超特高压概述.

超特高压概述——特高压交直流混合电网超特高压电网概述定义超高压：330kV至750kV的输电线路特高压：±800kV及以上的直流电1000kV及以上的交流电特点电压等级高输电距离远、范围广线路损耗小交直流混合输电7841460815409802478103000060000900002005年2010年2015年2020年10.6%5.2%8.2%亿千瓦时全国用电量12770099100658193763903000060000900001200001500002005年2010年2015年2020年11.8%5.2%8.5%万千瓦最大负荷1756331435759791951718040000800001200001600002000002005年2010年2015年2020年13.6%4.1%8%万千瓦全国装机发展特高压的必要性•满足经济社会发展对电力的需求3我国能源资源分布图西藏台湾煤炭资源水能资源负荷中心华中西北南方华东华北东北风电基地•促进能源资源更大范围优化配置4特高压电网发展规划远期目标：实现全球能源互联网电网格局：两个特高压同步电网西部（西北+川渝藏）、东部（“三华”+东北三省+内蒙古）输电方式：交、直流协调发展输电规模：1.1亿千瓦——3.7亿千瓦建设工程：“四交六直”“五交八直”“十交两直”“十二五”特高压直流输电工程序号项目起点落点电压等级（千伏）输送容量(万千瓦)长度（公里）1锦屏～苏南锦屏苏南±80072020832哈密～河南哈密郑州±80076022103溪洛渡～浙江溪洛渡浙西±80076016804宝清～唐山宝清唐山±80076015005酒泉～湖南酒泉湘潭±80076023006呼盟～山东呼盟青州±80076016007陕西～山东彬长临沂±80076012008哈密北～重庆哈密重庆±80076023009宁东-浙江宁东绍兴±800760200010锡盟～江苏锡盟泰州±800760160011蒙西～湖北蒙西武汉±800760145012陇东～江西陇东新余±800760140013准东～成都准东成都±1100105026876直流与交流输电交替历史1882年，法国物理学家德普勒，以1500~2000伏电压，沿着57公里的电报线路，把电力送到在慕里黑举办的国际展览会，完成了第一次直流输电试验，也是有史以来的第一次输电试验。在十九世纪八九十年代，人们逐步掌握了多相交流电路的原理，创造了交流发电机、变压器和感应电动机。因为交流电的发电、变压、输送、分配和使用都很方便，而且经济、安全和可靠。因此，交流电就几乎完全代替了直流电，并发展成今日规模巨大的电力系统。高电压大容量的可控汞弧整流器的研制成功，才为高压直流输电的发展创造了必要的条件。20世纪60年代可控硅整流元件的出现，为换流设备的制造开辟了新的途径，高压直流输电也出现了新的前景。一、高压直流输电概述——基本原理特高压直流输电（UHVDC）原理2019/12/179UHVDC运行方式两端直流输电系统（1）单极系统，大地、金属线（或海水）作为回线，常用作故障切换运行方式；（2）双级系统，常用的接线方式；（3）背靠背系统，无中间的输电线路，常用作不同电网的互联。多端直流输电系统由三个或三个以上换流站连接换流站之间的高压直流输电系统，因技术原因，暂时还没有被广泛应用。交流输电系统的技术问题sinEUPX输电距离的限制稳定性问题•潮流难于控制•振荡与摇摆一、高压直流输电概述——背景交流输电系统的技术问题交变的电磁场：无功问题恒定的电磁场：没有无功问题一、高压直流输电概述——背景线路造价低输电损耗小输送容量大限制短路电流节省线路走廊实现非同步电网互联功率调节控制灵活直流输电的优点12换流设备较昂贵换流站消耗无功功率多换流器产生谐波影响换流器过载能力低缺乏直流开关对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀直流输电的缺点1330%～50%Pd(整流器）40%～60%Pd(逆变器)短期过载（2h）：1.1p.u.暂时过载（3-10s）：1.25-1.5p.u.