淺談我國的交流特高壓輸電

今天主要介紹一下有關特高壓輸電方面的一些基本知識和基本情況。大家知道，特高壓輸電線路是在超高壓輸電線路基礎上發展起來的，而超高壓和特高壓輸電線路是電力系統中極為重要的組成部分，與電力系統的發展密切相關，特高壓輸電線路的建設是電力系統發展的新的里程碑，特別是在當前正在實施西電東送和全國聯網的今天占有著重要的地位。1那么什么是超高壓和特高壓輸電線路呢？

特高壓輸電線路等級的選取原則如何考慮？如何劃分？如何發展？1什么是超高壓和特高壓輸電線路超高壓和特高壓輸電線路是輸電線路等級中兩個較高的、緊挨著的級別。根據國際大電網會議的定義，按照電壓的高低，目前電網的電壓等級大體分為低壓、中壓、高壓、超高壓和特高壓五個級別。電網按電壓大體分為五個等級電壓等級在1kV以下的電網稱為低壓電網；1—10kV之間的電網稱為中壓電網；高于10kV而低于400kV的電網稱為高壓電網；400—1000kV之間的電網稱為超高壓電網；1000kV及以上的電網稱為特高壓電網。1什么是超高壓和特高壓輸電線路由以上規定可見，我國的500kV電網為超高壓電網，這個已是很多了，在西北建設的750KV輸電工程亦是超高壓電網，正在醞釀建設的1000kV的電網則是特高壓電網。1什么是超高壓和特高壓輸電線路對于高壓電網國際上目前公認的合理的電壓等級大致可歸納為二個系列，即：

1.154—345—765—1500kV級；2.110—220—500—1000kV級兩種。相鄰電壓等級間的倍數約為2倍。目前建設的1000kV輸電工程屬于后一種。線路電壓等級的發展由多種因素決定1.傳輸容量的因素，由于大機組的經濟性促進了它的投入和負荷的迅速增長，輸送巨大的電能以及遠距離輸電不斷增長的要求，促進了更高電壓輸電方式的采用，因為線路等級的發展，是確定輸電能力的關鍵因素，當電能輸送距離一定時，電壓等級升高一倍，輸送能力可以提高5倍。2.經濟因素，政府要求關停能耗大、效率低、污染大的小電廠，并希望加快發展清潔高效的大機組。一般來說，預期需要較高的容量時，更高電壓等級的輸電系統在經濟上通常更合算，輸電電壓愈高，輸送單位容量的價格愈低。線路電壓等級的發展由多種因素決定3.線路走廊和環境等因素，目前除選擇廠址的困難外，愈來愈明顯的是缺少合適的線路走廊，即線路通道，故需要更好地使用現有的陸地資源。

較高的輸電電壓為每一條線路走廊輸送更大容量提供了有效的手段，電壓愈高線路走廊利用的愈充分。我國發展特高壓輸電的

必要性一是，西電東送的要求二是,全國聯網的要求我國電力系統的主要格局我國的水利和煤炭資源主要分布在西部，電力負荷中心主要在東部。西電東送是我國電力系統發展的主要格局。具體情況為：

我國電力系統的主要格局負荷中心主要集中在東部沿海附近，即：以廣州為中心的珠江三角洲以上海為中心的長江三角洲以首都為中心的京津唐地區以沈陽為中心的沈、鞍、撫、本地區這些用電負荷占全國電力消耗的70%左右我國電力系統的主要格局

再看我國可開發水力資源的情況：我國可能開發的水力資源為380GW，但68%左右的資源分布西南地區，其中：四川西部云南西部西藏東部最為集中，占據了全國水電資源的一半以上。

我國電力系統的主要格局我國煤炭藏量更是豐富，但絕大部分在華北地區西部及晉北地區北部，其中三西（山西、陜西、蒙西）地區占全國煤炭儲量的70%左右。可見我國常規能源的水力和煤炭資源均遠離電力負荷中心，少則1000km多則2000km以上。以上就是我國能源分布和負荷中心分布的基本格局。在這樣能源和負荷中心分布的情況下，電力發展怎么辦？

水電具有綜合利用效益，大力開發水電符合我國電力可持續發展戰略，水電必須在當地建設，這應當是沒有疑問的。煤炭能源利用、輸送方式有兩種形式，即：運煤發電方式和就地發電遠距輸送方式兩種。

