特高压输电技术

关于特高压输电技术第1页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五电网的发展历程

输电电压一般分高压、超高压和特高压高压（HV）：35〜220kV；超高压（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。

根据国际电工委员会的定义：交流特高压是指1000kV以上的电压等级。在我国，常规性是指1000kV以上的交流，800kV以上的直流。

第2页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五电网的发展历程1908年，美国建成了世界第一条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超高压线路。1965年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路。第3页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五电网的发展历程1952年，前苏联建成第一条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。欧洲和美国，在超高压输电方面，主要发展345kV、380kV和750kV电压级，500kV线路发展比较慢。1964年，美国建成第一条500kV线路，从230kV到500kV输电，时间间隔达36年。前苏联的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，前苏联建成世界上第一条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。第4页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五我国发展特高压的背景我国在2020年发电量将达5000~5400TW·h，发电装机容量将达到1100~1200GW，与美国2020年的预计发电量（5500TW·h），发电装机容量（1250GW）大体相近。我国电力工业存在的主要问题是能源与负荷地理分布不均衡：约68%的水力资源分布在西南地区，约76%的煤炭资源分布在华北、西北地区；70%的负荷则主要集中在东部沿海。我国电网发展战略——西电东送，南北互供，全国联网。目前的500KV电网在传输长度、传输能量、和限制短路电流等方面均不能满足要求。第5页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五我国电网的发展历程中国，1949年前，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石龙坝水电站至昆明线路；1921年建成33kV石景山电厂至北京城的线路；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。第6页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五我国电网的发展历程中国，1949年新中国成立后，按电网发展统一电压等级，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。第7页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五1972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。1989年建成±500kV葛洲坝-上海高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。我国电网的发展历程第8页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五2005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140.7km。输、变电设备，除GIS外，全部为国产。我国电网的发展历程2008年12月，晋东南—南阳—荆门1000KV特高压交流试验示范工程是我国首条跨区域特高压交流输电线路，始于山西长治晋东南变电站，经河南南阳开关站，止于湖北荆门变电站。第9页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国外发展概况第10页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国外发展概况

前苏联

1985年建成埃基巴斯图兹——科克切塔夫——库斯坦奈特高压线路，全长900km，按1150kV电压投入运行，至1994年已建成特高压线路全长2634km。运行情况表明：所采用的线路和变电站的结构基本合理。特高压变压器、电抗器、断路器等重大设备经受了各种运行条件的考验。在1991年，由于前苏联解体和经济衰退，电力需求明显不足，导致特高压线路降至500KV运行。第11页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国外发展概况

日本

日本是世界上第二个采用交流百万伏级电压等级输电的国家，从1973年开始特高压输电的研究。

1988年为了将福岛、伯崎6000至8000MW的核电向东京输送，开始建立1000kV线路。上世纪九十年代日本已建成全长426公里的东京外环特高压输电线路。日本建设了盐原、赤城两个特高压试验研究基地，对由多家制造商研制的特高压输变电设备在新近名特高压变电站进行了长达8年的全电压运行考核。运行情况良好，证明特高压输变电设备可满足系统的可靠运行。第12页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国外发展概况

美国

1967年，美国通用电气公司（GE）与电力研究协会（EPRI）开始执行特高压研究计划，并在匹兹费尔德市建立了特高压试验中心。

1974年将单相试验设备扩建为1000～15000kV三相系统。美国邦维尔电力局（BPA）有2处特高压试验站。第13页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国外发展概况

全国各地参加1000kV科研规划的单位共有7个试验场和2个雷电记录站。意大利1000kV工程雷电冲击试验意大利第14页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国外发展概况

瑞典

查麦斯大学高电压试验场可进行交流1000kV电气试验，试验场内建有240m特高压试验线段。另有180m的绝缘子试验线段。

原西德

当时对420、800及1200kV3种电压的输电工程的研究进行比较，结果表明：输电电压越高，线路走廊面积越小。随着输电距离的增加，1200kV输电的优越性更为突出。第15页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五前苏联早在1985年就设计制造了全套特高压输变电设备，在投入1150kV全电压运行后，变压器、断路器、电抗器、避雷器等变电设备运行情况正常。从1995年以来，日本的特高压输变电设备包括变压器、断路器、隔离开关、高速接地开关、避雷器、CT、PT等在新近名特高压变电站进行了长达8年的全电压运行考核，不曾出现运行故障。国外现状—技术借鉴第16页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五我国是从1986年开始立项研究交流特高压输电技术。

