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什么是特高壓輸電
所謂特高壓輸電是指比交流500kV輸電能量更大、輸電距離更遠(yuǎn)的新的輸電方式。它包括兩個(gè)不同的內(nèi)涵：一是交流特高壓（UHC），二是高壓直流（HVDC）。具有輸電成本經(jīng)濟(jì)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡化、短路電流小、輸電走廊占用少以及可以提高供電質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)國際電工委員會(huì)的定義：交流特高壓是指1000kV以上的電壓等級(jí)。在我國，常規(guī)性是指1000kV以上的交流，800kV以上的直流。
在電流一定的情況下，電壓等級(jí)越高，傳輸功率越大，同時(shí)損耗越小。目前特高壓技術(shù)只被少數(shù)國家掌握。據(jù)測(cè)算，1000千伏交流特高壓輸電線路的輸電能力超過500萬千瓦，接近500千伏超高壓交流輸電線路的5倍?！?00千伏直流特高壓的輸電能力達(dá)到700萬千瓦，是±500千伏超高壓直流線路輸電能力的2.4倍。
為何要建設(shè)特高壓電網(wǎng)
在我國這樣一個(gè)能源和電力負(fù)荷分布不均衡的國家，依賴特高壓技術(shù)建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)很有必要。因?yàn)楝F(xiàn)有的超高壓輸電技術(shù)已經(jīng)無法滿足未來電力增長的需要，必須加快電網(wǎng)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，通過更高電壓等級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)帶動(dòng)電力工業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展。
我國76％的煤炭資源分布在北部和西北部；80％的水能資源分布在西南部；絕大部分陸地風(fēng)能、太陽能資源分布在西北部。同時(shí)，70％以上的能源需求卻集中在東中部。能源基地與負(fù)荷中心的距離在1000到3000公里。這樣一種布局提供了兩種選擇：要么在負(fù)荷中心區(qū)建設(shè)電站，要么在能源中心區(qū)建設(shè)電站后外送電力。
在負(fù)荷中心區(qū)大規(guī)模展開電源建設(shè)顯然會(huì)受到種種制約。比如煤炭運(yùn)輸問題、環(huán)境容量問題等等。而且，建設(shè)火電還可以靠煤炭運(yùn)輸，而水電、風(fēng)電由于不可能把水和風(fēng)像煤那樣運(yùn)輸，因此就更是無法實(shí)現(xiàn)。一邊是無法大規(guī)模建設(shè)電源點(diǎn)，一邊又守著水能、風(fēng)能等寶貴的清潔能源望洋興嘆，可見在負(fù)荷中心大規(guī)模開展電源建設(shè)這條思路是不可行的。于是，在能源資源豐富的西部、北部地區(qū)建設(shè)電源，然后把電力送到符合中心就成為唯一選擇。
特高壓凝聚幾大優(yōu)勢(shì)
中國工程院院士薛禹勝認(rèn)為，特高壓不僅具有長距離、大容量轉(zhuǎn)移能源的能力，而且可以緩解運(yùn)輸壓力，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)清潔能源開發(fā)。
首先從資源優(yōu)化配置來看，隨著我國能源戰(zhàn)略西移，大型能源基地與能源消費(fèi)中心的距離越來越遠(yuǎn)，能源輸送的規(guī)模也將越來越大。在傳統(tǒng)的鐵路、公路、航運(yùn)、管道等運(yùn)輸方式的基礎(chǔ)上，提高電網(wǎng)運(yùn)輸能力，也是緩解運(yùn)輸壓力的一種選擇。以目前已經(jīng)投運(yùn)的1000千伏特高壓示范工程為例，目前每天可以送電200萬千瓦，改造后可以達(dá)到500萬千瓦，這相當(dāng)于每天從山西往湖北輸送原煤2.5萬噸—6萬噸。湖北媒體說，這相當(dāng)于給湖北“送”來了一個(gè)葛洲壩電站。
再看經(jīng)濟(jì)效益，目前西部、北部地區(qū)電煤價(jià)格為200元/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。將煤炭從當(dāng)?shù)匮b車，經(jīng)過公路、鐵路運(yùn)輸?shù)角鼗蕧u港，再通過海運(yùn)、公路運(yùn)輸?shù)饺A東地區(qū)，電煤價(jià)格則增至1000多元/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。折算后每千瓦時(shí)電僅燃料成本就達(dá)到0.3元左右。而在煤炭產(chǎn)區(qū)建坑口電站，燃料成本僅0.09元/千瓦時(shí)?？涌陔娬镜碾娏νㄟ^特高壓輸送到中東部負(fù)荷中心，除去輸電環(huán)節(jié)的費(fèi)用后，到網(wǎng)電價(jià)仍低于當(dāng)?shù)孛弘娖骄暇W(wǎng)電價(jià)0.06—0.13元/千瓦時(shí)。
