特高壓知識問答

1.特高壓直流輸電線路基本情況介紹

問：直流輸電線路有哪些基本類型?

答：就其基本結(jié)構(gòu)而言，直流輸電線路可分為架空線路、電纜線路以及架空——電纜混合線路三種類型。直流架空線路因其結(jié)構(gòu)簡單、線路造價低、走廊利用率高、運行損耗小、維護便利以及滿足大容量、長距離輸電要求的特點，在電網(wǎng)建設(shè)中得到越來越多運用。因此直流輸電線路通常采用直流架空線路，只有在架空線線路受到限制的場合才考慮采用電纜線路。

問：建設(shè)特高壓直流輸電線路需要研究哪些關(guān)鍵技術(shù)問題?

答：直流架空線路與交流架空線路相比，在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算方面，并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點，需要進行專門研究。對于特高壓直流輸電線路的建設(shè)，尤其需要重視以下三個方面的研究：

1. 電暈效應(yīng)。直流輸電線路在正常運行情況下允許導(dǎo)線發(fā)生一定程度的電暈放電，由此將會產(chǎn)生電暈損失、電場效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪聲等，導(dǎo)致直流輸電的運行損耗和環(huán)境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設(shè)計不當，其電暈效應(yīng)可能會比超高壓工程的更大。通過對特高壓直流電暈特性的研究，合理選擇導(dǎo)線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電暈效應(yīng)，減少運行損耗和對環(huán)境的影響。

2. 絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對工程的投資和運行水平有極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應(yīng)”，絕緣子的積污和污閃特性與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴重，合理選擇直流線路的絕緣配合對于提高運行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在世界上尚屬首例，國內(nèi)外現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)和研究成果十分有限，因此有必要對特高壓直流輸電的絕緣配合問題進行深入的研究。

3. 電磁環(huán)境影響。采用特高壓直流輸電，對于實現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置，提高輸電走廊的利用率和保護環(huán)境，無疑具有十分重要的意義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導(dǎo)線大、鐵塔高、單回線路走廊寬等特點，其電磁環(huán)境與±500千伏直流線路的有一定差別，由此帶來的環(huán)境影響必然受到社會各界的關(guān)注。同時，特高壓直流工程的電磁環(huán)境與導(dǎo)線型式、架線高度等密切相關(guān)。因此，認真研究特高壓直流輸電的電磁環(huán)境影響，對于工程建設(shè)滿足環(huán)境保護要求和降低造價至關(guān)重要。

問：什么是直流的“靜電吸塵效應(yīng)”?

答：在直流電壓下，空氣中的帶電微粒會受到恒定方向電場力的作用被吸附到絕緣子表面，這就是直流的“靜電吸塵效應(yīng)”。由于它的作用，在相同環(huán)境條件下，直流絕緣子表面積污量可比交流電壓下的大一倍以上。隨著污穢量的不斷增加，絕緣水平隨之下降，在一定天氣條件下就容易發(fā)生絕緣子的污穢閃絡(luò)。因此，由于直流輸電線路的這種技術(shù)特性，與交流輸電線路相比，其外絕緣特性更趨復(fù)雜。

問：直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計要解決哪些問題?

答：直流輸電線路的絕緣配合設(shè)計就是要解決線路桿塔和檔距中央各種可能的間隙放電，包括導(dǎo)線對桿塔、導(dǎo)線對避雷線、導(dǎo)線對地、以及不同極導(dǎo)線之間的絕緣選擇和相互配合，其具體內(nèi)容是：針對不同工程和大氣條件等選擇絕緣子型式和確定絕緣子串片數(shù)、確定塔頭空氣間隙、極導(dǎo)線間距等，以滿足直流輸電線路合理的絕緣水平。

問：直流輸電線路的絕緣子片數(shù)是如何確定的?

答：由于直流線路的靜電吸附作用，直流線路的污穢水平要比同樣條件下的交流線路的高，所需的絕緣子片數(shù)也比交流的多，其絕緣水平主要決定于絕緣子串的污穢放電特性。因此，目前在選擇絕緣子片數(shù)時主要有兩種方法：1.按照絕緣子人工污穢試驗采用絕緣子污耐受法，測量不同鹽密下絕緣子的污閃電壓，從而確定絕緣子的片數(shù)。2. 按照運行經(jīng)驗采用爬電比距法，一般地區(qū)直流線路的爬電比距為交流線路的兩倍。兩種方法中，前者直觀，但需要大量的試驗和檢測數(shù)據(jù)，且試驗檢測的結(jié)果分散性大。后者簡便易行，但精確性較差。實際運用中，通常將兩者結(jié)合進行。

問：如何進行特高壓直流輸電線路導(dǎo)線型式的選擇?

答：在特高壓直流輸電工程中，線路導(dǎo)線型式的選擇除了要滿足遠距離安全傳輸電能外，還必須滿足環(huán)境保護的要求。其中，線路電磁環(huán)境限值的要求成為導(dǎo)線選擇的最主要因素。同時，從經(jīng)濟上講，線路導(dǎo)線型式的選擇還直接關(guān)系到工程建設(shè)投資及運行成本。因此特高壓直流導(dǎo)線截面和分裂型式的研究，除了要滿足經(jīng)濟電流密度和長期允許載流量的要求外，還要在綜合考慮電磁環(huán)境限值以及建設(shè)投資、運行損耗的情況下，通過對不同結(jié)構(gòu)方式、不同海拔高度下導(dǎo)線表面場強和起暈電壓的計算研究，以及對電場強度、離子流密度、可聽噪聲和無線電干擾進行分析，從而確定最終的導(dǎo)線分裂型式和子導(dǎo)線截面。對于±800千伏特高壓直流工程，為了滿足環(huán)境影響限值要求，尤其是可聽噪聲的要求，應(yīng)采用6×720平方毫米及以上的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。

問：如何確定特高壓直流輸電線路的走廊寬度和線路鄰近民房時的房屋拆遷范圍?

答：特高壓直流輸電線路的走廊寬度主要依據(jù)兩個因素確定：1. 導(dǎo)線最大風(fēng)偏時保證電氣間隙的要求;2.滿足電磁環(huán)境指標(包括電場強度、離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲)限值的要求。根據(jù)線路架設(shè)的特點，在檔距中央影響最為嚴重。研究表明，對于特高壓直流工程，線路鄰近民房時，通過采取拆遷措施，保證工程建成后的電氣間隙和環(huán)境影響滿足國家規(guī)定的要求。通常工程建設(shè)初期進行可行性研究時就要計算電場強度、離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲的指標，只有這些指標滿足國家相關(guān)規(guī)定時，工程才具備核準條件。

2.交流特高壓電網(wǎng)的過電壓保護和絕緣配合

問：交流特高壓電網(wǎng)電氣設(shè)備的絕緣有什么特點，其影響因素是什么?

答：現(xiàn)代電網(wǎng)應(yīng)具有安全不間斷的基本功能。實踐表明，在全部停電事故中，輸電線路和變電站電氣設(shè)備的絕緣閃絡(luò)或擊穿是最主要的原因。因此，為了保證電網(wǎng)具有一個可接受的可靠性指標，科學(xué)合理地選擇電氣裝置的絕緣水平至關(guān)重要。

電氣設(shè)備的絕緣在運行中會受到以下幾種電壓的作用：工作電壓、暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓和陡波過電壓。電氣裝置的絕緣強度一般以在上述各種電壓的作用下的放電電壓來表征。

交流特高壓設(shè)備絕緣的主要特點：一是運行電壓高。為了降低設(shè)備尺寸和造價，通過采用大容量高性能的避雷器等措施，降低過電壓水平和設(shè)備試驗絕緣水平，運行電壓與試驗水平的比值同超高壓相比有顯著增加。二是設(shè)備的重要性提高。特高壓線路輸送容量可達500千瓦，單組變壓器容量為300千瓦，要求設(shè)備具有更高的可靠性。三是設(shè)備尺寸比較大。由于設(shè)備尺寸增大，雜散分布電容和局部發(fā)熱等因素對絕緣的長期穩(wěn)定運行形成威脅。

特高壓輸電線路的絕緣可以分為兩類：一類是導(dǎo)線與桿塔或大地之間的空氣間隙，另一類則是絕緣子。由于電壓等級的提高，特高壓輸電工程對絕緣子提出了更高的要求，如高機械強度、防污閃、提高過電壓耐受能力和降低無線電干擾等。

問：什么是內(nèi)部過電壓?交流特高壓電網(wǎng)的內(nèi)部過電壓與超高壓電網(wǎng)相比，有哪些相同點和不同點?

答：內(nèi)部過電壓是由于電力系統(tǒng)故障，或開關(guān)操作而引起的電網(wǎng)中能量的轉(zhuǎn)化，從而造成瞬時或持續(xù)高于電網(wǎng)額定允許電壓，并對電氣裝置可能造成威脅的電壓升高。內(nèi)部過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓兩大類，其中在故障或操作時瞬間發(fā)生的稱為操作過電壓，其持續(xù)時間一般在幾十毫秒之內(nèi);在暫態(tài)過渡過程結(jié)束以后出現(xiàn)的，持續(xù)時間大于0.1秒甚至數(shù)小時的持續(xù)性過電壓稱為暫時過電壓。暫時過電壓又可以分為工頻過電壓和諧振過電壓。

另外，在GIS變電站中，由于隔離刀閘操作，會產(chǎn)生波頭很陡、頻率很高的操作過電壓，其頻率達數(shù)百千周至幾十兆周，稱之為快速暫態(tài)過電壓(VFTO)。VFTO可能威脅到GIS及其相鄰設(shè)備的安全，特別是變壓器匝間絕緣的安全，也可能引發(fā)變壓器內(nèi)部的高頻振蕩。

特高壓電網(wǎng)的過電壓問題與超高壓電網(wǎng)相比有相似之處，但由于特高壓系統(tǒng)線路輸送容量大、距離可能更長，而自身的無功功率很大，每100公里的1000千伏線路無功功率可達530兆乏左右，使得在甩負荷時可能導(dǎo)致嚴重的暫時過電壓;在正常運行負荷變化時將給無功調(diào)節(jié)、電壓控制以及故障時單相重合閘潛供電流熄滅等造成一系列困難。同時高電壓長空氣絕緣的飽和、高海拔和電氣設(shè)備制造等方面的因素，給過電壓限制提出更高的要求。

問：交流特高壓電網(wǎng)的雷電過電壓有什么特點?有什么保護措施?

