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电网运行培训部宋志明,电网主营业务认知,大运行-特高压技术相关知识,特高压技术,ZYYW20120211,非电专业新员工,焦日升赵镇,2012年8月,目录第一节交直流特高压的发展第二节交流特高压示范工程第三节直流特高压示范工程,培训目标：通过学习本章内容，学员可以深入了解目前特高压交、直流输电技术取得的成果和面临的挑战；熟悉特高压交、直流输电的相关技术。非电专业了解特高压的发展历程、特高压规划，特高压所取得的里程碑和成就；电专业掌握特高压工程相关的核心技术。,第一节交直流特高压的发展,中国在1949年之前，电力工业发展缓慢，输电线路建设同样迟缓，输电电压由具体工程决定。新中国成立后，按照电网发展统一电网等级，逐渐形成经济合理的电压等级系列。2004年12月以来，我国就发展特高压输电技术的必要性、可行性、经济性和工程实施方案展开了全面论证，并取得了广泛共识。2009年1月6日，世界上运行电压最高、技术水平最先进、中国具有自主知识产权的1000kV晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程建成投运。,一、电网的发展,超高压电网特高压交流系统高压直流特高压直流特高压电网,什么是特高压？,在我国，超高压电网指的是330、500kV和750kV电网。特高压交流系统指的是1000kV系统；高压直流指的是600kV及以下直流系统；特高压直流指的是800kV及1000kV直流系统。,特高压电网是指以1000kV输电网为骨干网架，超高压输电网、高压输电网以及特高压直流输电、高压直流输电和配电网构成的分层、分区，结构清晰的现代化大电网。,为什么要建设特高压？,特高压是坚强智能电网一部分,满足经济社会可持续发展的需要实现大范围能源资源优化配置促进可再生能源集约化开发保障我国能源安全积极应对全球气候变化,1）提高输送容量2）增大送电距离3）节约输电走廊4）降低线路损耗5）改善电网结构,二、特高压电网发展规划,1、“十二五”特高压电网发展规划,“十二五”期间是我国特高压电网发展的重要阶段，在特高压交流试验示范工程的基础上，需加快“三华”特高压交流同步电网建设。2015年，“三华”特高压电网形成“三纵三横一环网”，还将建成14回特高压直流输电工程。,台湾,陕北,石家庄,济南,豫北,470,200,360,晋东南,徐州,淮南煤电,徐州煤电,362,雅砻江梯级,金沙江I期,南阳,283,长沙,荆门,潍坊,220,250,300,南京北,武汉,200,370,上海西,蒙西,锡盟,330,晋北,灵宝背靠背,480,230,天津南,青岛,天津,寿光,苏南,东北华北背靠背,华北,荆门,淮南,北京东,170,苏州,80,200,芜湖,520,339,165,200,152,地下电站,晋东南煤电,陕北煤电,丽水,福州,锡盟煤电,泰州,1935,1260,1000,2100,1335,蒙西煤电,辽宁,908,中俄背靠背,908,鄂温克,伊敏,巴彦,满洲里,呼伦贝尔能源,牙克石,至冯屯,1400,中俄背靠背,东北,南方,华中,华东,130,430,210,银川东,德阳,安西,青藏500千伏直流联网工程,拉萨,西山电,350,280,库车,320,奇台,375,奎屯,塔什店,340,200,140,120,80,吐鲁番,乌北,150,西山,东郊,60,库车,玛纳斯,哈密,哈密煤电,神木,永登,白银,西宁,官亭,贺兰山,平凉,乾县,渭南,宝鸡,兰州东,天水,榆横,延安,140,100,165,日月山,格尔木,乌兰,黄河,银川东,150,165,110,80,永登,金昌,200,酒泉,180,210,165,270,190,160,80,150,180,40,370,350,140,150,150,270,玉门镇,马鬃山,380,550,1040,鄂尔多斯煤电,150,拉西瓦,60,330,西北,西藏,160,沈北,宝清,240,360,250,哈尔滨,吉林,300,320,伊宁,雅安,万县,360,490,浙北,100,重庆,250,280,南昌,蒙古,唐山,200,浙中,绍兴,1700,太阳山,2012年，建成以“两纵两横”特高压交流为骨干网架，联结晋陕蒙煤电基地、四川水电基地和东中部负荷中心的“三华”特高压同步电网。