第三，特高壓更是清潔能源大發(fā)展的必要支撐。只有特高壓才能夠解決清潔能源發(fā)電大范圍消納的問題。前一段時(shí)間，內(nèi)蒙古風(fēng)電“曬太陽”送不出的問題廣受關(guān)注。事實(shí)上，我國風(fēng)電主要集中在“三北”地區(qū)，當(dāng)?shù)叵{空間非常有限。風(fēng)電的進(jìn)一步發(fā)展，客觀上需要擴(kuò)大風(fēng)電消納范圍，大風(fēng)電必須融入大電網(wǎng)，堅(jiān)強(qiáng)的大電網(wǎng)能夠顯著提高風(fēng)電消納能力。特高壓電網(wǎng)將構(gòu)成我國大容量、遠(yuǎn)距離的能源輸送通道。據(jù)測(cè)算，如果風(fēng)電僅在省內(nèi)消納，2020年全國可開發(fā)的風(fēng)電規(guī)模約5000萬千瓦。而通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)輸送擴(kuò)大清潔能源的消納能力，全國風(fēng)電開發(fā)規(guī)模則可達(dá)1億千瓦以上。
此外，還可提高電網(wǎng)的安全性、可靠性。采用1 000kV電壓長遠(yuǎn)距離輸，可以降低電網(wǎng)的短路電流。比如若長運(yùn)距離輸送1 000萬kW 電力，可以減少相當(dāng)于本地裝機(jī)17臺(tái)60萬kW 的機(jī)組。每臺(tái)60萬kw的機(jī)組對(duì)其附近區(qū)域500 kV電網(wǎng)的短路電流將增加1．8 kA。而采用特高壓輸電技術(shù)的分層、分區(qū)布局電網(wǎng)，則可以優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從根本上解決短路電流超標(biāo)，從而提高電網(wǎng)的安全性、可靠性。
特高壓應(yīng)用存在什么問題？
特高壓作為一項(xiàng)電力系統(tǒng)的新技術(shù)，在世界范圍內(nèi)都沒有商業(yè)運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)。還曾經(jīng)被國際大電網(wǎng)會(huì)議定義為“待成熟技術(shù)”。而且，電網(wǎng)的電壓等級(jí)越高，覆蓋范圍越大，安全隱患也就越大，長距離的電網(wǎng)很容易遭遇臺(tái)風(fēng)、暴雨、雷擊等自然災(zāi)害。
國家電網(wǎng)公司特高壓建設(shè)部主任孫昕強(qiáng)調(diào)，“特高壓的安全性有保障。特高壓交流輸電示范工程投運(yùn)兩年多來，實(shí)現(xiàn)了雙向、全電壓、大容量輸電，經(jīng)受了雷雨、大風(fēng)和高溫、嚴(yán)寒等惡劣條件考驗(yàn)，實(shí)測(cè)輸電損耗率為1.7%，約為500千伏工程的1/3，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合設(shè)計(jì)要求。”
中國科學(xué)院院士盧強(qiáng)表示，假設(shè)某一條特高壓線路發(fā)生一個(gè)大的干擾故障，一個(gè)大的交流同步系統(tǒng)能不能保持安全和穩(wěn)定呢？我們進(jìn)行了五六百種情況的仿真實(shí)驗(yàn)，回答是：安全穩(wěn)定性是有保障的，是有一系列的創(chuàng)新性科技來保證的。
針對(duì)國內(nèi)外都沒有現(xiàn)成的技術(shù)、設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)，國家電網(wǎng)公司把發(fā)投巨資建成了國際一流的特高壓交流、直流、高海拔、工程力學(xué)四個(gè)試驗(yàn)基地和大電網(wǎng)仿真、直流成套設(shè)計(jì)兩個(gè)研發(fā)中心，形成了功能齊全、綜合指標(biāo)居世界領(lǐng)先水平的大電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究體系。完成310項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)研究，解決了過電壓與絕緣配合、外絕緣設(shè)計(jì)、電磁環(huán)境控制、系統(tǒng)集成、大電網(wǎng)安全運(yùn)行控制等多個(gè)世界難題，逐步掌握了特高壓輸電的關(guān)鍵核心技術(shù)，并在實(shí)驗(yàn)工程中得到了成功應(yīng)用。
