淺談輸電新技術(shù)發(fā)展路徑

邱焱++張馨月++王妍++趙可

摘 要：電能是最基本的能源，我國作為電能消費大國，電能已然成為改善民生、促進社會發(fā)展，乃至推進國防和軍隊現(xiàn)代化建設(shè)、全面建成小康社會的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。輸電是發(fā)電到用電的中間環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中起著重要作用。隨著我國電力工業(yè)跨越式發(fā)展，傳統(tǒng)輸電技術(shù)很難滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)所具有的“大電網(wǎng)、大機組、特高壓、超大容量、高度自動化”的特點，因此發(fā)展輸電新技術(shù)勢在必行。本文主要介紹特高壓輸電技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)、緊湊輸電技術(shù)和超導輸電技術(shù)在我國的發(fā)展與應用。

關(guān)鍵詞：特高壓輸電；柔性交流輸電；緊湊輸電；超導輸電

中圖分類號：TM721 文獻標識碼：A

1.特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展

由P=U2/R可知，輸電線路的輸送功率與電壓的平方成正比。為了大幅度提高其輸電能力，特別是遠距離功率輸送能力，結(jié)合我國在輸電容量大、輸送距離長已有的500kV電壓等級難以支撐的實際情況，就必須提高輸電電壓等級。于是我國于1986年將特高壓輸電技術(shù)列入科技攻關(guān)計劃，拉開了我國發(fā)展特高壓輸電技術(shù)的序幕。

特高壓一般是指交流1000kV、直流±800kV及以上的電壓等級。可以說，特高壓輸電技術(shù)代表了當今世界輸電技術(shù)發(fā)展的方向。與傳統(tǒng)輸電方式類似，特高壓也分為特高壓直流輸電和特高壓交流輸電，兩者具有不同的適用場合。從我國電網(wǎng)的實際出發(fā)，特高壓交流輸電主要定位于近距離大容量輸電和更高一級電壓等級的網(wǎng)架建設(shè)，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；而特高壓直流輸電主要定位于送受關(guān)系明確的遠距離大容量輸電及部分大區(qū)、省網(wǎng)之間的互聯(lián)，以提高輸電線路建設(shè)經(jīng)濟性。

特高壓輸電技術(shù)具有輸送容量大、距離遠、網(wǎng)損小、節(jié)省線路走廊的特點，能夠提高資源利用效率，節(jié)省寶貴土地資源，具有顯著的經(jīng)濟性，符合我國國情和能源發(fā)展戰(zhàn)略，因此我國自研究特高壓輸電技術(shù)起，就得到了各級政府、企業(yè)、專家學者的高度重視和大力支持。在多方共同的努力下，以“科學論證，示范先行，自主創(chuàng)新，扎實推進”的十六字方針為基本原則，特高壓輸電技術(shù)取得了長足地發(fā)展，攻克了無功平衡、消除潛供電流、限制過電壓、絕緣配合、串聯(lián)電容補償裝置、防雷等關(guān)鍵技術(shù)難題，并培養(yǎng)了一大批有較高理論水平和實踐經(jīng)驗的工程技術(shù)人員，有力地推動了我國特高壓輸電技術(shù)的快速發(fā)展。

1994年，在武漢高壓研究所戶外高壓試驗場建設(shè)特高壓試驗研究線段，并于1996年建成了中國第一條百萬伏級特高壓試驗研究線段。電力建設(shè)研究所在2004年建設(shè)的桿塔試驗站，進行了特高壓單回路8×800kV分裂導線和特高壓輸電線路防振設(shè)計方案試驗。2005年，國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞擔任主編的《特高壓電網(wǎng)》一書正式出版，填補了特高壓技術(shù)研究領(lǐng)域?qū)I(yè)論著的空白，標志著我國在特高壓技術(shù)理論研究達到了國際領(lǐng)先平。

2006年，首條交流1000kV級特高壓示范試驗工程—晉東南-南陽-荊門特高壓輸電工程的開工標志著特高壓輸電技術(shù)進入工程建設(shè)實質(zhì)性階段。同年，1000kV特高壓特高壓交流輸電線路示范工程—漢江大跨越正式開工，這標志著1000kV特高壓示范工程全面進入關(guān)鍵性建設(shè)階段。