答：交流特高壓電網(wǎng)的雷電過電壓及其防護可以分為線路和變電站兩個方面。線路的雷電過電壓防護包括繞擊和反擊防護，變電站的雷電過電壓防護包括直擊雷和侵入波的防護。

1. 特高壓線路的雷電過電壓防護

由于特高壓輸電線路桿塔高度高，導(dǎo)線上工作電壓幅值很大，比較容易從導(dǎo)線上產(chǎn)生向上先導(dǎo)，相當于導(dǎo)線向上伸出的導(dǎo)電棒，從而引起避雷線屏蔽性能變差。這一點不但可從電氣幾何理論上得到解釋，運行情況也提供了佐證。前蘇聯(lián)的特高壓架空輸電線路運行期間內(nèi)曾多次發(fā)生雷擊跳閘，基本原因是在耐張轉(zhuǎn)角塔處雷電繞擊導(dǎo)線。日本特高壓架空輸電線路在降壓運行期間雷擊跳閘率也很高，據(jù)分析是線路遭到側(cè)面雷擊引起了絕緣子閃絡(luò)。

理論分析和運行情況均表明，特高壓輸電線路雷擊跳閘的主要原因是避雷線屏蔽失效，雷電繞擊導(dǎo)線造成的。因此采用良好的避雷線屏蔽設(shè)計，是提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施。同時還應(yīng)該考慮到特高壓輸電線路導(dǎo)線上工作電壓對避雷線屏蔽的影響。對于山區(qū)，因地形影響(山坡、峽谷)，避雷線的保護可能需要取負保護角。

2. 特高壓變電站的雷電過電壓保護

根據(jù)我國110～500千伏變電站多年來的運行經(jīng)驗，如果特高壓變電站采用敝開式高壓配電裝置，可直接在變電站構(gòu)架上安裝避雷針或避雷線作為直擊雷保護裝置;如果采用半封閉組合電器(HGIS)或全封閉組合電器(GIS)，進出線套管需設(shè)直擊雷保護裝置，而GIS本身僅將其外殼接至變電站接地網(wǎng)即可。

與超高壓變電站一樣，特高壓變電站電氣設(shè)備也需考慮由架空輸電線路傳入的雷電侵入波過電壓的保護，其根本措施在于在變電站內(nèi)適當?shù)奈恢迷O(shè)置避雷器。由于限制線路上操作過電壓的要求，在變電站出線斷路器的線路側(cè)和變壓器回路均需要安裝避雷器。至于變電站母線上是否要安裝避雷器，以及各避雷器距被保護設(shè)備的距離，則需通過數(shù)字仿真計算予以確定。

問：交流特高壓電網(wǎng)絕緣配合的特點是什么?與超高壓電網(wǎng)有什么區(qū)別?

答：絕緣配合技術(shù)是考慮運行環(huán)境和過電壓保護裝置特性的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地選擇電網(wǎng)中電氣裝置的絕緣水平。在此過程中，權(quán)衡設(shè)備造價、維修費用和故障損失，力求用合理的成本獲得較好的經(jīng)濟利益。

交流特高壓電網(wǎng)中，由于空氣間隙的放電電壓在操作過電壓下呈現(xiàn)飽和特性，從而使得電網(wǎng)中電氣設(shè)備的絕緣占據(jù)電網(wǎng)設(shè)備總投資的份額愈來愈大;同時由于特高壓電網(wǎng)輸送容量巨大，絕緣故障的后果將非常嚴重，因此在特高壓電網(wǎng)中絕緣配合問題更值得關(guān)注，在特高壓的絕緣配合研究中需采用更精確的方法。例如對于操作過電壓作用下空氣間隙的選擇，宜采用長操作波頭(1000微秒)的試驗情況替代以往超高壓電網(wǎng)線路絕緣配合時采用標準操作波形(250微秒)。

問：交流特高壓電網(wǎng)有哪些限制內(nèi)部過電壓的措施?

答：交流特高壓輸電系統(tǒng)限制內(nèi)部過電壓的主要措施如下：

1.輸電線路上裝設(shè)高壓并聯(lián)電抗器，其中性點通過小電抗接地;

2. 線路的架空地線(避雷線)采用光纖電纜(OPGW)或良導(dǎo)體導(dǎo)線;

3. 變電站母線和輸電線路上裝設(shè)吸收能量較大的避雷器;

4. 斷路器采用合分閘電阻;

5. 在GIS變電站中采用有電阻接入的隔離刀閘裝置。

3.晶閘管的發(fā)展現(xiàn)狀和6英寸晶閘管的開發(fā)

問：晶閘管在直流輸電中起什么作用?

答：晶閘管是構(gòu)成換流閥的基本元件。一個換流閥由數(shù)十或數(shù)百只晶閘管構(gòu)成。由于換流閥是直流輸電工程的心臟，直接決定直流工程的最大通流能力和運行電壓。因此單只晶閘管的容量直接影響換流閥的性能。晶閘管不僅具有反向阻斷電流能力，并且在受觸發(fā)開通之前具有正向阻斷電流的能力。同時，給晶閘管控制極通以很小的電流，就能使它在較低的正向電壓下開通，并在陰極-陽極間通過很大的電流。因此晶閘管的作用就是賦予換流閥實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的功能。

問：直流輸電用晶閘管經(jīng)歷了哪些發(fā)展過程?

答：自從在1967年用2英寸晶閘管閥代替汞弧閥之后，每一次晶閘管面積的擴大，都帶來了輸送容量提高、損耗降低、閥結(jié)構(gòu)簡化、可靠性提高的優(yōu)越性。因此隨著直流輸電容量不斷增大和電力電子技術(shù)的進步，直流輸電用晶閘管從最初的2英寸發(fā)展到現(xiàn)在的6英寸。

上世紀80年代我國自行建設(shè)的舟山和嵊泗高壓直流輸電工程采用2英寸的晶閘管，80年代末建成的葛南超高壓直流工程采用3英寸晶閘管，90年代建成的天廣工程采用4英寸晶閘管。21世紀初建成投產(chǎn)的首條300萬千瓦三常直流輸電工程開始采用5英寸晶閘管。世界上采用過6英寸晶閘管的只有日本。2000年投運的Kii水道直流工程采用了6英寸晶閘管。

問：直流輸電晶閘管與其他工業(yè)用晶閘管有何區(qū)別?

答：直流輸電換流閥是由多個晶閘管串聯(lián)而成的。它與一般工業(yè)用晶閘管的要求不同，有兩個最顯著的技術(shù)特點：第一，要求一個換流閥臂上的器件幾乎要同時開通和同時關(guān)斷，因此對每個器件參數(shù)的一致性要求很高;第二，換流閥一般處于長期運行狀態(tài)，對每個器件的長期可靠性要求很高。為此，直流輸電換流閥用晶閘管的制造工藝必須保證直流輸電用晶閘管的苛刻參數(shù)，要求一致性好、可靠性高，制造工藝穩(wěn)定，工藝設(shè)備的自動化程度要求非常高，從而大大避免人為操作失誤。同時，測試和試驗條件也非常嚴格，這樣才能保證元件的高質(zhì)量。

問：為什么要開發(fā)6英寸晶閘管?

答：研究和開發(fā)6英寸晶閘管對±800千伏、600萬千瓦等級的直流輸電的技術(shù)經(jīng)濟性能影響重大。6英寸晶閘管可以提供更高的短路電流能力，有利于直流系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計;具有更大的過負荷能力，具有適當?shù)陌踩６?，有利于提高直流系統(tǒng)的動態(tài)性能和多條直流并聯(lián)運行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性;減少晶閘管的數(shù)量、簡化閥結(jié)構(gòu)，有利于提高抗震能力;降低閥的損耗，而且提供更大的散熱面積，有利于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。

中國在過去直流工程建設(shè)中，每個工程都進行了適當?shù)募夹g(shù)引進工作。到目前為止，中國已經(jīng)建立了比較完整的常規(guī)直流輸電設(shè)備的制造基礎(chǔ)和體系，直流國產(chǎn)化的進步和成績要明顯優(yōu)于印度和巴西。實現(xiàn)了以部分市場換取直流輸電技術(shù)的戰(zhàn)略目標。隨著特高壓直流輸電的建設(shè)，中國電工制造行業(yè)獲得了技術(shù)超越的機會。如果能抓住機遇，依靠政府的支持，以中國的市場為依托，通過集成創(chuàng)新與引進技術(shù)消化吸收后再創(chuàng)新相結(jié)合，抓緊進行6英寸晶閘管的研究和開發(fā)，在我國建立6英寸晶閘管生產(chǎn)線，則可以在這一重要技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重點跨越，占領(lǐng)技術(shù)制高點。這對中國電力工業(yè)、電工裝備工業(yè)未來的發(fā)展有重要意義;對增加中國在世界的影響將有重要意義。

問：日本為什么開發(fā)6英寸晶閘管，該生產(chǎn)線現(xiàn)狀如何?

答：日本上個世紀90年代曾經(jīng)為Kii水道直流工程生產(chǎn)過6英寸晶閘管。雖然該工程設(shè)計電流只為2800安培，但通過對5英寸、6英寸、7英寸三種晶閘管進行技術(shù)經(jīng)濟比較后，認為6英寸晶閘管是最佳方案。該工程從2000年投運以來狀態(tài)良好。但是由于沒有市場支持，該生產(chǎn)線已經(jīng)改為他用。

問：研發(fā)6英寸晶閘管的目標有哪些?

答：通過研發(fā)6英寸晶閘管主要實現(xiàn)以下三個目標：1.研發(fā)出6英寸直流輸電用晶閘管全套設(shè)計技術(shù)、工藝制造技術(shù)、試驗與測試技術(shù)，建立產(chǎn)品的可靠性保證體系;2.建立完善的封裝測試和試驗手段;3.擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)。

問：研發(fā)6英寸晶閘管需要做哪些工作?

答：研發(fā)6英寸晶閘管需要做以下3方面的工作：1. 設(shè)計器件所需各種材料參數(shù)、部件加工和試驗條件(包括硅片、管殼、鉬片等)，這些新的部件必須全部經(jīng)過研制、試驗和認證;2. 通過試驗調(diào)整和優(yōu)化各工藝參數(shù)，工藝流程并經(jīng)過型式試驗認證;3. 重新研制新的封裝試驗設(shè)備和全套測試設(shè)備來試驗和測試新的器件。

問：開發(fā)6英寸晶閘管的市場前景怎樣?

答：在我國近年興建的±500千伏、3000安培、300萬千瓦常規(guī)直流工程中，都是采用基于5英寸晶閘管的換流閥。

隨著社會的發(fā)展和環(huán)境的變化，能源基地的集約化開發(fā)、大規(guī)模遠距離輸送已經(jīng)成為當前電力生產(chǎn)和消費的最主要模式。我國僅長江上游的水電基地可開發(fā)裝機容量就達9000萬千瓦。列入開發(fā)計劃達7000萬千瓦，開發(fā)工作已全面展開。而這些電力的主要消納地為華東和華中地區(qū)。經(jīng)過反復(fù)論證和滾動規(guī)劃，考慮系統(tǒng)強度、走廊約束、技術(shù)發(fā)展等邊界條件，國內(nèi)相關(guān)部門已經(jīng)向國家提出金沙江、溪落渡一期工程采用3回±800千伏、4000安培、640萬千瓦特高壓直流輸電工程外送的建議。正如我們在三峽工程中所建設(shè)的±500千伏、300萬千瓦直流工程一樣，一期直流方案將在國內(nèi)形成一個標準的電壓等級和規(guī)模，對大規(guī)模的應(yīng)用有極大的經(jīng)濟意義和工程價值。

從國際上看，在巴西亞馬遜河盆地、非洲剛果河流域、印度東部等將陸續(xù)出現(xiàn)大規(guī)模的能源基地，這些能源基地距離負荷中心一般都超過1500公里，都在積極論證采用±800千伏、輸送容量為600萬千瓦的直流輸電方式。發(fā)展更大規(guī)模的直流輸電技術(shù)在世界范圍內(nèi)有巨大的應(yīng)用空間和市場。

4.交流特高壓輸電線路相關(guān)配置及施工環(huán)境要求

問：世界上已經(jīng)建成投運的交流特高壓線路有哪些?

