特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识

第四章特高压交直流输电

与特高压电气设备特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第1页电力工业起源于19世纪后期，世界上第一台火力发电机组是1875年建于巴黎北火车站直流发电机，用于照明供电。1879年，美国旧金山试验电厂开始发电，这是世界上最早出售电力电厂。而我国电力工业发展几乎和国际同时，我国也在1882年建成第一座发电厂。当前我们国家电力技术不论是电压等级、机组容量还是设备制造方面相对发达国家来说基本持平，甚至在一些技术领域，如特高压与智能电网，还走在世界前列。

引言特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第2页引言底我国装机容量达7.9亿千瓦，整年发电量达34268亿kW·h，仅次于美国居世界第二位，成为世界电力生产和消费大国，不过人均装机容量和人均用电量较世界平均水平都低。电力系统是一个知识密集型行业，科学技术在电力行业中主要性就显得尤为突出。当前电力系统正朝着大电网、特高压、大机组、高自动化方向发展。国家电网企业制订了“一特四大”能源战略，即特高压电网、大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地。205月21日，国家电网企业在“2009特高压输电技术国际会议”上提出了“建设坚强智能电网”战略举措。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第3页（一）开展特高压电网建设紧迫性

我国能源资源赋存和电力负荷分布极不均衡情况，西电东送，南北互供，全国联网势在必行。采取特高压输电有利于实现电力资源在较大范围优化配置，有利于节约线路走廊和节约土地资源，有利于节约电网建设投资和运行费用，有利于降低煤电对环境污染影响。

特高压交直流输电特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第4页因为近年来我国电源超常发展，电网建设严重滞后，输电能力不足，电网与电源发展不协调矛盾十分突出。现有500千伏跨区同时互联电网联络微弱，输电能力严重不足，大电网优越性难以发挥。区域电网之间水火互济和跨流域赔偿能力显著不足。现有电网难以满足远距离、大容量输电需要。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第5页（二）特高压输电定义交流输电电压普通分高压、超高压和特高压。国际上，高压（HV）通常指35～220千伏电压。超高压（EHV）通常指330千伏及以上、1000千伏以下电压。特高压（UHV）定义为1000千伏及以上电压。高压直流（HVDC）通常指是±600千伏及以下直流输电电压，±600千伏以上电压称为特高压直流（UHVDC）。就我国而言，交流高压电网指是110千伏和220千伏电网；超高压电网指是330千伏、500千伏和750千伏电网。特高压电网指是1000千伏电网；高压直流指±500千伏及以下直流系统，特高压直流指±800千伏直流系统。

特高压交直流输电6特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第6页相邻两个电压等级级差怎样确定？普通认为，超高压电网更高一级电压标称值应高于现有电网最高电压1倍及以上。这么，输电容量可提升4倍以上，不但能与现有电网电压配合，而且为今后新更高电压发展，留有合理配合空间，做到简化网络结构，降低重复容量，便于时尚控制，降低线路损耗，有利于安全稳定运行。能否采取750kV作为500kV电网更高一级电压等级？特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第7页（三）特高压输电特点1．输送容量大一回1000千伏特高压输电线路送电能力靠近500万千瓦，约为500千伏输电线路（88.5）五倍左右。

±800千伏直流特高压(4kA)输电能力可到达640万千瓦，是±500千伏高压直流(3kA)2.1倍，是±620千伏高压直流1.7倍。

特高压交直流输电特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第8页（三）特高压输电特点

2．送电距离长

在输送相同功率情况下，1000千伏特高压输电线路最远送电距离约为500千伏线路四倍。采取±800千伏直流输电技术使得超远距离送电成为可能，经济输电距离能够到达2500公里及以上。特高压交直流输电特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第9页（三）特高压输电特点3．线路损耗低在导线总截面、输送容量均相同情况下，1000千伏交流线路电阻损耗是500千伏交流线路四分之一。特高压交直流输电±800千伏直流线路电阻损耗是±500千伏直流线路39％，是±620千伏直流线路60％。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第10页（三）特高压输电特点4．节约土地资源特高压交流：同塔双回和猫头塔单回线路走廊宽度分别为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500千伏线路三倍。特高压交直流输电特高压直流：±800千伏、640万千瓦直流输电方案线路走廊约76米，单位走廊宽度输送容量为8.4万千瓦/米，是±500千伏、300万千瓦方案1.29倍，±620千伏、380万千瓦方案1.37倍。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第11页（三）特高压输电特点5．工程投资省采取特高压输电技术，能够节约大量导线和铁塔材料，从而降低建设成本。依据相关设计部门计算，1000千伏交流输电方案单位输送容量综合造价约为500千伏输电方案73％，节约工程投资效益显著。另外，采取特高压输电可降低线路回数及设备数量，有利于提升供电可靠性，降低运行费用。特高压交直流输电特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第12页（三）特高压输电特点6．联网能力强经过交流特高压同时联网，大幅度缩短电网间电气距离，加强电气联络，提升稳定水平，充分发挥大电网互联水火互济、错峰、跨流域互补、降低系统装机备用容量等各种联网效益。利用特高压联网，增强网间功率交换能力，能够在更大范围内优化能源资源配置方式，有利于改进电网结构，分层分区布局，从根本上处理短路电流超标等问题。特高压交直流输电特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第13页（三）特高压输电特点

特高压电网具备长距离、大容量和低损耗送电能力，代表着当今输电技术最高水平，是符合我国国情输电方式和未来电网发展方向。特高压交直流输电特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第14页输电线路II形等值电路特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第15页特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第16页分裂导线直径从0.8m到1.2m，同时保持子导线数和相间距离不变，输电线输电能力增加10%左右；子导线数从6增加到12，同时保持分裂导线直径和相间距离不变，输电能力可增加5%左右;相间距离从25m降低到15m，其它保持不变，输电能力可增加12%以上。总体来看，调整分裂导线3个参数在合理范围，输电能力可增加大约25%。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第17页电力系统功角稳定性分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定

