我国特高压发展现状分析

　　中国幅员辽阔，可开发的水力资源的三分之二分布在西北和西南地区，煤炭资源大部分蕴藏在西北地区北部和华北地区西部，而负荷中心主要集中在东部沿海地区。由于电力资源与负荷中心分布的不均匀性，随着电力系统的发展， 特高压输电的研究已经在我国全面展开。

　　4.1 我国电网存在的问题

　　(1) 新中国成立以来我国长期处于电力短缺状态，多年来致力于增加电源建设 以满足电力供给需求。因此，形成了电网作为电源的配套工程的局面，电网被动地跟随着电源和符合的发展而发展，未能通过电网的发展主动地引导电源的建设，结果导致我国南北向跨大区大容量输电网络规模过小，输电能力不足。近年来，由于我国经济发达地区燃煤电厂发展比较快，而山东、河北、河南等地区的电煤供应日渐短缺，电煤的供应更多地依靠山西、内蒙古、陕西等北部地区的煤炭基地，在北电南送能力 不足的条件下，使得北煤南运的数量和运程大大增加，最终导致近年来我国中部、东 部和南部大部分地区电煤因运输“瓶颈”的限制而供应不足，出现严重缺电的局面。 这一问题如不及时解决，将来随着上述地区用电负荷的进一步增长，缺点局面将会更加严重。 (2)现有 500kV 电网输送能力不能满足大范围电力资源优化配置和电力职场的 要求。输电走廊限制了输电线路的假设，沿海经济发达地区线路走廊尤其紧张，规划中拟建设的火电基地规模巨大，要将其电力输送往用电负荷中心，如果全部采用 500kV 及以下电压等级的输电线路，则输电线回路将过多，线路走廊紧张的矛盾难以解决。 (3)电力负荷密集地区电网短路电流控制困难，例如华东、华北电网已经出现有一部分 500kV 及以下电压等级的输电线路，则输电线路回数将过多，线路走廊紧 张的矛盾难以解决。 (4)长链型电网结构动态稳定问题突出，在东北、华北、华中电网500kV 交流 联网结构比较薄弱的情况下，存在低频震荡问题。 (5)受端电网存在多直流集中落点和电压稳定问题。到 2020 年，如果西电东送华东电网全部采用直流输电方式，落点华东电网的直流换流站将超过10 个，受端电网在严重短路故障的情况下，电力系统因电压低落发生连锁反应的风险较大。

　　为避免因能源运输“瓶颈”的制约而影响我国国民经济的健康持续发展，必须实 现我国能源资源的优化配置。 而解决将来因北煤南运运力不足和运费过高导致我国中 部、东部和南部电力不足和电费过高的问题，需要建设和发展大电网，例如特高压电 网，以实现输电与输煤并举的战略。而建设和发展大电网必须同时解决上述电网发展 中的技术问题，建设一个网络功能强大、具备跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率“西电东送、南北互供”的基本能力、满足我国电力市场灵活交易要求的国家电网。

