讲义-特高压输电技术

电网的发展历程1875年，法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着世界电力时代的到来。1891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机：它发出的三相交流电通过第一条13.8kV输电线将电力输送到远方用电地区，使电力既用于照明，又用于动力，从而开始了高压输电的时代。1879年，中国公共租界点亮了第一盏电灯。1882年，第一家电业公司—电气公司成立。100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35，66，110，134，220，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。-

2-电网的发展历程输电电压一般分高压、

高压（HV）：35〜220kV；压和特高压压（EHV）：330

〜750kV；特高压（UHV）：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：±600kV及以下；特高压直流（UHVDC）：±750kV和±800kV。-

3-电网的发展历程1908年， 建成了世界第一条110kV输电线路；经过15年，于1923年，第一条230kV线路投入运行；1954年建成第一条345kV线路。从230kV电压等级到345kV电压等级经历了31年。在

345kV投运15年后，1969年建成了765kV线路。1952年，瑞典建成世界上第一条380kV 压线路。1965年， 建成世界第一条735kV 压线路-

4-电网的发展历程1952年，前 建成第一条330kV线路；1956年建成400kV线路；1967年建成750kV线路。从330kV电压等级发展到750kV电压等级用了15年时间。欧洲和 ，在 压输电方面，主要发展345kV、380kV和750kV电压级，500kV线路发展比较慢。1964年， 建成第一条500kV线路，从230kV到500kV输电，时间间隔达36年。前

的500kV电压等级是在400kV基础上升级发展起来的，1964年，建成完善的500kV输电系统。1985年，前 建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。从500kV电压等级到1150kV电压等级用了20年时间。-

5-电网的发展历程

中国， 前，电力工业发展缓慢，输电电压按具体工程决定，电压等级繁多：1908年建成22kV石龙坝水电站至

线路，1921年建成33kV石景山电厂至 城的线路。1933年建成抚顺电厂的44kV出线。1934年建成66kV延边至老头沟线路。1935年建成抚顺电厂至鞍山的154kV线路。1943年建成110kV镜泊湖水电厂至延边线路。-

6-电网的发展历程中国， 成立后，按电网发展电压等级，逐渐形成经济合理的电压等级系列：1952年，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐110kV输电网。1954年，建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后继续建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV线路，迅速形成东北电网220kV骨干网架。1972年建成330kV刘家峡—关中输电线路，全长534km，随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架。1981年建成500kV姚孟—武昌输电线路，全长595km。为适应葛洲坝-

7-电网的发展历程水电厂送出工程的需要，1983年又建成葛洲坝-武昌和葛洲坝-双河两回500kV线路，开始形成华中电网500kV骨干网架。

建成±500kV葛洲坝- 高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。2005年9月，中国在西北地区（青海官厅—兰州东）建成了一条750kV输电线路，长度为140.7

km。输、变电设备，除

GIS外，全部为国产。-

8-电网的发展历程中国电网的发展历程国际上各电压等级的出现时间：-

9-110kV230kV330kV345kV380kV400kV500kV735kV750kV765kV1908年（35）1923年（31）1952年（20）1954年1952年1956年1964年（17）1965年（40）1967年1969年1150kV

1985年（21）电网的发展历程电网发展的历史表明：相邻两个电压等级的级差，在一倍以上是经济合理的。新的更高电压等级的出现时间一般为15—20年。前 1150kV输电线路的运行表明：特高压输电技术和设备，经过20年的研究和开发，到20世纪80年代中期，已达到用于实际的特高压输电工程的要求。-

10-特高压输电的优点提高输送容量一项指标，其计交

的算CLZcP

U

2

U

2其中U为线电压，Zc为波阻抗L和C分别为单位线路长度上的电感和电容一回1000kV特高压输电线路的自然功率接近500万千瓦，约为500kV输电线路的五倍左右。±800kV直流特高压输电能力可达到640万千瓦，是±500kV高压直流的2.1倍，是±620kV高压直流的1.7倍。-