運煤發電方式存在三大弊端

占用城市土地資源。一座容量為2000MW的電廠，廠址及配套設備占地3km2，對土地資源是極大的浪費；造成極大的交通運輸壓力。一座500MW的電廠每年耗煤達1千5百萬噸，極大的增加了鐵路、公路的運輸壓力。環境污染。負荷中心建電廠對環境污染嚴重，治理污染如防塵脫硫和除渣，又將提高電力能源的成本。另外，煤炭的長途運輸也將造成環境的污染；解決辦法就地發電遠距離輸送方式可解決上述弊端（不占地，不用運輸，沒有污染），即建坑口電站，并以遠距離輸電的方式將電能輸送到負荷中心。因此，應結合我國能源資源與經濟發展地區分布極不均衡的特點，集中建設綜合能源基地，大力開發西南水電，集約化發展“三西”地區的火電，采用高電壓與遠距離輸電的方式，將電能輸送到負荷中心，實現“西電東送”，將是非常合理的，顯然這種方式好。解決辦法再看全國聯網的需求大區電網互連可以實現互為備用、緊急事故支援、促進電力市場的開發等聯網效益。因此目前擬在全國基本聯網的基礎上，到2020年實現中國電網超過9億千瓦裝機容量，實現西電東送容量超過1億千瓦的超大規模全國互聯電網，這中間需要架設多條高壓直流線路，以及多條交流特高壓線路。在這中間特高壓輸電具有巨大的經濟效益：特高壓輸電具有巨大的經濟效益：1.特高壓輸電線路傳輸距離遠、輸電容量大。2.建設特高壓線路不僅可減少線路回數，還可以最大程度地節省線路走廊和投資。3.特高壓輸電可使部分500kV電網解環運行，降低短路電流，減輕500kV電網的負擔。4.可結合中途落點向沿途地區供電。5.用特高壓輸電線路連接大區電網，錯開用電高峰，可互為備用，聯網效益比直流好。

特高壓輸電具有巨大的經濟效益：6.故障率遠低于直流輸電，有利于系統安全運行。在提及特高壓輸電的優點同時，也順便提一下直流輸電的特點。因為在西電東送、全國聯網的工程中，到2020年要建成二十余條直流線路。是比較多的，直流輸電有如下優點：

一是，輸電容量較大，當輸電距離超過1000km時也比較經濟；二是，沒有交流輸電的穩定問題，但也有上面提到的一些不利因素，應綜合考慮。3國內外特高壓系統建設與運行現狀國內外特高壓系統建設與運行現狀

上個世紀六、七十年代各發達國家經濟發展迅速，對電力需求大大增加。七十年代初，國外發達國家700千伏以上電壓（750KV、735KV、765KV）輸電線相繼建成投產后，前蘇聯、美國、意大利、加拿大、日本等國就開始了對特高壓等級交流輸電技術的研究。他們按照理論研究、實用技術實驗研究、電氣設備研制和工業試驗性運行考核等三大步國內外特高壓系統建設、運行現狀驟進行工作，取得了滿足工程需要的數據、資料和工程原型設備產品。這些研究成果表明，一旦特高壓輸電工程上馬，技術上足以滿足工程的需要。國外情況舉兩例：

前蘇聯，自80年代起，同時建設西部大型能源基地及1150kv輸電工程，至1994年已建成1150kv特高壓輸電線路2000km，約900km的線路已按1150kv設計的電壓運行。國內外特高壓系統建設、運行現狀日本，日本東京電力公司為了將遠離負荷中心的東部和北部的核電向東京輸送，已建成1000kV特高壓輸電線路350km，目前還在建設120km的新線路。國際上的研究為我國發展特高壓輸電線路積累了寶貴的經驗。

