特高压电网的系统特性

特高压电网的系统特性和经济性远距离输电线路的输电能力与输电电压平方成正比，与线路阻抗成反比。一般来说，1000kV（或1100kV）的输电能力为500kV输电能力的4倍以上，产生的容性无功约为500kV输电线路的4.4倍以上特高压输电线路输送功率比较小的时候，将使送、受端系统的电压升高。为抑制特高压的工频过电压，需要在线路两端并联电抗器，以补偿线路产生的容性无功。特高压输电线路带重负荷情况下，将从送、受端吸收大量的无功功率。轻负荷与重负荷两种情况下需要的无功相差很大。

2004-12-141特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路参数特性输电线路的基本电气参数是电阻（R）、电感（L）、电容（C）和电导（G），它们决定了输电线路和电网的特性。电阻主要影响线路的功率损耗。电导代表绝缘子的泄漏电阻和电晕损失，也要影响功率损耗，泄漏和电晕功率损耗与电阻功率损耗相比，通常要小得多。电感是决定电网潮流，即有功和无功分布的主要因素，影响输电线路的电压降落和电力系统的稳定性能。线路电容（线间电容和线对地电容）在交流电压作用下使线路产生交流充电和放电电流，称为电容电流。输电线的电容电流不仅影响输电线的电压降落，也影响输电效率和电力系统的有功和无功分布。

2004-12-142特高压电网的系统特性和经济性在超高压、特高压输电线中，通常采用分裂导线。目的是为了减少电晕对环境的影响，使电流在导线内尽可能均匀分布，充分利用导线截面，降低线路电阻。导线分裂结构特高压输电线路电抗和容抗的影响:相导线截面积大致相同时，不同分裂导线结构，包括子导线间距或分裂导线直径对电抗和容抗的影响见下表。2004-12-143特高压电网的系统特性和经济性导线分裂结构对输电线路电抗的影响子导线数总截面（mm2）分裂间距（cm）分裂导线直径（cm）XLΩ/kmXL标幺值12515

0.5561.002254445450.4330.783262545520.3900.704254445650.3570.6462392

920.3190.5782400

1020.2580.47122539

1270.2150.39注：相间距离GD=14m。2004-12-144特高压电网的系统特性和经济性导线分裂结构对输电线路容抗的影响注：相间距离GD=14m。子导线数总截面（mm2）分裂间距（cm）分裂导线直径（cm）XcΩ/kmXC标幺值12515

0.18881.002254445450.14960.793262545520.13560.724254445650.12520.6662392

920.11140.5982400

1020.10560.56122539

1270.0960.512004-12-145特高压电网的系统特性和经济性分裂导线参数对特高压输电能力的影响分裂导线按照电晕特性及其限制条件选取时，分裂导线的截面将大于其经济电流密度或热稳定极限选取的导线截面，特高压输电能力几乎不受导线截面积的影响。每相子导线的数目，分裂导线直径，子导线间距和相间距离直接决定电抗和容抗的大小，因而非常明显地影响特高压输电能力。改变分裂导线参数，计算线路波阻抗，可以算出各种参数下的自然功率输电能力，下图为1100kV输电能力与分裂导线各参数之间的关系。2004-12-146特高压电网的系统特性和经济性分裂导线参数对特高压输电能力的影响1100kV线路输电能力与分裂导线参数关系2004-12-147特高压电网的系统特性和经济性分裂导线参数对特高压输电能力的影响从图中曲线可以看出，保持子导线数和相间距离保持不变：分裂导线的直径从0.8m到1.2m，输电线输电能力增加10%左右子导线数从6增加到10，输电能力可增加5%左右；相间距离从25m减少到15m，其他保持不变，输电能力可增加12%以上。总体来看，调整分裂导线的3个参数在合理的范围，输电能力可增加大约25%。2004-12-148特高压电网的系统特性和经济性特高压与超高压线路参数比较特高压线路基本电气参数与超高压线路的比较2004-12-149特高压电网的系统特性和经济性特高压与超高压线路参数比较从图中曲线可以看出，随着线路额定电压的升高，R和XL迅速减少，而电纳却快速增加。特高压线路的损耗比超高压线路小，容性无功大。特高压输电线路输电特性