　　4.2 我国电网的发展方向

　　从理论上和国外大电网联网的发展实践看， 建设跨大区大规模同步电网在技术上 是可行的。但由于交流联网具有故障传播速度快、事故波及面大的特点，电力系统震 荡或失稳现象比较突出，特别易形成区域性震荡模式，系统运行较为复杂，因此，在实施大区互联之前，需要通过电力系统模拟进行计算分析。我国大区电网模拟计算结 果表明：当大区特高压电网交流互联达到一定强度后，受扰动后的区域性振荡能较快 地平息，大规模同步电网抵御严重故障能力也比较强。以上结论在以特高压电网为骨 干电网实现多大区同步联网的国家电网模拟计算分析中得到进一步验证。 由此可以确认，我国采用更高一级电压等级的交流输电线路实现大区电网同步互联，形成一个稳 定性满足要求的全国同步电网在技术上是可行的。 从我国能源流通量大、 距离远的实际情况看， 应建立强大的特高压交流输电网络。 一方面，它可以减轻运力不足的压力;另一方面，和超高压相比，它又可以大大的减 少输电损耗，因而，它能减少能源运输燃料费用，降低能源输送的成本。在运输燃料 价格急剧上升的趋势下，特高压交流输电网络的这一优势至关重要。此外，通过建立 强大的特高压电网， 500kV 电网短路电流过大、 长链型交流电网结构动态稳定型较差、 受端电网直流集中落点过多等诸多问题均可得到较好的解决。 从电网规划方案安全稳定性和经济性计算结果看，对于输电距离为 1500km 之内 的大容量输电工程，如果在输电线路中间落点可获得电压支撑，则交流特高压输电网 的安全稳定性和经济性较好，而且具有网络功能强，对捡来能源流变化适应性灵活的 优点。除了位于边远地区的大型能源基地，输电线路中间难以落点，因此难以获得电 压支撑的情况外， 一般情况应首先考虑通过特高压交流输电难以获得电压支撑的情况 外，一般情况应首先考虑通过特高压交流输电实现电能的跨区域、远距离、大容量输 送。对于具体的大容量、远距离的输电工程，应从可靠性、经济型等方面对特高压交流和特高压直流输电方案进行技术经济论证比较，选择输电成本较低的方案。 综上所述， 为了同时满足电能大容量、 远距离、 低损耗、 低成本输送的基本要求， 适应未来能源流的变化，具备电网运行调度的灵活性和电网结构的课扩展性，我国未 来宜建设以特高压交流电网为骨干网架，特高压、超高压、高压电网分层、分区，网架结构清晰的、强大的国家电网。{page}

　　4.3 我国特高压发展所面临的问题

　　4.3.1 我国电力形势的概述

　　随着我国经济的快速发展，工业用电和生活用电快速增长， 用电高峰期都出现 了电力供应不足，拉闸限电的情况，用电形势十分严峻。 我国的电力能源以火电和水电为主，负荷与能源分布很不均衡 ，东部地区负荷多而 能源少，西北西南地区能源多而负荷少。为有效解决以上的问题，可在能源中心建立 大火电、水电基地，然后将电能外送到负荷中心。这样电力需要跨区域、大容量、远 距离传输，因此未来我国电力发展的趋势是“全国联网、西电东送、南北互供”。但 我国目前主干电网电压等级为 500KV，难以建立坚强的全国联合电网，不能有效调试 电能，且其大容量输电也不经济。 国外实践和国内研究经验表明，特高压交流输电技术可远距离、大容量输电，节 省线路走廊，易于建立坚强的电网，将特高压交流线路作为全国电网的主网架是很有必要的。

　　4.3.2 国内外特高压输电研究现状概述

　　世界上不少国家都研究了特高压交流输电技术，特别是美国、前苏联、日本、意 大利、加拿大等国家的大规模特高压输电研究，在理论研究、电气设备研制和实际应 用等方面取得了许多成果。 美国建立的特高压试验室和试验场系统地研究了可听噪声、 无线电干扰和电视干扰等 问题，取得很多成果。前苏联建成了 1936KM 的 1150KV 特高压输电线路，日本也建成 380KV 的 1000KV 特高压输电线路，均可成功运行。 我国在“六五”期间也开展了特高压输电攻关项目的研究。 武汉高压所户外试验场建 成一条约 200m 的特高压试验线段，中间有一基特高压真型铁塔，研究了输电线路外 绝缘特性和输电线路对环境的影响。在武汉高压研究所、中国电力科学研究院等研究 院所和一些高等院校的各级努力下，取得了大量的研究成果。 目前， 我国特高压交流输电线路的建设已经提上日程并制定了发展规划。今年国家电网公司组织六大电力设计院参加的特高压交流输电认证会成功举行， 取得了很好的 效果。