,2012年国家电网发展规划,建成向家坝上海、锦屏苏南、宁东绍兴特高压直流输电工程，形成特高压交直流并列运行的格局。,西北750千伏电网成为骨干网架，构建坚强送端电网。,构建东北大送端电网。,“三纵三横一环网”,三纵是：锡盟南京、张北南昌、陕北长沙。三横是：蒙西潍坊、晋中徐州、雅安皖南3个横向输电通道。环网是：淮南南京泰州苏州上海浙北皖南淮南长三角特高压双环网。,14回特高压直流输电工程,在特高压直流工程方面，“十二五”期间，配合西南水电、西北华北煤电和风电基地开发，建设锦屏江苏等14回特高压直流输电工程，建成青藏直流联网工程，满足西藏供电，实现西藏电网与西北主网联网。,二、特高压电网发展规划,2、特高压线路基本情况,国内首条1000千伏晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程于2006年12月开工建设，2009年1月6日顺利完成168小时试运行正式投入商业运行，成为现在世界上正在运行的第一条商业化运营的特高压输电线路。工程连接华北、华中两大区域电网，做到水火互济，优势互补。,晋东南南阳荆门交流特高压输电工程,晋东南,南阳,荆门,长治变,在直流特高压：定位于西部水电基地和大煤电基地超远距离、超大容量外送。（如复龙奉贤特高压直流示范工程，实现金沙江水电远距离送至上海，输送距离近2000公里，满负荷功率为640万千瓦）。工程于2010年7月8日投入运行。特高压直流输电示范工程投运后，每年可向上海输送320亿千瓦时的清洁电能，最大输送功率约占上海高峰负荷的1/3，可节省原煤1500万吨，减排二氧化碳超过3000万吨。,在为解决我国能源分布不合理、加快分布式能源接入、提高电网抵御扰动和故障冲击能力等问题，国家电网公司提出建设“通过特高压交流网架将我国华北、华东、华中区域电网联结起来形成特高压同步电网”,即“三华”同步电网的总体目标。,3、三华同步特高压电网,“三华”同步电网连接北方煤电基地、西南水电基地和华北、华中、华东负荷中心地区，覆盖地理面积约320万平方千米。2015年，全国将形成东北、“三华”、西北、南方四个主要的同步电网。到2020年，预计“三华”同步电网总装机容量约10亿千瓦，占全国的57%；全社会用电量约5.26万亿千瓦时，占全国的67%；与北美东部电网等国外现有大型同步电网的规模基本相当。,“三华”特高压电网规划,第二节交流特高压示范工程,在1000kV特高压试验示范工程工程起于山西省长治市，止于湖北省荆门市，线路全长640公里。包括三站两线：1000kV特高压长治站、南阳站、荆门站；长治至南阳1000kV输电线路358.7km（含黄河大跨越）、南阳至荆门1000kV输电线路281.3km（含汉江大跨越）,铁塔1284基，系统额定电压1000kV、最高运行电压1100kV。工程连接华北、华中两大区域电网，做到水火互济，优势互补。,一、交流特高压示范工程简介,特高压长治站,南阳开关站,特高压荆门站,358.7kM,281.3kM,长治站位于山西省长治市长子县石哲镇，距长治市22km，围墙内占地面积212亩。装设2组31000MVA主变压器、1组3320Mvar高压电抗器；1000kV出线1回、3/2断路器接线，采用GIS设备；500kV采用H-GIS设备；装设4组240Mvar低压电抗器、8组210Mvar低压电容器。长南1线线路长治侧安装固定串联电容器补偿装置，补偿度20%。,长治站1000kV主变压器,长治站1000kV高抗,长治站1000kVGIS（1）,长治站1000kVGIS（2）,南阳站位于河南省南阳市方城县赵河镇，距南阳市约30km，占地262亩；装设2组31000MVA主变压器；长南1线线路南阳侧安装固定串联电容器补偿装置，补偿度20%，总容量1500Mvar；南荆1线线路南阳侧安装固定串补装置，串补度40%，总容量2288Mvar；110kV低压侧装设4组240Mvar低压并联电抗器，8组210Mvar低压并联电容器。,南阳站1000kV高抗,南阳站1000kVHGIS,荆门站位于湖北省荆门市沙洋县沈集镇，距荆门市25km，占地面积213亩。装设2组31000MVA主变压器，1组3200Mvar高压并联电抗器；1000kV采用3/2接线，出线1回，至南阳变电站，500kV出线6回，采用H-GIS设备；装设4组240Mvar低压并联电抗器，8组210Mvar低压并联电容器。