特高压交直流输电的适用场合及其技术比较

国家 苏联 ／ 俄罗斯
日本
美国
意大利
单位
动力电气化部 ＴＥＰＣＯ ＡＥＰ ＢＰＡ
ＥＮＥＬ ／ ＣＥＳＩ
电压等级 ／ ｋＶ
１ １５０ １ ０００ １ ５００ １ １００ １ ０００
输送功率 ／ ＭＷ
５ ５００ ５ ０００ ～１３ ０００
＞ ５ ０００ ８ ０００ ～１０ ０００ ５ ０００ ～６ ０００
路电流过大等原因， 美、苏、日、意等国开始研究特高 压交流输电技术。表 １ 列出了主要国家特高压发展 计划的适用场合［９－１０］ 。
由表 １ 可知， 采用特高压交流输电方式是基于 大容量输电的需要， 主要可分为近距离和远距离输 电 ２ 种方式。俄罗斯因国土辽阔， 能源基地与负荷中 心距离较远， 输电距离达到 ２ ４００ ｋｍ， 属于典型的特 高压远距离大容量输电方式； 而其他几国特高压输 电 工 程 的 输 电 距 离 在 ２００ ￣ ５００ ｋｍ 范 围 ， 属 于 特 高 压近距离大容量输电方式。可以看到， 特高压交流 输电方式更多的是用于近距离大容量输电的场合， 此 时 它 主 要 用 于 解 决 输 电 走 廊 布 置 困 难 、短 路 容 量 受限等关键技术问题， 具有不可替代性。 ３．２ 中国可能应用特高压输电的主要场合 ３．２．１ 近距离大容量输电
该区域用电除一部分依靠西电东送以外， 主要 依 靠 苏 北 、浙 南 沿 海 等 地 区 的 大 型 燃 煤 火 电 厂 和 核 电站群。例如， 以浙江省为例， 境内已建及规划中拟 建设的大型燃煤火电厂如表 ２ 所示， 总装机容量高
表 １ 各国特高压发展计划的适用场合 Ｔａｂ．１ Ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ ｏｆ ＵＨＶ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｎｓ ａｂｒｏａｄ
性 、稳 定 性 、电 磁 环 境 、绝 缘 子 选 型 和 交 直 流 配 合 等 技 术 问 题 ， 分 别 展 开 比 较 。 得 出 主 要 结 论 ： 特
高压交流主要定位于近距离大容量输电和更高一级电压等级的网架建设， 特高压直流主要定位
于 送 受 关 系 明 确 的 远 距 离 大 容 量 输 电 以 及 部 分 大 区 、省 网 之 间 的 互 联 ； 特 高 压 直 流 的 正 极 性 导
随着中国经济和电力工业的迅速发展， 电网建 设和发展面临一系列挑战和问题。用电比较集中的 沿海经济发达地区已开始出现输电走廊布置困难、 短路电流难以控制等技术难题， 亟需解决的关键问题 是如何提高输电走廊利用率。
以华东电网长江三角洲地区为例， 该区域土地 资源非常紧张。例如， 据江苏省电力部门提供的有 关信息， 江苏省因输电走廊高度紧张， 已经重点立项 准备研究改造旧的输电线路， 将原有 ２２０ ｋＶ 线路改 建为同杆四回线路（ 两回 ５００ ｋＶ 和两回 ２２０ ｋＶ） ， 以 大幅度提高原有线路走廊的输送能力。近年来， 由 于征地费用在输电工程建设费用中所占的比例越来 越高， 在人口稠密地区和林区， 处理走廊所需赔偿费 用有的已占线路总投资的 ３０ ％ 以上， 这就要求电网 的规划、发展要有综合、长远的观点 ， 要充分挖掘每 一走廊的容量输送潜力。
输电距离 ／ ｋｍ
适用场合
２ ４００
大 容 量 、远 距 离
２００ ～２５０ 大容量、短路电流大、走廊布置困难
４００ ～５００ ３００ ～４００