　　4.3.3 我国对特高压关键输电技术的研究

　　当前在我国建立一条特高压交流输电示范线路十分必要， 它涉及电力规划、 科研、 设计、设备制造、建设、运行控制等诸多方面，对未来我国特高压输电技术的发展意 义重大。 1.工频电磁环境研究 输电线路的电磁环境问题备受关注，它包括电晕损耗、无线电干扰、可听噪声、 地面 1m 处电场强度等问题。 (1)无线电干扰 输电线路电晕产生的脉冲电磁小沿线路两侧横向传播， 影响沿线一定范围内的无 线电设备接收的正常信号的波形幅值和相位。 相关标准规定 500KV 输电线路无线电干扰的限值可以确定在 55 (0.5MHz)建议特高压 线路无线电干扰限值在 55-58 之间。 (2) 可听噪声 很多国家对输电线路周围空气电离放电产生的可听噪声没有限制标准， 在低电压 等级下，可听噪声表现不明显，电压等级变高时就需引起重视，如线路设计不符合相 关标准，这种噪声将使得线路附近的居民以及在邻近线路工作人员

　　感到烦躁不安。 输电线路属于整个环境中的一部分， 其可听噪声的限值可参考当地的环境噪声限 制标准。关于噪声的相应国标有 GB3096-93，GB12348-90，GB12523-90 及配套的测 量标准。 (3)线路下方工频电场和磁场 我国标准规定 500KV 线路距离地面 1m 处最大电场强度跨农田时≯10KV/m，跨公 路时≯7KV/m，对于特高压线路还没有明确的标准，可以按照 500KV 线路的标准设计。 采用紧凑型线路可以增加输送容量， 导线采用倒三角形排列可以改善线路下方的电场 和磁场环境，也可减少线路走廊，导线最低对地高度可以降低，说明特高压相导线采 用倒三角排列是一个比较好的方式。 (4)导线型号选择和布置方式 导线型号选择和布置方式直接影响到导线表面电场强度， 导线表面电场强度又决 定线路电晕损耗、无线电干扰水平、可听噪声、电视干扰等参数，导线对地距离决定 地面 1m 处的电场和磁场强度，因此研究导线型号选择和布置方式十分重要。{page}

　　导线半径、分裂间距、分裂根数、最低对地距离必须合理的选择。研究表明，导线半 径越粗、分裂根数越多，导线表面电场强度越小。鉴于国外的特高线路 8 分裂导线运 行成功经验，建议我国特高压导线采用大截面 8 分裂导线。分裂导线间距 40cm，子导线截面可为 400—630mm ，也可选用更大截面导线。而导线对地距离越小，地面 1m 处电场强度越大，分析表明，导线最低对地距离取 22m 是符合要求的。 此外，导线选择还应考虑导线允许的温升、经济电流密度、机械强度等因素，以 得到最优的选择。 2.绝缘配合 特高压线路的绝缘配合关系到线路是否能够稳定、可靠运行，相关工程问题包括 变电设备、绝缘子、杆塔与导线之间间隙等的选择，相关研究也有不少成果。(1)绝 缘子类型选择 绝缘子是输电线路的重要组成构件，起着支撑导线和绝缘的作用。国内架空线路 绝缘子主要有瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子 3 种类型。 瓷绝缘子具有良好的绝缘性能、耐气侯性、耐热性和组装灵活等特点，但随着运行时 间变长其绝缘性能会逐渐降低。 钢化玻璃绝缘子具有优良的机电性能、 耐振动疲劳、 耐电弧烧伤、 耐电击穿性能。 缺点是防污型要做成钟罩式，增加了棱的数量和高度，导致棱槽深、容易积污、不好 清扫。 复合绝缘子具有强度高、重量轻、耐污性能好、易于安装和维护等优点。运行经 验表明，在重污秽地区使用复合绝缘子，串长可大大缩短、杆塔尺寸缩小，降低工程 造价。但复合绝缘子目前运行经验还不足，也可能由于质量原因导致芯棒脆断等。 特高压线路绝缘子串长约为 500KV 线路的 2-3倍，长度 10-14m，重量大，使杆 塔增高，易受雷击，增加造价等。复合绝缘子可以解决上述问题，采用双串或四串并 联安装可以防止芯棒脆断掉线的问题。所以建议特高压线路采用复合绝缘子，但是我 国目前还不能制造 400KN 的大吨位复合绝缘子，所以必须加强研究。对于示范性线路 可以先采用玻璃或瓷绝缘子，应该注意片数的选择。 (2)杆塔和导线距离 决定杆塔尺寸的主要因素是间隙尺寸，即杆塔和导线的距离。先要确定操作过电 压空气间隙 50%的放电电压，按相应结构的试验曲线查找对应的间隙尺寸。日本 1000KV 线路铁塔绝缘间隙， 直线塔为 6.62m， 耐张塔为 6.2m。 特高压线路最小间隙(即 最大风偏时导线离塔柱的距离)按最大运行电压下不闪络的条件决定。前苏联 1150KV线路杆塔取 2.4m，日本 1000KV 线路取 3.09m 但由于线路具体情况不同，我国不能完全使用国外的数据，必须加强绝缘间隙方面的 放电试验，而杆塔的设计和制造不存在技术问题。 综合上述的讨论， 特高压线路设计中的电磁环境和绝缘配合理论上不存在无法解 决的问题。 然而很多研究需要结合实际运行数据进行， 所以建设示范性线路意义重大。 对于一条示范性线路可以分成几段，采用不同设计院的设计方案，对运行情况进行对 比，可提供更加丰富的数据，以分析优缺点。