答：美國、前蘇聯(lián)、日本和意大利都曾建成交流特高壓試驗線路，進行了大量的交流特高壓輸電技術(shù)研究和試驗，最終只有前蘇聯(lián)和日本建設(shè)了交流特高壓線路。

1. 前蘇聯(lián)：在前期研究的基礎(chǔ)上，從1981年開始動工建設(shè)1150千伏交流特高壓線路，分別是?；退箞D茲-科克契塔夫494公里，科克契塔夫-庫斯坦奈396公里。1985年8月，世界上第一條1150千伏線路埃基巴斯圖茲-科克契塔夫在額定工作電壓下帶負荷運行，后延伸至庫斯坦奈。1992年1月1日，通過改接，哈薩克斯坦中央調(diào)度部門把1150千伏線路段電壓降至500千伏運行。在此期間，?；退箞D茲-科克契塔夫線路段及兩端變電設(shè)備在額定工作電壓下運行時間達到23787小時，科克契塔夫-庫斯坦奈線路段及庫斯坦奈變電站設(shè)備在額定工作電壓下運行時間達到11379小時。從1981年到1989年，前蘇聯(lián)還陸續(xù)建成特高壓線路1500公里，總體規(guī)模達到2400公里。目前全部降壓至500千伏運行。

2. 日本：1988年秋動工建設(shè)1000千伏特高壓線路。1992年4月28日建成從西群馬開關(guān)站到東山梨變電站的西群馬干線138公里線路，1993年10月建成從柏崎刈羽核電站到西群馬開關(guān)站的南新瀉干線中49公里的特高壓線路部分，兩段特高壓線路全長187公里，目前均以500千伏電壓降壓運行。1999年完成東西走廊從南磐城開關(guān)站到東群馬開關(guān)站的南磐城干線194公里和從東群馬開關(guān)站到西群馬開關(guān)站的東群馬干線44公里的建設(shè)，兩段特高壓線路全長238公里。目前日本共建成特高壓線路426公里，由于國土狹小，日本特高壓線路全部采用雙回同桿并架方式。

問：交流特高壓試驗示范工程輸電線路的走廊寬度是多少?

答：線路走廊內(nèi)的房屋建筑的拆除范圍原則是當處于距邊導(dǎo)線7米及以內(nèi)時一律拆遷;7米以外則按該建筑物地面高1米處未畸變場強4千伏/米作控制條件，超過這一標準的予以拆遷。

線路通過林區(qū)時，采用高塔跨越。晉東南-南陽-荊門線路工程推薦方案經(jīng)過林區(qū)長度約15公里。從保護生態(tài)的角度，線路經(jīng)過林區(qū)時，采用高塔跨樹的方案，原則上不砍伐過林通道，僅在塔位附近考慮桿塔組立的場地，需少量砍伐。線路跨越樹木，在樹木頂部按20千伏/米場強控制。

問：交流特高壓試驗示范工程輸電線路導(dǎo)線對地及交叉跨越距離是多少?

答：1. 最小對地距離

對于一般非居民地區(qū)(如跨越農(nóng)田)，線下場強限值取10千伏/米，導(dǎo)線最小對地距離取22米(中相V串)。

對于居民區(qū)，線下場強限值取7千伏/米，導(dǎo)線最小對地距離取27米(中相V串)。

對于人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作地區(qū)，線下場強限值放寬至12千伏/米，導(dǎo)線最小對地距離取19米。

對上述結(jié)果，按輸送自然功率(電流2.59千安)對工頻磁場進行核算，計算的地面最大磁感應(yīng)強度均小于35微特斯拉，滿足不大于100微特斯拉的要求。

交通困難地區(qū)是指車輛不能達到的地區(qū)，該類地區(qū)的最小對地距離一般按人、畜及攜帶物總高加上操作過電壓間隙和裕度。

我國現(xiàn)行的線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程中，500千伏和750千伏線路，對人、畜及攜帶物總高按3.5米考慮、裕度按2.0米考慮。1000千伏輸電線路操作過電壓間隙取6.5米，線下地面最大電場強度按18千伏/米左右控制，對地距離取15米。

步行可達到的山坡時，考慮人在放牧?xí)r揮鞭對導(dǎo)線的接近，導(dǎo)線的凈空距離是操作過電壓間隙6.5米，加人、畜及攜帶物總高3.5米，再留有2米的裕度，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離取12米。

對于步行不可達到的山坡、峭壁、巖石的凈空距離，考慮操作過電壓間隙和人、畜及攜帶物總高，即操作過電壓間隙6.5米，加人、畜及攜帶物總高3.5米，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離取10米。

2. 交叉跨越距離

試驗示范工程南陽-荊門段線路海拔在1000米以下，考慮過電壓倍數(shù)為1.7，此時主要交叉跨越距離的取值如表所示。

問：什么是特高壓架空輸電線路的金具?在選擇金具時需要注意些什么?

答：電力金具是指連接和組合電力系統(tǒng)中各類裝置，以傳遞機械、電氣負荷及起到某種防護作用的金屬附件。他們把導(dǎo)線連接起來組成通電回路，通過絕緣子將導(dǎo)線懸掛于桿塔上，并保護導(dǎo)線和絕緣子免受高電壓的傷害，同時使電暈和無線電干擾控制在合理的水平，保護人類的生活環(huán)境。由于電壓等級的提高，特高壓輸電線路金具除了具有超高壓金具的基本條件外，還要滿足在保護絕緣子、屏蔽電暈和無線電干擾方面的更高要求。在選擇特高壓金具時，首先應(yīng)注意機械及電氣兩方面的安全可靠性，其次要注意選用高強度材料金具，以縮小結(jié)構(gòu)尺寸。

問：對特高壓架空輸電線路導(dǎo)線選擇有什么要求?

答：導(dǎo)線的選擇是特高壓輸電技術(shù)的重要課題，它不僅要滿足線路輸送電能的要求，同時要保障線路能夠安全可靠地運行和滿足環(huán)境保護的要求，而且還要經(jīng)濟合適。因此，導(dǎo)線選擇需要考慮線路的輸送容量、傳輸性能、環(huán)境影響(電暈、無線電干擾、噪聲等)等多種因素，通過導(dǎo)線電氣特性、機械特性和投資三個方面分析，對各種導(dǎo)線截面和分裂型式進行了詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較，推薦出在技術(shù)和經(jīng)濟上最優(yōu)的導(dǎo)線截面和分裂型式。原則上，在導(dǎo)線選型時，應(yīng)綜合考慮以下因素：(1)導(dǎo)線的允許溫升;(2)對環(huán)境的影響，包括無線電干擾、電暈噪聲等;(3)輸送容量和經(jīng)濟電流密度;(4)電暈臨界電壓;(5)機械強度。經(jīng)研究，晉東南-南陽-荊門試驗示范工程每相導(dǎo)線選擇八分裂，正八角形布置，單根導(dǎo)線截面為500平方毫米。對于導(dǎo)線環(huán)境安裝要求特別嚴的局部地區(qū)，將通過研究，選用擴徑導(dǎo)線，增加虛擬自導(dǎo)線，中相或三相采用低噪聲導(dǎo)線等措施。

問：特高壓線路防雷有什么特殊要求?

答：線路雷害分為反擊和繞擊兩種情況。特高壓線路由于本身絕緣水平高，反擊網(wǎng)絡(luò)的概率很小。但特高壓線路高度大，相導(dǎo)線電壓高，具有一定的迎雷特性。理論計算和運行實踐均表明，雷云繞過避雷線，直擊導(dǎo)線的概率顯著增加。為此，必須將地線外移，降低保護角至5度以下。在山區(qū)地面傾角顯著的區(qū)段，應(yīng)進一步降低保護角至0度甚至負保護角，中間的漏空部分可采用第三根地線保護。

問：特高壓線路的絕緣配置如何?

答：線路的絕緣配置主要指兩個方面，第一為絕緣子的配置，第二為考慮風(fēng)偏后絕緣子懸掛處的帶電金屬部件對塔身的距離。目前國內(nèi)多按爬距法選擇絕緣子片數(shù)，對于特高壓線路，一般超過50片，絕緣子串長度在10米以上。對于重污穢地區(qū)，絕緣子串長超過15米甚至更長，嚴重影響線路的經(jīng)濟性。由于國內(nèi)合成絕緣子技術(shù)的提高和使用經(jīng)驗的積累，在交流特高壓線路上使用合成絕緣子的比例將顯著提高。

空氣間隙耐受操作電壓幅值與間隙長度的關(guān)系是一條飽和曲線。在間隙長度為6米、耐壓為1600千伏左右開始進入明顯飽和區(qū)。具體耐壓水平與間隙形狀和氣壓水平關(guān)聯(lián)。對于試驗示范工程來說，中相V串的間隙均為6.5米。

問：交流特高壓線路桿塔有什么特點?

答：一是高度大。由于線路最低對地距離高達26米，絕緣子串長度一般超過10米，考慮一定的弧垂，水平排列的特高壓線路桿塔的呼稱高一般超過50米，三角排列的特高壓線路桿塔呼稱高超過60米，同桿并架線路桿塔一般超過80米。

二是強度大。塔的強度主要受使用應(yīng)力和塔高決定。由于采用八分裂導(dǎo)線，導(dǎo)線高度又比較高，塔的使用應(yīng)力超過500千伏桿塔兩倍，高度約為兩倍，因此特高壓交流線路桿塔主材和基礎(chǔ)的強度為常規(guī)500千伏線路桿塔的四倍以上。將研究使用管材、高強鋼、高強螺栓等技術(shù)措施。

三是根開大。為了優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省塔材，將適當放大桿塔根開，一般桿塔根開約為15×15米水平。

5.交流特高壓電網(wǎng)的無功補償

問：交流輸電線路的無功功率特性是什么?

答：交流輸電線路的主要參數(shù)包括串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗和并聯(lián)電導(dǎo)、并聯(lián)電容。輸電線路輸送功率時，串聯(lián)電抗上的電流滯后于電壓，串聯(lián)電抗吸收無功功率;并聯(lián)電容上的電壓滯后于電流，并聯(lián)電容發(fā)出無功功率。串聯(lián)電抗吸收的無功功率與流過輸電線路電流的平方成正比，因此串聯(lián)電抗吸收的無功功率隨負荷大小的變化而變化;并聯(lián)電容發(fā)出的無功功率與輸電線路的電壓的平方成正比，當線路電壓維持在標稱電壓允許的范圍內(nèi)時，并聯(lián)電容發(fā)出的無功功率基本保持恒定。當線路發(fā)出的無功功率恰好等于其吸收的無功功率時，此時線路的輸送功率為線路的自然功率，沿線路各點的電壓幅值大小相同;當線路的輸送功率小于線路的自然功率時，線路發(fā)出的無功功率將大于吸收的無功功率;當線路的輸送功率大于線路的自然功率時，線路發(fā)出的無功功率將小于吸收的無功功率。

問：交流特高壓輸電線路無功功率的特點是什么?