已知特高压输电线路参数，按照输电线路的等值电路或按照输电线路分布参数的电压和电流方程可对特高压输电线路的输电特性进行分析。2004-12-1410特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路输电特性特高压输电线路的功率损耗和电压降落线路的有功损耗与输送的有功和无功的平方成正比，与电压平方成反比。因此，提高输电线路电压，在输送相同功率情况下，能显著减少线路有功损耗。减少线路的无功传输，可大大减少线路有功和无功损耗，提高线路运行的经济性，减少受端并联无功补偿投资。线路等效电容产生的无功与电压平方成正比。1100kV线路单位长度电纳约为500kV的1.1倍以上。这样，1100kV线路电容产生的无功约为500kV线路的5.3倍。1000kV线路电容产生的无功约为500kV线路的4.4倍。

2004-12-1411特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路输电特性超高压-特高压输电线路功率损耗比较输电线路电阻功率损耗与流过的电流平方成正比，与电阻值成正比。电阻上的功率损耗是输电距离、导线的电阻率和电压的函数。输电线路流过的电流与电压成反比，当输送功率一定时，提高线路输电电压，可减少电流，从而显著减少输电线路电阻功率损耗。1000kV级输电线路每km电阻值约为500kV的20%。两个电压等级的输电线路流过相同电流，1100kV输电线路电阻功率损耗仅为500kV线路的20%。1100kV线路波阻抗约为500kV线路的85%左右。在满足稳定条件下，单回1000kV输电线输送功率通常为500kV输电线路的4倍以上。采用特高压输电能特别明显地降低输电线路电阻功率损耗。

2004-12-1412特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路输电特性特高压输电线路的功率损耗和电压降落

超高压-特高压输电线路功率损耗比较

此图为线路长度161km的500kV和1100kV输电线路电阻功率损耗与输送功率的关系。可见，在输送相同功率情况下，1100kV（或1000kV）输电线的功率损耗为500kV输电线路的1/16左右。2004-12-1413特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路输电特性有功功率与无功功率的输送线路电容产生的无功和线路电抗消耗的无功损耗均是线路长度的函数，即线路长度增加，电抗的无功损耗和电容产生的无功都增加，反之亦然，特高压输电与超高压输电在输送功率与无功的关系的变化规律是一样的。由于特高压线路电容产生的无功比超高压大得多，1100kV线路产生的无功几乎为500kV线路的6倍。因此，特高压输电的电压无功调节难度要大。如下图所示，轻负荷时线路的无功过剩很多，而重负荷时线路的无功过剩很少，并联电抗器的补偿需要可控方式。

2004-12-1414特高压电网的系统特性和经济性净无功功率与传输功率的关系

2004-12-1415特高压电网的系统特性和经济性特高压输电线路输电特性可控并联电抗器的调节方式：线路输送功率较小或空载时，补偿容量处于最大值；随着线路功率的增加平滑地减少补偿容量，使线路电抗消耗的无功主要由线路电容产生的无功来平衡；当三相跳闸甩负荷时，快速反映增大补偿容量，以降低线路运行在重负荷情况下限制工频过电压。可控并联电抗器的结构型式：连续可调式，分级调节式。可控并联电抗器的应用是特高压输电的特性所决定。2004-12-1416特高压电网的系统特性和经济性并联电抗补偿对特高压输电线路无功特性的影响线路电容产生的无功与线路电压和距离的关系2004-12-1417特高压电网的系统特性和经济性超高压和特高压输电能力的比较

超高压—特高压输电能力与输电距离的关系

2004-12-1418特高压电网的系统特性和经济性超高压和特高压输电能力的比较前图是超高压500kV、765kV和特高压1100kV、1500kV输电线的输电能力随输电距离的变化曲线。在输电线路输电能力与发电机容量相匹配，升压变压器和降压变压器和发电机容量相匹配以及受端系统强度相同的情况下，一回1100kV输电线路的输电能力大约为500kV输电能力的6倍。无论是超高压，还是特高压输电，其输电能力随输电距离的增加而减少。

2004-12-1419特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

变压器参数与超高压-特高压输电线路参数的比率超高压-特高压输电线路接入电力系统有如下两种可能的途径或方法：（1）输电线路直接将电厂接入受端电网，实现电厂点对点地分散接入受端电网。（2）输电线路将送端系统与受端系统联结，实现送端和受端系统的大容量送电和电网的互联。无论采用哪种接入系统的方法，输电线路两端都必须有升压变压器和降压变压器，送端和受端的系统参数，这些参数将对输电的功—角特性产生直接影响，对线路的输送能力有着重要影响。2004-12-1420特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

