交流输电与直流输电的现状及发展趋势
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2019
高压交流输电和直流输电 现状与发展趋势
汇报人：
目录 /CONTENTS
01 高压交流输电的现状 02 高压交流输电的发展趋势 03 高压直流输电的现状 04 高压直流输电的发展趋势 05 高压交流输电与直流输电的对比总结
交直之争
高压交流输电
从发电站发出的电能，一般 都要通过输电线路送到各个用电 地方。根据输送电能距离的远近， 采用不同的高电压。从我国的电 力情况来看，送电距离在200～ 300公里时采用220千伏的电压 输电；在100公里左右时采用110 千伏；50公里左右采用35千伏或 者66千伏；在15公里～20公里 时采用10千伏、12千伏。
白银变电站中高温超导电缆 云南吉普变电站高温超导电缆
超导输电技术——技术瓶颈
Superconducting transmission technology——Technical bottleneck
超导输电技术在过去 20 年取得了长足 的发展, 但要真正实现大规模应用, 还存 在多方面的问题亟待解决。
1于564.直～5米2流2，0k3输V5～线电1路1，通0k过V没线居路民通区过不交小通于困7.难5米地，区3不5～小1于105k.5V米线；路通过非居民区不小 3不5小～有于116复0.k5V米阻线。抗路通，过只非居民区不小于7.5米，35～110kV线交路流通过输交电通，困难架地高区 关关于的会 损高可压以在耗线换电。距算阻民的居标上建准有筑：的安全距离，中国没有明确的距离线 保规路 持定，和 距但电 离是有线一之个间相
中国最早的一条特高压线路建成于2009 年 1 月，我们通常称之为“1000 千 伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程”。它与后来建设的几条超远距 离线路比较，尽管它的输送距离只有 640 公里，但它是全球第一个投入商业运营 的特高压工程，正是因为它的投运，实现了华北与华中的特高压跨区联网。
南阳开关站
对无法避免线路经过重冰区的情况 下，根据导线脱冰跳跃影响进行了导线 的布置方式、杆塔选型、档距配置等研 究和设计。
防风偏 防覆冰
失谐间隔棒防舞装置 线夹回转式间隔棒 双摆防舞器
防舞动
防污闪
防微风 振动
防污闪事故措施主要是从设计上通过增 加绝缘子串长，提高泄漏距离来提高耐污闪 能力；在污秽严重地区采用大吨位、高强度 的合成绝缘子；对空挂或运行绝缘子进行饱 和盐密测量，及时制定或修订污区图、根据 实际情况使用防污闪涂料、开展带电清扫技 术的研究与应用；开发在线监测系统，及时 安排状态检修等。
特高压输电技术的优点和缺点
优点
①提升电量的输送效率，减少外界环境因 素对输电过程的干扰，同时特高压输电不需要无 功补偿，电力输送能力仅受导线耐热的限制。
②提高输电的稳定性和可靠性，避免电能 在传输过程中的浪费，实现特定环境下较远间隔 电力系统间的大功率输电。
③实现电力传输的低成本化。一条特高压 电线输电量是普通电压电路输电量的三倍，这就 意味着在同样情况下，特高压输电使用的导线、 铁塔材料仅为传统输电方式的一半左右，能够节 省约 1/10 的电网成本。
半波输电技术
Half Wavelength Transmission
半波输电技术是长距离、大容量的输电技术， 使其适用于幅员广大的国家。半波输电技术 有望成为中国未来可能的输电方式之一，半 波输电与中等长度的交流输电相比，主要优 势如下： 1.无需安装无功补偿设备 2.全线无需设中间开关站 3.输送能力更强 4.经济性更佳
常温绝缘型超导输电电缆
超导输电技术——工程案例
Superconducting transmission technology——project case