,荆门站1000kV主变,荆门站1000kV高抗,荆门站1000kVHGIS,1000kV变压器为单相、油浸、中性点无励磁调压自耦变压器。,二、特高压变压器,现在正在使用的1000kV级变压器，一个是特高压交流试验基地用的特高压变压器，一个是晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范线路所用的变压器。,特高压变压器型号,变压器为单相、油浸风冷、强迫油循环、三绕组、无励磁调压的自耦变压器，额定容量为1000MVA，额定电压为1000kV。每台变压器由主体变和调压补偿变两部分组成。主体变采用强迫油循环风冷冷却方式，调压补偿变采用油浸自冷冷却方式。,长治变电站特高压变压器公路运输，车组总长89m，宽5.2m,特高压变压器采用单相自耦变压器，方便运输。,1、采用单相自耦变压器的合理性,其另一优点是，当用3台单相变压器时，可在变电站配置一台单相备用变，一旦某一相变压器发生故障时，可在短时间内换上备用变而恢复供电。特高压变压器几乎全采用单相自耦变压器。这样可以省材料、损耗少、重量轻、尺寸小、成本低、便于安装运输。,有载调压增加了变压器结构的复杂性和设备造价，降低了设备的运行可靠性。有载调压开关故障约为无载调压变压器的4倍，而有载调压装置自身的故障约占40%。有载调压开关不仅自身带有不可靠因素，如操纵机构、控制回路、灭弧等，同时还带来如损耗、动稳定、绝缘、漏磁及谐振过电压等一系列问题。故在工程中是否选用有载调压变压器应通过系统论证，不应仅根据使用要求。,2、采用无励磁调压方式的合理性,国外超高压电网中，美国、法国选用无励磁调压，英国、意大利、瑞典等选用无分接头变压器，仅有德国、日本采用有载调压。我国500kV变压器有载调压和无励磁调压并存，西北750kV输变电示范工程主变为单相自耦变，采用无励磁调压方式。,采用无载调压的合理性。系统电压等级越高，正常情况下主网的电压波动范围越小，地区供电电压质量依靠无功调节和下级网有载调压变压器确保，为适应季节性运行方式的调整需要，采用无励磁调压方式完全胜任。从可靠性、经济性及系统运行方式考虑，特高压变压器采用无励磁调压方式。,特高压变压器，由于其容量大、电压等级高，为了便于运输，将变压器主体和调压部分分别布置。形成两个变压器，即自耦变压（主体）和调压变压器。主体和调压变连接组合后可以作为一台完整的变压器使用，也可以将主体单独使用。,3、采用中性点调压方式的合理性,主调压变包含无励磁分接开关、调压绕组、励磁绕组、低压励磁绕组和低压补偿绕组，使主铁芯磁路简单、变压器本体绝缘结构简化。当系统确有需要调整变压器调压方式时，可仅对调压变进行改造。中性点调压会引起相关调压，或称变磁通调压。即在系统电压变化时若调整分接位置，三侧电压均要随之变化，有可能使低压侧电压波动过大无法使用。为确保低压电压恒定，在调压变压器中设置补偿线圈，用于补偿低压电压的波动。,主故从外观可以看出，特高压变压器主变是由主体变，调压变、补偿变分体结构组成。若调压装置发生故障，在主分接时可退出调压变，自耦变单独运行，方便检修和更换。1000KV变压器采用中性点无励磁正反调压方式，调压装置共分9档。调压变和补偿变分别配置I套差动保护，电流互感器均采用双重化配置。,自耦变铁心采用四框五柱式，即三主柱带两旁柱。三主柱各相绕组并联，从内向外依次套装低压绕组、公共绕组、串联绕组。调压变铁心采用单框三柱式，即一主柱带两旁柱。从内向外依次套装励磁绕组、调压绕组。补偿变铁心采用口子式，即一主柱带一旁柱。主柱、旁柱、铁轭截面相同，从内向外依次套装低压励磁绕组、低压补偿绕组。补偿变置于调压变内。,主变压器和调压变压器绕组排列图,铁塔采用酒杯型、猫头型、干字型和门型4类49种型式，主材采用Q420高强钢，平均塔高77.2m、塔重70.5t。,线路在河南孟州市跨越黄河，采用耐-直-直-直-耐方式，主跨越档1.22km、耐张段长3.651km；在湖北钟祥市跨越汉江，采用耐-直-直-耐方式，主跨越档1.65km、耐张段长2.956km。,黄河大跨越塔呼称高112m、全高122.8m、单基重460.25t，汉江大跨越跨越塔呼称高168m、全高181.8m、单基重989.5t。