能源_全国联合电网_特高压输电

1、 特高压技术能源 ·全国联合电网 ·特高压输电Energy Reso urses , Integ rated Interconnection Netwo rk , UHV Transmissio n东北输变电设备集团公司 (沈阳 110025 朱鸣海摘 要 对我国 能源开发 、 分配 、 传输的 形势及全 国电力 系 统联网的趋势和特高压输电问题作一扼 要的解说 。Abstract This paper describes the situa tion o f dev elopment, distributio n and tra nsmissio n of energ y

2、 r eso urces in China and int roduces the trend o f inter connec tio n pow er net wo ke a nd U HV tra nsmissio n. 关键词 能源 联合电网 特高压 Key words e ner gy reso urces interco nnectio n netw or k U HV中图分类号 :T M 722 文献标识码 A1 我国能源开发 、 分配 、 传输的形势1. 1 从人均占有电量指标看我国能源 、 电力的差距 和今后 50年的预测衡量国民经济发达水平和人民生活水平最直观 的指标是人均

3、占有电量 。 根据 21世纪上半叶我国国 民经济发展要达到当今中等发达国家水平的要求 , 预测今后 50年的指标水平 , 见表 1。 其中 2050年按 慢 、 中 、 快三个速度分别预测 。表 1 我国国民经济今后 50年的指标 水平1/42000300150012. 50. 241200世 界 平 均 水 平 的 1/2.520208004000130. 623100达 到 当 前 世 界 平 均水 36400达到当前法国 水平 从表 1可见 , 在严格控制人口的基础上 , 2050年全国装机容量达到 12001500GW, 即当前美 国装机容量 (700GW 的

4、 1. 72. 1倍时 , 人均占有 电量才能达到当前中等发达国家水平 。 1. 2 21世纪上半叶 , 在大力开发水电和煤电基地 的同时必须建设大容量 、 长距离电能传输通道我国用于发电的一次能源 、 水电约占 20%, 煤 电约占 70%, 核电和其它可再生新能源在总能源中 的比例不到 10%。 我国能源和负荷的地理分布很不 均衡 。 要解决 21世纪上半叶的能源供应问题 , 必须 在大力开发西南 、 西北水电和 “ 三西 ” 煤电的同时建 设全国能源传输通道 , 实现长距离大容量的 “ 西电东 送和北电南送 ”。 西南 、 西北水电东送可需要 5060GW 的输出能力 ; “ 三西 ”

5、煤电的开发有许多制约因 素 , 其规模大小难于准确预测 , 南送电力可能在 30100GW 的范围 。2 全国电力系统联网是必然趋势 1建设全国电能传输通道必将分阶段形成全国联 网系统 , 这个系统的两大任务是 :a 西电东送和北电南送 。b 水火互补调剂 , 区域负荷错峰 , 水电以丰补 枯 , 减少备用装机 , 应付紧急事故 , 保证系统稳定 。 全 国联网的最佳制式应既利于在全国总调度的宏观调 控下 , 最经济有效地进行全国能源分配和输送 , 又能 发挥大区网和省网的积极性实行符合电力市场的互 利 。 全国联网网架可分两个层次 , 即全局性和区域 性 。 前者由更高一级电压构成的复盖全国

6、的上层网 架 , 有利于全国调度 ; 后者为下层网架 , 根据大区 、 省 网之间互利原则采用 500kV 及以下交 、 直流电压 互联 。 上层和下层网架之间应以适当方式沟通 。全国联网各线段的走廊走向 , 各结点的落点及 全国总调度和分调度的分级分工都需要认真分析探 讨 , 其中紧迫的问题是全国联网的输电方式和更高 电压等级问题 。3 世界各国对特高压输电的规划 、 科研和应用的 经验 20世纪 7080年代 , 前苏联 、 日本 、 美国 、 意大 利等国因经济和电力工业的快速增长开展了特高压 输电的研究 。 前苏联于 1985年建成 900km 1150kV 输电工程投入商业运行 。

7、1991年苏联解体 , 国民 经济出现负增长 , 特高压线路输送功率急剧下降 , 1·28· Apr. 2000 HIGH V OLT AGE ENGIN EERIN G Vo l. 26No. 2 DOI:10. 13336/j.1003-6520. h ve. 2000. 02. 011150kV 线路降压 500kV 运行 。 全电压运行时期也 出现过高一级电压初期上马时可能出现的输送效率 低和线路稳定性不高等问题 。 据报道 , 俄罗斯电力系 统正在 完成股份制改 造 , 1150kV 计划将 继续执 行 。日本的国情是 85%的能源消费靠进口 , 发展本 国能源的