2009年，云南-廣東±800kV特高壓直流示范工程正式單極投入運行，2010年雙極投產(chǎn)，這是世界上第一個±800kV直流輸電工程。同年，國家電網(wǎng)向家壩—上?！?00kV特高壓直流輸電示范工程投入運行。更多的特高壓工程正在快速建設(shè)當中：國家電網(wǎng)皖電東送淮南—上海特高壓交流輸電示范工程、錦屏—蘇南±800kV特高壓直流工程、哈密南—鄭州±800kV特高壓直流輸電工程、溪洛渡左岸—浙江金華±800kV特高壓直流輸電工程相繼開工，錫林郭勒盟—南京1000kV特高壓交流輸電工程已獲得批準，準東—成都±1100kV特高壓直流工程也已啟動前期準備工作；南方電網(wǎng)糯扎渡電站送電廣東±800kV直流輸電工程已破土開工。

2013年，雅—武1000kV特高壓交流輸變電工程的啟動以及浙北—福州特高壓交流輸變電工程建設(shè)全面啟動，標志著我國特高壓電網(wǎng)已經(jīng)進入加快推廣應用、規(guī)模建設(shè)的新階段。我國特高壓技術(shù)的全面突破，也為世界電力工業(yè)的創(chuàng)新變革提供了戰(zhàn)略選擇。

2.柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展

隨著電力能源的供需矛盾進一步，電網(wǎng)的互聯(lián)度和吞吐容量進一步增加，對系統(tǒng)潮流控制、穩(wěn)定運行、容量擴充帶來了不同程度影響。解決這些問題的最佳方式是在現(xiàn)有輸電設(shè)施不變的條件下，使輸電線路和其他輸電設(shè)備盡可能工作在它們的極限容量，這就需要有一種傳輸容量大、響應速度快、控制性能好的設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制設(shè)備。大功率電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，特別是晶閘管的出現(xiàn)，打開了柔性交流輸電技術(shù)的大門。

柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）是將電力電子技術(shù)、微處理機技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)集中應用于輸電變系統(tǒng)，以提高輸電系統(tǒng)可靠性、可控性、運行性能和電能質(zhì)量并獲取大量節(jié)電效益的一種用于靈活快速控制交流輸電的新型綜合技術(shù)。柔性交流輸電技術(shù)為電力網(wǎng)提供了前所未有的控制，能夠高效利用電網(wǎng)資源和電能，預示著電網(wǎng)控制的未來，是輸電技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。柔性交流輸電技術(shù)開辟了提高交流輸電運行整體控制能力的渠道，為高壓和超高壓交流輸電革新指出了發(fā)展方向，能在較大范圍內(nèi)有效地控制其潮流；可以使線路的輸送能力增大至接近導線的熱極限，但不會出現(xiàn)過負荷；有助于解決輸電網(wǎng)和輸電線運行中的環(huán)流、振蕩和穩(wěn)定性、可靠性、熱備用容量等問題；有效促進和改善了輸電網(wǎng)其他運行控制技術(shù)，并將改變交流輸電的傳統(tǒng)應用范圍；同時還對FACTS控制器本身的發(fā)展起到了推動作用。

1985年，華北電力學院研制出了我國第一臺基于晶閘管的新型靜止無功發(fā)生器的試驗樣機，拉開了我國發(fā)展柔性交流輸電技術(shù)的序幕。

1994年，清華大學與河南電力局簽訂了合作研制我國首臺20MVA STATCOM工作裝置合同。

1996年，基于GTO的300kVA STATCOM模型樣機投入使用。

1999年，20MVA STATCOM工作裝置成功在220kV變電站投入運行，這標志著我國柔性交流輸電技術(shù)發(fā)展進入了一個新的階段。

經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國已完成的柔性交流輸電示范工程有敏—馮屯的TCSC工程、鞍山紅一變的100MV·A SVC工程、河南電網(wǎng)20MVA STATCOM工程、上海電網(wǎng)50MVA STATCOM工程、廣東電網(wǎng)200MVA STATCOM工程，這是世界上最大的STATCOM工程、錦界電廠SVC抑制次同步諧振工程、華東電網(wǎng)短路電流限制器工程。

3.緊湊輸電技術(shù)的發(fā)展

針對我國電網(wǎng)輸電能力不足，在經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密地區(qū)可供線路走廊用地日趨緊張的實際，發(fā)展既側(cè)重縮小線路走廊又能提高傳輸能力的輸電技術(shù)十分迫切，緊湊輸電技術(shù)應運而生。緊湊輸電技術(shù)是通過優(yōu)化輸電線路導線布置，縮小相間距離、加大分裂導線距離、增加分裂導線數(shù)目，有效地控制導線表面場強，以提高導線有效截面，同時能夠提高線路電容、降低電感、減小波阻抗，在相同電壓等級下，大幅提高自然輸送功率，并可以減少線路走廊寬度，提高單位走廊輸電容量的新型輸電技術(shù)。