经济效益性——等价距离等价距离：UHVDC与UHVAC总投资费用相等时，输电线路的长度。特高压交流输电是指1000千伏及以上的交流输电，具有输电容量大、距离远、损耗低、占地少等突出优势。特高压交流输电1、特高压交流输电的发展2、特高压交流输电的关键技术3、特高压交流输电的优势4、特高压交流输电的特点目录国内特高压交流输电的发展•2004年底，国家电网公司提出了特高压交流输电；•2006年8月，中国首个特高压输电工程--1,000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程投入建设；•2008年12月30日建成投入试运行；•2009年1月6日，正式投入运行；•2013年9月我国第二条1000kV特高压交流线路（淮南——浙江——上海）建成并投运。•以特高压交流试验示范工程为起点，国家电网公司正“整体、快速”推进特高压电网建设。计划在2020年前后，基本形成覆盖华北、华中、华东地区的特高压电网，实现“西电东送，南北互供”。国外特高压交流输电的发展•美国、前苏联、日本、意大利等国于60年代开始研究1000~1200kV特高压交流输电技术•前苏联在1981~1994年共建成1150kV输电线路2364km，苏联解体后，降压为500kV运行。•日本于1973年开始研究，建设了3条1000kV同杆并架双回路输电线路向东京电网送电。•意大利于20世纪60年代规划在南部建设大容量核电站，经研究采用1000kV电压等级向北部供电。•美国因没有发展长距离大容量输电工程的必要，暂时停止了特高压输电的试验。特高压交流输电的关键技术•1、特高压电网的无功补偿及电压控制技术•2、特高压电网的内部过电压保护•3、外部过电压及其保护•4、特高压电网的绝缘配合•5、特高压架空输电线路的导线、金具与杆塔无功补偿及电压控制技术•特高压线路的一个显著特点是线路电容产生的无功功率很大。在交流特高压输电线路输送功率较小时，并联电容产生的无功功率大于串联阻抗消耗的无功功率，电网无功过剩过大，电压上升，危及设备和系统的安全；当发生不对称接地故障或三相甩负荷，线路上将产生工频过电压，值越大，危害越大。内部过电压保护•电力系统内部过电压是指由于电力系统故障或者开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的电压升高。•电力系统的内部过电压可分为操作过电压和暂时过电压。•对于特高压线路，当发生单相接地故障后，故障两端跳闸，其他相仍在运行，由于相间电容和电感的存在，故障点仍有一定电流，成为潜供电流，会产生潜供电弧；由于电容和电感，在原弧道会产生恢复电压，从而增加了故障点自动熄弧的困难，导致自动重合闸失败。内部过电压保护•为了限制内部过电压，采取以下措施：（1）对于工频过电压，采用高压并联电抗器补偿高压线路充电电容，并使用可以调节或可靠的并联电抗器；使用良导体地线和金属氧化物避雷器来限制工频过电压。（2）对于潜供电流，采用有高压并联电抗器的线路，在高压并联电抗器中性点加装小电抗器对相间电容和相间对地电容进行补偿，减小潜供电流和恢复电压。（3）对于操作过电压，一般采用性能优越的金属氧化物避雷器(MOA)来限制操作过电压。也可加装合闸电阻断路器。外部过电压保护特高压电网所面临的外部过电压主要是雷电过电压，它是带电雷云快速放电而在输电系统中产生的一种幅值很高的电压。分为直击雷过电压和感应雷过电压。（1）可能在输电线路上产生的雷电过电压主要有几下几种类型：①雷电反击过电压②雷电绕击过电压③雷电感应过电压（2）特高压线路防护雷电过电压的措施①降低绕击过电压。②降低雷电反击过电压以及雷电跳闸率。绝缘配合（1）特高压架空输电线路的绝缘方式。特高压架空输电线路的高电压导体需要用绝缘子与不同电位的导体、杆塔、构架、大地等隔离开来，绝缘子的形式主要分电瓷、玻璃和有机绝缘3种类型。（2）特高压变电站内的绝缘方式。