8、出路是开发核电 。 采用特高压输电可输送 核电厂的大功率电力及缩小走廊宽度 。 日本一直在 稳健地推行 1000kV 特高压计划 。美 国于 1987年人均 占有 电量 已超 过 10000 kWh, 70年代经济增长率较快时积极进行特高压研 究 。 80年代末经济发展较慢 , 年平均增长率下降了 一半 , 居民用电量趋于饱和 , 社会对电力的需求增长 缓慢 。 缓慢增长的电力需求可采用新技术对美国现 有的 750kV 和 500kV 电 网进 行 挖潜 改 造的 办 法来 满 足 。西欧各国 , 特别是法国 , 非常注意核电的生产 , 核电厂的布点比较容易安排合理 。 电厂和负荷中心 为中

9、、 短距离 , 可选择人口相对不密集的走廊 , 没有 长距离大容量输送能源的压力 。 现在采用 380kV 系统尚可对付 , 连 750kV 也可暂缓 。 意大利因国内 公民投票反对上特高压 , 国外又无人问津 , 特高压试 验站被迫关闭 。4 我国发展更高电压输电的必要性a 全国联网网架中各段传输距离在 600 2000km , 传输功率在 520GW 。b 21世纪上半叶各大区电网内的中距离大容 量输电将超过 5GW, 为了降低系统的短路电流需 要用特高压直接送向网架 。c 特高压输电可以减少网架段的回路数 , 解决 大型发电厂出线过多过密 , 线路走廊过宽难以征用 的问题 。d 大容量特

10、高压直流输电的终端需要相应的 交流特高压输变电设备的支持 。e 21世纪下半叶电力工业可持续发展的需要 。5 我国更高电压的输电方式是以交流还是以直流 为主5. 1 长距离大容量输电线路长距离大容量输电线路特高压交流和直流都是 可能的 , 两者各有优缺点 。 如果单从造价上比较 , 有 一个 “ 临界经济长度 ” 问题 , 输电线短于临界长度 , 交 流输电造价较便宜 , 超过临界长度则直流输电较便 宜 。 国外经验 , 临界长度大约在 8001000km 之 间 , 的社会经济效益 。 交流长距离输电时 , 沿输电线易于 落点分接 , 支援沿线地方经济建设 , 而直流长距离输 电目前只能实现

11、从点到点直通车式的输电 。5. 2 大区网间的互联线路对于互联线路争论的焦点集中在那种联网方式 稳定性更高 。 直流系统因采用了电力电子技术 , 动作 速度很快 , 突现出直流联网时两网之间的波动互不 干扰的 “ 隔离作用 ”。 以当代电力电子技术装备起来 的快速反应的 “ 灵活交流输电 (FACT S 技术 ” 正在 提高交流输电的状态控制速度 , 从而提高交流长距 离输电的稳定性 , 其性能价格比大大优于直流 。 全国联网网架结构虽然尚不明朗 , 但一定是一 个多端网络 , 并且是分阶段分地区逐步建设的 , 基本 上是用电力电子技术逐步装备起来的交 流特高压 网 。 这是全局 , 不排除局

12、部的互联 。 在特殊条件下 , 采用直流联网或背靠背直流联网 。 从全国电网角度 看 , 交流和直流应是全局和局部的关系 。6 我国交流特高压等级的选择问题6. 1 从传输能力方面分析以长度 1000km , 传输能力 10GW 的典型线 路为例 , 采用各种电压所需的回路数和占用走廊宽 度见表 2。表 2 各种电压所需的回路数和占用走廊宽度交流输电电压标称电压/kV最高工作电压/kV1000km 传输10GW 所需回路数 /回加 FAC TS后所需回路数 /回需占用走 廊宽度 /m 330 36340201200600 500 55020101000500 750 80054 300240

13、1000110022 180180 从表 2可见 , 采用 330、 500kV 极不合理 , 750 kV 还可接受 , 1000kV 为最优 。6. 2 从工程造价方面分析线路造价 。 对于相同的传输容量 , 750kV 线路 的造价为 500kV 的 90%, 而 1000kV 线路造价仅 为 500kV 的 66%。变电站造价 。 在相同 变电容量的变电站 中 , 1 000kV GIS 的 造价要比 相同传输 功率的 500kV GIS 便宜 。线路的运 行费用 。 1000kV /km 输电损耗 为 750kV 的 1/2,为 500kV 的 1/5。可见 , 无论是线路和变电站的