11-特高压输电的优点单回线路的输送能力-

12-特高压输电的优点限交流线路的输送功率可按下Xl其中：U1、U

2分别表示线路两侧电压值表示线路两侧电压角度差Xl

表示线路串联电抗缩短电气距离，提高稳定极

P

U1U

2

sin

1000千伏线路的电气距离相当于同长度500千伏线路的1/4～1/5。换句话说，在输送相同功率的情况下，1000kV特高压输电线路的最远送电距离约为500kV线路的4倍。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。-

13-特高压输电的优点降低线路损耗输电线路损耗可按下式其中：S表示线路输送容量U表示线路电压S

2Ploss

RU

2R表示线路串联电阻可见，在导线总截面、输送容量均相同，即R、S值相等的情况下，1000kV交流线路的电阻损耗是500kV交流线路的四分之一。±800kV直流线路的电阻损耗是±500kV直流线路的39％，是±620kV直流线路的60％。-

14--

15-特高压输电的优点减少工程投资1000kV交流输电方案的单位输送容量综合造价约为500kV输电方案的四分之三。±800kV直流输电方案的单位输送容量综合造价也约为±500kV直流输电方案的四分之三。-

16-特高压输电的优点提高单位走廊输电能力，节省走廊面积交流特高压：同塔双回和猫头塔单回线路的走廊宽度分别为75米和81米，单位走廊输送能力分别为13.3万千瓦/米和6.2万千瓦/米，约为同类型500kV线路的三倍。直流特高压：±800kV、640万千瓦直流输电方案的线路走廊约76米，单位走廊宽度输送容量为8.4万千瓦/米，是±500kV、300万千瓦方案的1.29倍，±620kV、380万千瓦方案的1.37倍。特高压输电的优点01000kV双回1000kV单回500kV双回

500kV单回12010080604020140±800kV±500kV±620kV单位走廊送电能力(MW/m)单位线路走廊的输电能力-

17-特高压输电的优点改善电网结构，降低短路电流通过特高压实现长距离送电，可以减少在负荷中心地区装设机组的需求，从而降低短路电流幅值。长距离输入1000万千瓦电力，相当于减少本地装机17台60万千瓦机组。每台60万千瓦机组对其附近区域500千伏系统的短路电流约增加1.8kA，如果这些机组均装设在负荷中心地区，对当地电网的短路电流水平有较大的影响。通过特高压电网，实现分层分区布局，可以优化包括压在内的系统结构，从根本上解决短路电流

问题。-

18--

19-特高压输电的优点加强联网能力通过交流特高压同步联网，可以大幅度缩短电网间的电气距离，提高稳定水平，发挥大同步电网的各项综合效益。通过直流特高压异步联网，满足长距离、大容量送电的要求，沿线不需要提供电源支撑。通过特高压联网，增强网络功率交换能力，可以在更大范围内优化能源资源配置方式。于不同的输电电压等级组成的输电网有不同的输电能力。在规划未来的电网电压等级时，通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。自然功率--在输电线路末端接上相当

的波阻抗负荷时，线路所输送的功率。其中L0是输电线路的单位长度的串联电感，C0是线路单位长度的电容。自然功率P0≈U2/ZC。不

压等级的

压和特高压单回线路的自然功率输送能力如下表；输电电压等级与输送的自然功率电压（kV）33034550076511001500功率（10MW）29.532.088.5221.0518.0994.0特高压电压等级的选择-

20-特高压电压等级的选择选择特高压电压等级的基本原则更高一级电压等级系指在现有电网之上覆盖一个新的更高电压输电网。应满足其投入之后20—30年大功率输电的需求。与新覆盖的地理区域范围、电力系统的规模相一致的原则；与现有 压电压等级的经济合理配合的原则；与电网的平均输电容量（能力）和输电距离相适应的原则；与高电压等级输变电设备从开发到可以用于工程的时间相协调的原则；与特高压电压等级输电技术的可用性与输电需求相 的原则；与新的发电技术相互促进的原则。-

