特高壓輸電技術分析

黃銳 毛龍飛

摘 要：作為我國正在重點發展的輸電工程項目，特高壓輸電在電力系統中引起了廣泛的關注。文章對特高壓輸電工程發展的必要性進行闡述，在此基礎上從無功平衡、過電壓抑制以及絕緣配合等技術層面對特高壓輸電進行探討，最后對交、直流特高壓輸電的優缺點進行了分析總結，以期推動我國特高壓輸電工程技術的發展。

關鍵詞：特高壓；輸電；經濟評價

中圖分類號：TM723 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0087-02

電力輸電系統有不同的電壓等級，直流±800 kV及以上、交流1 000 kV及以上電壓等級的輸電技術稱為特高壓輸電技術。特高壓輸電技術的優點主要表現在輸送容量大和輸電距離長，這對于解決我國能源和負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，負荷中心分布在華東和華南經濟發達地區，而能源則大量集中在西部欠發達地區，發展特高壓輸電技術，可以最大效率地實現大范圍、大容量的能量轉移，是我國輸電系統發展的必然趨勢。

1 特高壓輸電技術發展的必要性

結合我國電力系統現狀以及經濟、社會發展的趨勢，下文從電能需求量增加、電力負荷和資源分布不均衡、綜合聯網效益以及減輕對輸電線路周邊的環境污染幾方面對特高壓輸電技術發展的必要性進行分析闡述。

1.1 電力能源需求量的增加

伴隨著我國經濟的快速發展，電力能源的消耗也在逐年攀升，并且將在很長一段時間內保持穩步增長的趨勢。根據2015年初中國電力企業聯合會發布的《2014年電力工業運行簡況》，2014年，全國用電量55 233億kWh，同比增長3.8%；全口徑發電量55 459 億kWh，同比增長3.6%。截至2014年底，全國發電裝機容量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），占全部裝機容量的67.4%，比上年降低1.7%；核電1 988 萬/kW，并網風電9 581 萬kW，并網太陽能發電2 652 萬kW。

可見，在我國經濟蓬勃發展以及全面建設小康社會的帶動下，我國對于電力能源的需求量逐年增加，這就對電力系統的電能輸送能力提出了更高的要求。

1.2 電力負荷和資源分布不均衡

在我國經濟快速增長和工業生產的大力推動下，用戶對于電能的需求量穩步快速增長，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和傳輸。從全國資源分布情況來看，煤炭等傳統資源以及太陽能、風能等新能源大量分布在我們中西部地區，距離用電負荷中心東南沿海地區很遠，這就需要電力系統充分整合資源，實現電能的高效率、大容量和遠距離傳輸。

1.3 綜合聯網效益

特高壓輸電具有優良的經濟性，并且能夠節約線路走廊空間，具有很好的綜合聯網效益。

首先，特高壓輸電可以降低電力傳輸的運行費用。這是因為在同等條件下，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到其5倍，但是其投資成本遠不足前者的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具有很好的經濟性。

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度來設定，而輸電線路的自然輸送功率和線路的波阻抗成反比例關系，與輸送電壓的平方成正比例關系。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于五回500 kV線路。按照我國環保標準規定的線路走廊寬度，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的電網聯系起來，將會產生巨大的經濟效益，具體表現在：互聯于特高壓線路的各個電網能夠更加靈活地調整電力輸出，實現錯峰填谷。另外，參與聯網的各電網由于共享了備用容量，將大大降低輸電成本。通過各電網間的相互支持運行，用戶供電可靠性也將大大提高。

1.4 減輕對環境的污染

眾所周知，火力發電對環境具有一定程度的污染，特別是對于人口稠密的用電負荷中心，發電廠產生的污染不可忽視。當采用特高壓輸電技術后，負荷中心將獲得清潔的電能供應，不再需要在當地設置發電廠，甚至同時減小了煤炭等一次能源運輸過程中產生的汽車尾氣污染。因此，特高壓輸電能夠有效減輕電力生產過程對環境的污染程度。

2 特高壓輸電的若干關鍵技術

為了確保特高壓輸電工程能夠達到預期的大容量、遠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計等關鍵技術問題值得深入探究。

2.1 過電壓抑制措施

當電氣設備進行開關操作或出現內部短路故障時，往往會造成短時間或持續一定時間的高壓，稱為過電壓現象。另外，當設備處于雷擊環境中，也有可能出現過電壓，對設備的正常運行極其不利。特高壓輸電工程由于自身電壓等級較高，對絕緣要求很高，如果線路上產生過電壓往往對線路絕緣產生致命傷害。因此，在進行特高壓輸電改造過程中，需要對各種類型的過電壓進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定運行。

2.2 無功功率平衡技術

根據前文內容的分析，可知特高壓輸電的輸送容量很大，相應地其無功功能部分就變得非常大，對無功功率進行平衡也是一個非常重要的環節。采用傳統的限制線路容升效應的措施，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，但是會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，保證線路電壓穩定。

2.3 絕緣配合以及外絕緣設計

對輸電線路的導體部分和非導電部分進行有效絕緣是保證電能安全傳輸的必要條件。特高壓輸電系統線路電壓等級高，絕緣投資在整個輸電線路投資中占據較大的份額，科學地選擇各種電氣設備的絕緣水平就顯得非常重要。針對這種情況，需要重點研究特高壓輸電線路上可能出現的各種過電壓，并進行相應的絕緣設計。

另外，特高壓輸電線路的外絕緣設計也是需要重要研究的對象，考慮防雷、防污穢以及帶電作業等各種復雜情況下的外絕緣是重點研究對象。

3 特高壓輸電的優缺點綜合分析

3.1 特高壓輸電的優點

在對特高壓輸電關鍵技術闡述的基礎上，下文將以特高壓交流輸電為對象對特高壓輸電進行評價分析。特高壓輸電的優點主要表現在以下幾個方面。

3.1.1 電能輸送距離遠，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勢，這對于應對日益增長的電能需求具有重要意義，并且可以達到緊湊型輸電的效果。

3.1.2 電能輸送成本低，經濟性好

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

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

特高壓輸電系統電壓等級高，對于降低系統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帶來非常大的經濟效益，這對于提高能源利用率、建設綠色環保城市都具有積極作用。

3.2 特高壓輸電的缺點

但是，特高壓輸電在帶來上述幾方面優點的同時也不可避免地產生了如下缺點：

首先，特高壓輸電對系統的穩定性造成較大影響。

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

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

4 結 語

在我國經濟繁榮發展的環境下，特高壓輸電工程的建設也越來越勢在必行。結合我國用電負荷和能源的分布情況，我國的特高壓輸電以及大范圍電網互聯工程將持續建設。本文從發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關鍵問題進行分析，并在此基礎上對其優缺點進行了總結評價，可見特高壓輸電技術將在我們電力系統中有廣闊的應用前景。發展特高壓輸電、加強電網的互聯，對建設資源節約型社會將起到重要作用。

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