•支撑、悬挂、包容母线等裸露高压导体的绝缘方式主要采用各种绝缘子；•变压器、高压并联电抗器等设备采用油纸混合绝缘，绕组用绝缘纸包缠起来放在装有绝缘油的油箱中；•断路器主要采用SF6气体绝缘形式；•敞开式电流、电压互感器，避雷器，套管等设备可采用油纸混合绝缘或SF6气体绝缘形式架空输电线路的导线、金具与杆塔（1）导线的选择在晋东南-荆门1000kV特高压交流输电工程中，导线采用8分裂LGJ-500/35型钢芯铝绞线，架设两根底线。一为铝包钢绞线，一为光缆。线别型号截面直径计算重量计算拉断力安全系数导线LGJ-500/35531.3730.01642119.52.5地线JLB20A-170172.517.01152203.38-光缆OPGW-150176.517.51183201.5-安全系数：导、地线的设计安全系数是指导、地线拉断力与导地线在弧垂最低点的最大张力的比值：其中：K为导、地线的设计安全系数，为导、地拉断力（N），为导、地线在弧垂最低点的最大张力（N）。最大张力通常出现在覆冰、最低气温或最大风速运行工况下。根据《110kV~750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）中要求，导、地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5，悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。地线的设计安全系数不应小于导线的设计安全系数。max=/PKTT𝑇𝑃𝑇max架空输电线路的导线、金具与杆塔（2）杆塔的选择在晋东南-荆门1000kV特高压交流输电线路中，选用酒杯形直线塔、猫头形直线塔和干字形耐张塔。架空输电线路的导线、金具与杆塔（3）杆塔金具杆塔金具的主要作用是把导线连接起来组成通电回路，通过绝缘子将导线悬挂于杆塔上，并保护导线和绝缘子免受高电压的伤害，同时使电晕和无线电干扰控制在合理的水平。特高压交流输电的优势（1）输送容量大输电线路的输电能力与输电电压的平方成正比，与输电线路的阻抗成反比。𝑃=𝑈2/𝑍（2）更远的输送距离在输送相同功率的情况下，1000kV线路的最远送电距离可以达到500kV线路的4倍。（3）线路损耗低P=U𝐼，输电电压越高，输送相同功率的电能，所需电流就越低，损耗越小。（4）走廊利用率高以输送容量同为8GW为例，前苏联所用的1150kV线路同500kV线路作比较，所需线路走廊宽度如下表：特高压交流输电的优势线路走廊宽度比较电压等级（kV）5001150线路结构单回路双回路单回路一条线走廊宽度454590输送8GW所需线路条数631需要的走廊总宽度27013590特高压交流输电的优势（5）节省投资在输电总容量相同的情况下，采用1000kV来输送比500kV至少节省25%的投资。（6）联网能力强随着500kV电网规模的扩大，系统短路容量将不断增大，可能出现短路电流超过断路器的开断电流上限（约63kA）的情况。利用特高压联网增强网间功率交换能力，可在更大范围内优化能源资源配置，有利于改善电网结构，从根本上解决短路电流超标等问题。特高压交流输电的主要特点1）特高压交流输电中间可以落点；2）电网是等值转动惯量加大；3）特高压交流线路必须装设并联电抗器；4）特高压交流输电，可为直流多馈入的受端电网提供坚强的电压和无功支撑。（1）特高压直流输电的突出优点：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；利用特高压直流输电实现大区互联也具有优势，可减小或避免大量穿越功率，可按送、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。（2）特高压交流电网的突出优点：适用于超大功率、中距离输电场或大容量、较远距离、多落点输电场合，在经济上有竞争力。特高压交直流输电适用场合输电方式适用场合1000kV级交流输电中距离大容量或超大容量输电远距离、大容量、多落点输电区域电网主网架大区电网同步互联（谨慎）±800kV级直流输电和±1000kV（或±1100kV）级直流输电远距离大容量输电大区电网异步互联特高压交直流输电适用场合