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二十一世纪我国的特高压输电 |
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| 二十一世纪我国的特高压输电 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:44:29  |
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万启发
电力公司武汉高压研究所 武汉430074
0 前言
电力系统以发展愈来愈高电压的输电技术来满足愈来愈长距离输送大容量电能不断增长的要求，并获得愈来愈大的经济效益。目前，世界上已运行的最高交流电压为1150 kV。
线路的电压等级是确定输电系统传输能力的关键因素，一定距离时500 kV线路的输送容量大约为200 kV线路的5倍，1100 kV线路的输送容量大约为500 kV线路的5倍，765 kV线路的输送容量是330 kV线路的5倍还多一点。
线路电压等级的发展由多种因素决定。首先是传输容量的因素，由于大机组的经济性和负荷的迅速增长，输送巨大电能以及远距离输电的不断增长的要求，促进了更高电压输电方式的采用；其次是经济性因素，政府要求关停能耗大、效率低、污染大等小电厂并大力发展清洁高效的大机组。一般来说，预期需要输送较高的容量时，更高电压等级的输电系统在经济上通常更合算，输电电压愈高输送单位容量的价格愈低；再次是线路走廊和环境等因素，除选择厂址的困难外，愈来愈明显的缺少合适的线路走廊，故需更好地使用现有的陆地资源。较高的输电电压为每一条线路走廊输送更大容量提供了手段。
百万伏级特高压输电由于能和我国已有电网较好的匹配，并且具备以上发展的要素，是下一世纪发展输电网的最有前景的电压等级。
1 特高压输电电压等级选取原则
一个新的电压等级尤其是象超高压、特高压等级的确定，直接影响系统主网的结构与发展。国外在选定特高压电压等级时，都采取特别慎重的态度。首先要结合本国国情，经过对环境、负荷分布技术和经济的充分论证才能确定下来。另外，一个新的电压等级的选定，要兼顾电力系统的长远规划。30～50年代，一些国家在采用新的电压等级时往往只考虑具体工程的技术经济性，结果新的电压等级虽是当时合理，但随着系统的发展电压等级选定的不合理性就逐渐显露出来［1］。
国际上目前公认的合理的电压等级系列大致可归纳为154-345-765-1500 kV级和110-220-500～1 000 kV级两种［2］。相邻电压等级间的倍数约为2倍。而在一些发达国家，如美国从10 kV至765 kV中间就有50多个电压等级。巴西也有很多电压等级。其原因是只考虑某个单一的具体输电工程，选择其最佳经济技术指标的电压等级，由此多个输电工程就出现多个电压等级。这样的电网格局一旦形成，改变起来就非常困难。电压等级布局不合理，级差小、等级多，造成电网复杂，可靠性差及变电容量重复投资大、网耗高等一系列弊端。
我国比起一些电力发达的国家来说可以称为“后发展国家”，许多发达国家电力工业的经验和教训可作为借鉴，特别是输电电压等级的选择应扬长避短，结合我国国情合理选择。从中国电网结构的现状来看，除西北为330 kV网架外，其余如东北、华北、华中、南方等网架均为500 kV电压等级的网架。因此，中国的主网架按照110-220-500-1 000kV级电压等级系列发展是合适的。
2 大型电站的形成需要特高压输电
国外发展特高压输电的一个最重要的原因是能源基地和大型电站群的形成向中、远距离的负荷中心输送巨大电能。随着发电机组容量和电厂装机容量规模的增大，会给燃料运输、环境保护等带来困难。不少有大型燃料基地的国家，千方百计地在基地附近布厂，形成综合燃料动力基地。核电站的建设，从环境保护、防止辐射危害、便于核燃料清除角度出发，也不宜在负荷中心和人口稠密的地方布厂。水电站的建设也是如此，在负荷中心附近的电站已基本开发而逐步向离负荷中心遥远、交通不便的地区开发。故大型能源基地和电站群的形成，采用特高压线路(包括交流和直流)向负荷中心送电是世界电力工业发展的必然规律。原苏联80年代初始建埃基巴斯图兹等大型能源基地，单个电站的装机容量达6400 MW，总装机容量在20～30 GW,将巨大电能送往1 000 km以外的莫斯科等负荷中心促进了1150 kV特高压和±750 kV直流输电的发展。日本东京电力为将福岛、柏崎两个核电站群的6～8 GW电力送往东京，同时为改善电网结构和节约线路走廊占地,建成了480 km的1000 kV输电线路［3］。
我国正在建设的三峡水电站，装机容量18.2 GW，向华东输送容量约8 GW，输送距离1100 km。从电力工业长远规划，合理电网结构，限制系统短路电流等方面考虑，特高压技术应为优选方案［4］，但因高压输电技术储备不足，没有成套成熟的技术而放弃。继三峡水电站后即将开发的长江上游金沙江水电基地，总装机容量约75 GW，是全国最大的水电基地。首期开发的溪落渡水电站装机容量62 GW，外送华中、华东的容量分别为6.4、3.2 GW，输送距离1 000～1500 km。比较交流1150 kV和直流±600 kV输电方案的技术经济性，两者大体相当［5］。
