世界特高压输电技术路线图

特别策划
FEATURES
从上世纪７０年代开始，针对特高压输电工程的需要，为了发挥特高压输电的潜在经济性，很多国家开展了一系列特高压输电技术相关研究。

美国、苏联、日本、意大利、加拿大和中国等都分别建设了特高压试验基地，开展理论研究、工程技术研究、电气设
编者按
世界电网等级从　１１０千伏到１０００千伏，经历了半个多世纪的风雨兼程。

这个过程也是世界电力技术从无到有，从简单到复杂，从低级到高级的历程。

特高压输电技术作为目前电网技术的巅峰之作，也经历了多年严谨扎实的科学试验和研究。

本文将介绍特高压输电技术在各国的发展历程，向读者展示世界特高压输电技术如何一步一个脚印地攻坚克难，攀上巅峰。

世界特高压输电技术路线图
本刊记者高 靖
样采用同杆双回方案。

１９８８年秋，日本开始动工建设特高压线路，并于１９９２年４月２８日建成了从西群马开关站到东山梨变电站１３８公里的特高压输电线路。

１９９３年１０月又建成从柏崎刈羽核电站到西群马开关站的南新泻干线中４９公里的特高压线路部分。

两段特高压线路全长１８７公里。

１９９９年完成东西走廊从南磐城开关站到东群马开关站的南磐城干线１９４公里和从东群马开关站到西群马开关站的东群马干线４４公里特高压线路的建设，两段特高压线路全长２３８公里。

１９９５年，特高压成套变电设备在新榛名变电所特高压试验场安装完毕，随
即进行带电考核。

截至２００４年６月底，日本特高压设备在１０００千伏电压下累计带电时间达到１６８３天。

但是，随着２０世纪９０年代经济泡沫破灭，以及亚洲金融危机给日本带来的冲击，日本经济出现负增长，核电站建设计划推迟，特高压工程建设速度也随之放慢，已建成的特高压线路一直降压运行。

但是，日本仍对特高压在国内的应用前景持乐观态度。

根据日本东京电力公司的预测，２０１０年左右，南磐城特高压干线将升压到额定电压运行。

历史再次证明电网发展和经济发展的密切关系。

在特高压输电技术成熟可行的情况下，发达国家的特高压
输电工程暂时搁置或规划延迟，其根
本原因是世界经济格局发生重大调整和变化。

随着发达国家纷纷进入知识经济时代，大力发展能耗低、附加值大的信息、生物、微电子、金融、贸易等行业，其用电负荷增长率也逐步降低。

上世纪８０年代后，这些国家的平均年用电量增长仅为１％～２％，原计划在远离负荷中心建设的大型和特大型电厂不得不停建。

与此同时，世界制造业逐渐向新兴的发展中国家转移，正在实现经济崛起的中国、印度、巴西等国近年来经济迅速发展，用电负荷不断攀升，大型机组和大规模火电厂、水电站和核电站纷纷开工上马，并将目光投向特高压。

备研制和实际模型的试验与考核，多年来特高压输电技术研究硕果累累。

世界各国从上世纪７０年代开始的特高压技术研究，大多数研究项目和任务（包括主要设备的原型试验）已于１９８３～１９８６年基本完成。

世界第一条１１５０千伏特高压输电线路和户外变电
站于１９８５年在前苏联投入商业运营。

国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）组织来自特高压输电研究和建设的各国专家成立了３８·０４工作组，对特高压技术进行了全面评估，并于１９８８年以３８委员会的名义提出报告确认：特高压交流输电技术的实际应用已经成熟。

根据
现有的知识和经验，±８００千伏是特高压直流输电确实和有把握的可行电压等级。

经过各国对特高压技术多年的研究试验，技术问题早已不是特高压输电发展的限制因素。

特高压电网出现和发展的进程，由大容量输电的市场需求所决定，主要取决于用电负荷的增长情况。

特高压技术三大研究方向
特高压输电技术是在超高压输电技术基础上发展的。

根据超高压输电的设计和运行经验，以及特高压输电建设和运行的经济和环境保护要求，特高压电晕效应、特高压绝缘及要求、电磁场及其影响，成为需要进行深入研究的三大关键技术问题。