变压器参数与超高压-特高压输电线路参数的比率

2004-12-1421特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

变压器参数与超高压-特高压输电线路参数的比率

由前表中数据可知，变压器电抗是超高压—特高压输电能力极为重要的限制因素。对于500kV和765kV小于250km输电线路来说，变压器电抗是限制输电能力的主要因素，即在250km之内变压器电抗大于线路电抗；对于1100kV输电工程来说，变压器电抗影响更大，其电抗值相当于350km左右的线路电抗。2004-12-1422特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

发电机参数与超高压-特高压输电线路参数的比率大容量，如600MW及以上功率的发电机，一般经升压变压器组成单元式接线直接接到500kV母线，然后经升压变电站母线和超高压/特高压升压变压器及特高压输电线向负荷中心即受端系统供电。发电机内部电抗等参数，随着容量的增加有增加的趋势。因此，在分析超高压—特高压输电线路的输电能力时，发电机内部电抗对输电能力的影响受到关注。

2004-12-1423特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

发电机参数与超高压-特高压输电线路参数的比率

由前表中数据可知，随着输电电压的升高，发电机内部电抗对输电能力的影响越来越大，对于中、短距离超高压和特高压输电线路来说，和XT+XT2成为整个输电工程限制输电能力的主要因素。2004-12-1424特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

发电机（厂、站）接入方式大容量、特大容量发电机一般不是经特高压升压变压器直接接入特高压电网，而是经500kV升压变压器接入500kV升压变电站母线，由母线汇集各发电机功率，然后由500kV/1100kV级升压变压器接入特高压电网。或两个电厂（站）经两级变压接入特高压电网。受端系统强度、输电线路回路数对特高压输电能力的影响下表列出了长度为500km的单回、双回、三回1100kV输电线路，在不同受端系统强度的输电能力。两个发电厂全部出力为9600MW，扣除厂用电10%，可向负荷中心输送8640MW，计划用三回1100kV特高压线路输送到500kV受端系统，从下表看出，按静态稳定限制，受端电网比较坚强（短路电流50kA）情况下，只能送7820MW。其原因是送端，包括发电机和两级变压器电抗大，限制了特高压输电线路的输电能力。

2004-12-1425特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

受端系统强度、输电线路回路数对特高压输电能力的影响

2004-12-1426特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

受端系统强度、输电线路回路数对特高压输电能力的影响由前表结果还可看出，特高压输电能力，如同超高压一样，随受端系统强度增加而加大。如果受端系统弱，输电能力减少十分明显。送端发电机内部电抗和升压变器电抗值随其容量和电压的增加显著增大，占总电抗的比率显著增加，因此，增加输电线回路数其总的输电能力增加不明显。从一回线增至两回线，总的输电能力只增加30%左右。从两回线至增至3回线，总的输电能力仅增加11-12%。认为增加超高压或特高压线路回数可成倍增加输电能力的想法是不实际的。从这里还可看出：点对点输电的方法，受发电机电抗和变压器电抗的限制，无论受端系统多强，其输电能力难达到自然输送功率，或超过自然输送功率的能力。2004-12-1427特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

送、受端系统强度对特高压输电能力的影响下图给出了送、受端系统强度对超高压-特高压输电能力的影响曲线。从图可以看出：送、受端系统从弱（12.5kA）到强（75kA）变化，线路输电能力由小到大明显增加，并且电压等级越高，送、受端阻抗对总的阻抗比率越大，输电能力从小到大变化越明显；在中、短输电距离时，由于送、受端系统电抗成为主要输电能力的控制因素，送、受端系统从弱到强，超高压-特高压输电能力变化更加明显，随着输电距离的增加，输电能力变化趋势减少。上述变化规律告诉我们，在特高压输电建设初期，由于送、受端系统，即500kV电网还不是很强，特高压固有的输电能力的利用将受到非常明显的约制。远距离、大容量特高压输电，必须在一定的距离（如300km~500km之间）落点，得到电压支持才能发挥输电能力大的优势和经济性。

2004-12-1428特高压电网的系统特性和经济性系统参数对特高压输电能力的影响

送、受端系统强度对特高压输电能力的影响送、受端系统强度对超高压—特高压输电能力的影响2004-12-1429特高压电网的系统特性和经济性并联电抗器对超高压—特高压输电能力的影响

