国外特高压输电技术的研究与应用概况

特高压输电技术研究与应用国家电网公司特高压建设部

陈维江

二○○八年九月国外特高压输电技术的研究与应用概况中国特高压交流输电技术研究成果概况特高压交﹑直流试验基地特高压试验示范工程及特高压电网规划目录国外特高压技术的研究与应用概况一、电网的发展历程二、特高压输电的优点三、特高压电压等级的选择四、国外特高压输电技术研究与应用概况五、特高压输变电设备六、基本结论目录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，从而开始了高压输电的时代。1879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。1882年，第一家电业公司—上海电气公司成立。100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到10,20，35，66，110，154，220，230，330，345，400，500，735，750，765，1000kV。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。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。电网的发展历程1949年前，中国电力工业发展缓慢，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电网的发展历程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骨干网架电网的发展历程1981年建成姚孟—武昌500kV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年建成葛洲坝-上海±500kV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，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。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：

110kV1908年

230kV1923年

330kV1952年

345kV1954年

380kV1952年

400kV1956年

500kV1964年

735kV1965年

750kV1967年

765kV1969年

1150kV1985年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。前苏联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。电网的发展历程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。特高压输电的优点单回线路的输送能力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。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％。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。

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。特高压输电的优点单位线路走廊的输电能力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。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。特高压输电的优点选择特高压电压等级的基本原则更高一级电压等级是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；与现有超高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和输电需求相统一原则；与新的发电技术相互促进的原则；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，都经过了广泛的调查和分析比较，并进行了大量的计算得出结论：对于330kV（345kV）电网，选用750kV，平均输电距离300km及以上；对于500kV电网，选用1000kV，平均输送距离500km及以上。

特高压电压等级的选择

普遍认为：超高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，输电容量可提高4倍以上，不但能与现有电网电压配合，而且为今后新的发展留有合理的配合空间，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，已经形成两个超高压-特高压电网电压等级系列：

330（345）kV—750kV—1500kV500kV—1000（1100）kV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超高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。特高压电压等级的选择

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。

美国为6.5%

前苏联为6.8%

日本为6%

加拿大为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.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超高压330kV、345kV、400kV、500kV、735kV、750kV、765kV发展；

20世纪60年代末，开始进行1000kV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。特高压电压等级的选择（1）美国邦德维尔电力局（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。国外特高压输电研究和应用概况（2）美国电力公司（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。国外特高压输电研究和应用概况AEP-ASEA特高压试验基地国外特高压输电研究和应用概况（3）前苏联1150kV交流特高压前期规划：前苏联于70年代规划在西伯利亚的坎斯克和哈萨克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苏联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:前苏联从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。国外特高压输电研究和应用概况前苏联1150kV输电线路地理接线图国外特高压输电研究和应用概况（4）前苏联±750kV直流特高压前期规划：前苏联于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:进行了大量的试验研究和设备研制工作，试制出工程所用的全套设备，并通过了现场试验。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：送端火电基地建设放慢和前苏联解体。国外特高压输电研究和应用概况（5）日本前期规划:日本于70年代开始规划，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。日本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）解决未来远距离输送电力的稳定问题。国外特高压输电研究和应用概况东京电力公司建成的特高压线路国外特高压输电研究和应用概况（6）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：1050kV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外特高压输电研究和应用概况意大利1000kV工程雷电冲击放电试验国外特高压输电研究和应用概况（7）加拿大、巴西、印度加拿大、巴西都分别研究过特高压交流和直流输电技术近年来，印度开始考虑采用特高压直流输电技术实现远距离输电。国外特高压输电研究和应用概况

特高压变电站的电气主接线：特高压变电站中，采用一个半断路器的电气主接线比较合适，它可以保证较高的可靠性（在每条出线或电源上总有两个断路器）。如果进出线回路数较多，还可以采用三分之四断路器接线。在变电站建设初期，出线数目较少时，也可采用双母线、三角形接线过渡或环形接线方式。特高压输变电设备日本特高压试验性变电站的电气主接线

特高压输变电设备日本东京电力公司的试验性特高压配电装置特高压输变电设备意大利特高压试验性变电站的电气主接线

特高压输变电设备敞开式

GIS意大利国家电力公司（ENEL）的试验性特高压配电装置

特高压输变电设备

世界上真正进入商业运行的特高压工程在前苏联，1985年8月将Ekibastuz–Kokchetav的特高压线路在额定工作电压1150kV下开始带负荷运行。但是开始的几年每年的运行时间很短，一直到1989年才运行的时间长一些，所以，真正运行在1150kV下的时间，主要是在1989－1990年。每年运行在1150kV下的时间百分数如下表。年198519861987198819891990在额定电压1150kV下运行时间百分比8%16%37%40%100%100%

前苏联的特高压设备在1985－1990年运行在1150kV下每年时间百分数

特高压输变电设备

到1992年1月1号，Ekibastuz–Kokchetav线路段以及Ekibastuz、Kokchetav变电站的所有设备在额定工作电压下运行时间为23787小时，Kokchetav–Kustanay线路段和Kustanay变电站为11379小时。到1992年以后，就降压到500kV运行了。特高压输变电设备日本试验性变电站的东芝公司变压器芯体结构示意图

意大利试验性变压器内部绕组结构

特高压输变电设备特高压电力变压器美国电力公司试验场的特高压变压器外形图

特高压输变电设备特高压断路器两种型式的六氟化硫断路器

支柱瓷瓶式

落地罐式

特高压输变电设备日本特高压GIS中带有分合闸电阻的双断口断路器

特高压输变电设备意大利GIS中带有分合闸电阻的双断口罐式断路器内部结构示意图特高压输变电设备前苏联特高压屋外敞开型变电站中的PT3－1150/4000型隔离开关

特高压输变电设备特高压隔离开关日本特高压试验变电站GIS中的隔离开关

外形图

内部结构示意图

特高压输变电设备特高压高速接地开关日本高速接地开关

特高压输变电设备特高压避雷器日本特高压避雷器

特高压输变电设备特高压用的支柱绝缘子和套管特高压使用的套管示意图

a)变压器的出线套管b)变压器与GIS相连特高压输变电设备前苏联特高压的变压器套管

ABB为美国电力公