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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、輸電距離更遠的新的輸電方式。它包括兩個(gè)不同的內涵：一是交流特高壓（UHC），二是高壓直流（HVDC）。具有輸電成本經(jīng)濟、電網(wǎng)結構簡(jiǎn)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。在我國，常規性是指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)只被少數國家掌握。據測算，1000千伏交流特高壓輸電線(xiàn)路的輸電能力超過(guò)500萬(wàn)千瓦，接近500千伏超高壓交流輸電線(xiàn)路的5倍?！?00千伏直流特高壓的輸電能力達到700萬(wàn)千瓦，是±500千伏超高壓直流線(xiàn)路輸電能力的2.4倍。
為何要建設特高壓電網(wǎng)
在我國這樣一個(gè)能源和電力負荷分布不均衡的國家，依賴(lài)特高壓技術(shù)建成堅強智能電網(wǎng)很有必要。因為現有的超高壓輸電技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)電力增長(cháng)的需要，必須加快電網(wǎng)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng )新，通過(guò)更高電壓等級電網(wǎng)的建設帶動(dòng)電力工業(yè)的結構優(yōu)化，滿(mǎn)足經(jīng)濟社會(huì )的持續快速發(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(yáng)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：要么在負荷中心區建設電站，要么在能源中心區建設電站后外送電力。
在負荷中心區大規模展開(kāi)電源建設顯然會(huì )受到種種制約。比如煤炭運輸問(wèn)題、環(huán)境容量問(wèn)題等等。而且，建設火電還可以靠煤炭運輸，而水電、風(fēng)電由于不可能把水和風(fēng)像煤那樣運輸，因此就更是無(wú)法實(shí)現。一邊是無(wú)法大規模建設電源點(diǎn)，一邊又守著(zhù)水能、風(fēng)能等寶貴的清潔能源望洋興嘆，可見(jiàn)在負荷中心大規模開(kāi)展電源建設這條思路是不可行的。于是，在能源資源豐富的西部、北部地區建設電源，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
中國工程院院士薛禹勝認為，特高壓不僅具有長(cháng)距離、大容量轉移能源的能力，而且可以緩解運輸壓力，提高經(jīng)濟效益，促進(jìn)清潔能源開(kāi)發(fā)。
首先從資源優(yōu)化配置來(lái)看，隨著(zhù)我國能源戰略西移，大型能源基地與能源消費中心的距離越來(lái)越遠，能源輸送的規模也將越來(lái)越大。在傳統的鐵路、公路、航運、管道等運輸方式的基礎上，提高電網(wǎng)運輸能力，也是緩解運輸壓力的一種選擇。以目前已經(jīng)投運的1000千伏特高壓示范工程為例，目前每天可以送電200萬(wàn)千瓦，改造后可以達到500萬(wàn)千瓦，這相當于每天從山西往湖北輸送原煤2.5萬(wàn)噸—6萬(wàn)噸。湖北媒體說(shuō)，這相當于給湖北“送”來(lái)了一個(gè)葛洲壩電站。
再看經(jīng)濟效益，目前西部、北部地區電煤價(jià)格為200元/噸標準煤。將煤炭從當地裝車(chē)，經(jīng)過(guò)公路、鐵路運輸到秦皇島港，再通過(guò)海運、公路運輸到華東地區，電煤價(jià)格則增至1000多元/噸標準煤。折算后每千瓦時(shí)電僅燃料成本就達到0.3元左右。而在煤炭產(chǎn)區建坑口電站，燃料成本僅0.09元/千瓦時(shí)?？涌陔娬镜碾娏νㄟ^(guò)特高壓輸送到中東部負荷中心，除去輸電環(huán)節的費用后，到網(wǎng)電價(jià)仍低于當地煤電平均上網(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(wèn)題。前一段時(shí)間，內蒙古風(fēng)電“曬太陽(yáng)”送不出的問(wèn)題廣受關(guān)注。事實(shí)上，我國風(fēng)電主要集中在“三北”地區，當地消納空間非常有限。風(fēng)電的進(jìn)一步發(fā)展，客觀(guān)上需要擴大風(fēng)電消納范圍，大風(fēng)電必須融入大電網(wǎng)，堅強的大電網(wǎng)能夠顯著(zhù)提高風(fēng)電消納能力。特高壓電網(wǎng)將構成我國大容量、遠距離的能源輸送通道。據測算，如果風(fēng)電僅在省內消納，2020年全國可開(kāi)發(fā)的風(fēng)電規模約5000萬(wàn)千瓦。而通過(guò)特高壓跨區聯(lián)網(wǎng)輸送擴大清潔能源的消納能力，全國風(fēng)電開(kāi)發(fā)規模則可達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(cháng)遠距離輸，可以降低電網(wǎng)的短路電流。比如若長(cháng)運距離輸送1 000萬(wàn)kW 電力，可以減少相當于本地裝機17臺60萬(wàn)kW 的機組。每臺60萬(wàn)kw的機組對其附近區域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、分區布局電網(wǎng)，則可以?xún)?yōu)化電網(wǎng)結構，從根本上解決短路電流超標，從而提高電網(wǎng)的安全性、可靠性。
特高壓應用存在什么問(wèn)題？