答：由于特高壓輸電線路電壓等級高，其無功功率的一個顯著特點就是線路電容產(chǎn)生的無功功率很大，對于100公里的特高壓線路，在額定電壓為1000千伏以及最高運行電壓為1100千伏的條件下，發(fā)出的無功功率可以達到40萬千乏～50萬千乏，約為500千伏線路的5倍。同時，在特高壓電網(wǎng)不同的發(fā)展時期，特高壓輸電線路傳輸?shù)墓β视休^大分別，因此無功功率的變化也很不一樣。特高壓電網(wǎng)在建設(shè)初期,主要是實現(xiàn)點對點的電能輸送，受系統(tǒng)阻抗特性及穩(wěn)定極限的限制，輸送功率將小于線路的自然功率，線路發(fā)出的容性無功功率過剩;隨著特高壓電網(wǎng)的進一步建設(shè)，特高壓電網(wǎng)將實現(xiàn)各區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)，電網(wǎng)的輸送功率將有很大提高，而且為了充分利用各區(qū)域電網(wǎng)的發(fā)電資源，實現(xiàn)水火電互濟和更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，特高壓電網(wǎng)的輸送功率將隨時變化，因而輸電線路的無功功率也將頻繁變化。

問：交流特高壓輸電線路無功功率的變化對線路電壓有什么影響?怎么實現(xiàn)無功補償?

答：在交流特高壓輸電線路輸送功率較小時，并聯(lián)電容產(chǎn)生的無功功率大于串聯(lián)電抗消耗的無功功率，電網(wǎng)無功過剩較大，電壓上升，危及設(shè)備和系統(tǒng)的安全;在線路末端三相開斷或故障后非全相開斷時，線路上將產(chǎn)生工頻過電壓，同樣危及設(shè)備和系統(tǒng)的安全。為了保持輸電線路的無功平衡，特別是為了限制輕載負荷引起的電壓升高和線路開斷時引起的工頻過電壓，通常需要在線路送端和受端或其中一端裝設(shè)固定高壓并聯(lián)電抗器來進行無功補償。高壓并聯(lián)電抗器可以在線路帶輕載負荷的情況下吸收線路并聯(lián)電容發(fā)出的無功功率，減少過剩的無功功率，限制工頻過電壓。但是加裝固定高壓并聯(lián)電抗器后，在輸電線路帶重載負荷的情況下，線路電抗需要吸收的無功功率將大于電容發(fā)出的無功功率，線路還需要從送端、受端吸收大量的無功功率。為保證正常的功率輸送，通常還采用低壓無功補償設(shè)備。低壓無功補償設(shè)備一般安裝在特高壓變壓器低壓側(cè)繞組，分為容性補償設(shè)備和感性無功補償設(shè)備，根據(jù)線路傳輸功率的變化分組投切。

問：交流特高壓試驗示范工程無功補償方案是什么?

答：晉東南-南陽-荊門交流特高壓試驗示范工程中，晉東南-南陽線路長度為363公里，荊門-南陽線路長度為291公里，設(shè)計擬采用的高抗配置為：晉東南側(cè)高抗配置容量為96萬千乏;晉東南-南陽線路南陽側(cè)高抗與南陽-荊門線路南陽側(cè)高抗容量相同，均為72萬千乏;荊門側(cè)按60萬千乏配置。設(shè)計擬采用的低壓無功補償配置方案為：晉東南和荊門站配置低壓無功補償裝置，低壓電容器組單組容量為24萬千乏，低壓電抗器單組容量為24萬千乏，兩站各配置3組低壓電容和2組低壓電抗。

問：交流特高壓輸電線路無功補償方案需進一步研究的內(nèi)容是什么?

答：為限制工頻過電壓，特高壓輸電線路上安裝了大容量的固定高抗，會產(chǎn)生一些負面影響：輕載負荷運行情況下線路的電壓偏高或重載負荷運行情況下線路電壓偏低。在變壓器的低壓側(cè)安裝低壓無功補償裝置，一方面增加了無功補償?shù)耐顿Y，另一方面，由于受變壓器低壓側(cè)繞組容量的限制，低壓無功補償可能不完全滿足要求。特高壓輸電線路的無功補償僅依靠固定高壓并聯(lián)電抗器加低壓無功補償設(shè)備的模式不夠靈活方便。如果用可控電抗補償代替固定電抗補償，則能兼顧工頻過電壓限制和無功功率的調(diào)節(jié)?？煽仉娍沟恼{(diào)節(jié)方式是：線路輸送功率小時，電抗補償容量處于最大值，限制線路電壓的升高;隨著線路輸送功率的增加平滑或分級減少電抗的補償容量，使線路串聯(lián)電抗吸收的無功主要由并聯(lián)電容產(chǎn)生的無功功率來平衡;當三相跳閘甩負荷時，快速反應(yīng)增大電抗補償容量來限制工頻過電壓。前蘇聯(lián)曾在500千伏和750千伏系統(tǒng)采用帶火花間隙投入的并聯(lián)電抗器，在線路重載時，用斷路器退出并聯(lián)電抗器，維持線路電壓;當線路甩負荷出現(xiàn)的工頻過電壓超過火花間隙放電電壓時，火花間隙擊穿，快速投入并聯(lián)電抗器以限制過電壓。帶火花間隙投入并聯(lián)電抗器方式比較復(fù)雜，而且火花間隙的放電電壓的分散性較大，可靠性不高。俄羅斯和印度研制并采用了可控高壓電抗器，其類型包括磁飽和式可控電抗器(MCSR)(又稱磁閥式可控電抗器)和變壓器式可控電抗器(TCSR)兩種。至今，俄羅斯有500千伏磁飽和式可控電抗器在試運行，在印度有400千伏變壓器式可控電抗器(根據(jù)俄羅斯技術(shù)制造)投入運行。在國內(nèi)的可控電抗研究方面，國內(nèi)廠家已與國內(nèi)外有經(jīng)驗的大學(xué)和研究所合作，在研制500千伏可控電抗器的同時研制1000千伏特高壓可控電抗器，計劃通過500千伏樣機的掛網(wǎng)試運行，積累經(jīng)驗，爭取可控高抗早日在特高壓工程中應(yīng)用。

6.世界上已經(jīng)建成投運的交流特高壓線路有哪些?

美國、前蘇聯(lián)、日本和意大利都曾建成交流特高壓試驗線路，進行了大量的交流特高壓輸電技術(shù)研究和試驗，最終只有前蘇聯(lián)和日本建設(shè)了交流特高壓線路。

1. 前蘇聯(lián)：在前期研究的基礎(chǔ)上，從1981年開始動工建設(shè)1150千伏交流特高壓線路，分別是埃基巴斯圖茲-科克契塔夫494公里，科克契塔夫-庫斯坦奈396公里。1985年8月，世界上第一條1150千伏線路?；退箞D茲-科克契塔夫在額定工作電壓下帶負荷運行，后延伸至庫斯坦奈。1992年1月1日，通過改接，哈薩克斯坦中央調(diào)度部門把1150千伏線路段電壓降至500千伏運行。在此期間，?；退箞D茲-科克契塔夫線路段及兩端變電設(shè)備在額定工作電壓下運行時間達到23787小時，科克契塔夫-庫斯坦奈線路段及庫斯坦奈變電站設(shè)備在額定工作電壓下運行時間達到11379小時。從1981年到1989年，前蘇聯(lián)還陸續(xù)建成特高壓線路1500公里，總體規(guī)模達到2400公里。目前全部降壓至500千伏運行。

2. 日本：1988年秋動工建設(shè)1000千伏特高壓線路。1992年4月28日建成從西群馬開關(guān)站到東山梨變電站的西群馬干線138公里線路，1993年10月建成從柏崎刈羽核電站到西群馬開關(guān)站的南新瀉干線中49公里的特高壓線路部分，兩段特高壓線路全長187公里，目前均以500千伏電壓降壓運行。1999年完成東西走廊從南磐城開關(guān)站到東群馬開關(guān)站的南磐城干線194公里和從東群馬開關(guān)站到西群馬開關(guān)站的東群馬干線44公里的建設(shè)，兩段特高壓線路全長238公里。目前日本共建成特高壓線路426公里，由于國土狹小，日本特高壓線路全部采用雙回同桿并架方式。

7.特高壓直流輸電的可靠性指標

問：為什么要對直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標進行定期統(tǒng)計和評價?

答：直流輸電系統(tǒng)是一個復(fù)雜的自成體系的工程系統(tǒng)，多數(shù)情況下承擔大容量、遠距離輸電和聯(lián)網(wǎng)任務(wù)。因此，需要設(shè)定一些直流輸電系統(tǒng)可靠性指標，用于衡量直流輸電系統(tǒng)實現(xiàn)其設(shè)計要求和功能的可靠程度，評價直流輸電系統(tǒng)運行性能。直流系統(tǒng)可靠性直接反映直流系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備制造、工程建設(shè)以及運行等各個環(huán)節(jié)的水平。通過直流系統(tǒng)可靠性分析，可以提出改善工程可靠性的具體措施，對新建工程提出合理的指標要求。國際大電網(wǎng)會議專門成立一個直流輸電系統(tǒng)可靠性工作組，每兩年對全世界所有直流輸電工程進行一次可靠性的綜合統(tǒng)計和評價。

問：直流輸電系統(tǒng)的可靠性有哪些具體的指標?

答：直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標總計超過10項，這里只介紹停運次數(shù)、降額等效停運小時、能量可用率、能量利用率四項主要可靠性指標。

停運次數(shù)：包括由于系統(tǒng)或設(shè)備故障引起的強迫停運次數(shù)。對于常用的雙極直流輸電系統(tǒng)，可分為單極停運，以及由于同一原因引起的兩個極同時停運的雙極停運。對于每個極有多個獨立換流器的直流輸電系統(tǒng)，停運次數(shù)還可以統(tǒng)計到換流器停運。不同的停運代表對系統(tǒng)不同水平的擾動。

降額等效停運小時：直流輸電系統(tǒng)由于全部或者部分停運或某些功能受損，使得輸送能力低于額定功率稱為降額運行。降額等效停運小時是：將降額運行持續(xù)時間乘以一個系數(shù)，該系數(shù)為降額運行輸送損失的容量與系統(tǒng)最大連續(xù)可輸送電容量之比。

能量可用率:衡量由于換流站設(shè)備和輸電線路(含電纜)強迫和計劃停運造成能量傳輸量限制的程度，數(shù)學(xué)上定義為統(tǒng)計時間內(nèi)直流輸電系統(tǒng)各種狀態(tài)下可傳輸容量乘以對應(yīng)持續(xù)時間的總和與最大允許連續(xù)傳輸容量乘以統(tǒng)計時間的百分比。

能量利用率：指統(tǒng)計時間內(nèi)直流輸電系統(tǒng)所輸送的能量與額定輸送容量乘以統(tǒng)計時間之比。

問：我國直流輸電的實際運行指標處于什么水平?