　　4.4 我国特高压的发展现状

　　据国网公司公布的“特高压工程大事记”， 第一次提出“建设以特高压为核心的 坚强国家电网”的构想，是在 2004 年 12 月 27 日的国网公司党组会议上。从构想到 国家发改委核准批复，前后不到 20 个月 2009 年 1 月 16 日，我国首个特高压交流试验示范工程晋东南～南阳～荆门建成 投运。 特高压交流试验示范工程成功投运，全面验证了特高压交流输电技术的可行性、 设备的可靠性、系统的安全性，我国特高压电网建设已具备条件，将逐步推进相关工 程。根据国家电网下一步规划，采用特高压加快能源基地的电力外送工作正在抓紧研 究制定之中，预计今明两年特高压电网投资约 830 亿元，其中特高压交流投资 570 亿元， 特高压直流投资 260 亿元。 根据计划， 到“十二五”初期， 国家电网将建成“两 纵两横”特高压骨干电网，将陕北、晋东南煤电基地电力送到华中、华东地区，将蒙 西煤电基地电力送到华北、华东地区，将西南水电送到华中、华东地区。 根据国家电网公司公布的消息，截至目前，四川向家坝——上海奉贤±800 千伏 直流示范工程全线开工;四川锦屏—江苏苏南±800 千伏直流工程也已顺利通过国家 核准。预计到 2020 年，全社会用电量和装机容量预计分别达到 56723 亿 kWh 和 9.51 亿 kW，煤电容量 6.71 亿 kW，装机所占比例高达 70﹪，发电量所占的比例高达 75 ﹪以上。水电装机容量 2.46 亿 kW，装机所占比例为 25.9﹪。

　　通过对特高压输电线路的研究，对其发展现状、我国引入特高压的必要 性以及其经济性和稳定性有了一定的了解。 与低压、高压以及超高压电网相比，特高压有着明显的优势，它能同时满足电能 大容量、远距离、高效率、低损耗、低成本输送的基本要求，而且能有效解决目前 500kV 超高压电网存在的输电能力低、安全稳定性差、经济效益欠佳等方面的问题。 1000kV 特高压输电线路的输电能力是 500kV 超高压输电能力的 4 倍以上，在输 送相同功率的情况下，1000kV 特高压输电线路单位长度的功率损耗约为 500kV 超高 压输电的 1/16，因此，在跨大区远距离大规模输电的情况下，采用 1000kV 特高压输 电网具有明显的经济优势与稳定性优势。