1.美国南方电线公司于 1999年首先将30m 长、 12.5kV/1.25kA 三相交流高温超导电缆安装在 其总部进行供电运行。 2.丹麦于 2001年研制出 30m长，36kV/2kA 的 三相交流高温超导电缆并进行并网运行实验。 3.2006 年，日本住友公司完成了全球第一组 以商业化方式订制的100m长，2kV/1.25kA 三 相交流高温超导电缆的开发并交付韩国使用。
美国长岛600m超导电缆（2006）
美国Southwire200m Triax超导电缆（2006）
超导输电技术——工程案例
Superconபைடு நூலகம்ucting transmission technology——project case
我国自“九五”计划以来开展了高温超导电 缆的研究。（1）2000年完成了6m长、2 kA 的高温超导输电的研制和实验。（2）2001 年云南电力公司与北京英纳超导公司合资成 立云电英纳超导电缆公司，从事高温超导电 缆的研究开发，2004年完成33m长、35 kV/2 kA 高温超导交流电缆的研制，安装在云南普 吉变电站运行。（3）2011年2 月份，中国科 学院电工研究所在甘肃省白银市政府支持下， 在白银市建成了长75 m、10.5kV/1. 5kA 高温 超导电缆。
1. 需要提高超导材料的临界温度。较 低的运行温度意味着更大的运行维 持成本。
2. 需要大幅提高辅助设备的长期运行 可靠性。直接决定了超导电力设备 的安全可靠性。
3. 需要进一步大幅降低高温超导材料 的价格。超导传输的材料造价比常 规电力设备高出几十倍到上百倍。
半波输电技术
Half Wavelength Transmission
超导输电技术
Superconducting transmission technology
超导输电技术是利用高密度载流能力的超导 材料发展起来的新型输电技术，超导输电电 缆主要由超导材料、绝缘材料和维持超导状 态的低温容器构成。超导材料的载流能力可 达到 100～1000A/mm2（约是普通铜或铝的载 流能力的 50～500倍），且其传输损耗几乎为 零。超导输电技术的优势可归纳为：1）容量 大；2）损耗低；3）体积小；4）重量轻；5） 增加系统灵活性。由于上述优越性，超导输 电技术可为未来电网提供一种全新的低损耗、 大容量、远距离电力传输方式。
03 高压直流输电的现状 Current Situation of High Voltage Direct Current Transmission
高压直流输电的现状 – 概述
Current Situation of High Voltage Direct Current Transmission – Overview
中国进入特高压电网时代
榆横—潍坊1000千伏特高压交流输变电工程，途经陕西、山西、河北、山东4省， 变电容量1500万千伏安，全线双回路架设，全长2×1048.5千米，2017年8月14日正式 投运。
榆横-潍坊工程经济、社会、环境效益巨大 促进陕西与山西能源基地开发与外送：陕西、 山西是建立大型煤电基地的首选。目前开展前期 工作煤电项目约8000万千瓦。 有效缓解华北地区电力供需矛盾：有力支撑 华北特高压交直流主网架构建，提高华北地区电 网承载能力，大幅提高“西电东送”能力，有效 缓解华北地区用电紧张局面。 有力拉动经济增长：将增加输变电装备制造 业产值109亿元，直接带动电源投资约602亿元， 可增加就业岗位1.7万个，每年拉动GDP增长77亿 元，增加税收14亿元，将有利于将西部和北部资 源优势转化为经济优势，
高压直流输电
1 高压直流输电：±600kV及以下
2 特高压直流输电： ±750kV和±800kV
高压直流输电
整流
高压直流输电
逆变
高压直流输电
输电线路对比
杂散电容
线路等效电感
杂散电容会让电压衰减，出现相位差。 频率越大，电感的感抗也随之越大，而电容的容抗越小。
输电线路对比
线与地面的最小距离，在最大计算弧垂情况下，不应小于下列数值： 35～110kV线路通过居民区不小于7米，35～110kV线路通过非居民区不小于6 米，35～110kV线路通过交通困难地区不小于5米；
中国进入特高压电网时代