答：截止到2005年底，我國已經(jīng)建成5回±500千伏高壓直流輸電工程。它們分別是：葛洲壩-南橋直流輸電工程、天生橋-廣東直流輸電工程、三峽-常州直流輸電工程、三峽-廣東直流輸電工程和貴州-廣東I回直流輸電工程，總換流容量達到2400萬千瓦，直流線路總長達到4741公里。我國已建成第一個背靠背直流工程-靈寶背換流站，電壓120千伏，容量36萬千瓦。近3年以來，所有工程的能量可用率都超過80%;特別是三常和三廣工程，能量可用率一直在90%以上。單極跳閘次數(shù)一般在合同中規(guī)定為5次/年或6次/年，每個工程實際發(fā)生的次數(shù)沒有超過合同要求;特別是三常和三廣直流工程，在投產(chǎn)的第一年內(nèi)就達到了合同的要求，這在世界直流輸電歷史上也屬罕見，而且出現(xiàn)的故障都是由于輔助系統(tǒng)問題引起的。隨著直流輸電技術(shù)的日臻完善，直流輸電的可靠性指標可望進一步提高。

問：特高壓直流輸電可靠性指標如何?

答：在我國計劃建設(shè)的西南水電外送特高壓直流輸電工程電壓為±800千伏，其主接線方式和我國已有的直流工程不同，每極采用兩個12脈動換流器串聯(lián)。如果出現(xiàn)一個12脈動換流器故障，健全的換流器仍然可以和同一個極對端換流站的任意一個換流器共同運行，因此單極停運的概率將顯著降低，考慮到第一個特高壓直流工程缺乏經(jīng)驗，可行性研究報告中初步提出了與三峽-上海直流工程相同的可靠性指標。技術(shù)成熟后，預(yù)計停運次數(shù)可以降低到2次/(每極middot;年)以下。雙極停運的概率也將大幅下降，可以控制在0.05次/年。另外由于系統(tǒng)研究水平、設(shè)備制造技術(shù)、建設(shè)和運行水平的提高，由于直流工程數(shù)量的增加和相關(guān)經(jīng)驗的積累，換流器平均故障率預(yù)計可以控制在2次/(每換流器middot;年)?？傮w來說，特高壓直流工程將會比常規(guī)直流更加可靠。

問：如何提高特高壓直流的可靠性?

答：所有提高常規(guī)直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進一步予以加強。主要包括：降低元部件故障率;采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如模塊化、開放式等;廣泛采用冗余的概念，如控制保護系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)的并行冗余和晶閘管的串行冗余等;加強設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和設(shè)備自檢功能等。

針對常規(guī)直流工程中存在的問題，如曾經(jīng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)極或者雙極停運的站用電系統(tǒng)、換流變本體保護繼電器、直流保護系統(tǒng)單元件故障等薄弱環(huán)節(jié)，在特高壓直流輸電系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)中將采取措施進行改進。此外，還將加強運行維護人員的培訓(xùn)，適當增加易損件的備用。

提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設(shè)計原則上確保每一個極之間以及每極的各個換流器之間最大程度相互獨立，避免相互之間的故障傳遞。其獨立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電纜溝、控制保護系統(tǒng)等。(

8.特高壓交流輸電技術(shù)的主要特點

(1)特高壓交流輸電中間可以有落點，具有網(wǎng)絡(luò)功能，可以根據(jù)電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構(gòu)成國家特高壓骨干網(wǎng)架。特高壓交流電網(wǎng)的突出優(yōu)點是：輸電能力大、覆蓋范圍廣、網(wǎng)損小、輸電走廊明顯減少，能靈活適合電力市場運營的要求。

(2)采用特高壓實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，堅強的特高壓交流同步電網(wǎng)中線路兩端的功角差一般可控制在20o及以下。因此，交流同步電網(wǎng)越堅強，同步能力越大、電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性越好。

(3)特高壓交流線路產(chǎn)生的充電無功功率約為500 kV的5 倍，為了抑制工頻過電壓，線路須裝設(shè)并聯(lián)電抗器。當線路輸送功率變化，送、受端無功將發(fā)生大的變化。如果受端電網(wǎng)的無功功率分層分區(qū)平衡不合適，特別是動態(tài)無功備用容量不足，在嚴重工況和嚴重故障條件下，電壓穩(wěn)定可能成為主要的穩(wěn)定問題。

(4)適時引入1 000 kV特高壓輸電，可為直流多饋入的受端電網(wǎng)提供堅強的電壓和無功支撐，有利于從根本上解決500 kV短路電流超標和輸電能力低的問題。

9.建設(shè)特高壓直流輸電線路需要研究哪些關(guān)鍵技術(shù)問題?

直流架空線路與交流架空線路相比，在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算方面，并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點，需要進行專門研究。對于特高壓直流輸電線路的建設(shè)，尤其需要重視以下三個方面的研究：

1. 電暈效應(yīng)。直流輸電線路在正常運行情況下允許導(dǎo)線發(fā)生一定程度的電暈放電，由此將會產(chǎn)生電暈損失、電場效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪聲等，導(dǎo)致直流輸電的運行損耗和環(huán)境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設(shè)計不當，其電暈效應(yīng)可能會比超高壓工程的更大。通過對特高壓直流電暈特性的研究，合理選擇導(dǎo)線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電暈效應(yīng)，減少運行損耗和對環(huán)境的影響。

2. 絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對工程的投資和運行水平有極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應(yīng)”，絕緣子的積污和污閃特性與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴重，合理選擇直流線路的絕緣配合對于提高運行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在世界上尚屬首例，國內(nèi)外現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)和研究成果十分有限，因此有必要對特高壓直流輸電的絕緣配合問題進行深入的研究。

3. 電磁環(huán)境影響。采用特高壓直流輸電，對于實現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置，提高輸電走廊的利用率和保護環(huán)境，無疑具有十分重要的意義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導(dǎo)線大、鐵塔高、單回線路走廊寬等特點，其電磁環(huán)境與±500千伏直流線路的有一定差別，由此帶來的環(huán)境影響必然受到社會各界的關(guān)注。同時，特高壓直流工程的電磁環(huán)境與導(dǎo)線型式、架線高度等密切相關(guān)。因此，認真研究特高壓直流輸電的電磁環(huán)境影響，對于工程建設(shè)滿足環(huán)境保護要求和降低造價至關(guān)重要。

10.特高壓直流輸電技術(shù)的主要特點

(1)特高壓直流輸電系統(tǒng)中間不落點，可點對點、大功率、遠距離直接將電力送往負荷中心。在送受關(guān)系明確的情況下，采用特高壓直流輸電，實現(xiàn)交直流并聯(lián)輸電或非同步聯(lián)網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較松散、清晰。

(2)特高壓直流輸電可以減少或避免大量過網(wǎng)潮流，按照送受兩端運行方式變化而改變潮流。特高壓直流輸電系統(tǒng)的潮流方向和大小均能方便地進行控制。

(3)特高壓直流輸電的電壓高、輸送容量大、線路走廊窄，適合大功率、遠距離輸電。

(4)在交直流并聯(lián)輸電的情況下，利用直流有功功率調(diào)制，可以有效抑制與其并列的交流線路的功率振蕩，包括區(qū)域性低頻振蕩，明顯提高交流的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定性能。

(5)大功率直流輸電，當發(fā)生直流系統(tǒng)閉鎖時，兩端交流系統(tǒng)將承受大的功率沖擊。

11.特高壓輸電與超高壓輸電經(jīng)濟性比較

特高壓輸電與超高壓輸電經(jīng)濟性比較，一般用輸電成本進行比較，比較2個電壓等級輸送同樣的功率和同樣的距離所用的輸電成本。有2種比較方法：一種是按相同的可靠性指標，比較它們的一次投資成本;另一種是比較它們的壽命周期成本。這2種比較方法都需要的基本數(shù)據(jù)是：構(gòu)成2種電壓等級輸電工程的統(tǒng)計的設(shè)備價格及建筑費用。對于特高壓輸電和超高壓輸電工程規(guī)劃和設(shè)計所進行的成本比較來說，設(shè)備價格及其建筑費用可采用統(tǒng)計的平均價格或價格指數(shù)。2種比較方法都需要進行可靠性分析計算，通過分析計算，提出輸電工程的期望的可靠性指標。利用壽命周期成本方法進行經(jīng)濟性比較還需要有中斷輸電造成的統(tǒng)計的經(jīng)濟損失數(shù)據(jù)。

一回1 100 kV特高壓輸電線路的輸電能力可達到500 kV 常規(guī)輸電線路輸電能力的4 倍以上，即4-5回500 kV輸電線路的輸電能力相當于一回1 100 kV輸電線路的輸電能力。顯然，在線路和變電站的運行維護方面，特高壓輸電所需的成本將比超高壓輸電少得多。線路的功率和電能損耗，在運行成本方面占有相當?shù)谋戎?。在輸送相同功率情況下，1 100 kV線路功率損耗約為500 kV線路的1/16左右。所以，特高壓輸電在運行成本方面具有更強的競爭優(yōu)勢。

12.特高壓對我國經(jīng)濟發(fā)展的重大意義

我國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的重要時期，能源需求具有剛性增長特征。電力作為一種清潔、使用方便的能源，在能源工業(yè)中占有極為重要的地位，是國家進步和繁榮不可缺少的動力。預(yù)計到2020年，我國用電需求將達到7.7萬億千瓦時，發(fā)電裝機將達到17億千瓦左右，均為現(xiàn)有水平的2倍以上。

電網(wǎng)作為電力輸送和消納的載體，已成為能源供應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。以500千伏交流和±500千伏直流構(gòu)成的主網(wǎng)架，難以滿足未來遠距離、大容量輸電以及電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性的需要，必須加快建設(shè)特高壓電網(wǎng)，以保障電力與經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

一、特高壓是我國清潔能源發(fā)展的重要載體。我國的水能、風(fēng)能、太陽能等可再生能源資源具有規(guī)模大、分布集中的特點，而所在地區(qū)大多負荷需求水平較低，需要走集中開發(fā)、規(guī)模外送、大范圍消納的發(fā)展道路。大規(guī)模核電的接入和疏散，也需要堅強電網(wǎng)的支撐。特高壓輸電具有容量大、距離遠、能耗低、占地省、經(jīng)濟性好等優(yōu)勢，建設(shè)特高壓電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)各種清潔能源的大規(guī)模、遠距離輸送，促進清潔能源的高效、安全利用。

二、建設(shè)特高壓有利于我國能源資源的優(yōu)化配置。長期以來，我國電力發(fā)展方式以分省分區(qū)平衡為主，燃煤電廠大量布局在煤炭資源匱乏的中東部地區(qū)，導(dǎo)致鐵路運輸長期忙于煤炭大搬家，煤電油運緊張狀況時常發(fā)生。未來，我國優(yōu)化煤電開發(fā)與布局，清潔能源的快速發(fā)展，以及構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔、安全的能源供應(yīng)體系，都迫切需要建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng)，充分發(fā)揮電網(wǎng)的能源資源優(yōu)化配置平臺作用。