特高壓作為一項電力系統的新技術(shù)，在世界范圍內都沒(méi)有商業(yè)運營(yíng)的經(jīng)驗。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)的電壓等級越高，覆蓋范圍越大，安全隱患也就越大，長(cháng)距離的電網(wǎng)很容易遭遇臺風(fēng)、暴雨、雷擊等自然災害。
國家電網(wǎng)公司特高壓建設部主任孫昕強調，“特高壓的安全性有保障。特高壓交流輸電示范工程投運兩年多來(lái)，實(shí)現了雙向、全電壓、大容量輸電，經(jīng)受了雷雨、大風(fēng)和高溫、嚴寒等惡劣條件考驗，實(shí)測輸電損耗率為1.7%，約為500千伏工程的1/3，各項性能指標完全符合設計要求?！?/p>
中國科學(xué)院院士盧強表示，假設某一條特高壓線(xiàn)路發(fā)生一個(gè)大的干擾故障，一個(gè)大的交流同步系統能不能保持安全和穩定呢？我們進(jìn)行了五六百種情況的仿真實(shí)驗，回答是：安全穩定性是有保障的，是有一系列的創(chuàng )新性科技來(lái)保證的。
針對國內外都沒(méi)有現成的技術(shù)、設備和標準，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)試驗基地和大電網(wǎng)仿真、直流成套設計兩個(gè)研發(fā)中心，形成了功能齊全、綜合指標居世界領(lǐng)先水平的大電網(wǎng)實(shí)驗研究體系。完成310項重大關(guān)鍵技術(shù)研究，解決了過(guò)電壓與絕緣配合、外絕緣設計、電磁環(huán)境控制、系統集成、大電網(wǎng)安全運行控制等多個(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)驗工程中得到了成功應用。
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國外特高壓技術(shù)現狀
特高壓交流輸電技術(shù)的研究始于60年代后半期。當時(shí)西方工業(yè)國家的電力工業(yè)處在快速增長(cháng)時(shí)期，美國、前蘇聯(lián)、意大利、加拿大、德國、日本、瑞典等國家根據本國的經(jīng)濟增長(cháng)和電力需求預測，都制定了本國發(fā)展特高壓的計劃。美國、前蘇聯(lián)、日本、意大利均建設了特高壓試驗站和試驗線(xiàn)段，專(zhuān)門(mén)研究特高壓輸變電技術(shù)及相關(guān)輸變電設備。
目前,美國、獨聯(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。獨聯(lián)體和日本已分別生產(chǎn)過(guò)常規的特高壓開(kāi)關(guān)和氣體絕緣組合電器。獨聯(lián)體、日本、意大利、瑞典等國，已能生產(chǎn)特高壓無(wú)間隙避雷器。
我國特高壓技術(shù)現狀
我國從1986年開(kāi)始立項研究交流特高壓輸電技術(shù)。前期研究包括國內外特高壓輸電的資料收集與分析，內容涉及特高壓電壓等級的論證、特高壓輸電系統、外絕緣特性、電磁環(huán)境、特高壓輸變電設備及特高壓輸電工程概況等。八五期間又開(kāi)展了“特高壓外絕緣特性初步研究”，對長(cháng)間隙放電的飽和性能進(jìn)行了分析和探討，對實(shí)際結構布置下導線(xiàn)與塔體的間隙放電進(jìn)行了試驗研究。
1994年在武漢高壓研究所建成了我國第一條百萬(wàn)伏級特高壓輸電研究線(xiàn)段，桿塔為真型模擬拉V塔。三相導線(xiàn)水平排列，導線(xiàn)采用8分裂，分裂直徑為1.04 。為滿(mǎn)足特高壓試驗的需要，97年開(kāi)展了利用工頻試驗裝置產(chǎn)生長(cháng)波頭操作波的研究，通過(guò)改造工頻試驗裝置，可產(chǎn)生電壓為2250kV，波頭時(shí)間為2800μs～5000μs的長(cháng)波頭操作波。
與此同時(shí)我國開(kāi)展了關(guān)于特高壓線(xiàn)路對環(huán)境影響的研究，研究結果表明，當采用8分裂導線(xiàn)，分裂直徑為1m時(shí)，特高壓線(xiàn)路的地面靜電感應水平與500kV輸電線(xiàn)路水平基本相當，無(wú)線(xiàn)電干擾水平小于500kV輸電線(xiàn)路，可聽(tīng)噪聲在公眾所接受的范圍內。近期有關(guān)專(zhuān)家還進(jìn)行了涉及特高壓輸電線(xiàn)繼電保護配置方案、特高壓時(shí)電線(xiàn)路繼電保護特殊問(wèn)題、特高壓輸變電設備應用、延至1000kV級特高壓變壓器、特高壓系統的可控電抗器原理與結構、1100kV特高壓開(kāi)關(guān)設備技術(shù)、百萬(wàn)伏級特高壓避雷器、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試、沖擊電壓放電特性、1000kV特高壓試驗線(xiàn)段金具的研制、工頻電場(chǎng)、放電特性、導線(xiàn)基桿塔、雷擊跳閘等多方面問(wèn)題的研究與分析。
在借鑒國外研究經(jīng)驗基礎上，我國目前已在武漢建立了特高壓試驗研究基地，試驗設備完全具備進(jìn)行各項特高壓試驗的條件和能力，已進(jìn)行了各項特高壓的專(zhuān)題研究工作。另外，我國的設計和制造單位通過(guò)西北750kV工程，進(jìn)一步具備了制造特高壓設備的條件和基礎，考慮到設備的成熟性部分特高壓輸變電設備在建設初期還可從國外引進(jìn)。
我國特高壓輸電技術(shù)還需在無(wú)功平衡措施、消除潛供電弧措施、限制過(guò)電壓的措施及絕緣配合、串聯(lián)電容補償裝置、外絕緣、特高壓設備等問(wèn)題上進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)研究。
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