淺談輸電新技術發展路徑

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、促進社會發展，乃至推進國防和軍隊現代化建設、全面建成小康社會的重要物質基礎。輸電是發電到用電的中間環節，在電力系統中起著重要作用。隨著我國電力工業跨越式發展，傳統輸電技術很難滿足現代電力系統所具有的“大電網、大機組、特高壓、超大容量、高度自動化”的特點，因此發展輸電新技術勢在必行。本文主要介紹特高壓輸電技術、柔性交流輸電技術、緊湊輸電技術和超導輸電技術在我國的發展與應用。

關鍵詞：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.特高壓輸電技術的發展

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列入科技攻關計劃，拉開了我國發展特高壓輸電技術的序幕。

特高壓一般是指交流1000kV、直流±800kV及以上的電壓等級。可以說，特高壓輸電技術代表了當今世界輸電技術發展的方向。與傳統輸電方式類似，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。從我國電網的實際出發，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架建設，以提高系統的穩定性；而特高壓直流輸電主要定位于送受關系明確的遠距離大容量輸電及部分大區、省網之間的互聯，以提高輸電線路建設經濟性。

特高壓輸電技術具有輸送容量大、距離遠、網損小、節省線路走廊的特點，能夠提高資源利用效率，節省寶貴土地資源，具有顯著的經濟性，符合我國國情和能源發展戰略，因此我國自研究特高壓輸電技術起，就得到了各級政府、企業、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，自主創新，扎實推進”的十六字方針為基本原則，特高壓輸電技術取得了長足地發展，攻克了無功平衡、消除潛供電流、限制過電壓、絕緣配合、串聯電容補償裝置、防雷等關鍵技術難題，并培養了一大批有較高理論水平和實踐經驗的工程技術人員，有力地推動了我國特高壓輸電技術的快速發展。

1994年，在武漢高壓研究所戶外高壓試驗場建設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。電力建設研究所在2004年建設的桿塔試驗站，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計方案試驗。2005年，國家電網公司總經理劉振亞擔任主編的《特高壓電網》一書正式出版，填補了特高壓技術研究領域專業論著的空白，標志著我國在特高壓技術理論研究達到了國際領先平。

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進入工程建設實質性階段。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鍵性建設階段。

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，這是世界上第一個±800kV直流輸電工程。同年，國家電網向家壩—上海±800kV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當中：國家電網皖電東送淮南—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全面啟動，標志著我國特高壓電網已經進入加快推廣應用、規模建設的新階段。我國特高壓技術的全面突破，也為世界電力工業的創新變革提供了戰略選擇。

2.柔性交流輸電技術的發展

隨著電力能源的供需矛盾進一步，電網的互聯度和吞吐容量進一步增加，對系統潮流控制、穩定運行、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有輸電設施不變的條件下，使輸電線路和其他輸電設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、控制性能好的設備來代替傳統控制設備。大功率電力電子技術和計算機控制技術的發展，特別是晶閘管的出現，打開了柔性交流輸電技術的大門。

柔性交流輸電技術（FACTS）是將電力電子技術、微處理機技術、控制技術等高新技術集中應用于輸電變系統，以提高輸電系統可靠性、可控性、運行性能和電能質量并獲取大量節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。柔性交流輸電技術為電力網提供了前所未有的控制，能夠高效利用電網資源和電能，預示著電網控制的未來，是輸電技術發展的重要里程碑。柔性交流輸電技術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展方向，能在較大范圍內有效地控制其潮流；可以使線路的輸送能力增大至接近導線的熱極限，但不會出現過負荷；有助于解決輸電網和輸電線運行中的環流、振蕩和穩定性、可靠性、熱備用容量等問題；有效促進和改善了輸電網其他運行控制技術，并將改變交流輸電的傳統應用范圍；同時還對FACTS控制器本身的發展起到了推動作用。

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生器的試驗樣機，拉開了我國發展柔性交流輸電技術的序幕。

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發展進入了一個新的階段。

經過近30年的發展，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20MVA STATCOM工程、上海電網50MVA STATCOM工程、廣東電網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、華東電網短路電流限制器工程。

3.緊湊輸電技術的發展

針對我國電網輸電能力不足，在經濟發達、人口稠密地區可供線路走廊用地日趨緊張的實際，發展既側重縮小線路走廊又能提高傳輸能力的輸電技術十分迫切，緊湊輸電技術應運而生。緊湊輸電技術是通過優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。

目前，我國在緊湊輸電技術領域，從線路技術設計、研發到工程建設投產使用具有完全的知識產權。

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。

2003年，500kV新鄉—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，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研究項目通過驗收；同年，云南電網公司在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，迎來了緊湊輸電技術直升機作業嶄新發展階段。

在發展緊湊輸電技術過程中，我國解決了一系列關鍵技術難題：緊湊型線路的導線結構和桿塔形式、大截面導線輸電技術、耐熱導線輸電技術、帶電作業技術等。不可否認，我國緊湊輸電技術處于國際領先地位。

4.超導輸電技術的發展

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。據統計，采用這些傳統輸電方式，在輸電過程中產生的損耗占整個發電容量的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，伴隨著超導技術特別是超導電纜的日益成熟，超導輸電技術為輸電領域開辟了新道路。

所謂超導技術就是依托超導電纜，進行理論上無損耗的理想輸電技術。超導輸電技術具有傳統輸電方式不可比擬的優勢。超導電纜的臨界電流密度可達到傳統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充油電纜存在漏油造成環境污染的缺點；與相同傳統電纜相比，超導電纜尺寸小、重量輕、節約材料。

我國超導輸電技術取得了巨大的進步，但由于其自身存在的缺點和不可回避的技術難題，超導輸電技術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。

結語

用電問題關系到社會發展全局的重大戰略問題，也對加快電網發展提出了更高的要求。輸電新技術的出現，從根本上扭轉了“重發輕輸”的觀念，創新了輸電模式，提高了輸電質量，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，必將產生更多的新型輸電技術，這將會大大提高電力工業的發展水平，促進電力工業重大變革。輸電新技術的出現對于有利于資源優化配置，滿足各方面的用電需求，具有重大的經濟意義與技術創新意義。

參考文獻

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