大 容 量 、走 廊 布 置 困 难 大 容 量 、走 廊 布 置 困 难 、减 少 输 电 损 耗
３００ ～４００
大 容 量 、走 廊 布 置 困 难
下面从已有特高压输电研究和应用的国家来看 特高压输电的发展。日本于 ２０ 世纪 ９０ 年代初建成 ２ 条 １ ０００ ｋＶ 特高压交流线路， 原计划将柏崎、福岛
第５期
周 浩 ， 等 ： 特 高 压 交 、直 流 输 电 的 适 用 场 合 及 其 技 术 比 较
等海边核电站大量电能向东京等地输送。但由于部 分核电机组群投产进度推迟， 没有足够电力容量需 要输送， 已建的 ２ 条特高压输电线路一直以 ５００ ｋＶ 降压运行至今。而苏联规划在哈萨克斯坦的埃基 巴斯图兹煤矿基地建设数座容量为 ４ ￣ ６ ＧＷ 的发电 厂［６］， 利用 １ １５０ ｋＶ 特高压交流线路， 向俄罗斯的欧 洲部分送电。但由于埃基巴斯图兹煤矿基地的电源 （ 大型火电厂） 建设延后， 已建特高压输电线路降为 ５００ ｋＶ 运行。且因输电容量大幅度减少以及经费上 的困难， 停止进一步建设特高压输电线路。另外， 美、意、加等国特高压输电的发展也面临类似的问题。 由于经济发展变缓， 社会对电力的需求增长缓慢， 这 些国家暂时停止了特高压输电技术的工程应用。因 此， ２０ 世纪 ９０ 年代至本世纪初， 特高压输电技术发展 陷入低潮， 其根本原因是相关国家的经济和用电的 增长速度都比预期低很多， 发展特高压大容量输电 的必要性下降。
特高压直流输电的突出优点是： ａ． 输电电压高、输送容量大、线路走廊窄， 适合 大功率、远距离输电场合； ｂ． 利用特高压直流输电实现大区互联具有优 势， 可减少或避免大量过网潮流 ， 按送、受两端运 行 方式变化而改变潮流， 能方便控制潮流方向和大小。
３ 特高压输电方式适用场合
３．１ 国外情况 由 于 电 网 输 送 容 量 增 大 、输 电 走 廊 布 置 困 难 、短
第 ２７ 卷第 ５ 期 ２００７ 年 ５ 月
电力自动化设备
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．５ Ｍａｙ２００７
特 高 压 交 、直 流 输 电 的 适 用 场合及其技术比较
周 浩， 钟一俊 （ 浙江大学 电气工程学院， 浙江 杭州 ３１００２７）
但近年来， 世界经济逐渐复苏并不断发展， 特高 压输电发展又出现了新的趋势。例如， 随着俄罗斯 整体经济状况的好转， 基于对电力发展的基本预测， 俄罗斯统一电力公司已计划重新启用 １ １５０ ｋＶ 输电 线路， 计划于 １０ 年内， 在巴尔瑙尔与车里亚宾斯克 之间重新架设 １１５０ ｋＶ 线路， 总长度约为 １４８０ ｋｍ［７］。 另外， 日本在福岛地区的核电站群建成后， 原计划在 ２０１５ 年 左 右 将 现 有 的 特 高 压 输 电 线 路 升 压 到 设 计 值 １ ０００ ｋＶ 运 行 ［８］， 但 由 于 目 前 日 本 东 京 地 区 负 荷 增长较快， 已有特高压线路有可能提前于 ２０１０ 年升 压至 １ ０００ ｋＶ 运行。而瑞典也于 ２００６ 年底在路得 维克建立了特高压试验中心， 将对 ±８００ ｋＶ 的直流 输电技术进行长期测试。实际上， 目前一些经济增 长较快的大国（ 如印度、巴西、南非等） 也在不同程度 地开展特高压输电技术的前期研究工作。
收稿日期： ２００７ － ０４ － ０５
入手， 探讨特高压输电交、直流 ２ 种输电模式在中国 的适用场合， 并针对特高压输电技术问题展开讨论。
１ 国外特高压发展概况