14、造价还是运行费 用都是随电压等级的提高而递减的 。6. 3 从上 、 下级电压的配合方面分析上 、 下级电压的级差为 23较为合理 。 级差选 , , ; ·29·2000年 4月 高 电 压 技 术 第 26卷第 2期 差选小了 , 在提高传输能力上幅度也小 , 其效益甚至 不能补偿增设设备的费用 。 对东北 、 华北 、 华中 、 华东 和南方五大区电网来说 , 输电电压系列为 220、 500、 1000kV 比较合理 , 其级差分别为 2. 27和 2倍 ; 对 于西北电网 , 330kV 输电已不可改变 , 其电压系列 既可为 110、 330、 750kV ,

15、其级 差分别为 3和 2. 27倍 , 也可为 110、 330、 1000kV , 其级差为 3倍 。 两个 系列均在合理范围内 , 西北电网到底采用哪个系列 有待继续做工作 。 6. 4 从我国需要更高一级电压的时间和技术成熟 性方面分析从世界范围来说 , 750kV 输电已有 20余年经 验 , 技术比较成熟 , 1000kV 只有 13年不完全的运 行经验 , 其运行和制造经验正在实践中积累 。 对我国 来说 , 无论 750还是 1000kV 都没有实践经验 , 都 需要 吸收 国外经 验 , 结 合本国 情况 , 合作引 进 、 消 化 创 新 , 从 启动 日开始 , 750kV

16、 大约花 5年 时间 , 1000kV 大约花 1015年时间可以提供技术上过 关 , 运行上可靠的全套设备 。 考虑到决策时延 , 启动 时间为 2000年 , 则 2005年可能提供 750kV 全套设 备 , 20102015年可能提供 1000kV 全套设备 。随着我国电网互联方案和进度表的明朗化 , 必 然对我国出现更高一级电压的时间提出要求 , 由于 330kV 的输电能力比 500kV 小得多 , 估计西北电 网可能最急需出现更高电压 。 其它电网则可以拖到 2020年左右出现更高电压 。 这个时间差就为特高压 的选择和开发留下了运筹的余地和科研开发的时 间 。 在适当的时机 ,

17、 决策机关需要对以下 3种可能的 开发途径作出抉择 :(a 先选择 750kV 为发展目标满足西北网的 急需 , 是否再上 1000kV 以后再看 。 这是一着 “ 缓 棋 ” , 把矛盾推迟 解 决 , 但 可 能延 误 1000kV 的 战机 。(b把 1000kV 和 750kV 同时列为 发展目 标 , 全国发展 220-500-1000kV 系列 , 允许西北 发展 110-330-750kV 系列 。 这是一步 “ 稳棋 ” , 但 为以后运行和制造增加很多工作量 。(c 全国统一把 1000kV 作为发展目标 , 全国 发展 220-500-1000kV 系列 , 西北发 展 1

18、10-330-1000kV 。 西北网采取措施 , 把出现更高电压 的时间往后延 5年或更长时间 。 这看似一步 “ 险棋 ” 但带来全国电压层次的简化 , 好处深远 。7 攻克特高压输电及其设备的技术和管理难题的可 能性和现实性 , 是决策特高压电压等级的重要因素 设备制造和电力运行方面共同的基础问题有特高压的额定绝缘水平和绝缘配合方案 , 特高压对环 境影响的问题和特高压试验条件问题 。设备制造方面的难题有 :a 特高压避雷器 、 断 路器和隔离开关应具有降低和限制操作过电压的性 能 ; b 采用快速接地开关消除特高压线路的潜供电 流 ; c 电力变压器等大型设备的运输分割问题 ; d 降低特高压线路的电晕干扰和铁塔的机 械结构问 题 ; e 设备可靠性问题 。电力运行方面的难题有 :a 特高压初期上马 , 尚未形成网架时单回或双回特高压联络 线的稳定 性 、 低频振荡和联络线功率不规则波动问题 ; b 大 区电网交流互联后 , 较弱的电网结构安全稳定性可 能受损问题 ; c 多个大区交流联网的自动潮流控制 问题 ; d 调度管理新举措和电力体制改革问题 。这些问题美 、 苏 、 日 、 意等国均已涉及 , 并已有解 决措施或接近解决 , 国际大电网会议 (CIGRE 总结 时指出 :“ 特高压输电已成为技术的现实 , 真正异乎 寻常的