21-特高压电压等级的选择确定特高压电压等级的方法通常按未来20—30年输电网不同的平均输送容量和不同的平均输电距离的要求，以1～2个电压等级进行输电能力分析，作出不同方案的每KW电力的输电成本曲线，以各成本曲线的经济平衡点或平衡区决定更高电压的标称值。世界各国在选择345kV和500kV以上的更高电压等级时，都经过了广泛的和分析比较，并进行了大量的计算得出结论：对于330kV（345kV）电网，选用750kV（765kV），平均输电距离300km及以上；对于500kV电网，选用1000kV（1100kV），平均输送距离500km及以上。-

22-特高压电压等级的选择普遍认为： 压电网更高一级电压标称值应高出现有电网最高电压1倍及以上。这样，输电容量可提高4倍以上，不但能与现有电网电压配合，而且为今后新的更高电压的发展，留有合理的配合空间，能做到简化网络结构，减少重复容量，容易进行潮流控制，减少线路损耗，有利于安全稳定运行。目前，已经形成两个 压-特高压电网电压等级系列：330（345

）kV-750

kV-1500kV；500

kV–1000（1100）kV。-

23-特高压电压等级的选择特高压引入时间的估算：特高压引入时间指的是从现有压电网开始形成到第一条特高压输电线路投入运行所需经历的时间。特高压输电引入时间由输电需求和技术可行性决定。在输电需求方面，它主要由电网持续的年均尖锋负荷功率增长率进行估算。-

24--

25-特高压电压等级的选择特高压引入时间的估算500kV以上特高压的引入时间，若用电负荷年均增长7~8%及以上，相当尖峰负荷年均增长8%以上，特高压输电引入的时间大约15年左右。若用电负荷年均增长5-6%，特高压输电引入时间约为20年左右。特高压电压等级的选择20世纪50年代后，发达国家进入经济快速发展时期，用电负荷持续保持快速增长，在6%左右，一直保持到70年代中期。为6.5%前为6.8%为6%为5.9%意大利为5.6%用电负荷的快速增长带动了发电机制造技术向大型、特大型机组发展，以此为基础建立的大容量和特大容量电厂，由于供电范围扩大，越来越向远离用电城市的发电能源地区发展。-

26-特高压电压等级的选择大容量远距离输电的需求，使电网电压等级迅速向

压330kV、345kV、400kV、500kV、735kV、750kV、765kV发展；20世纪60年代末，开始进行1

0

0

0

kV

（1100kV、1150kV）电压等级和1500kV电压等级特高压输电工程的可行性研究和特高压输电技术的研究和开发。更高电压等级的出现时间用了15—20年。-

27-特高压电网发展的影响因素用电负荷增长是促进压电网向特高压电网发展的最主要因素，还有如下因素：发电机和发电厂规模经济性与电厂厂址不断增长的用电需求促进发电技术，包括火力、水力和核电发电技术向单位千瓦造价低、效率高的大型、特大型发电机组发展。第一台300MW、500MW、1000MW、1150MW和1300MW汽轮发电机组分别于 年、 年、 年、 年和

73年投入运行。前

第一台300MW、500MW、800MW和1200MW汽轮发电机组分别于1963年、1967年、1971年和1980年投入运行。-

28-特高压电网发展的影响因素由于大容量发电厂供电范围的扩大和需要燃料的增加以及环保要求的提高等，电厂厂址宜建在远离负荷中心的煤矿坑口、大的集运港口和道口及大河沿岸，并形成发电或电源中心，以较低的电煤价格降低发电成本。大电厂的建设根据环保的要求，在能源建电厂时，各大容量规模厂应相距50km左右，同时形成总容量6000—10000MW的发电中心为宜。-

29-特高压电网发展的影响因素在20世纪60年代至80年代初，曾规划和建设容量达5000—10000MW的发电中心。核电站按规模经济建设2000—6000MW的发电中心。在远离负荷中心的地区建设大型水电站及梯级电站，从而形成水力发电中心。从压和特高压各电压等级的输电能力可看出，大型和特大型机组及相应的大容量电厂的建设更增加了特高压输电的需求。-