在武汉建立了特高压试验研究基地，试验设备完全具备进行各项特高压试验的条件和能力。我国的设计和制造单位通过西北750kV工程，进一步具备了制造特高压设备的条件和基础。我国特高压输电技术还需在无功平衡措施、消除潜供电弧措施、限制过电压的措施及绝缘配合、串联电容补偿装置、外绝缘、特高压设备等问题上进行重点技术研究。国内现状—技术创新第17页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五

武汉特高压交流试验基地位于武汉市江夏区，规模为220kV/120MVA降压变压器一台，1000kV/3×40MVA升压变压器一台，1000kV/1km单回8分裂输电线路一条，1000kV/1km同塔双回8分裂输电线路两条。该基地担负着我国特高压交流输变电工程多项试验任务，将为特高压工程提供试验数据，为制定我国特高压相关技术标准提供科学依据，同时也为特高压线路带电作业方式研究提供平台。第18页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五国内现状—技术创新

2003年9月，中国第一个750千伏输变电示范工程（兰州东—青海官亭）在西北开工建设，线路全长140千米。至2005年9月，仅用了两年时间，世界上海拔最高、中国运行电压等级最高的750千伏输电线路正式建成投运。

第19页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程第20页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程起于山西晋东南（长治）变电站，经河南南阳开关站，止于湖北荆门变电站。全线单回路架设，全长640公里，跨越黄河和汉江。变电容量600万千伏安。系统标称电压1000千伏，最高运行电压1100千伏。工程于2006年8月取得国家发展和改革委员会下达的项目核准批复文件，同年底开工建设，2008年12月全面竣工，12月30日完成系统调试投入试运行，2009年1月6日22时完成168小时试运行投入商业运行，目前运行情况良好。第21页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程工程全面实现了预期建设目标，里程碑计划如期完成，安全实现了零事故目标，质量达到了优良级标准，文明施工和环境保护目标圆满实现，工程投资得到了有效控制，科技创新取得了丰富成果，设备国产化研制取得了历史性突破。从2004年底开始前期工作以来，我国仅用四年时间，建成了目前世界上运行电压最高、技术水平最先进、我国拥有自主知识产权的交流输电工程，标志着我国在远距离、大容量、低损耗的特高压输电核心技术和设备国产化上取得重大突破，是我国能源基础研究和建设领域取得的世界级重大创新成果，是世界电力发展史上的重要里程碑。工程的成功建设对保障国家能源安全和电力可靠供应具有重要意义。第22页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程通过工程实践，我国全面建成了世界一流的特高压试验研究体系，全面掌握了特高压交流输电核心技术，全面建立了特高压交流输电标准体系，全面实现了国内电工装备制造的产业升级，全面验证了特高压交流输电的技术可行性、设备可靠性、系统安全性和环境友好性，全面培养锻炼了技术和管理人才队伍。特高压交流输电在我国已具备大规模应用条件。第23页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五这是世界上首条投入商业运行的1000KV特高压线路。1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程第24页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第25页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五我国±800kV直流输电项目建设规划第26页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五云广直流工程第27页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第28页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第29页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程第30页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第31页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程第32页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第33页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第34页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五第35页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五我国交流1000kV特高压线路建设规划第36页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点提高输送容量缩短电气距离提高稳定极限降低线路损耗减少工程投资提高单位走廊输电能力节省走廊面积改善电网结构降低短路电流加强联网能力第37页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点提高输送容量交流线路的自然功率是表征其送电能力的一项指标，其计算公式如下：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.第38页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点提高输送容量单回线路的输送能力第39页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点缩短电气距离提高稳定极限交流线路的输送功率可按下式计算：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。

第40页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点第41页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点降低线路损耗输电线路损耗可按下式估算：

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％。第42页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五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。

第43页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五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。第44页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点提高单位走廊输电能力节省走廊面积单位线路走廊的输电能力第45页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五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，可以优化包括超高压在内的系统结构，从根本上解决短路电流超标问题。第46页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五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。第47页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点生态环境方面

输电线路和变电站的生态环境影响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代，生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。第48页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的优点生态环境方面一方面，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环境影响最小。第49页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五

特高压输电有许多优点，但是特高压输电产生的强电场会对人的生理和心理造成影响，电晕放电除损耗能量外，还引起如无线电、电视的干扰和可听噪声等一系列愈来愈为人们所关注的环境问题。在使用特高压输电时。一定要考虑特高压产生的强电场和电晕放电产生的高频电磁脉冲对人体健康以及生态环境的影响，对无线电和电视的干扰。特高压输电是一项非常复杂的工程，相应技术指标还有待进一步完善。对特高压输电，各国的研究表明：只要合理选择分裂子导线的半径和根数，以及分裂间距和离地高度，这些影响和干扰均可限制在允许范围内。