东北煤炭资源主要分布在内蒙东部地区和黑龙江东部，其中呼蒙地区装机容量规划达19 GW。要将约10 GW的电力送往辽宁地区的负荷中心，输电距离1 000 km左右，东北电网为500 kV电压，故宜采用1 000 kV级特高压［6］。
随着我国国民经济的持续发展，1981年发电装机容量100 GW，1995年突破200 GW，预计2000年将达290 GW，2010年将达550 GW，2020年将达800 GW左右。这样的装机容量增长速度，必然要发展大型和特大型水、火电基地，而采用特高压大容量、远距离的输电方式输送电能是大势所趋。
3 从电力可持续发展战略看特高压输电
我国电源结构一直为常规水电和燃煤常规火电两种。近年来，虽然核电和新能源发电都在突破性进展，也不到全国总装机容量的2%，包括在建4个核电项目核电总装机660万千瓦，大体只占2%。故下世纪相当长的一般时间，我国的电源结构仍以燃煤火电和水电为主。
我国中部建设的三峡枢纽工程，西部筹建的溪落渡、向家坝枢纽工程及今后西部规划的一批大型、特大型水电基地，装机容量都在几GW、几十GW以上，向东部输送电力的距离都在1000 km以上，用500 kV输电方式(经济输送容量1GW，输送距离300～500 km)已经不能满足要求。特高压输电作为西电东送的骨干网架是适宜的。
煤炭能源输送方式有两种：①运煤发电，即将煤炭运输到负荷中心，就近布置大型电厂；②就地发电输送，即在煤炭资源的附近建电厂再用输送电能的方式将能源输送到负荷中心；两种方式后者为优，前者有三大弊端：①环境污染严重即使清洁燃煤技术，也只能减轻污染，污染治理将大大提高电力能源成本，煤炭的长途运输过程也会污染环境；②占用负荷中心宝贵土地资源，负荷中心一般人口稠密，地价昂贵，相对而言，特高压输电线路的单位输送容量占用线路走廓少；③造成交通运输压力，一座5 GW的电厂日耗煤达4.1万吨，铁路、公路的运输压力极大。故最好的办法是多建设坑口电站发及综合能源基地，然后，用大容量、远距离的输电方式将电能送往负荷中心。
由上所述，我国电源布局应根据我国的具体国情，集中建设综合能源基地，大力开发西南水电，集约发展“三西”地区火电，以大容量、远距离输电的特高压输电方式“西电东送”，将能源输送到负荷中心具有十分重要的战略意义。
4 从国外电力技术水平看我国特高压输电的可能
60年代后至70年代，前苏联、美国、意大利、加拿大、日本等国进行了大规模的特高压输电的研究工作。他们按照理论研究、实用技术和实验、电气设备研制和工业性试运行考核等三大步骤已经取得了满足工程需要的数据、资料和工程原型设备产品。这些研究成果表明，一旦特高压输电工程上马，技术上足以满足工程的需要。80年代开始，苏联着手建设西部大型能源基地，同时建设的1150 kV特高压输电线路2 000 km的线路已按设计运行。日本东京电力分司为了将远离负荷中心的东部和北部核电向东京输送，建成1 000 kV特高压输电线路380 km，预计本世纪初将按设计电压投入运行。我国也在“六五”期间，由武汉高压研究所承担，清华大学等五个单位参加，开展了国家攻关项目的研究。
“九五”期间，武汉高压研究所户外试验场建成一条约200m的特高压试验研究线段，中间有一基特高压真型铁塔。目前正在开展输电线路外绝缘特性的研究和输电线路对环境影响的研究。电工学会牵头承担电工制造部门和电力运行部门有关科研院所参加的原国家科委的特高压输电前期论证课题已于去年完成。
综上所述，有国外特高压输电技术研究和工程建设的经验和国内前期科研的基础，有世界一流的特高压试验研究设备和一大批制造、运行设计、大专院校等单位的高级研究人才，尽管目前特高压输电技术存在许多问题，只要我们敢于创新，特高压输电在我国一定能实现。
5 小结
a.一个新的电压等级的选定除了对它的必要性进行论证外，还要对技术经济进行分析，同时要兼顾系统的长远发展，从中国的国情来看，二十一世纪中国发展特高压输电是适宜的。
b.二十一世纪初中国将加快电力建设，大型水电站和能源基地的迅速建成需要大量采用大容量、远距离的特高压输电方式将电能送往负荷中心。
c.特高压输电可以有效地解决负荷中心环境污染问题，节约土地资源和线路走廊，是电力持续发展的重要战略之一。
d.到二十一世纪初叶，特高压输电技术在我国将不断成熟和发展，并应用于实际工程。
参考文献
1 王凤鸣.特高压技术基础研究.武汉：武汉高压研究所技术报告，1986
2 漆振侠.中外电力工业发展概况.武汉：湖北中试所技术报告，1987
3 万启发，陈勇.日本1 000 kV特高压输电线路.广西电力工程，1998，(3)：25
4 修木洪，朱家骝.三峡特高压东送方案的探讨.武汉：武汉高压研究所技术报告，1990
5 王建群，谭永才.特高压输电技术初期论证(十).北京：中国电工技术学会报告，1999
6 黄贤.特高压输电技术初期论证(九).北京：中国电工技术学会报告，1999
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