30-未来的 和运行成本以及各种 的可用性，对电源的总体结构和各种发电电源在地域上的布局有重要影响。对于同一种来说，运送到负荷中心地区发电，还是在产地发电并以远距离输电向负荷中心供电，两者的经济比较和环境保护的制约是决定电厂厂址的重要因素。成本上升，运力受制约而使 的保证率变差，运送

的经济性不如输电，便促进在产地建设大容量规模的发电厂，以-特31高-

压向负荷中心地区输电特高压电网发展的影响因素、 成本和发电能源的可用性-

32-特高压电网发展的影响因素、 成本和发电能源的可用性发电能源与用电负荷地理分布不均衡，经济，用电需求增长快，往往缺乏一次能源；具有丰富一次能源，如矿物，水电资源的地区，用电增长相对较慢或人均用电水平较低。、、俄罗斯、巴西和中国等国都存在这种不平衡情况。这种不平衡情况增加了远距离大容量输电和电网互联的需求。特高压电网发展的影响因素网损和短路电流水平在电压等级不变的情况下，远距离输电意味着线路电能耗损的增加。当输送的功率给定时，提高输电电压等级，将减少输电线通过的电流，从而减少有功和电能损耗，提高远距离输送大功率的能力，同时又降低输电电能损耗是推动特高压输电的重要动力。不同容量的电厂按其电力流,应分层、分区接入不压等级的电网，以降低电网的短路电流水平。由于特高压的引入，特大容量电厂可直接接入特高压电网。这样，可减少电厂直接接入超高压电网的容量，并改善压电网的结构，从而降低压电网的短路电流水平。这是发展特高压电网的一个重要因素。-

33-特高压电网发展的影响因素生态环境输电线路和变电站的生态主要表现在土地的利用、电晕所引起的通信干扰、可听噪声，工频电、磁场对生态的相互作用等方面。在地区电力负荷密度小、输电线路和变电站数量少的年态环境不会成为问题。当输电线和变电站随用电增加而数目增多时，环境问题可能成为影响输电网发展的突出问题。-

34-特高压电网发展的影响因素生态环境一方面，特高压输电由于其输送功率大，可大大减少线路走廊占用土地，从而减少对生态环境的影响而受到青睐。另一方面特高压输电的电、磁场对生态环境的相互作用和电晕产生的干扰问题也受到社会广泛关注。这是发展特高压输电需深入研究和解决的问题。解决问题的目标是既满足未来预期的电力增长需求又做到对生态最小。-

35-特高压电网发展的影响因素的政策和管理从各国电力工业的发展来看，的产业政策、产业结构调整、借贷成本等都将影响投资决策，影响轻重工业的比例和布局，以及一、二、三产业的发展等，影响总的用电负荷的增加和各地区用电负荷的增长率。能源政策直接激励各种不同发电资源的开发力度。它将影响区域电网互联是强联网还是弱联网。弱联网以区域电网的最高电压等级互联。强联网需要以比区域电网电压更高的电压等级实现互联，才能在区域之间实现大的功率交换。-

36-特高压电网发展的影响因素的政策和管理电力工业管理体制对特高压电网规划和建设的影响是不言而喻的。电力公司的结构，经营的地域范围，对电力系统规划的地域范围有明显的影响。只有在大范围进行电力电量平衡，才会有特高压电网的需求。电力工业管理模式可以说是特高压电网发展的决定性因素。几乎在同时起步对特高压可行性和技术进行研究的几个国家中，前，前 实行是第一个建成和运行1150kV输电线路的国家电力系统管理模式。-

37-国内外特高压输电研究和应用概况（1）邦德维尔电力局（BPA）前期规划：BPA公司于1970年作出规划，拟用1100kV远距离输电线路，将喀斯喀特山脉东部煤矿区的坑口发电厂群的电力输送到西部用电负荷中心，输送容量为800～1000万千瓦。电压等级：1100kV试验设施：莱昂斯电气试验场（2.1km）莫洛机械试验线段（1.8km）试验内容：电晕和电场、生态和环境、操作和雷电冲击绝缘研究；可听噪声、无线电杂音、电视干扰、电晕损失和臭氧的观测。机械和结构试验；对变电站设备进行试验，变压器、避雷器和SF6气体设备的性能评价等。-