第50页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点系统的稳定性和可靠性问题不易解决特高压输电线主保护原理的缺陷特高压输电对环境的影响

强电场对人的生理和心理影响

电晕放电的影响

带电作业和经验技术第51页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点系统的稳定性和可靠性问题不易解决

自1965-1984年世界上共发生了6次交流大电网瓦解事故，其中4次发生在美国，2次在欧洲。这些严重的大电网瓦解事故说明采用交流互联的大电网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。特别是在特高压线路出现初期，不能形成主网架，线路负载能力较低，电源的集中送出带来了较大的稳定性问题。下级电网不能解环运行，导致不能有效降低受端电网短路电流，这些都威胁着电网的安全运行。第52页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点特高压输电线主保护原理的缺陷目前比较成熟的、在我国有运行经验的、可以作为主保护的纵联保护原理不外乎以下几种：工频变化量方向保护、负序方向保护、分相电流差动保护、距离方向保护和相电压补偿试方向保护等。这几种原理各有一些优点，也都存在一定的缺点。

以上各种保护都要深入研究特高压输电线电容电流的影响和与通道(载波、光纤通道)的紧密配合与充分发挥通道作用以满足特高压输电线防止过电压和保证保护灵敏性、选择性、可靠性高要求等问题。

第53页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点特高压输电对环境的影响

强电场对人的生理和心理影响

1972年，苏联关于超高压变电站工人反映电场对身体有影响的报告在大电网国际会议上发表后，引起了很大的波动，世界各国对此进行了大量的试验研究。西班牙医生Fole在第二次国际电气危险防护会议上叙述了功能障碍的问题，报道8～9个变电站工人到500kV变电站工作后有头痛、嗜睡、恶心等症状。国内也做过大量的试验研究表明，工频高压电场有较明显的刺激作用，对机体存在不良影响，工作人员进入电场后头发竖立，头部紧缩。动物试验还证明：一定场强的工频高压对机体除局部有刺激作用外，还有全身性影响，诸如琥珀酸氢酶、心血管系统的心肌细胞乳酸脱氢酶、心肌细胞膜三磷酸腺苷(ATP)酶和心电等的改变。第54页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点特高压输电对环境的影响

强电场对人的生理和心理影响

上面所说的是电场的长期影响，此外还有电场的短期影响。处在特高压线下面或者附近的对地绝缘的导电体，因为导电体和导线间的相互部分电容以及导电体对地的自有部分电容的存在，当人接触此物体时，就会产生电击。电击一般分为2种：暂态电击和稳态电击。例如雨天打伞经过特高压线路下时，如果脸部或手靠近伞的金属部分就会有火花放电，这就是暂态电击。关于稳态电击，据有关资料表明，平均感觉电流约为0．6mA(妇女)到lmA(男子)。第55页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点特高压输电对环境的影响

电晕放电的影响

（1）电晕放电对无线电的干扰

输电线路电晕放电是产生无线电干扰的根源，无线电干扰指在无线段频段可能对有用信号造成损害的电磁干扰。输电线路电晕产生的脉冲电磁波沿着线路两侧横向传播，使沿线一定范围内的无线电接收设备，在正常工作时所接收的有用信号的波形幅值和相位受到影响，导致这些无线电接收设备达不到正常工作所需的信噪比。输电线路无线电干扰主要是电晕放电、间隙放电(火花放电)等引起的。第56页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点特高压输电对环境的影响

电晕放电的影响

（2）电晕放电对电视的干扰

输电线路对电视的干扰有2个方面：一是由于电晕放电产生的噪声对调幅图像的干扰引起图像质量的变差；二是由于线路杆塔对电视波的屏蔽和反射引起信号衰减及产生重影等不良后果。

第57页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点特高压输电对环境的影响

电晕放电的影响

（3）可听噪声对环境的影响

可听噪声是指导线周围空气电离放电时所产生的一种人耳能直接听得见的噪声，它是一种声频干扰。这种噪声将使得特高压线路附近的居民以及在邻近线路工作的人们感觉到烦躁不安，严重时可以使人难以忍受。可听噪声和无线电干扰一样，随着导线表面电场强度的增加而增大，但是随着距离的增加，可听噪声比无线电干扰衰减慢得多。第58页，共63页，2022年，5月20日，8点5分，星期五特高压输电的缺点带电作业和经验技术

前苏联、日本在特高压输电线路设计和建设初期就试验研究了它的带电作业方式、作业工具、人员的安全防护用具及防护措施等，制定了相应的技术导则。前苏联在1150kV线路上开展了带电作业工作，进入作业工位时，等电位作业人员借助绝缘吊