,一般线路导线采用8LGJ-500/35、8LGJ-630/45（猕猴保护区，3.946km）钢芯铝绞线，大跨越采用6AACSR/EST-500/230特强钢芯高强度铝合金绞线。,三、1000kV输电线路,1000kV酒杯型直线塔,1000kV干字型耐张塔,1000kV分体式耐张塔,1000kV猫头型直线塔,1000kV门型直线塔,主跨越档距1650米，是特高压交流试验示范工程中最大的档距；导线横担重量91吨，是特高压工程中最重的横担；单件构件最重达8吨，也是特高压工程中最重的单件构件；直线跨越塔单基重量1100吨，塔高181.8米，根开39.06米，为特高压交流试验示范工程最高、最重、最大根开铁塔。,位于黄河南岸的跨越塔N3的酒杯形窗口高度达40米，横担全长71米，单基塔全重465吨、安装高度达122.8米，是国内单次吊重最大、就位难度最大的跨越塔。采用耐直直直耐的跨越方式，主跨档1220米，单回路架设，跨越耐张段总长3651米。,稳态过电压控制的必要性特高压交流线路具有送电距离远、充电功率大的特点。当开关三相跳闸时，将出现特高压线路空载运行的情况，开关跳闸后，特高压沿线电压的变化将是线路高抗、低压电容和线路充电功率共同作用的结果。此时沿线电压会大幅增加，充电功率和变压器第三绕组容性无功涌向两侧的500kV系统，造成两侧系统电压大幅上升，对设备和事故后线路的处理、恢复均产生不利影响。,四、稳态过电压控制,线路空充时存在费仁蒂效应。不同送电功率下特高压沿线电压分布如图1所示。,特高压两侧晋东南和荆门500kV电压水平对特高压沿线电压分布的影响如图2所示。,第三节直流特高压示范工程,一、特高压换流站简介,向家坝-上海800kV特高压直流输电示范工程承担着金沙江下游大型水电基地的送出任务，起于四川宜宾复龙换流站，止于上海奉贤换流站，途经四川、重庆、湖北、湖南、安徽、浙江、江苏、上海等8省市，四次跨越长江。线路全长1907公里。工程额定电压800千伏，额定电流4000安培，额定输送功率640万千瓦，最大连续输送功率720万千瓦。,复龙换流站交流系统设备全部为国内生产制造，双母3/2接线方式，9个完整串和1个不完整串（GIS），9条500kV交流出线，14小组交流滤波器，1组高压并联电抗器。直流系统设备全部为国内首台首套，4个阀厅，2880个6英寸电触发晶闸管，28台换流变，9台平波电抗器,奉贤换流站是800kV向家坝上海直流输电工程的受端换流站，换流站位于上海市奉贤区，工程总用地面积17.48公顷，直流额定输送功率6400MW，直流额定电压800kV，直流额定电流4000A，直流线路一回，送电距离约2071km。每极采用两组12脉动换流器串联，换流变压器（24+4）297.1MVA（其中4台备用）。本期交流出线3回至远东变电站，远期交流出线4回，分别为2回至远东变电站，2回至三林变电站。工程于2008年06月开工建设，2009年12月单极带电。,二、换流变压器,换流变压器的作用是：利用两侧绕组磁耦合传送功率，交直流系统绝缘隔离。实现电压变换，使两侧电压分别符合额定值及容偏值。抑制交流电网入侵换流器的过电压。,换流变压器在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验方面和普通电力变压器有着不同之处：(1)短路阻抗(2)绝缘(3)谐波(4)有载调压(5)直流偏磁(6)试验,三、换流阀,换流器是直流输电系统中的关键设备、它的作用是把交流电变换成直流电（称为整流），或者把直流电变换成交流电（称为逆变）。通常用来换流的有6脉动换流器和12脉动换流器，12脉动换流器是由两个6脉动换流器串联而成。按照触发原理的不同可分为LTT（LightTriggerThyristor）换流器和ETT（ElectricTriggerThyristor）换流器。,由光触发晶闸管LTT组成的换流单元称为LTT换流器。这种触发方式与电触发方式相比，省去了控制单元的光电转换、放大环节及电源回路，简化了阀的辅助元件，改善了阀的触发特性，提高了阀的可靠性。目前，光控晶闸管换流器已在我国灵宝背靠背换流站以及贵广直流输电工程中得到应用。,由电触发晶闸管ETT组成的换流单元称为ETT换流器。这种触发方式实现了触发脉冲发生装置和换流阀之间低电位和高电位的隔离，同时也避免了电磁干扰，减小了各元件触发脉冲的传递时差，使均压阻尼回路简化和小型化，同时使得能耗减小，造价降低，是当今直流输电工程