1000kV交流特高壓輸電技術分析

王安華

（國網德陽供電公司 四川德陽 618200）

1000kV交流特高壓輸電技術分析

王安華

（國網德陽供電公司 四川德陽 618200）

本文簡要分析了我國應用1000kV交流特高壓輸電的必要性以及其輸電特點，研究了1000kV交流特高壓輸電的相關技術問題，探討1000kV交流特高壓輸電線路及變電站設計方案，最終分析了我國特高壓工程應用方案，以期提高1000kV交流特高壓輸電技術水平。

特高壓輸電；1000kV；電磁環境；技術特點

引言

交流特高壓電網主要適用于長距離、大容量輸電。我國從1986年起就開始研究特高壓，受多種因素的影響，目前仍落后于俄、日、美、意等發達國家。我國正處于經濟持續高速發展階段，預計2020年國內生產總值達到40000億美元，電力負荷勢必快速增長，屆時我國總用電量將達到4600TWh左右，目前我國500kV電網已出現輸送能力不足等問題，目前的超高壓輸電技術將無法滿足未來電力發展需求。發展并應用1000kV特高壓輸電技術，是保障電力、促進社會經濟協調發展的重要措施。此外，我國能源資源與生產力發展分布方向相反，因此，長距離、大容量輸電是我國電網發展的必然趨勢。總之，從電網發展需求、能源資源分布及國家經濟發展需求來看，我國都需要加快特高壓輸電技術的研究與應用。

1 1000kV交流特高壓輸電技術特點

1.1 大容量輸電能力

線路自然功率是評價輸電線路輸電能力的重要指標，長距離超、特高壓輸電線路，通常要裝設高壓電抗器來解決無功平衡和過電壓問題，裝設串聯補償裝置來提高線路輸送能力。不同類型輸電線路的廣義自然功率見圖1，由圖可知采取相同的并聯補償度時，1000kV輸電線路的自然功率是緊湊型單回500kV線路的3.1倍，是常規單回500kV線路的4.2倍。由此可見，1000kV特高壓輸電線路具有大容量輸電能力。

圖1 不同類型輸電線路的廣義自然功率

1.2 長距離輸電能力

單回1000kV特高壓輸電線路阻抗折算到500kV，相當于同距離單回500kV線路阻抗的1/4，即電氣距離縮短為500kV線路的1/4。電氣距離縮短時，輸電線路的靜穩極限就會增大，線路的輸電能力自然提高。不同類型輸電線路的輸送能力與輸電距離的關系見圖2，由圖2可知，就相同輸電容量而言，采用1000kV特高壓線路的輸電距離要大于500kV線路。以2000MW電力為例，1000kV線路的輸送距離約單回500kV常規線路的2.6倍，是單回500kV緊湊型線路輸送距離的2倍。

圖2 不同類型輸電線路的輸送能力與輸電距離的關系

1.3 低損耗輸電能力

降低線路損耗是提高輸電效率、節約資源的重要舉措，特高壓輸電線路的損耗由電阻性損耗、線路電暈損耗構成。在總導線截面、輸送容量相同的情況下，1000kV輸電線路的電流是500kV輸電線路的一半，電阻損耗是500kV線路的1/4，低損耗優勢極為顯著。

2 特高壓輸電的關鍵技術

2.1 無功平衡

1000kV特高壓輸電線路較長、電壓高、電流大，因此潮流變化范圍大、無功平衡問題較為突出。為解決無功需求波動問題，應該配置高（低）壓電抗器、低壓電容器、可控電抗器等設備來實現無功平衡。此外，還可以通過安裝串聯補償裝置來提高自然功率的幅值，優化系統的無功平衡、改善系統性能，降低電網損耗。

2.2 過電壓和絕緣配合

工頻過電壓及操作過電壓的水平會直接影響到設備的絕緣設計，關系到設備制造成本及運行性能。這就要求在應用特高壓輸電技術時，降低工頻過電壓及操作過電壓的水平。根據國家電網及相關部門的研究發現，我國特高壓輸電系統的過電壓水平需滿足以下要求：工頻過電壓在變電站側需小于1.3倍，在線路側需小于1.4倍；操作過電壓在變電站側需小于1.6倍，在線路側需小于1.7倍。特高壓設備絕緣水平需滿足以下要求：雷電沖擊耐受水平2250kV、操作沖擊耐受水平1800kV，5min工頻耐受水平1100kV。

2.3 潛供電流

1000kV特高壓輸電線路發生多相故障的可能性極小，通常為單相接地故障。設計人員可以通過安裝單相重合閘來減少線路強迫退出的次數，提高線路輸電的可靠性。但是在單相重合閘階段，故障相線路兩側斷路器跳開后，健全相通過電容及互感耦合，因此故障點會出現一個潛供電流，該電流越大、其電弧就越難熄滅，最終影響到單相重合閘的成功率。為了解決這一問題，提高線路輸電的可靠性，日本的特高壓線路采用了快速接地開關。我國特高壓線路較長，這就需要在高抗中性點處裝設小電抗來限制潛供電流。