特高压输电线路导线在天气恶劣的条件下，表面电场强度超过临界值后将使周围空气分子电离，形成正、负带电粒子，正、负离子碰撞和复合过程产生光子，并出现电晕放电。

电晕放电将产生电晕功率损耗和可听噪声，对无线电、电视信号产生干扰。

如果不采取技术措施，特高压导线电晕放电可能会比超高压导线更严重。

因此，电晕放电是决定特高压导线包括导线数及其结构的决定性因素。

特高压电晕效应研究就是要通过合理地选择导线数目和各相导线的结构，使电晕放电的影响降到最小。

雷电对架空地线（又称为避雷线）等的放电，或雷电绕过架空地线对相导线的放电，将在特高压输电线路上产生雷电过电压，断路器的各种操作将产生工频过电压和操作过电压。

特高压的各种过电压现象虽与超高压类似，但其特性有很大的差异。

特高压的过电压决定绝缘系统设计和绝缘水平。

特高压电网及其设备的绝缘水平直接影响成本和可靠性。

因此，必须针对特
高压电网过电压水平采取技术措施，
限制工频过电压，特别是要限制操作
过电压在尽可能低的合理水平。

任何输电线路和变电站的裸露导
线，在其周围和地面将产生工频电场
和磁场。

特高压输电产生的电磁场与
目前的超高压输电没有严格的区别。

但由于电压升高，电流增加，特高压输
电产生的电磁场成为公众关心的问题。

特高压输电的电磁场强度限制要求，
决定了输电铁塔的高度和线路走廊宽
度等，直接影响建设成本，同时影响输
电线路下的生态安全问题和环境问题。

特高压输电应采取技术措施，使其对
生态环境的影响降至最低，既保证安
全，又降低成本。

对特高压输电关键技术的研究，
是为了掌握特高压输变电的技术特点
和输电电网的特性，通过研究，为线路
设计、变电站设计以及主要设备设计
和制造，提供技术依据、技术参数及技
术规范，做到特高压电网的建设和运
行成本合理，既具有市场竞争力，同时
又符合环境保护的要求。

美国的特高压技术研究
美国电力公司、邦德维尔（ＢＰＡ）
电力局和通用电力公司都进行了特高
压技术研究。

美国电力公司和瑞典通用电气公
司的特高压研究试验站，位于匹茨菲
尔德附近。

特高压试验场的基本设施
包括，由每个档距长３０５米的三个档距
组成的单相试验线段，站内有瑞典通
用电气公司制造的特高压变压器。

从
１９７４年开始，试验站进行了导线电晕
特性的广泛研究，在不同电压下试验
了不同的导线结构，计算它们的电晕
特性对环境的影响，进行了可听噪声、
无线电杂音、电视干扰、恶劣天气条件
和未来特高压线路预期的电压水平相
互作用造成的电晕损失为特征的综合
性试验研究。

在单相特高压试验线段
上进行了四种分裂导线布置的长期试
验。

通过对四种结构相导线特性进行
的长期试验，优化导线结构，减少子导
线数并在分裂导线内采用不对称间隔，
以满足环境要求。

此外，在铁塔体系、
线路可听噪声的音质影响以及电场对
特高压试验线段附近农作物生长影响
等方面也开展了研究。

瑞典通用电气
公司已经进行发展性试验，以确定和
验证特高压设备的绝缘设计。

对支持
绝缘子、入口套管进行了气体绝缘设
备的研究，并且探讨了不同气体质量
和压力的影响。

在俄亥俄铜公司的弗
朗克·毕·布兰克试验室和加拿大魁北
克水电局高压试验室，进行了特高压
长空气间隙试验。

１９７６年，美国在ＢＰＡ莱昂斯试验
场和莫洛机械试验线段上开始进行特高
压线路的广泛研究和开发。

莱昂斯特高
压试验场由２１公里三相１２００千伏线路
组成，它由ＢＰＡ２３０千伏系统经２３０／
１２００千伏５０　兆伏安变压器供电，用于
电气性能研究。

在莫洛试验线段上，进
行了机械结构研究，考验不同结构的机
械性能。

在策昂斯试验线段还进行了电
晕和电场研究，生态和环境研究等。

为
了得到１１００千伏线路绝缘强度全尺度
试验室数据，还进行了雷电冲击绝缘研
究。

在ＢＰＡ的卡莱试验室和莱昂斯１２００
千伏试验线段上，进行导线、绝缘子和
金具电晕特性的研究，对４１毫米直径子
导线，８和７分裂导线的长期可听噪声、
无线电杂音、电视干扰、电晕损失和臭
氧的发生进行观测。

在ＢＰＡ曼根机械—
电气试验室和莫洛机械试验站进行机械
和结构试验，包括线路载荷（风和冰载
荷）、导线运行（风吹振动、子导线振
荡和舞动）对杆塔、导线、金具和绝缘
等影响。

研究还包括１１００千伏线路铁塔
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和线路检修技术；１２００千伏线路电场对农作物、天然生长蔬菜、蜜蜂、野生动物、家禽影响的生态研究；对变电站设备进行试验，噪声和工频电场的研究；对变压器、避雷器和ＳＦ６气体设备的性能评价等。