自 2006 年 8 月第 一条特高压工程，即 1000 千伏晋东南—南 阳—荆门特高压交流 试验示范工程开工建 设，截至 2018年底， 中国已累计建成“八 交十四直”22个特高 压工程，在建“六交 三直”9 个特高压工程。 特高压电网远距离输 送的能力正在获得验 证。
中国进入特高压电网时代
并网
电压 幅值
频率
交流
波形
相位
电压 幅值
直流
极性
输电距离对比
1）在输送相同功率的情况下，1000kV特高压输电线 路的最远经济送电距离1500km，约为500kV线路的3倍。 2）采用± 800kV直流输电技术使超远距离的送电成为 可能，经济输电距离可以达到2500km及以上。
高压交流输电特点
采用阻尼间隔棒，防振锤等措施，但 特高压线路导线平均挂点更高，从确保安 全的角度出发，我国特高压线路的防振参 照了超高压线路的方式进行了防振设计。
想回答三个问题
“坚强的智能电网”为什么会频繁停电？ 交流输电和变电运维人员的现状？ 中国的交流输电还有希望么？有
02 交流输电未来发展趋势
（1）超导输电技术 （2）半波输电技术
④促进电力均衡发展，在煤炭或水利能源 丰富的地区建设大型发电厂，再利用特高压输电 技术将电力资源配送到用电负荷大的地区，就能 够降低能源运输成本 。
缺点
①国内拥有特高压输电技术的电气制造商 家大多是从国外引进技术和设备，而我国本土的 设备和技术还不成熟，有待整体性提高。
②国际电气技术的高速发展与更新换代， 特高压输电技术的诸多相关技术也需要实时更新， 变压器、避雷器等相关技术产品的研究和应用需 要加强。
1-10kV高压线的安全距离为6米； 35-110kV高压线的安全距离为8米； 154-220kV高压线的安全距离为10米； 350-500kV高压线的安全距离为15米。
功率对比
t t
电压和电流有900的相位差
直 流
有功功率
电容
无功功率
交
电感
流
有功功率
趋肤效应
频率越高趋肤效应效果越是明显，直流输电则没有这个问题
半波输电（HWACT）是指输电的电气距离接近一个工频半波，即3000公里的 超远距离的交流输电。其基本原理是：当交流线路长度等于半波长时，输送 功率极限可以达到无穷大，半波输电正是根据这一特性而确定的输电方式。 自21 世纪以来，中国、巴西、俄罗斯等国发现半波输电对于大规模的能源开 发具有很强的吸引力，半波输电技术成为电力行业科研领域的热点。
提高电 能传输 的经济
提高传输 容量和传 输距离。
性。
节省线
路走廊
继电 保护
高压直流输电特点
换流装 置较昂
贵
消耗无 功功率
多
换流 装置
产生谐 波影响
输电 线路
线路造 价低
年电能 损失小
限制短 路电流
调节快 速，运 行可靠
没有电 容充电 电流 节省线 路走廊
01 高压交流输电现状
杨敬明
通常输电电压一般分为高压、超高压和特高压。对于我国绝大部分电网来说，110kV220kV称为高压电网，300kV、500kV和750kV称为超高压电网，而特高压由±1000kV及以上交 流和±800kV及以上直流输电构成。
高压交流输电
1 高压输电：10kV到220kV的输电电压 2 超高压输电：330kV，550kV，750kV输电电压 3 特高压输电：1000kV以上的输电电压
高压交流输电
高压直流输电
主要由换流站（整流站和逆变站）、 直流线路、交流侧和直流侧的电力 滤波器、无功补偿装置、换流变压 器、直流电抗器以及保护、控制装 置等构成（见图直流输电系统的基 本构成）。其中换流站是直流输电 系统的核心，它完成交流和直流之 间的变换。
③特高压技术对于人体健康的隐患一直引 起人们的担忧。
交流特高压线路反事故措施应用现状
主要从设计上对事故多发地区的线路
空气间隙适当增加裕度；在可能引发强风
的微地形地区，合理采用“V”型串；对
运行中易产生风偏故障区域的绝缘子下方
加装重锤。
防雷
在晋东南—荆门特高压线路采用负保护角， 并考虑加装第三根地线的防雷设计；对地面倾 斜角小于20的平原路段，采用地线保护角小于 4°猫头塔；对地面倾斜角大于20°山区，采用 地线保护角小于-2°酒杯塔，使2根地线的距离 不超过中相导线距离地线的4倍，其雷击跳闸率 可控制在0.1次/（100km·年）内。