静态稳定指是电力系统受到小干扰后，不发生非同期性失步，自动恢复到起始运行状态能力。暂态稳定指是电力系统受到大干扰后，各发电机保持同时运行并过渡到新平衡状态或恢复到原来稳定运行状态能力，通常指第一或第二振荡周期不失步。动态稳定指是电力系统受到小或大干扰后，不发生振幅不停增大振荡而失步。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第18页电压稳定性是电力系统在给定运行条件下，遭受扰动后，系统中全部母线电压能继续保持在可接收水平能力。电压不稳定主要原因是电力系统在扰动过程，增加负荷或改变运行条件时不能满足无功功率需要。关键问题是输电电网在传输有功功率和无功功率时，在线路电抗上要产生电压降落。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第19页扰动可分为：（1）大干扰电压稳定是指系统大扰动，如系统故障、发电机跳闸或输电线路断开等事故后系统对电压控制能力。这种能力是由系统负荷特征、连续与离散控制和保护相互作用决定。（2）小干扰电压稳定是指系统负荷逐步增加改变时系统控制电压能力。这种形式电压稳定性是由负荷特征、连续作用控制及给定瞬间离散控制作用决定。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第20页双回特高压输电线路将发电中心或送端系统电力输送到远方负荷中心。稳定性要求：（1）当一回输电线路发生可能出现严重故障，主要是靠近输电线路送端发生三相短路时，继电保护和断路器正常动作，跳开故障线路，切除故障，电力系统应能保持暂态稳定。（2）故障线路跳开、切除故障后，剩下一回线路能保持原双回线路输送功率在静态稳定极限范围内，有一定静态稳定裕度，短时内保持电力系统稳定运行，确保电力系统运行人员在故障后重新调整电力系统时尚，使电力系统各输电线路有靠近正常运行静态稳定裕度。（3）故障线路跳开、切除故障后，剩下一回线路保持原双回线路输送功率在小干扰电压稳定极限范围内，并留有一定稳定裕度。（4）在电力系统大方式运行条件下，特高压输电受端系统内发生单台大机组突然跳闸，依据故障后时尚分布，特高压输电线路对于可能增加功率输送，应留有短时静态稳定裕度和电压稳定所需短时有功和无功输送裕度确保受端电压在稳定裕度范围内。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第21页稳定限制要求：（1）静态稳定裕度应到达30%~35%，包含送、受端系统等值阻抗在内等效两端电势功角对应地为44º~40º。（2）特高压输电线路两端电压降落应保持在5%左右。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第22页特高压输电经济性两种比较方法：一个是按相同可靠性指标，比较它们一次投资成本；一个是比较它们寿命周期成本。一回1100kV特高压输电线路输电能力可到达500kV常规输电线路输电能力4倍以上。在输送相同功率情况下，1100kV线路功率损耗约为500kV线路1/16左右。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第23页可靠性特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第24页主要设备成本特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第25页输电成本特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第26页4.3特高压电网过电压及其防护特高压变电站高压配电装置直击雷保护（1）特高压变电站采取敝开式高压配电装置(AIS)、敞开式电气设备时，可直接在特高压变电站构架上安装避雷针或避雷线作为直击雷保护装置。（2）特高压变电站采取半封闭组合电器(HGIS)或全封闭组合电器(GIS),则其GIS部分引入、引出套管尚需有直击雷保护装置保护。而GIS本身仅将其外壳接至变电站接地网即可。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第27页特高压变电站电气设备雷电侵入波过电压保护在变电站内适当位置安装金属氧化物避雷器(MOA)。因为限制线路上操作过电压要求，在变电站线路断路器线路侧必定安装有MOA，变压器回路也要求安装MOA。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第28页特高压内部过电压限值暂定值(1)工频过电压:限制在1.3p.u.以下，在个别情况下线路侧可短时(连续时间小于0.3s)允许在1.4p.u.以下。(2)相对地统计操作过电压(出现概率为2%操作过电压)：对于变电站、开关站设备应限制在1.6p.u.以下。对于长线路线路杆塔部分限制在1.7p.u.以下。(3)相间统计操作过电压：对于变电站、开关站设备应限制在2.6p.u.以下。对于长线路线路杆塔部分限制在2.8p.u.以下。其中:1.0p.u.=1100kV(峰值)。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第29页特高压线路本身容性无功大、输送功率大，加之我国单段特高压线路比较长影响工频过电压主要有以下几个原因：（1）空载长线路电容效应及系统阻抗影响。（2）线路甩负荷效应。（3）线路单相接地故障影响。（4）甩负荷后发电机转速增加及自动电压调整器(AVR)和调速器影响。特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第30页限制工频过电压可考虑采取以下办法（1）使用高压并联电抗器赔偿特高压线路充电电容（2）考虑使用可调整或可控高抗（3）使用良导体地线(或光纤复合架空地线OPGW)（4）使用线路两端联动跳闸或过电压继电保护（5）使用金属氧化物避雷器限制短时高幅值工频过电压（6）选择合理系统结构和运行方式以降低工频过电压特高压交直流输电与特高压电气设备培训知识第31页特高压系统主要考虑三种类型操作过电压：合闸(包含单相重合闸)、分闸和接地短途经电压。接地短路在正常相产生过电压，主要靠线路两端MOA限制。1000kV输电线路合闸和分闸过电压，以期将其限制到1.6～1.7p.u.水平之下。特高压交直流输电与特高压电气设备培训