三、建設(shè)特高壓有利于提高我國的能源供應(yīng)安全。從豐富能源輸送方式來看，建設(shè)特高壓，通過加大輸電比重，實現(xiàn)輸煤輸電并舉，使得兩種能源輸送方式之間形成一種相互保障格局，促進能源輸送方式的多樣化，減少鐵路煤炭運輸壓力，提高能源供應(yīng)安全和高效經(jīng)濟運行。

四、建設(shè)特高壓是帶動電工制造業(yè)技術(shù)升級的重要機遇。建設(shè)特高壓電網(wǎng)，是電力工業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新走新型工業(yè)化道路的具體體現(xiàn)，是研究和掌握重大裝備制造核心技術(shù)的依托工程。發(fā)展特高壓電網(wǎng)，可使我國電力科技水平再上一個新臺階，對于增強我國科技自主創(chuàng)新能力、占領(lǐng)世界電力科技制高點具有重大意義。目前，特高壓輸電技術(shù)已經(jīng)納入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》、《國務(wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》、《國家自主創(chuàng)新基礎(chǔ)能力建設(shè)“十一五”規(guī)劃》等國家重大規(guī)劃。

五、建設(shè)特高壓有利于我國煤炭產(chǎn)區(qū)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，促進區(qū)域合理分工，縮小區(qū)域差距。特高壓的建設(shè)在轉(zhuǎn)變我國能源運輸方式的同時，實現(xiàn)了電力產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，為煤炭產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供了機遇。對于煤炭主產(chǎn)區(qū)來講，通過加大坑口電站建設(shè)力度，加快發(fā)展輸電可以促進煤炭基地高附加值電力產(chǎn)品的出口，提高這些地區(qū)資源和生產(chǎn)要素的回報率，增加就業(yè)機會，提高居民收入，促進當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，縮小地區(qū)之間的差距。測算表明，輸煤輸電兩種能源輸送方式對山西GDP的貢獻比約為1:6，就業(yè)拉動效應(yīng)比大約為1:2。

13.清潔能源呼喚特高壓

氣候變化問題作為人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，日益受到國際社會的密切關(guān)注，發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)應(yīng)對氣候變化的共同選擇。我國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展時期，能源消費需求繼續(xù)保持旺盛增長，碳減排形勢十分嚴峻。大力發(fā)展清潔能源，是我國保障能源供應(yīng)安全、應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)未來可持續(xù)發(fā)展的必由之路，迫在眉睫。

受能源資源稟賦影響，我國能源消費以煤為主，清潔能源占一次能源消費的比重較低。有關(guān)研究表明，要實現(xiàn)2020年非化石能源占一次能源消費總量比重達到15%的目標，水電裝機容量應(yīng)達到3～3.5億千瓦，核電裝機容量應(yīng)達到8000萬千瓦左右，風(fēng)電裝機容量應(yīng)達到1.5億千瓦左右，太陽能發(fā)電裝機應(yīng)達到2000萬千瓦左右。

我國80%的水能資源分布在四川、云南、西藏等西南部地區(qū)，風(fēng)能資源主要集中在華北、西北、東北等“三北”地區(qū)和東部沿海，國家規(guī)劃的甘肅酒泉、新疆哈密、河北、蒙西、蒙東、吉林、江蘇沿海等七個千萬千瓦級風(fēng)電基地，有六個位于“三北”地區(qū)，適宜規(guī)?；虚_發(fā)的太陽能發(fā)電主要分布在西部和北部的沙漠、戈壁灘等偏遠地區(qū)。而我國能源需求主要分布在華北、華中和華東等“三華”地區(qū)，能源資源與中東部能源消費中心逆向分布的特點，決定了我國必須建立大容量、遠距離的能源輸送通道，通過遠距離輸電實現(xiàn)清潔能源大規(guī)模發(fā)展，在全國范圍配置和消納清潔能源。

我國西部、北部地區(qū)的清潔能源基地與中東部負荷中心地區(qū)的距離一般為800～3000公里，依靠現(xiàn)有輸電技術(shù)很難滿足能源資源大規(guī)模、遠距離輸送需求，會限制清潔能源的規(guī)?；l(fā)展，無法實現(xiàn)我國應(yīng)對氣候變化的國際承諾，滿足經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。建設(shè)特高壓電網(wǎng)，加強區(qū)域互聯(lián)，擴大消納范圍，是促進清潔能源規(guī)?；l(fā)展、實現(xiàn)我國應(yīng)對氣候變化國際承諾的的重要途徑。

加快建設(shè)特高壓電網(wǎng)，將極大促進清潔能源的開發(fā)與利用,實現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，如果僅考慮在本省內(nèi)的風(fēng)電消納能力，2020年全國可開發(fā)的風(fēng)電規(guī)模為5000萬千瓦左右;通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)、構(gòu)建“三華”同步電網(wǎng)以及加大調(diào)峰電源建設(shè)，可以大幅增加清潔能源的消納能力，全國風(fēng)電開發(fā)規(guī)模有望達到1.5億千瓦。

特高壓試驗示范工程取得了巨大成功，實踐表明，發(fā)展特高壓技術(shù)可行，現(xiàn)已具備全面加快推廣應(yīng)用的條件。急需將建設(shè)特高壓上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略，將特高壓發(fā)展納入國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)將西部、北部地區(qū)豐富的能源資源大規(guī)模輸送到中東部地區(qū)，促進清潔能源的加快開發(fā)和充分利用，推動我國電力發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，以電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展支撐經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

14.特高壓知識之旅

特高壓是什么?

特高壓是世界上最先進的輸電技術(shù)。

大家都知道，電是要靠電線傳輸?shù)?。我們家里、企業(yè)工廠里、商店學(xué)校醫(yī)院里到處都用電，這些電都是通過電網(wǎng)輸進來的。電網(wǎng)里的電是從發(fā)電廠發(fā)出來的。發(fā)電廠我們也許見過，也可能從來沒見過，這沒關(guān)系，因為發(fā)電廠大都建設(shè)在離我們很遠的地方。把發(fā)電廠發(fā)出來的電傳輸?shù)诫娋W(wǎng)里，再通過電網(wǎng)一直傳輸?shù)轿覀兗依?、工廠里、商店里、學(xué)校里、醫(yī)院里，這就要“輸電”。

輸電是一門技術(shù)，只要念過中學(xué)的人都知道。

但怎樣輸電才更有效率，更合算?在中學(xué)的物理課本里，我們學(xué)過粗淺的電學(xué)知識，知道電也是一種能量，懂得電流、電壓、電能、電功率這些基本的電學(xué)概念。因為電功率是電壓和電流的乘積(這是電的科學(xué)規(guī)律決定的)，所以要想得到很大的電功率，就必須加大電壓或電流，而電流太大會引起電線發(fā)熱、損耗太多，于是技術(shù)人員就采取不斷升高電壓的辦法來提高輸電的效率。

大家都知道，在中國，民用電的電壓是220伏。但在電網(wǎng)里，還有許多不同等級的、甚至很高的電壓，就是為了提高輸電的效率。電網(wǎng)里是靠一種叫變壓器的設(shè)備來升高或降低電壓的。中國的電網(wǎng)里有1萬伏、3.5萬伏、11萬伏、22萬伏/33萬伏(西北地區(qū))、50萬伏/75萬伏(西北地區(qū))這些等級的高電壓，一般把1萬伏、3.5萬伏叫做高壓，而把11萬伏到75萬伏都統(tǒng)稱作超高壓。

為了進一步提高輸電效率，隨著電力科技的不斷進步，2004年，中國就開始規(guī)劃建設(shè)100萬伏的輸電工程，2008年底國家電網(wǎng)公司建成了第一個試驗示范工程，從山西的晉東南到河南南陽再到湖北荊門。這100萬伏的電壓就叫特高壓。

因為電壓特別高，各種技術(shù)要求就特別高，設(shè)備也需要非常先進。目前世界上還沒有100萬伏的輸電工程在運行，所以，中國的特高壓輸電是世界上電壓最高的、技術(shù)最先進的。

特高壓交流試驗示范工程線路圖

為什么要建設(shè)特高壓?

因為中國要長距離大容量傳輸電能。

有基本的地理知識、對中國國情有所了解的人都知道，中國人口很多，有十三億多，大多數(shù)人口都集中在中東部地區(qū)。因為中東部特別是沿海地區(qū)經(jīng)濟相對發(fā)達，生產(chǎn)生活條件較好，而西部、西北地區(qū)多山少地，條件相對艱苦，人口分布相對較少，經(jīng)濟也不如中東部地區(qū)發(fā)達。

經(jīng)濟較發(fā)達、人口眾多的中東部地區(qū)，必然要消耗更多的能源，主要是需要更多的電力供應(yīng)。前面說到，電是從發(fā)電廠發(fā)出來的。發(fā)電廠靠什么來發(fā)電呢?

在中國，發(fā)電廠主要靠燒煤或靠水力來發(fā)電，也有少量的用核能發(fā)電。用煤發(fā)電的叫火電廠，靠水力發(fā)電的叫水電廠，用核能發(fā)電的叫核電廠。換句話說，要想能發(fā)電，就要有煤炭或者水力資源，核能發(fā)電目前只占很少部分。

可是，中國的煤炭儲藏主要在西北，如山西、陜西、內(nèi)蒙古東部、寧夏以及新疆部分地區(qū)，中東部省份煤炭儲藏量很少。水力資源主要分布在西部地區(qū)和長江中上游、黃河上游以及西南的雅礱江、金沙江、瀾滄江、雅魯藏布江等。

這樣一來，中東部及沿海地區(qū)需要大量電力供應(yīng)，又沒有用來發(fā)電的資源，能用來發(fā)電的煤炭、水力資源卻遠在上千公里之外的西部地區(qū)。怎么解決這個能源問題呢?

于是，國家采取輸煤和輸電兩個策略。一是采取把西部的部分煤炭通過鐵路運到港口(大同—秦皇島)再裝船運到江蘇、上海、廣東等地，簡稱輸煤;二是用西部的煤炭、水力資源就地發(fā)電，再通過輸電線路和電網(wǎng)把電送到中東部地區(qū)，簡稱輸電。

我們先來看看輸煤的策略。先要把煤礦挖出來的煤裝上火車，長途奔襲上千公里到達港口，卸在碼頭上臨時儲存。再裝到萬噸級的輪船上，從海上長途運輸?shù)侥康牡馗劭?，又要卸煤、儲存。最后再裝上火車等運輸工具才運到當?shù)氐幕痣姀S儲煤場，卸下儲存待用。整個輸煤過程要經(jīng)過三裝三卸，中途還要儲存，要借助火車、輪船這些運輸工具，所以運輸成本很高，往往運輸成本比在煤礦買煤的費用都要高。經(jīng)過專家們的技術(shù)經(jīng)濟計算比較，在中國，如果煤礦與發(fā)電廠的距離超過一千公里，采取輸煤策略就不大合算了。

那么輸電呢?用西部的煤炭、水力就地發(fā)電，只要在當?shù)亟ɑ痣姀S或水電廠就行了。建電廠當然要花錢，尤其是建水電廠投資較大，但這是一次性投資管用很多年。然后就是要建輸電線路，把電送到中東部地區(qū)。

建什么樣的輸電線路才能高效率地輸送大量電能到一千多公里以外呢?專家們的回答是，要實現(xiàn)長距離大容量傳輸電能，特高壓輸電最有技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。

特高壓有什么好處?