美国通用电力公司的雷诺特高压试验场，１９６７年开始实施１０００～１５００千伏架空线路的研究计划。

１９７４年，美国电力科学研究院（ＥＰＲＩ）开始建设１０００～１５００千伏三相试验线路并投入运行，进行了长达三年的研究工作，另有两台特高压变压器、避雷器、耦合电容器和有关设备，使单相线段扩充为三相运行。

三相特高压试验线路长５２３米，试验电压相对相间达１５００千伏。

在特高压研究工作中，许多不同类型的线路和变电站设备进行了深入的操作冲击试验，在特高压电压下进行了污秽绝缘子工频电压试验。

对直径３３～５６毫米子导线的６～１６分裂导线，测量了可听噪声、电晕损失、电视干扰、地面场强和臭氧发生量。

同时，还进行了特高压线路电场效应的研究，以及铁塔的安装试验、特大型变压器设计和考核的试验研究。

特高压研究的设备亦可用于特高压直流输电的研究。

作为研究项目的一部分，安装了新的设备，就有可能对高至±１５００千伏直流的试验电压进行综合性试验。

前苏联的特高压技术研究
前苏联特高压科研工作大体分三个阶段：１９７２年之前集中精力从事基础研究；１９７２～１９７８年开展设备研制攻关，进行样机试制；１９７８～１９８０年转入工厂化生产的同时，将原型设备投入试运行考核。

正因为这些扎实的科研开发工作，才使前苏联投运的特高压电气设备具有可靠的质量，运行多年来未出现重大设备事故。

前苏联第一条５００千伏输电线投入运行后不久，在开展７５０千伏科研工作的同时，就开始有计划地组织全苏电工研究院、直流研究院以及高等院校，针对百万伏级输电的可能性进行大量的外绝缘试验和设备绝缘结构的研究，为设备研制奠定了基础。

１９７２年之前，这些工作主要是在科研院校和设计单位通过物理、数学模拟以及实际的放电试验取得技术数据。

１９７２～１９７８年，由制造厂参加致力于新产品开发，并建设工业性试验线路，使研制出的原型产品在试验线路上进行长期试运行考核，从而提供改进产品工艺和质量的依据。

由于这一系列扎实的基础科研、产品开发以及中间试验各个环节的实施，保证了在埃基巴斯图兹、科克契塔夫等变电站投运的特高压输电设备的质量。

前苏联特高压输电技术的研究主要围绕以下四个方向进行：
绝缘问题研究。

绝缘最棘手的问题是长间隙的异常放电，无论是操作冲击还是雷电冲击，放电并不都是沿着最短间隙路径发展。

前苏联１１５０千伏线路曾几次出现雷电绕过架空地线直击输电线路的绕击事故，架空地线很难对雷电起到屏蔽作用，由于这种异常放电，要进行大量的研究才能掌握长间隙放电的规律，因此决不能简单地认为百万伏级电压等级是５００千伏和７５０千伏电压等级的线性延伸。

系统问题研究。

前苏联深入研究了特高压输电线路投入电网系统后对系统运行稳定性带来的影响问题。

一旦线路发生故障，应采取怎样的反事故措施，才能保证系统安全运行，同时还要研究线路有功和无功的优化调整方法。

１１５０千伏输电线路建设过程中，采取了一系列措施，其中包括在火电、水电及核电站安装具有灵活调整负荷能力的机组，要求耗能大的用户也应
具有负荷调整能力。

线路和设备研制。

设备研制过程中一个十分重要的问题是建立能进行长期带电和带负荷试验的线路，以便承担研制新产品进行工业性试运行考核的全部任务。

生态和环境问题研究。

从上世纪６０年代开始，特别是１９８０年以后，前苏联利用试验线段就线路和变电站地面场强、导线引起的可听噪声、无线电干扰和电视干扰等进行了大量研究工作。

日本的特高压技术研究
日本中央电力研究所（ＣＲＩＥＰＩ）、东京电力公司（ＴＥＰＣＯ）和ＮＧＫ绝缘子公司开展了特高压研究。

１９８０年，中央电力研究所在赤诚建立了长６００米、双回路、两档距１０００千伏试验线段。

试验设备包括污秽绝缘子试验用的特高压雾室、连续对绝缘子加压的试验设备、用于可听噪声试验的电晕笼。

在特高压试验线段上，进行了８分裂、１０分裂和１２分裂导线和杆塔在强风和地震条件下的特性试验，进行了特高压施工和维修技术、可听噪声、无线电、电视干扰，以及电磁场对于蔬菜、家禽的生态影响等方面研究。