38-国内外特高压输电研究和应用概况（2）电力公司

（AEP）前期规划：AEP公司为了减少输电线路走廊用地和环境问题，规划在已有的765KV电网之上迭加一个1500kV特高压输电骨干电网。电压等级：1500kV试验条件：雷诺特高压试验场（线路长523米）试验内容：操作冲击试验，污秽绝缘子工频电压试验，可听噪声、电晕损失、电视干扰、地面场强和臭氧发生量。-

39-国内外特高压输电研究和应用概况AEP

ASEA

特高压试验-

40-国内外特高压输电研究和应用概况（3）俄罗斯1150kV交流特高压前期规划：

于70年代规划在西伯利亚的坎斯克和

斯坦的埃基巴斯图兹建设火力发电厂群，通过1150kV输电线路将煤电输送到

的乌拉尔和其他欧洲部分的用电负荷中心。电压等级:1150kV工程应用:前

从1981年起开始建设特高压输电系统，计划建成车里雅宾斯克～库斯坦奈～科克切塔夫～埃基巴斯图兹～巴尔脑尔～伊塔特1150kV特高压线路2362km。其中埃基巴斯图兹～科克切塔夫～库斯坦奈线路最先建成并投运，该两段线路长约900km，特高压变电站三座，在额定电压下累积运行超过5年。-

41-国内外特高压输电研究和应用概况-

43-国内外特高压输电研究和应用概况（4）俄罗斯±750kV直流特高压前期规划：于1978年确定建设埃基巴斯图兹-唐波夫750kV，600万千瓦，2414km的直流输电工程。电压等级:750kV工程进展:设备，并进行了大量的试验研究和设备研制工作，试制出工程所用的通过了现场试验。两端换流站完成了大部分土建及设备安装工作。直流输电线路己建成1090km。停建原因：送端火电 建设放慢和

。（4）前期规划:于70年

始规划，80年代初开始特高压技术研究，建设东西和南北两条1000kV输电主干线，将位于东部太平洋沿岸的福岛第一和第二核电站（装机共910万千瓦）和装机为812万千瓦的柏崎核电站的电力输送到东京湾的用电负荷中心。电压等级：1000kV试验设备：赤城试验线段、新榛名试验场工程应用：建成同塔双回线路427km，目前降压500KV运行。

发展特高压输电系统的功能归结为：（1）解决现有500kV系统的稳定问题；（2）解决500kV系统东部日益增长的短路电流问题；（3）解决未来远距离输-4送4-电力的稳定问题。国内外特高压输电研究和应用概况5

-国内外特高压输电研究和应用概况司压-

46-国内外特高压输电研究和应用概况（5）意大利前期规划:意大利为了把本国南部地区的大容量煤电和核电输送到北部工业区，规划在原有380kV输电网架之上叠加1050kV特高压输电骨干网。电压等级：1000kV试验设备：萨瓦雷托试验站，1km长试验线段、40米试验笼组成的电晕、电磁环境试验设备。试验内容：对操作和雷电过电压试验；可听噪声、无线电杂音、电晕损失的测量；机械试验；电场的生态效应试验-国内外特高压输电研究和应用概况国内外特高压输电研究和应用概况（6）中国基本概况：1986～1990年“特高压输电前期研究”被列为国家攻关项目；1990～1995年 重大办开展了“远距离输电方式和电压等级论证”；1990～1999年国家科委就“特高压输电前期论证”和“采用交流百万伏特高压输电的可行性”等专题进行了研究。截至2004年，共完成特高压研究项目

37项。电压等级：1000～1200kV试验情况： 高压 于1996年建成1000kV级长200m的试验线段。电力建设 于2004年建设的杆塔试验站可进行特高压单回路8×800导线，30—60度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。-

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-国内外特高压输电研究和应