輸電在帶來上述幾方面優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也不可避免地產(chǎn)生了如下缺點(diǎn)：

首先，特高壓輸電對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成較大影響。

另外，系統(tǒng)的可靠性問題也更突出。這是由于特高壓線路長，故障發(fā)生率高，很容易造成連鎖事故給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性造成不利影響。

特別是在特高壓輸電線路建設(shè)初期，由于主網(wǎng)架尚未建成，線路的負(fù)載能力差，這給系統(tǒng)可靠性帶來了較大的隱患。最后仍需注意的是，特高壓輸電對環(huán)境的干擾也更大。

4 結(jié) 語

在我國經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的環(huán)境下，特高壓輸電工程的建設(shè)也越來越勢在必行。結(jié)合我國用電負(fù)荷和能源的分布情況，我國的特高壓輸電以及大范圍電網(wǎng)互聯(lián)工程將持續(xù)建設(shè)。本文從發(fā)展特高壓輸電的必要性分析入手，對特高壓輸電過程中需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)評價(jià)，可見特高壓輸電技術(shù)將在我們電力系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)展特高壓輸電、加強(qiáng)電網(wǎng)的互聯(lián)，對建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)將起到重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 易輝，熊幼京.1 000 kV交流特高壓輸電線路運(yùn)行特性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，（15）.

[2] 丁偉，胡兆光.特高壓輸電經(jīng)濟(jì)性比較研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，（19）.

[3] 汪秀麗.特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展[J].水利電力科技，2006，（2）.

[4] 周浩，鐘一俊.特高壓交、直流輸電的適用場合及其技術(shù)比較[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2007，（5）.

[5] 王曉希.特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，（22）.

[6] 舒印彪，胡毅.交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，（36）.

[7] 舒印彪，張文亮.特高壓輸電若干關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，（31）.

[8] 孫才新，司馬文霞，趙杰，等.特高壓輸電系統(tǒng)的過電壓問題[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2005，（9）.

[9]張運(yùn)洲.對我國特高壓輸電規(guī)劃中幾個(gè)問題的探[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，（19）.

[10] 張文亮，吳維寧，胡毅.特高壓輸電技術(shù)的研究與我國電網(wǎng)的發(fā)展[J].高電壓技術(shù)，2003，（9）.