高压交流输电和直流输电 现状与发展趋势
汇报人：
目录 /CONTENTS
01 高压交流输电的现状 02 高压交流输电的发展趋势 03 高压直流输电的现状 04 高压直流输电的发展趋势 05 高压交流输电与直流输电的对比总结
交直之争
高压交流输电
从发电站发出的电能，一般 都要通过输电线路送到各个用电 地方。根据输送电能距离的远近， 采用不同的高电压。从我国的电 力情况来看，送电距离在200～ 300公里时采用220千伏的电压 输电；在100公里左右时采用110 千伏；50公里左右采用35千伏或 者66千伏；在15公里～20公里 时采用10千伏、12千伏。
白银变电站中高温超导电缆 云南吉普变电站高温超导电缆
超导输电技术——技术瓶颈
Superconducting transmission technology——Technical bottleneck
超导输电技术在过去 20 年取得了长足 的发展, 但要真正实现大规模应用, 还存 在多方面的问题亟待解决。
1于564.直～5米2流2，0k3输V5～线电1路1，通0k过V没线居路民通区过不交小通于困7.难5米地，区3不5～小1于105k.5V米线；路通过非居民区不小 3不5小～有于116复0.k5V米阻线。抗路通，过只非居民区不小于7.5米，35～110kV线交路流通过输交电通，困难架地高区 关关于的会 损高可压以在耗线换电。距算阻民的居标上建准有筑：的安全距离，中国没有明确的距离线 保规路 持定，和 距但电 离是有线一之个间相
中国最早的一条特高压线路建成于2009 年 1 月，我们通常称之为“1000 千 伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程”。它与后来建设的几条超远距 离线路比较，尽管它的输送距离只有 640 公里，但它是全球第一个投入商业运营 的特高压工程，正是因为它的投运，实现了华北与华中的特高压跨区联网。
南阳开关站
对无法避免线路经过重冰区的情况 下，根据导线脱冰跳跃影响进行了导线 的布置方式、杆塔选型、档距配置等研 究和设计。
防风偏 防覆冰
失谐间隔棒防舞装置 线夹回转式间隔棒 双摆防舞器
防舞动
防污闪
防微风 振动
防污闪事故措施主要是从设计上通过增 加绝缘子串长，提高泄漏距离来提高耐污闪 能力；在污秽严重地区采用大吨位、高强度 的合成绝缘子；对空挂或运行绝缘子进行饱 和盐密测量，及时制定或修订污区图、根据 实际情况使用防污闪涂料、开展带电清扫技 术的研究与应用；开发在线监测系统，及时 安排状态检修等。
特高压输电技术的优点和缺点
优点
①提升电量的输送效率，减少外界环境因 素对输电过程的干扰，同时特高压输电不需要无 功补偿，电力输送能力仅受导线耐热的限制。
②提高输电的稳定性和可靠性，避免电能 在传输过程中的浪费，实现特定环境下较远间隔 电力系统间的大功率输电。
③实现电力传输的低成本化。一条特高压 电线输电量是普通电压电路输电量的三倍，这就 意味着在同样情况下，特高压输电使用的导线、 铁塔材料仅为传统输电方式的一半左右，能够节 省约 1/10 的电网成本。
半波输电技术
Half Wavelength Transmission
半波输电技术是长距离、大容量的输电技术， 使其适用于幅员广大的国家。半波输电技术 有望成为中国未来可能的输电方式之一，半 波输电与中等长度的交流输电相比，主要优 势如下： 1.无需安装无功补偿设备 2.全线无需设中间开关站 3.输送能力更强 4.经济性更佳
常温绝缘型超导输电电缆
超导输电技术——工程案例
Superconducting transmission technology——project case
1.美国南方电线公司于 1999年首先将30m 长、 12.5kV/1.25kA 三相交流高温超导电缆安装在 其总部进行供电运行。 2.丹麦于 2001年研制出 30m长，36kV/2kA 的 三相交流高温超导电缆并进行并网运行实验。 3.2006 年，日本住友公司完成了全球第一组 以商业化方式订制的100m长，2kV/1.25kA 三 相交流高温超导电缆的开发并交付韩国使用。