我國從“六五”開始即開展了相關的研究，牽頭單位為武漢高壓所、清華大學等單位，武漢高壓所于“八五”、“九五”期間，在戶外試驗場建成一條約200m的特高壓研究線路，可以針對特高壓輸電設備進行電氣特性試驗研究等等，取得了重要成果。國內外特高壓系統建設與運行現狀目前，我國已開始籌建1000kV的特高壓輸電線路，已知的如“晉東南—南陽—荊州”單回線，還有“淮南—上?！钡碾p回線等。隨著我國特高壓輸電線的上馬建設，建成輸電，我國電力系統將出現嶄新的局面。4網絡結構弄清超高壓、特高壓輸電網絡可能由哪些基本元件組成。輸電的特點、任務和存在的問題決定了網絡結構。華中山西～負荷中心超、特高壓線路（1）超高壓與特高壓輸電的特點、任務與可能遇到的問題任務：將綜合能源基地的強大電力送至遠方的負荷中心，例特點與問題：長距、功率大——有系統穩定問題；長距、分布電容大——有過電壓問題，潛供電流大的問題；電壓高、電場強——有電暈問題。（2）網絡結構

一般的結構型式：A.加—縮短電氣距離，提高電力系統的穩定性；B.加并聯電抗器——補償容性無功，可限制過電壓，限制潛供電流，提高重合閘成功率；C.采用分裂導線——可以減少電暈，另外由于分布電容的增大，增大了輸電線的自然功率，這是好的一方面。一般750（分裂為4－6根），1150（分裂為8-12根）；串補電容及并聯電抗可以是可控的，也可以是不可控的、恒定的。

5特高壓輸電線路的暫態數模及其通解分析

5.1暫態數模特高壓輸電線路由于電壓高（大于330可KV以上）、距離長（），屬于分布參數電路系統，分析的是電流波和電壓波，電流和電壓不僅與時間t有關，還與距離x有關。為了分析簡單，我們取單導線—地系統的一個等值微分單元來分析（即三相取單相，單相取其微分元）：單導線—地系統的一個等值微分單元電路的暫態方程為：

無損線：

進一步整理得：

式中，為波的傳播速度，簡稱波速。既叫波速，顯然應為:，為波在時間內傳播的距離。如何理解，為什么是這樣？說明如下：

仍然是從式（3）與式（4）出發，即寫成增量形式以便于運算，其式為：

式（7）與式（8）兩邊相乘，并經整理得：所以

波速

數模的通解下面直接給出方程式(3)、式(4)或式(5)、式(6)即：

（3）（5）

或（4）（6）的通解為:給出了某點、某時刻電壓波、電流波與兩個函數的關系，即電壓波、電流波各由兩項組成。上面得出的通解并沒有直接進行推導，但可以將其解代入原方程式（3）和式（4），通過驗證看方程兩側是否恒等，以證明是其解，這即所謂的驗證認識法。對通解式(9)和式(10)的幾個量說明以下幾點：

(1)式中ZC稱為波阻抗，為什么叫波阻抗？如果是波阻抗，即應為電壓波與電流波變量的比值，含義說明如下，仍由式(3)、式(4)出發，并將其寫成增量形式即：兩式一比，并進行整理得：

該式反映了同向電壓行波與同向電流行波的比值，所以稱ZC為波阻抗。

對通解式說明以下幾點：(2)f1()，f2()是待確定的函數，具體的函數形式將由系統條件決定；f1()——是正向行波，可以看到行波f1()

的一個等值不變的點，隨t的增加是沿x的正方向移動；

k

m

xf2(

)——是反向行波，可以看到行波f2(

)的一個等值不變的點，隨t增加是沿x反方向移動；k

m

x(3)對于無損線的正向及反向行波在傳輸中均無衰減與畸變。x6暫態等值電路

上面的結果在實際應用中需要作進一步處理，否則無法用于實際網絡，因此希望建立與它所對應的等值電路，以便于對大規模復雜網絡進行實際的計算和工程應用。如何處理呢？

將通解分別相加和相減，處理后得：

這一整理具有非常重要的意義，式(11)、式(12)建立了某點、某時電流、電壓全量關系與單一行波函數的關系，為得到暫態等效電路奠定了基礎。先看式（11）和式（12）右邊的表達式，式(11)右邊是等于兩倍的正向行波，式(12)右邊是等于兩倍的反向行波。對正、反向行波的特點，我們再次特別強調指出：