特高壓輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少。

100萬伏交流特高壓輸電線路輸送電能的能力(技術(shù)上叫輸送容量)是50萬伏超高壓輸電線路的5倍。所以有人這樣比喻，超高壓輸電是省級公路，頂多就算是個國道，而特高壓輸電是“電力高速公路”。

大家都知道，中國的高速公路經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，已經(jīng)基本成網(wǎng)，四通八達。而中國的特高壓輸電這個“電力高速公路”，2008年底才剛剛建成一個試驗示范工程，線路全長只有640公里。所以，要建成特高壓電網(wǎng)這個電力高速公路網(wǎng)，還需要較長時間，也必然要花費不少的人力、物力、財力，為的就是要在全國范圍內(nèi)方便、快捷、高效地配置能源資源。

在電力工程技術(shù)上有一個名詞叫“經(jīng)濟輸送距離”，指的是某一電壓等級輸電線路最經(jīng)濟的輸送距離是多少，因為輸電線路在輸送電能的同時本身也有損耗，線路太長損耗太大經(jīng)濟上不合算。

50萬伏超高壓輸電線路的經(jīng)濟輸送距離一般為600～800公里，而100萬伏特高壓輸電線路因為電壓提高了，線路損耗減少了，它的經(jīng)濟輸送距離也就加大了，能達到1000～1500公里甚至更長，這樣就能解決前面說到的把西部能源搬到中東部地區(qū)使用的問題。

建設(shè)輸電線路同樣也要占用土地，工程上叫“線路走廊”。前面說過，建一條100萬伏特高壓輸電線路能頂5條50萬伏超高壓輸電線路，而線路走廊所占用的土地只相當于2條50萬伏輸電線路，所以相對來說，建特高壓輸電線路能少占土地，這對土地資源稀缺的中東部地區(qū)來說尤其有利。

當然，特高壓輸電，特別是建設(shè)特高壓電網(wǎng)，還有很多好處。它能把中國電網(wǎng)堅強地連接起來，使建在不同地點的不同發(fā)電廠(比如火電廠和水電廠之間)能互相支援和補充，工程上叫“實現(xiàn)水火互濟，取得聯(lián)網(wǎng)效益”;能促進西部煤炭資源、水力資源的集約化開發(fā)，降低發(fā)電成本;能保證中東部地區(qū)不斷增長的電力需求，減少在人口密集、經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)建火電廠所帶來的環(huán)境污染;同時也能促進西部資源密集、經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的經(jīng)濟社會和諧發(fā)展。

所以，我認為應(yīng)該這樣說，建設(shè)特高壓電網(wǎng)功在當代，利在千秋。

15.向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電示范工程

向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電示范工程是我國自主研發(fā)、自主設(shè)計和自主建設(shè)的，世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠、技術(shù)水平最先進的直流輸電工程，是我國能源領(lǐng)域取得的世界級創(chuàng)新成果，代表了當今世界高壓直流輸電技術(shù)的最高水平。

向-上工程于2007年4月26日核準，2010年7月8日投入運行。工程在±500kV超高壓直流輸電工程的基礎(chǔ)上，在世界范圍內(nèi)率先實現(xiàn)了直流輸電電壓和電流的雙提升，輸電容量和送電距離的雙突破，它的成功建設(shè)和投入運行，標志著國家電網(wǎng)全面進入特高壓交直流混合電網(wǎng)時代。

特高壓直流輸電示范工程投運后，每年可向上海輸送320億千瓦時的清潔電能，最大輸送功率約占上海高峰負荷的1/3，可節(jié)省原煤1500萬噸，減排二氧化碳超過3000萬噸。工程的成功建設(shè)系統(tǒng)驗證了特高壓直流輸電的技術(shù)可行性、設(shè)備可靠性、系統(tǒng)安全性和環(huán)境友好性，是國家電網(wǎng)公司繼特高壓交流試驗示范工程成功投產(chǎn)后的又一重大成果。

向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電示范工程承擔著金沙江下游大型水電基地的送出任務(wù)，起于四川宜賓復(fù)龍換流站，止于上海奉賢換流站，途經(jīng)四川、重慶、湖北、湖南、安徽、浙江、江蘇、上海等8省市，四次跨越長江。線路全長1907公里。工程額定電壓±800千伏，額定電流4000安培，額定輸送功率640萬千瓦，最大連續(xù)輸送功率720萬千瓦。工程由國家電網(wǎng)公司負責建設(shè)。

(一)技術(shù)水平高。特高壓直流輸電工程額定電壓±800千伏，額定電流4000安培，最大連續(xù)輸送容量720萬千瓦，送電距離近2000公里，是世界直流輸電技術(shù)的制高點;特高壓直流關(guān)鍵設(shè)備均為首次研制，沒有可供借鑒的標準和規(guī)范，需要對特高壓直流工程系統(tǒng)方案、過電壓與絕緣配合、電磁環(huán)境控制、成套設(shè)計和設(shè)備制造等方面進行全面、系統(tǒng)攻關(guān)。

(二)設(shè)備研制難度大。特高壓直流設(shè)備絕緣水平高，通流能力大，使用的800千伏、30萬千伏安級特高壓換流變壓器，通流能力4500安培的6英寸晶閘管，單閥組容量180萬千瓦的換流閥，額定電流4000安培的低噪聲干式平波電抗器、直流穿墻套管、直流斷路器和隔離開關(guān)，基于實時操作系統(tǒng)的換流站控制保護系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備均為世界首創(chuàng)，研制難度極大，是對電力電子技術(shù)、電工技術(shù)、材料技術(shù)、高壓試驗技術(shù)和控制技術(shù)的極限挑戰(zhàn)。特別是兩大系列、8種型號換流變的研發(fā)，涉及電場分布技術(shù)、磁場分布技術(shù)、發(fā)熱和傳導(dǎo)計算、諧波分析、油紙兼容和電化學(xué)技術(shù)、直流電場和交流電場疊加交互作用分析等技術(shù)。每臺換流變涉及上萬種物料，物料供應(yīng)涉及多個國家數(shù)十個制造廠，組織和管理難度極大。

(三)建設(shè)任務(wù)繁重。特高壓直流工程采用雙極、每極兩個十二脈動換流器串聯(lián)接線，輸送容量、送電距離和工程量均是±500kV直流工程的兩倍以上。工程共需換流變壓器56臺，平波電抗器20臺，換流閥96個，晶閘管5794只，控制保護屏柜832面;導(dǎo)地線5.9萬噸，鐵塔材料23萬噸，瓷絕緣子72萬片，合成絕緣子2萬支。線路工程途經(jīng)8個省(市)，56個縣(市)、區(qū)，房屋拆遷總計9152戶、近250萬平米，涉及大型廠礦搬遷195處。工程試驗室聯(lián)調(diào)項目2200項，現(xiàn)場分系統(tǒng)調(diào)試超過2萬項，站系統(tǒng)調(diào)試147項，系統(tǒng)調(diào)試12大類591項?？傆嬘?6家設(shè)計單位、111家廠商、168家施工監(jiān)理單位參與工程建設(shè)，組成了最大規(guī)模的建設(shè)聯(lián)合體。

(四)可靠性指標先進。特高壓直流工程采用對稱、模塊化設(shè)計，單個換流模塊故障情況下，其它換流模塊仍可以繼續(xù)運行，一個極故障也不影響另一極的運行，有46種運行方式，運行方式靈活。由于每個換流模塊相對獨立，工程設(shè)計的可靠性指標大大提升，能量不可用率不大于0.5%，雙極強迫停運率不大于0.05次/年，遠小于±500kV直流工程的0.1次/年。

(五)環(huán)保指標嚴格。通過采用6×720mm2的大截面、多分裂導(dǎo)線，增加對地距離，特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境指標優(yōu)于±500kV直流工程;通過采用低噪音設(shè)備、優(yōu)化換流站平面布置、采用隔聲屏障等措施，特高壓換流站場界和周邊居民敏感點噪聲達到國家二類標準，晝間不大于60dB(A)，夜間不大于50dB(A)。通過采用GIS等節(jié)地設(shè)備、共用接地極、優(yōu)化線路路徑和換流站平面布置等措施，有效減少了工程占地面積，使換流站單位面積換流容量達到±500kV直流工程的1.65倍(與三滬工程受端換流站相比)，線路長度也大幅縮短;全面采用全方位高低腿、錨桿及掏挖基礎(chǔ)施工、動力傘架線等節(jié)能環(huán)保型施工技術(shù)，工程對環(huán)境的影響完全達到并優(yōu)于標準要求。

(六)經(jīng)濟效益顯著。特高壓直流工程單位走廊輸電能力約為±500kV直流工程的1.5倍，單位長度單位容量線路電阻損耗約為±500kV直流工程的40%。工程總投資為232.74億元，每千瓦每公里造價1.91元/(千瓦?公里)，比±500kV直流工程(三滬工程)每千瓦每公里造價2.16 元/(千瓦?公里)降低11.6%，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性;兩端換流站總投資為110.38億元，單位輸送容量造價1725元/千瓦，相比±500kV直流工程(三滬工程)單位輸送容量造價1680元/千瓦僅增加2.7%，基本達到同等造價水平。

向-上工程的成功投運，標志著國家電網(wǎng)在超遠距離、超大規(guī)模輸電技術(shù)上取得全面突破，為加快我國西部地區(qū)清潔能源的大規(guī)模開發(fā)，提高非化石能源比重，形成可持續(xù)的能源供應(yīng)體系，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)，是迎接新能源革命的開創(chuàng)工程。

工程的成功投運，標志著國家電網(wǎng)全面進入特高壓交直流電網(wǎng)時代，為推動電力布局從就地平衡向全國乃至更大范圍統(tǒng)籌平衡轉(zhuǎn)變，從根本上解決長期存在的煤電運緊張矛盾奠定了堅實的基礎(chǔ)，是轉(zhuǎn)變我國電力發(fā)展方式的關(guān)鍵工程。

工程的成功投運，標志著我國已經(jīng)全面攻克了特高壓交、直流兩大前沿領(lǐng)域的世界性難題、搶占了制高點，在理論研究、工程建設(shè)、運行管理、試驗?zāi)芰Α藴手贫ǖ雀鞣矫娑甲咴诹藝H前列，為我國從電力大國走向電力科技強國奠定了堅實基礎(chǔ)，是電力行業(yè)服務(wù)創(chuàng)新型國家建設(shè)的標志工程。

工程的成功投運，標志著我國已經(jīng)具備了生產(chǎn)和系統(tǒng)集成全套特高壓直流關(guān)鍵設(shè)備的綜合能力，顯著提升了我國電工裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競爭力，為我國電工裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和跨越發(fā)展創(chuàng)造了條件，是振興民族裝備業(yè)的引領(lǐng)工程。