美国长岛600m超导电缆（2006）
美国Southwire200m Triax超导电缆（2006）
超导输电技术——工程案例
Superconபைடு நூலகம்ucting transmission technology——project case
我国自“九五”计划以来开展了高温超导电 缆的研究。（1）2000年完成了6m长、2 kA 的高温超导输电的研制和实验。（2）2001 年云南电力公司与北京英纳超导公司合资成 立云电英纳超导电缆公司，从事高温超导电 缆的研究开发，2004年完成33m长、35 kV/2 kA 高温超导交流电缆的研制，安装在云南普 吉变电站运行。（3）2011年2 月份，中国科 学院电工研究所在甘肃省白银市政府支持下， 在白银市建成了长75 m、10.5kV/1. 5kA 高温 超导电缆。
1. 需要提高超导材料的临界温度。较 低的运行温度意味着更大的运行维 持成本。
2. 需要大幅提高辅助设备的长期运行 可靠性。直接决定了超导电力设备 的安全可靠性。
3. 需要进一步大幅降低高温超导材料 的价格。超导传输的材料造价比常 规电力设备高出几十倍到上百倍。
半波输电技术
Half Wavelength Transmission
超导输电技术
Superconducting transmission technology
超导输电技术是利用高密度载流能力的超导 材料发展起来的新型输电技术，超导输电电 缆主要由超导材料、绝缘材料和维持超导状 态的低温容器构成。超导材料的载流能力可 达到 100～1000A/mm2（约是普通铜或铝的载 流能力的 50～500倍），且其传输损耗几乎为 零。超导输电技术的优势可归纳为：1）容量 大；2）损耗低；3）体积小；4）重量轻；5） 增加系统灵活性。由于上述优越性，超导输 电技术可为未来电网提供一种全新的低损耗、 大容量、远距离电力传输方式。
03 高压直流输电的现状 Current Situation of High Voltage Direct Current Transmission
高压直流输电的现状 – 概述
Current Situation of High Voltage Direct Current Transmission – Overview
中国进入特高压电网时代
榆横—潍坊1000千伏特高压交流输变电工程，途经陕西、山西、河北、山东4省， 变电容量1500万千伏安，全线双回路架设，全长2×1048.5千米，2017年8月14日正式 投运。
榆横-潍坊工程经济、社会、环境效益巨大 促进陕西与山西能源基地开发与外送：陕西、 山西是建立大型煤电基地的首选。目前开展前期 工作煤电项目约8000万千瓦。 有效缓解华北地区电力供需矛盾：有力支撑 华北特高压交直流主网架构建，提高华北地区电 网承载能力，大幅提高“西电东送”能力，有效 缓解华北地区用电紧张局面。 有力拉动经济增长：将增加输变电装备制造 业产值109亿元，直接带动电源投资约602亿元， 可增加就业岗位1.7万个，每年拉动GDP增长77亿 元，增加税收14亿元，将有利于将西部和北部资 源优势转化为经济优势，
高压直流输电
1 高压直流输电：±600kV及以下
2 特高压直流输电： ±750kV和±800kV
高压直流输电
整流
高压直流输电
逆变
高压直流输电
输电线路对比
杂散电容
线路等效电感
杂散电容会让电压衰减，出现相位差。 频率越大，电感的感抗也随之越大，而电容的容抗越小。
输电线路对比
线与地面的最小距离，在最大计算弧垂情况下，不应小于下列数值： 35～110kV线路通过居民区不小于7米，35～110kV线路通过非居民区不小于6 米，35～110kV线路通过交通困难地区不小于5米；
中国进入特高压电网时代