2.4 電磁環境的影響

我國對1000kV電磁環境控制限值做出明確規定：特高壓輸電線路臨近民房時的工頻電場強度不得超過4kV/m，工頻磁場強度不得超過0.1mT；無線電干擾不得超過58dB；可聽噪聲不得超過55dB。要想實現這一要求，設計人員必須要結合實際情況來選擇線路導線型號、優化設計桿塔及走廊寬度。經過充分研究認為，工頻電場和可聽噪聲的控制限值對特高壓線路設計起主要控制作用。可聽噪聲對特高壓線路設計的影響較大，要想滿足上述要求，設計人員可以應用大截面導線來實現。以單回1000kV特高壓線路為例，一般采用8×400mm2就可以滿足，但為了進一步降低可聽噪聲，可以采用8×500mm2的導線，如果是同桿雙回1000kV特高壓線路，那么可以選用截面更大的導線或者8×630mm2的導線。另外，以同桿雙回輸電線路為例，采用逆相序排列能夠有效降低對工頻電場、工頻磁場造成的不良影響，但是不利于降低可聽噪聲，正相序排列則與其相反。這就要求設計人員在實際工作過程中結合實際情況采用相應的相序排列方式。

3 1000kV特高壓輸電系統的方案設計

3.1 輸電線路設計

在設計1000kV輸電線路時，需要考慮到一系列相關因素，例如過電壓、絕緣、線路輸送容量、電磁環境影響、自然環境、技術經濟性能等等。具體來說，單回1000kV輸電線路的設計參數如下所示：導線截面采用8分裂500mm2鋼芯鋁絞線；在居民區，導線對地距離為27m，在非居民區則為22m；塔頭空氣間隙中相V形絕緣子串為7.5m，邊相I形絕緣子串為6.5m；根據沿線污穢情況來確定絕緣子片數；鐵塔型式的選擇，則需要參考工程實際環境。一般情況下，1000kV線路故障率約500kV線路故障率的1/4，約750kV線路故障率的7/10。據調查數據分析，94%的線路故障起因都是雷電繞擊導線。要想降低雷擊跳閘率，提高特高壓輸電系統的輸電可靠性及安全性，就要減小輸電線路的地線保護角，優化耐張塔的地線布置，圖3為某1000kV直線桿塔的示意圖。

圖3 某1000kV直線桿塔的示意圖

3.2 變電站設計

以我國第一個交流特高壓變電站為例，該變電站的主要設計參數如下所示：1000kV電氣主接線選用雙斷路器接線；主變壓器容量為3GVA；設備短路電流設定為50kA；斷路器電流為4000A。變電站內1000kV最小空氣間隙，帶電部分與接地部分之間距離為6.7m；不同相帶電部分的距離為9.3m。與敞開式屋外配電裝置設計相比，采用全封閉式組合電器，變電站面積能夠節約一半以上。隨著智能電網建設的推進，設計人員可以建設數字化變電站，以此來適應新時期的輸送電需求。

4 交流特高壓輸電技術的工程應用

建立試驗示范工程，是積極穩妥地發展并應用特高壓輸電技術的關鍵舉措。國家電網公司在對比分析幾種不同的方案后，最終決定將晉東南—南陽—荊門輸變電工程作為交流特高壓試驗示范工程。晉東南—南陽—荊門輸變電工程全長為670km，最終建成晉東南特高壓變電站、荊門特高壓變電站與南陽特高壓開關站。該工程規模相對合理，線路長度及接線方式都具有一定的代表性，線路兩側系統具有獨立性，該變電工程能夠在保障系統運行安全的基礎上滿足各試驗所需的各項條件，因此是建設特高壓試驗示范工程的最佳方案。就目前來看，該工程的接入系統設計方案、規劃選站及選線、設備類型及技術規范的選定都已經得以確定，工程可研報告也編制完成，電磁環境影響標準滿足相關部門的要求，相關的關鍵技術研究工作也基本完成，已基本具備啟動工程建設的相關要求。我國國家電網公司要能夠在特高壓試驗示范工程成功建設的基礎上，結合我國的實際情況，深入研究交流特高壓輸電技術，解決存在的客觀難題，理清建設交流特高壓電網的具體實施思路，以點帶面、全面推動特高壓輸電技術在我國電網中的發展與應用。

5 結束語

綜上所述，我國正處于工業化及城鎮化加速發展的階段，資源危機及環境壓力逐漸加劇，這對我國電力發展水平及電力增長方式提出了較高要求。1000kV交流特高壓輸電技術在我國電網發展中扮演著重要角色，占據著重要地位。1000kV交流特高壓輸電線路具備大容量、長距離及低損耗的特征，能夠大幅度節約輸電走廊面積；其次，1000kV交流特高壓輸電技術在無功平衡、過電壓及絕緣配合、電磁環境影響等方面具有一定的特殊性，但是設計人員可以通過配置相關設備、優化變電站設計、優化線路設計等方式來加以滿足。總之，1000kV交流特高壓輸電技術是我國電力發展的必然趨勢，在我國有著廣泛的應用前景，我國相關部門要能夠盡快建立試驗示范工程，以此來加強對交流特高壓輸電技術的深入研究，最終為我國電網的發展打下堅實的基礎。

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TM723

A

1004-7344（2016）08-0048-02

2016-3-1

王安華（1981-），男，技師，本科，主要從事縣級供電企業電網運行、生產、安全管理工作。