在东京电力公司的高山石试验线段上，进行了分裂导线和绝缘子串的机械性能，如舞动和覆冰等性能的研究和技术开发。

试验线路由两个档距１０分裂ＡＣＳＲ导线构成。

采用ＮＧＫ公司的电晕试验设备和１０００千伏污秽试验设备进行了污秽条件下绝缘子串的无线电干扰电压（ＲＩＶ）和可听噪声试验。

试验还包括线路的操作、雷电、工频过电压和相对相空气间隙，以及在污秽条件下的原型套管和绝缘子串闪络特性试验。

另外，日本还在武山、盐原、横须贺等地建设户外污秽试验场，进行绝缘污秽试验。

意大利的特高压技术研究
自１９７１年意大利确立了１０００千伏研究计划后，开始在不同的试验站和试验室进行特高压的研究、技术开发和论证工作。

在萨瓦雷托试验场的研究计划有１０００千伏主要试验设施，包括１公里长的试验线段和４０米的试验笼组成的电晕、电磁环境试验设备。

完成了操作和雷电过电压试验，包括空气间隙的操作冲击特性、特高压系统的污秽条件下表面绝缘特性、ＳＦ
６
气体绝缘特性、非常规绝缘子的开发试验。

在萨瓦雷托试验线段上进行了可听噪声、无线电杂音、电晕损失的测量。

试验三种不同的导线结构即１５毫米子导线直径，子导线间距为０．４５米的６、８和１０分裂导线的试验。

在电晕试验笼内，对多达１４根子导线的对称型分裂结构，６、８和１０根子导线的非对称型分裂结构以及０．２、０．４、０．６米直径管形导线进行了试验。

对特高压绝缘子和金具的干扰水平、线路振动阻尼器、间隔器、悬挂金具和连接件的机械结构等也开展了试验研究。

关于电场的生态效应，在萨瓦雷托的特高压试验线段下以及在试验笼中对老鼠、野鼠、兔子、狗对电磁场的反应进行了试验研究。

另外，萨瓦雷托试验站和意大利中心电气试验室还进行了特高压电气原型设备的试验。

在米兰的意大利电力中心试验室及普拉达纳帕斯机械试验场和布鲁亥利欧机械试验室也进行了特高压相关试验。

加拿大的特高压技术研究
加拿大魁北克水电局高压试验室进行了电压达１５００千伏额定电压的输电系统设备试验。

魁北克水电局为线路导线电晕研究使用的户外试验场，由试验线段和两个电晕笼组成。

试验线段和电晕笼均用于高至１５００千伏的交流系
统和±１８００千伏的直流系统的分裂导
线的电晕试验。

试验线段单档距长３００
米。

试验笼由截面５．５米×５．５米正方
形相邻的两个铁丝网组成。

在魁北克
高压试验室进行了高达１５００千伏的线
路和变电站空气绝缘试验。

在魁北克
水电局户外试验场，对四种分裂导线
结构进行研究：分别为８×４１．４毫米，
６×４６．５３毫米，８×４６．５３毫米和６×
５０．７５毫米。

此外还在试验笼中进行了
一般的研究，用以评价从１～１６根子导
线的分裂结构，导线尺寸在２３．５～７７．２
毫米范围内的特性变化。

魁北克水电
局还对±６００～±１２００千伏直流输电
线路的电晕、电场和离子流特性进行
研究。

进行４、６、８分裂导线上的空气
动力（例如拖曳、抬高、偏移）的风洞
测量。

在马德兰岛试验线段上，还进行
不同风速条件下６分裂导线的动力特
性研究和１２分裂导线的空气动力研究。

中国的特高压技术研究
在中国，特高压技术研究起步较
晚，始于１９８６年。

中国电力科学研究
院、武汉高压研究所、电力建设研究所
和有关高等院校开展了特高压输电的
基础研究，利用各自特高压试验设备
进行了特高压外绝缘放电特性，特高
压输电对环境的影响研究，架空线下
地面电场的测试研究，工频过电压、操
作过电压的试验研究等。

武汉高压研
究所于１９９４年建设了１０００千伏级，长
２００米，８分裂导线水平排列的试验线
段。

电力建设研究所于２００４年建设的
杆塔试验站可进行特高压单回路８×
８００分裂导线，３０°～６０°转角级杆塔
原型强度试验，还可进行特高压输电
线路防振设计方案试验。

近年来，随着特高压试验示范工
程的前期研究和开工建设，国家电网
公司组织实施了近百项关键技术课题
研究，涵盖了换流技术、设备技术、试
验技术、运行技术、电磁环境、建设工
期等多个方面，在特高压输电的关键
技术领域取得了一系列重要成果：确
定了特高压电网的电压标准，明确了
特高压电磁环境指标的限值，确定了
过电压和绝缘配合方案，确定了特高
压直流工程标准输电容量，论证了特
高压输电的经济性，在绝缘配合、高海
拔研究、防雷研究等领域已经达到国
际先进水平。

意大利１０５０千伏单相变压器。