自 2006 年 8 月第 一条特高压工程，即 1000 千伏晋东南—南 阳—荆门特高压交流 试验示范工程开工建 设，截至 2018年底， 中国已累计建成“八 交十四直”22个特高 压工程，在建“六交 三直”9 个特高压工程。 特高压电网远距离输 送的能力正在获得验 证。
中国进入特高压电网时代
并网
电压 幅值
频率
交流
波形
相位
电压 幅值
直流
极性
输电距离对比
1）在输送相同功率的情况下，1000kV特高压输电线 路的最远经济送电距离1500km，约为500kV线路的3倍。 2）采用± 800kV直流输电技术使超远距离的送电成为 可能，经济输电距离可以达到2500km及以上。
高压交流输电特点
采用阻尼间隔棒，防振锤等措施，但 特高压线路导线平均挂点更高，从确保安 全的角度出发，我国特高压线路的防振参 照了超高压线路的方式进行了防振设计。
想回答三个问题
“坚强的智能电网”为什么会频繁停电？ 交流输电和变电运维人员的现状？ 中国的交流输电还有希望么？有
02 交流输电未来发展趋势
（1）超导输电技术 （2）半波输电技术
④促进电力均衡发展，在煤炭或水利能源 丰富的地区建设大型发电厂，再利用特高压输电 技术将电力资源配送到用电负荷大的地区，就能 够降低能源运输成本 。
缺点
①国内拥有特高压输电技术的电气制造商 家大多是从国外引进技术和设备，而我国本土的 设备和技术还不成熟，有待整体性提高。
②国际电气技术的高速发展与更新换代， 特高压输电技术的诸多相关技术也需要实时更新， 变压器、避雷器等相关技术产品的研究和应用需 要加强。
1-10kV高压线的安全距离为6米； 35-110kV高压线的安全距离为8米； 154-220kV高压线的安全距离为10米； 350-500kV高压线的安全距离为15米。
功率对比
t t
电压和电流有900的相位差
直 流
有功功率
电容
无功功率
交
电感
流
有功功率
趋肤效应
频率越高趋肤效应效果越是明显，直流输电则没有这个问题
半波输电（HWACT）是指输电的电气距离接近一个工频半波，即3000公里的 超远距离的交流输电。其基本原理是：当交流线路长度等于半波长时，输送 功率极限可以达到无穷大，半波输电正是根据这一特性而确定的输电方式。 自21 世纪以来，中国、巴西、俄罗斯等国发现半波输电对于大规模的能源开 发具有很强的吸引力，半波输电技术成为电力行业科研领域的热点。
提高电 能传输 的经济
提高传输 容量和传 输距离。
性。
节省线
路走廊
继电 保护
高压直流输电特点
换流装 置较昂
贵
消耗无 功功率
多
换流 装置
产生谐 波影响
输电 线路
线路造 价低
年电能 损失小
限制短 路电流
调节快 速，运 行可靠
没有电 容充电 电流 节省线 路走廊
01 高压交流输电现状
杨敬明
通常输电电压一般分为高压、超高压和特高压。对于我国绝大部分电网来说，110kV220kV称为高压电网，300kV、500kV和750kV称为超高压电网，而特高压由±1000kV及以上交 流和±800kV及以上直流输电构成。
高压交流输电
1 高压输电：10kV到220kV的输电电压 2 超高压输电：330kV，550kV，750kV输电电压 3 特高压输电：1000kV以上的输电电压
高压交流输电
高压直流输电
主要由换流站（整流站和逆变站）、 直流线路、交流侧和直流侧的电力 滤波器、无功补偿装置、换流变压 器、直流电抗器以及保护、控制装 置等构成（见图直流输电系统的基 本构成）。其中换流站是直流输电 系统的核心，它完成交流和直流之 间的变换。
③特高压技术对于人体健康的隐患一直引 起人们的担忧。
交流特高压线路反事故措施应用现状
主要从设计上对事故多发地区的线路
空气间隙适当增加裕度；在可能引发强风
的微地形地区，合理采用“V”型串；对
运行中易产生风偏故障区域的绝缘子下方
加装重锤。
防雷
在晋东南—荆门特高压线路采用负保护角， 并考虑加装第三根地线的防雷设计；对地面倾 斜角小于20的平原路段，采用地线保护角小于 4°猫头塔；对地面倾斜角大于20°山区，采用 地线保护角小于-2°酒杯塔，使2根地线的距离 不超过中相导线距离地线的4倍，其雷击跳闸率 可控制在0.1次/（100km·年）内。