特高壓直流示范工程始終堅持“科研為先導(dǎo)，設(shè)計為龍頭，設(shè)備是關(guān)鍵，建設(shè)是基礎(chǔ)”的方針，把創(chuàng)新作為增強特高壓直流輸電技術(shù)生命力的關(guān)鍵，將創(chuàng)新意識貫徹到工程建設(shè)每個環(huán)節(jié)，取得了一大批國內(nèi)外領(lǐng)先的創(chuàng)新成果，形成了世界上試驗?zāi)芰ψ顝姷奶馗邏?、大電網(wǎng)試驗研究體系，培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的技術(shù)和管理人才。主要創(chuàng)新成果如下：

(一) 工程技術(shù)方案先進，率先實現(xiàn)直流輸電電壓、電流雙提升。特高壓直流示范工程不僅將輸送電壓提升至800千伏，同時采用6英寸晶閘管技術(shù)，將額定電流提升至4000安培，使工程額定輸送容量達到640萬千瓦，最大連續(xù)輸送容量達到720萬千瓦。經(jīng)過艱苦的科研攻關(guān)，±800kV特高壓直流輸電的技術(shù)難點相繼被突破，工程順利通過嚴格的試驗考核，系統(tǒng)功能和輸送能力達到設(shè)計要求。而輸送容量的提升，也極大地提高了工程的經(jīng)濟性，使單位容量單位送電距離的造價水平低于±500kV直流工程。

(二) 科研成果突出，全面掌握特高壓直流輸電核心技術(shù)。為全面支撐關(guān)鍵技術(shù)研究，投資建設(shè)了世界一流的特高壓直流試驗基地、高海拔試驗基地、桿塔試驗基地、特高壓直流輸電工程成套設(shè)計研發(fā)(實驗)中心、大電網(wǎng)仿真中心，擁有了世界最高參數(shù)的高電壓、大電網(wǎng)試驗和大電網(wǎng)仿真條件，試驗研究能力達到了世界領(lǐng)先水平。借助這些先進的試驗條件和手段，共完成重大關(guān)鍵技術(shù)和工程專項研究130項，研究內(nèi)容全面系統(tǒng)，涵蓋規(guī)劃、系統(tǒng)、設(shè)計、設(shè)備、施工、調(diào)試、試驗、調(diào)度、運行等，成功解決了特高壓直流輸電關(guān)鍵的技術(shù)難題，取得了一大批具有世界領(lǐng)先水平的技術(shù)成果，全面掌握了特高壓直流輸電核心技術(shù)，實現(xiàn)了原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新的有機結(jié)合。目前，特高壓直流輸電技術(shù)已申請專利214項，已授權(quán)92項。

(三) 標準化工作系統(tǒng)推進，完整建立特高壓輸電技術(shù)標準體系。在世界上首次研究形成了從系統(tǒng)成套、工程設(shè)計、設(shè)備制造、施工安裝、調(diào)試試驗到運行維護的全套技術(shù)標準和試驗規(guī)范，為特高壓輸電的規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造了條件。推動成立了IEC高壓直流輸電技術(shù)委員會(編號為TC115)并將秘書處設(shè)在中國，秘書處成員均為國家電網(wǎng)公司員工，大大增強了我國在世界高壓輸電領(lǐng)域的話語權(quán)。截至目前，共發(fā)布特高壓直流技術(shù)企業(yè)標準57項、行業(yè)標準8項，立項編制國際標準4項、國家標準14項、行業(yè)標準7項，2名公司系統(tǒng)專家被推薦成為Cigre委員會直流顧問組成員，多名公司系統(tǒng)專家被推薦成為IEC國際標準工作組發(fā)起人或成員。

(四)勇于開展設(shè)計創(chuàng)新，深入優(yōu)化工程實施方案。成套設(shè)計在對系統(tǒng)主回路、無功補償、絕緣配合、暫態(tài)分析、主設(shè)備參數(shù)、濾波器設(shè)計、控制保護策略等進行深入研究的基礎(chǔ)上，選取了技術(shù)經(jīng)濟綜合指標最優(yōu)的主回路方案，確定了800千伏直流電壓最合理的絕緣配合方案，設(shè)計出高效的直流濾波系統(tǒng)，在國內(nèi)首次提出并采用“等值電場強度積污試驗法”測量換流站污穢水平。同時，編制出完整的±800kV特高壓直流系統(tǒng)的設(shè)備規(guī)范，打破以往直流工程采用單一技術(shù)路線的慣例，將不同的成套技術(shù)整合到同一設(shè)計平臺上，極大推動了特高壓直流工程標準化設(shè)計的進程。工程設(shè)計中引入三維設(shè)計技術(shù)，便捷地實現(xiàn)了閥廳設(shè)備布置及空氣間隙校核。通過采用GIS設(shè)備、交流濾波器“田”字型布置、閥廳面對面布置、換流變安裝廣場寬度優(yōu)化等措施，使換流站總平布置緊湊，配電裝置功能分區(qū)明確，占地面積縮小，大大節(jié)省了土地資源。提出雙換流器并聯(lián)融冰理念并成功實現(xiàn)工程應(yīng)用，通過簡單的運行方式倒換即實現(xiàn)線路阻冰、融冰功能。采用6×720mm2大截面導(dǎo)線、選用低噪聲設(shè)備、換流變使用box-in降噪設(shè)計、圍墻加裝隔音屏障等方案，使工程真正實現(xiàn)“環(huán)境友好型”。

(五)關(guān)鍵設(shè)備世界首創(chuàng)，成功研制國際領(lǐng)先水平的特高壓直流設(shè)備。國家電網(wǎng)公司全面主導(dǎo)研制成功了代表國際領(lǐng)先水平的全套特高壓直流設(shè)備，經(jīng)過了直流示范工程的全面嚴格的試驗驗證和考核，創(chuàng)造了一大批世界紀錄。直流輸電用6英寸晶閘管在世界上首次研制成功，并實現(xiàn)工程應(yīng)用;研制的換流變壓器電壓等級最高、單臺容量最大，換流閥單閥組容量最大，低噪聲干式平波電抗器、直流穿墻套管、直流斷路器和隔離開關(guān)通流能力最大，均創(chuàng)造了世界之最。其中，特高壓換流變、換流閥等重要設(shè)備研發(fā)屬于世界級技術(shù)難題，采用國內(nèi)外聯(lián)合研發(fā)的方式，換流變由國內(nèi)外廠家聯(lián)合制造供貨，平波電抗器和交流設(shè)備則完全立足于國內(nèi)自主研制，使設(shè)備國產(chǎn)化率達到67%，并使國內(nèi)設(shè)備廠家依托工程掌握了特高壓直流設(shè)備制造的核心技術(shù)，具備了絕大部分特高壓設(shè)備批量生產(chǎn)的能力，推動了國內(nèi)電工裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和跨越式發(fā)展，提高了民族裝備制造業(yè)的核心競爭力。

(六)建設(shè)管理科學(xué)高效，廣泛應(yīng)用新材料、新技術(shù)和新工藝。工程采用創(chuàng)新的建設(shè)管理模式，堅持以集團化運作抓工程推進，以集約化協(xié)調(diào)抓工程組織，以精細化管理創(chuàng)精品工程，以標準化建設(shè)構(gòu)技術(shù)體系。建立健全了協(xié)同高效的三級管理組織體系和科學(xué)嚴謹?shù)娜壒芾碇贫润w系，堅持“統(tǒng)一指揮、分工協(xié)作”的原則，充分發(fā)揮公司總部的管理職能和資源優(yōu)勢，發(fā)揮直屬單位的專業(yè)管理優(yōu)勢，發(fā)揮屬地電力公司的地方協(xié)調(diào)優(yōu)勢，在工程建設(shè)中收到了很好的效果。不僅工程建設(shè)質(zhì)量優(yōu)良，而且創(chuàng)造了輸電工程建設(shè)速度的新記錄、新水平。自開工建設(shè)以來，僅用約10個月有效時間，即完成近2000公里特高壓直流線路建設(shè)任務(wù);僅用兩年半時間，即完成工程雙極全部建設(shè)任務(wù)。同時，大批新材料、新技術(shù)和新工藝在工程建設(shè)中得到廣泛推廣，有效提升了工程建設(shè)的科技含量。線路大量應(yīng)用高強鋼、F型塔、原狀土基礎(chǔ)、旋挖鉆機機械成孔工藝、六分裂大截面導(dǎo)線同步展放工藝、可拆卸式全鋼瓦楞導(dǎo)線盤以及復(fù)合絕緣子防鳥害技術(shù)等，并開發(fā)出基于海拉瓦技術(shù)的三維可視管理信息平臺，實現(xiàn)了線路工程數(shù)字化施工管理;換流站開展防火墻組裝大模板、清水混凝土基礎(chǔ)質(zhì)量控制等多項施工技術(shù)攻關(guān)科研，“大體積混凝土基礎(chǔ)溫度控制、裂縫防治、預(yù)埋螺栓標高控制”等多項科技成果獲科技創(chuàng)新成果獎。

(七)調(diào)試試驗全面細致，大幅提高現(xiàn)場調(diào)試效率。將整個調(diào)試任務(wù)分解為試驗室聯(lián)調(diào)試驗、分系統(tǒng)試驗、站系統(tǒng)試驗和系統(tǒng)試驗幾個層次逐步實施。試驗室聯(lián)調(diào)試驗是在試驗室仿真一次設(shè)備的前提下，從系統(tǒng)角度全面檢驗控制保護設(shè)備的功能、性能及其接口正確性;分系統(tǒng)試驗是在控制保護設(shè)備現(xiàn)場安裝完成后，全面檢驗二次回路設(shè)計和接線的正確性。特高壓直流示范工程高度重視這兩個調(diào)試環(huán)節(jié)，總共歷時19個多月，完成2200項試驗室聯(lián)調(diào)項目和20000余項分系統(tǒng)試驗項目，為現(xiàn)場站系統(tǒng)和系統(tǒng)試驗打下了堅實的基礎(chǔ)。站系統(tǒng)和系統(tǒng)試驗則根據(jù)工程建設(shè)進展分期實施，建成一個換流器單元即調(diào)試一個，調(diào)試時科學(xué)優(yōu)化步驟以減少方式倒換，并根據(jù)奉賢站建設(shè)進度超前的實際情況，采用提前進行交叉方式試驗項目的辦法合理有效利用時間，147項站系統(tǒng)試驗和591項系統(tǒng)試驗僅用時50余天即保質(zhì)保量完成，系統(tǒng)嚴格地驗證了工程的功能和性能，同時創(chuàng)造了直流輸電工程調(diào)試效率的新紀錄。

(八) 人才培養(yǎng)成效顯著，造就出一批特高壓技術(shù)和管理領(lǐng)軍隊伍。工程建設(shè)注重發(fā)揮全體參建者的智慧和力量，力求為所有建設(shè)者提供一個自我發(fā)揮、自我實現(xiàn)和自我提升的平臺，培養(yǎng)出了一大批站在世界電力科技前沿的技術(shù)專家，鍛煉了一大批善于學(xué)習(xí)、大膽創(chuàng)新、勇于實踐的管理人才，造就了一批特別講政治、特別負責任、特別能創(chuàng)新、特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻的優(yōu)秀隊伍，為堅強智能電網(wǎng)發(fā)展儲備了人才資源。