對于無損線，正向和反向行波，當從線路的這一端到達另一端時，是不變的，沒有衰減與畸變。如何理解和應用這一結論，我們下面作一分析，擴展為一段長為的一段輸電線如下：

圖中：始端k的x坐標為0，末端m的x坐標為l，

為波從一端傳到另一端的時間。mkt-τtx=0x=l對正向行波：從始端k到末端m傳輸不變，故有下圖和式（13）的關系：

聯系式（11）右邊有：

正向行波x的正方向kmtt-τx=0x=l對反向行波：從末端m到始端k傳輸不變，故有下圖和式（14）的關系：聯系式（12）右邊有：

反向行波x的正方向對式（13）、式（14）重新寫一下：將t時刻的量和時刻的量分別進行合并，即按照時刻的早晚，整理得：是與k端時刻電壓、電流有關的量，在計算當前t時刻量時為已知量；是與m端時刻電壓、電流有關的量，在計算當前t時刻量時為已知量。式中

根據式（15）和式（16）的代數方程，可以畫出輸電線的等值電路如下：

等值電路的特點：該電路反映了一相的電磁暫態在時間離散點上的情況，一般稱為基本的暫態離散電路，是單相和無損線的。

該電路有以下特點：

1.原來輸電線的分布參數電路變為了集中參數電路；

2.等效電路在拓撲上不相聯，但在電氣上兩端是通過歷史電流源相聯系的；等值電路的特點：

3.兩端電氣上的影響反映了在歷史電流源中，歷史電流源是過去時刻的量，意味著對端的量只有經時間后方能對本端發生作用。

進一步研究解決的問題包括：

1.有損線的推廣，實際線路是有損的；

2.三相線的推廣，實際線路是三相的；3.如何考慮參數的依頻變化，等等。進一步要研究解決的問題包括：

經過多年的研究，國內外有關學者（道梅爾教授等）已解決了上述這些基本難題，使計算達到了實用化；這些對于超高壓和特高壓的電磁暫態計算具有特別重要的意義。有了各單件元件（包括集中參數元件）的等效電路，對于實際的大型電力網絡，就可以建立相應的等值網絡圖，對于每一時刻就可以按照用于穩態計算的節點方法，進行大規模的計算，以解決實際問題。7特高壓輸電線等值參數的特點

從前面可知特高壓輸電線路每公里的參數有四個:

各有什么特點1.漏電導，特高壓輸電線相間距離很大，對地絕緣較好，故其漏電導很小，通常可以忽略，認為。2.電阻，由于特高壓輸電線采用分裂導線，減少了集膚效應，電阻相對較小，電壓損耗也較小。3.電容，由于特高壓輸電線采用分裂導線，增大了每相導線的表面積，因而電容增大了，有利于提高輸電線的自然功率。

4.電感，由于分裂導線的采用改變了導線周圍的磁場分布，等效的增大了導線半徑，從而減小了每相的電感。

各有什么特點綜上，為了提高其輸電能力，減少其電壓損耗和能量損耗，必須盡可能的減小其每千米的電阻、電感和漏電導；因減小了電感，增大了電容，是可以提高輸電線的自然功率的，即：

所以對于特高壓輸電線路，增大、減小是有利于提高輸電能力的重要原因之一。8特高壓輸電系統二次控制與保護方面的重點研究課題

特高壓輸電線路在我國正在建設，有許多問題要研究，重點說一下二次方面的一些課題：

特高壓輸電二次方面的研究課題：

（1）特高壓輸電線路參數的精確計算與暫態過程分析這是一個基礎性、理論性較強的課題，應當特別重視。對于特高壓輸電線主要有以下幾個因素要考慮：對于特高壓輸電主要有以下幾個因素要考慮：結構復雜，分裂導線多達8—12根，輸電線路距離較長，弧垂較大；變化范圍大，線路參數隨季節和負荷情況變化；暫態波過程明顯，這是由于分布參數特征明顯所至；暫態過程諧波含量高，有整數次、非整數次諧波；非周期分量大，且衰減時間常數較長。特高壓輸電二次方面的研究課題因此要研究：線路參數的精確計算方法；進行暫態過程的仿真與暫態分量的分析。以便于進一步研究：

特高壓系統故障的暫態過程故障熄弧過程分析保護的行為這是進一步深入研究的前提與基礎。

特高壓輸電二次方面的研究課題（2）特高壓輸變電系統過電壓的研究

兩個原因要充分認識到：

1.特高壓輸電線路絕緣子承受過電壓的裕度較?。?/p>

2.過電壓絕緣子擊穿導致停電的經濟損失巨大