目前，我國在緊湊輸電技術(shù)領(lǐng)域，從線路技術(shù)設(shè)計、研發(fā)到工程建設(shè)投產(chǎn)使用具有完全的知識產(chǎn)權(quán)。

1999年，我國第一條緊湊型輸電線路，昌平—房山500kV輸電線路建成投產(chǎn)。

2003年，500kV新鄉(xiāng)—安陽—邯鄲緊湊型6分裂輸電線路正式投入運行。

2004年，政平—宜興500kV同塔雙回緊湊超高壓交流輸電線路建成投產(chǎn)，這是我國第一條500kV同塔雙回緊湊超高壓交流輸電線；同年，天水—成縣330kV雙回路三分裂緊湊型高壓交流輸電線路投入運行。

2005年，500kV內(nèi)蒙古涼城縣岱海電廠一河北省萬全縣緊湊型輸電線路試驗成功。

2010年，750kV雙回路同塔同窗緊湊型輸電技術(shù)研究項目通過驗收；同年，云南電網(wǎng)公司在500kV小楚乙線上開展高海拔500kV緊湊型輸電線路直升機索吊方式帶電作業(yè)，迎來了緊湊輸電技術(shù)直升機作業(yè)嶄新發(fā)展階段。

在發(fā)展緊湊輸電技術(shù)過程中，我國解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)難題：緊湊型線路的導線結(jié)構(gòu)和桿塔形式、大截面導線輸電技術(shù)、耐熱導線輸電技術(shù)、帶電作業(yè)技術(shù)等。不可否認，我國緊湊輸電技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位。

4.超導輸電技術(shù)的發(fā)展

目前我國在遠距離、大容量電力輸送采用架空鋼芯鋁絞線或地下電纜。據(jù)統(tǒng)計，采用這些傳統(tǒng)輸電方式，在輸電過程中產(chǎn)生的損耗占整個發(fā)電容量的8.2%以上。為大幅度減少輸電過程中損耗，提高輸送效率和能源利用率，伴隨著超導技術(shù)特別是超導電纜的日益成熟，超導輸電技術(shù)為輸電領(lǐng)域開辟了新道路。

所謂超導技術(shù)就是依托超導電纜，進行理論上無損耗的理想輸電技術(shù)。超導輸電技術(shù)具有傳統(tǒng)輸電方式不可比擬的優(yōu)勢。超導電纜的臨界電流密度可達到傳統(tǒng)導線允許電流密度百倍以上，大幅度提高了傳輸容量；理論上，在直流情況下完全沒有電阻，從而降低損耗，提高效率；具有無電磁污染、低噪音等特性，而且有效克服了常規(guī)充油電纜存在漏油造成環(huán)境污染的缺點；與相同傳統(tǒng)電纜相比，超導電纜尺寸小、重量輕、節(jié)約材料。

我國超導輸電技術(shù)取得了巨大的進步，但由于其自身存在的缺點和不可回避的技術(shù)難題，超導輸電技術(shù)更多的還是在科學論證、攻克難題、試驗測試階段。

1998年，我國研制成功了1米長、1kA的Bi系高溫超導直流輸電電纜模型。

2000年完成了6m長、2kA高溫超導直流輸電電纜的研制和試驗。

2003年，研制出了10m長、10.5kV/1.5kA的三相交流高溫超導電纜。

2004年，完成了30m長、35kV/2kA的高溫超導電纜開發(fā)并在變電站試驗運行。

2011年，360m長、電流達10kA的高溫超導直流輸電電纜采用架空方式安裝，投入工程運行。

結(jié)語

用電問題關(guān)系到社會發(fā)展全局的重大戰(zhàn)略問題，也對加快電網(wǎng)發(fā)展提出了更高的要求。輸電新技術(shù)的出現(xiàn)，從根本上扭轉(zhuǎn)了“重發(fā)輕輸”的觀念，創(chuàng)新了輸電模式，提高了輸電質(zhì)量，也提高了資源利用率。隨著科技進步、資源分布矛盾日益突出，必將產(chǎn)生更多的新型輸電技術(shù)，這將會大大提高電力工業(yè)的發(fā)展水平，促進電力工業(yè)重大變革。輸電新技術(shù)的出現(xiàn)對于有利于資源優(yōu)化配置，滿足各方面的用電需求，具有重大的經(jīng)濟意義與技術(shù)創(chuàng)新意義。

參考文獻

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