1100kV线路并联补偿对其输电能力的影响2004-12-1430特高压电网的系统特性和经济性并联电抗器对超高压—特高压输电能力的影响

特高压输电线路的电容充电电流很大，必须在输电线两端装设并联电抗器以补偿电容电流，控制工频过电压。并联电抗器将影响线路的自然功率（从而影响最大输电能力），见前图曲线，从限制工频过电压角度并联电抗器补偿度要大，从提高输电能力来说，补偿度要低。综合考虑，需要可控并联电抗器。2004-12-1431特高压电网的系统特性和经济性串联电容补偿对特高压输电能力的影响

串联电容补偿的作用相当于明显地减少了输电线路的长度，即使是在送、受端系统比较弱的情况下，串联电容补偿也能较好地提高线路输电能力。串联补偿对1100kV输电能力的影响

2004-12-1432特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性在20世纪70—90年代，国外广泛开展特高压输电技术研究，其目的，一是研究特高压输电技术的可用性；二是研究特高压技术实现的经济性。经济性是考虑选择特高压输电电压等级最重要的方面。几个输电方案都可以实现大容量、远距离输电，输电成本最小，成为选取输电方式的决定性因素。2004-12-1433特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性输变电技术经济评价方法输变电工程的经济性主要表现在输电成本上。在技术可行的情况下，输变电工程方案选取的决定性因素便是成本。只有成本最小，输变电工程投运以后才会产生好的经济效益。寿命周期成本概念20世纪80年代，国外提出了寿命周期成本（LifeCycleCost）的概念，寿命周期成本指的是输变电工程在其整个经济寿命周期内所应支持的总费用。它由以下几个部分组成：建设成本（一次投资成本）、运行成本、维护成本、故障停运和维修停运造成中断输电的可靠性成本。2004-12-1434特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性寿命周期成本概念寿命周期成本的通用公式是：LCC=IC+OC+MC+FC

式中，IC为一次投资成本，OC为运行成本，MC为维护成本，FC为中断输电造成的可靠性成本。

满足寿命周期成本最小的输变电工程无论对社会，还是对输电企业都将产生最好的经济效益。2004-12-1435特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性寿命周期成本技术经济评价方法的主要特点

在输变电工程规划和设计阶段，不仅考虑一次投资成本，而且考虑了未来经济寿命运行期间的运行、维修成本和可靠性成本。这样，可较好地估算输变电工程投运以后的生产成本，并且做到生产成本最小，避免了片面追求一次投资的缺点。将可靠性指标量化为经济性的要求。利用输变中断输电造成的经济损失来表征可靠性能更好地优化可靠性目标。2004-12-1436特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性寿命周期成本与可靠性目前，在输变电工程规划和设计时，通常采用确定性可靠性准则。确定性可靠性准则的突出特点是：容易理解，可直接操作执行；其局限性是难于确定不可靠性的程度，没有考虑输变电工程在运行中的故障概率和修复概率，在规划设计中不能做到可靠性的优化设计，可靠性没有直接同经济性能联系起来。正在发展一种称为概率可靠性准则，亦称为基于量化的可靠性准则。它的主要特点是：考虑了输变电工程各个设备统计的故障概率、维修概率、n-1准则转化为中断输电概率。这样，概率可靠性准则将可靠性与经济性直接联系起来，优化可靠性目标更为明确。2004-12-1437特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性特高压输电与超高压输电的经济性比较

特高压输电与超高压输电的经济性比较，一般用输电成本进行比较，比较两个电压等级输送同样的功率和同样的距离所用的输电成本。如前所述，有两种比较方法：一种是按相同的可靠性指标，比较它们的一次投资成本；一种是比较它们的寿命周期成本。两种比较方法都需要的基本数据是：构成两种电压等级输电工程的统计的设备价格及建设费用。

2004-12-1438特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性特高压输电与超高压输电的经济性比较

可靠性从上表可知，前苏联1150kV和750kV线路中断输电率均比500kV线路低不少，1150kV线路中断输电率为500kV线路的1/4，为750kV线路的45%。前苏联1150kV线路运行6年共中断输电5次，其中80%为雷电引起线路跳开而中断输电。雷击跳开线路主要是雷电绕击导线引起的。雷电的击穿主要发生在改变线路方向的转角塔上。在转角塔的三相中，中间相抗雷能力较差。

2004-12-1439特高压电网的系统特性和经济性特高压电网的经济性特高压输电与超高压输电的经济性比