２０ 世纪 ６０ 年代起， 苏联、美国、日本、意大利、加 拿大等国开始进行了特高压输电的可行性研究， 并 取得了重要成果。苏联是最早开展特高压输电技 术研究的国家之一， 于 １９８５ 年建成了埃基巴斯图兹 — 科 克 切 塔 夫 特 高 压 交 流 线 路 ， 并 于 １９８８ 年 完成 科克切塔夫 —库斯坦奈延伸段的建设， 总长度约 ９００ ｋｍ， 曾以 １ １５０ ｋＶ 全电压累计运行 ４ 年左右。日 本从 １９７２ 年启动特高压输电技术的研发计划， 完成 盐 原 、赤 诚 等 特 高 压 试 验 研 究 基 地 的 建 设 。 在 此 基 础 上 ， 于 １９９３ 年 建 成 柏 崎 —西 群 马 —东 山 梨 南 北 向 特高压输电线路， 长度约 １９０ ｋｍ； 于 １９９９ 年建成 南磐城 —东群马 —西群马东西向特高压输电线路， 长度约 ２４０ ｋｍ。１９９５ 年在新榛名试验站安装特高压 ＧＩＳ 成 套 设 备 ， 随 即 加 １ ０００ ｋＶ 全 电 压 试 运 行 ， 到 ２００６ 年 ６ 月底为止， 累计加压已有 ２ ４１３ 天。美 国 、意大利、加拿大、瑞典等国也在进行特高压输电 相关技术的研究， 如特高压输电的电晕和电场、生态 和环境、操作和雷电冲击绝缘等。可见， 截至今日， 技 术问题已不是特高压输电发展的限制性因素， 从技术 上看， 特高压输电应该完全可行。而为什么特高压输 电在 ２０ 世纪 ９０ 年代陷入低潮， 是大家关电技术将长期发展。根据中国电网的发展趋势， 特高压电网
将 由 １ ０００ ｋＶ 级 交 流 输 电 系 统 和 ±８００ ｋＶ 级 直 流 系 统 组 成 。 根 据 特 高 压 交 流 和 直 流 ２ 种 输 电
方 式 不同 的 技 术 经 济 特 性 ， 比 较 分 析 了 两 者 的 适 用 场 合 ， 并 对 特 高 压 输 电 线 路 的 防 雷 保 护 、可 靠
中国电网的特点是发电资源和负荷中心的地理 分布极不平衡， 存在着特高压输电的需求， 以实现国 内能源资源的优化配置［１－３］。中国自 １９８６ 年就开始 立项研究特高压交流输电技术， 取得一些重要成果， 并培养了一批有较高理论水平和实践经验的工程技 术人员。１９９４ 年武汉高压研究所建成了中国第一条 百万伏级特高压输电研究线段； ７５０ ｋＶ 超高压电网 从 ２００５ 年 ９ 月 ２６ 日投产以来， 安全稳定运行至今， 这些为实现更高一级电压等级的技术装备和工程建 设奠定了基础。２００５ 年， 国家电网公司和南方电网 公司分别提出建设 １ ０００ ｋＶ 级交流和 ±８００ ｋＶ 级直 流系统， 推进了特高压输电技术进入试验阶段。目 前， 已完成了特高压输电中过电压与绝缘配合、电磁 环境等重大关键技术的研究， 特高压设备研制工作 全面展开。一些特高压主设备（ 如主变压器、绝缘子 和隔离开关等） 已初步试制出来， 有些已通过鉴定； 另一些正在研制中（ 如断路器、串联电抗器等） 。同 时， 已开工建设了特高压交、直流试验基地和国家电 网仿真中心， ２ 条特高压试验示范工程（ 晋东南 — 南 阳 — 荆 门 １ ０００ ｋＶ 交 流 和 云 南 —广 东 ±８００ ｋＶ 直 流） 已经完成工程设计并进入建设实施阶段［４－５］。可 以说， 中国特高压输电技术的发展进展顺利， 试验研 究 能 力 和 工 程 实 践 水 平 得 到 全 面 提 升 。 而 交 、直 流 这 ２ 种特高压输电方式在中国今后该如何发展， 是 大家非常关心的问题。现从特高压交、直流输电特性