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國外特高壓技術(shù)現(xiàn)狀
特高壓交流輸電技術(shù)的研究始于60年代后半期。當(dāng)時(shí)西方工業(yè)國家的電力工業(yè)處在快速增長時(shí)期，美國、前蘇聯(lián)、意大利、加拿大、德國、日本、瑞典等國家根據(jù)本國的經(jīng)濟(jì)增長和電力需求預(yù)測(cè)，都制定了本國發(fā)展特高壓的計(jì)劃。美國、前蘇聯(lián)、日本、意大利均建設(shè)了特高壓試驗(yàn)站和試驗(yàn)線段，專門研究特高壓輸變電技術(shù)及相關(guān)輸變電設(shè)備。
目前,美國、獨(dú)聯(lián)體、日本、意大利、德國、法國均有生產(chǎn)特高壓變壓器與電抗器的能力。獨(dú)聯(lián)體和日本已分別生產(chǎn)過常規(guī)的特高壓開關(guān)和氣體絕緣組合電器。獨(dú)聯(lián)體、日本、意大利、瑞典等國，已能生產(chǎn)特高壓無間隙避雷器。
我國特高壓技術(shù)現(xiàn)狀
我國從1986年開始立項(xiàng)研究交流特高壓輸電技術(shù)。前期研究包括國內(nèi)外特高壓輸電的資料收集與分析，內(nèi)容涉及特高壓電壓等級(jí)的論證、特高壓輸電系統(tǒng)、外絕緣特性、電磁環(huán)境、特高壓輸變電設(shè)備及特高壓輸電工程概況等。八五期間又開展了“特高壓外絕緣特性初步研究”，對(duì)長間隙放電的飽和性能進(jìn)行了分析和探討，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)布置下導(dǎo)線與塔體的間隙放電進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
1994年在武漢高壓研究所建成了我國第一條百萬伏級(jí)特高壓輸電研究線段，桿塔為真型模擬拉V塔。三相導(dǎo)線水平排列，導(dǎo)線采用8分裂，分裂直徑為1.04 。為滿足特高壓試驗(yàn)的需要，97年開展了利用工頻試驗(yàn)裝置產(chǎn)生長波頭操作波的研究，通過改造工頻試驗(yàn)裝置，可產(chǎn)生電壓為2250kV，波頭時(shí)間為2800μs～5000μs的長波頭操作波。
與此同時(shí)我國開展了關(guān)于特高壓線路對(duì)環(huán)境影響的研究，研究結(jié)果表明，當(dāng)采用8分裂導(dǎo)線，分裂直徑為1m時(shí)，特高壓線路的地面靜電感應(yīng)水平與500kV輸電線路水平基本相當(dāng)，無線電干擾水平小于500kV輸電線路，可聽噪聲在公眾所接受的范圍內(nèi)。近期有關(guān)專家還進(jìn)行了涉及特高壓輸電線繼電保護(hù)配置方案、特高壓時(shí)電線路繼電保護(hù)特殊問題、特高壓輸變電設(shè)備應(yīng)用、延至1000kV級(jí)特高壓變壓器、特高壓系統(tǒng)的可控電抗器原理與結(jié)構(gòu)、1100kV特高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)、百萬伏級(jí)特高壓避雷器、特高壓電磁產(chǎn)品、絕緣子、絕緣技術(shù)、絕緣子串電壓分布測(cè)試、沖擊電壓放電特性、1000kV特高壓試驗(yàn)線段金具的研制、工頻電場(chǎng)、放電特性、導(dǎo)線基桿塔、雷擊跳閘等多方面問題的研究與分析。
在借鑒國外研究經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我國目前已在武漢建立了特高壓試驗(yàn)研究基地，試驗(yàn)設(shè)備完全具備進(jìn)行各項(xiàng)特高壓試驗(yàn)的條件和能力，已進(jìn)行了各項(xiàng)特高壓的專題研究工作。另外，我國的設(shè)計(jì)和制造單位通過西北750kV工程，進(jìn)一步具備了制造特高壓設(shè)備的條件和基礎(chǔ)，考慮到設(shè)備的成熟性部分特高壓輸變電設(shè)備在建設(shè)初期還可從國外引進(jìn)。
我國特高壓輸電技術(shù)還需在無功平衡措施、消除潛供電弧措施、限制過電壓的措施及絕緣配合、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、外絕緣、特高壓設(shè)備等問題上進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)研究。
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