1000kV交流特高压输电技术分析

王安华

（国网德阳供电公司 四川德阳 618200）

1000kV交流特高压输电技术分析

王安华

（国网德阳供电公司 四川德阳 618200）

本文简要分析了我国应用1000kV交流特高压输电的必要性以及其输电特点，研究了1000kV交流特高压输电的相关技术问题，探讨1000kV交流特高压输电线路及变电站设计方案，最终分析了我国特高压工程应用方案，以期提高1000kV交流特高压输电技术水平。

特高压输电；1000kV；电磁环境；技术特点

引言

交流特高压电网主要适用于长距离、大容量输电。我国从1986年起就开始研究特高压，受多种因素的影响，目前仍落后于俄、日、美、意等发达国家。我国正处于经济持续高速发展阶段，预计2020年国内生产总值达到40000亿美元，电力负荷势必快速增长，届时我国总用电量将达到4600TWh左右，目前我国500kV电网已出现输送能力不足等问题，目前的超高压输电技术将无法满足未来电力发展需求。发展并应用1000kV特高压输电技术，是保障电力、促进社会经济协调发展的重要措施。此外，我国能源资源与生产力发展分布方向相反，因此，长距离、大容量输电是我国电网发展的必然趋势。总之，从电网发展需求、能源资源分布及国家经济发展需求来看，我国都需要加快特高压输电技术的研究与应用。

1 1000kV交流特高压输电技术特点

1.1 大容量输电能力

线路自然功率是评价输电线路输电能力的重要指标，长距离超、特高压输电线路，通常要装设高压电抗器来解决无功平衡和过电压问题，装设串联补偿装置来提高线路输送能力。不同类型输电线路的广义自然功率见图1，由图可知采取相同的并联补偿度时，1000kV输电线路的自然功率是紧凑型单回500kV线路的3.1倍，是常规单回500kV线路的4.2倍。由此可见，1000kV特高压输电线路具有大容量输电能力。

图1 不同类型输电线路的广义自然功率

1.2 长距离输电能力

单回1000kV特高压输电线路阻抗折算到500kV，相当于同距离单回500kV线路阻抗的1/4，即电气距离缩短为500kV线路的1/4。电气距离缩短时，输电线路的静稳极限就会增大，线路的输电能力自然提高。不同类型输电线路的输送能力与输电距离的关系见图2，由图2可知，就相同输电容量而言，采用1000kV特高压线路的输电距离要大于500kV线路。以2000MW电力为例，1000kV线路的输送距离约单回500kV常规线路的2.6倍，是单回500kV紧凑型线路输送距离的2倍。

图2 不同类型输电线路的输送能力与输电距离的关系

1.3 低损耗输电能力

降低线路损耗是提高输电效率、节约资源的重要举措，特高压输电线路的损耗由电阻性损耗、线路电晕损耗构成。在总导线截面、输送容量相同的情况下，1000kV输电线路的电流是500kV输电线路的一半，电阻损耗是500kV线路的1/4，低损耗优势极为显著。

2 特高压输电的关键技术

2.1 无功平衡

1000kV特高压输电线路较长、电压高、电流大，因此潮流变化范围大、无功平衡问题较为突出。为解决无功需求波动问题，应该配置高（低）压电抗器、低压电容器、可控电抗器等设备来实现无功平衡。此外，还可以通过安装串联补偿装置来提高自然功率的幅值，优化系统的无功平衡、改善系统性能，降低电网损耗。

2.2 过电压和绝缘配合

工频过电压及操作过电压的水平会直接影响到设备的绝缘设计，关系到设备制造成本及运行性能。这就要求在应用特高压输电技术时，降低工频过电压及操作过电压的水平。根据国家电网及相关部门的研究发现，我国特高压输电系统的过电压水平需满足以下要求：工频过电压在变电站侧需小于1.3倍，在线路侧需小于1.4倍；操作过电压在变电站侧需小于1.6倍，在线路侧需小于1.7倍。特高压设备绝缘水平需满足以下要求：雷电冲击耐受水平2250kV、操作冲击耐受水平1800kV，5min工频耐受水平1100kV。

2.3 潜供电流

1000kV特高压输电线路发生多相故障的可能性极小，通常为单相接地故障。设计人员可以通过安装单相重合闸来减少线路强迫退出的次数，提高线路输电的可靠性。但是在单相重合闸阶段，故障相线路两侧断路器跳开后，健全相通过电容及互感耦合，因此故障点会出现一个潜供电流，该电流越大、其电弧就越难熄灭，最终影响到单相重合闸的成功率。为了解决这一问题，提高线路输电的可靠性，日本的特高压线路采用了快速接地开关。我国特高压线路较长，这就需要在高抗中性点处装设小电抗来限制潜供电流。

2.4 电磁环境的影响

我国对1000kV电磁环境控制限值做出明确规定：特高压输电线路临近民房时的工频电场强度不得超过4kV/m，工频磁场强度不得超过0.1mT；无线电干扰不得超过58dB；可听噪声不得超过55dB。要想实现这一要求，设计人员必须要结合实际情况来选择线路导线型号、优化设计杆塔及走廊宽度。经过充分研究认为，工频电场和可听噪声的控制限值对特高压线路设计起主要控制作用。可听噪声对特高压线路设计的影响较大，要想满足上述要求，设计人员可以应用大截面导线来实现。以单回1000kV特高压线路为例，一般采用8×400mm2就可以满足，但为了进一步降低可听噪声，可以采用8×500mm2的导线，如果是同杆双回1000kV特高压线路，那么可以选用截面更大的导线或者8×630mm2的导线。另外，以同杆双回输电线路为例，采用逆相序排列能够有效降低对工频电场、工频磁场造成的不良影响，但是不利于降低可听噪声，正相序排列则与其相反。这就要求设计人员在实际工作过程中结合实际情况采用相应的相序排列方式。

3 1000kV特高压输电系统的方案设计

3.1 输电线路设计

在设计1000kV输电线路时，需要考虑到一系列相关因素，例如过电压、绝缘、线路输送容量、电磁环境影响、自然环境、技术经济性能等等。具体来说，单回1000kV输电线路的设计参数如下所示：导线截面采用8分裂500mm2钢芯铝绞线；在居民区，导线对地距离为27m，在非居民区则为22m；塔头空气间隙中相V形绝缘子串为7.5m，边相I形绝缘子串为6.5m；根据沿线污秽情况来确定绝缘子片数；铁塔型式的选择，则需要参考工程实际环境。一般情况下，1000kV线路故障率约500kV线路故障率的1/4，约750kV线路故障率的7/10。据调查数据分析，94%的线路故障起因都是雷电绕击导线。要想降低雷击跳闸率，提高特高压输电系统的输电可靠性及安全性，就要减小输电线路的地线保护角，优化耐张塔的地线布置，图3为某1000kV直线杆塔的示意图。

图3 某1000kV直线杆塔的示意图

3.2 变电站设计

以我国第一个交流特高压变电站为例，该变电站的主要设计参数如下所示：1000kV电气主接线选用双断路器接线；主变压器容量为3GVA；设备短路电流设定为50kA；断路器电流为4000A。变电站内1000kV最小空气间隙，带电部分与接地部分之间距离为6.7m；不同相带电部分的距离为9.3m。与敞开式屋外配电装置设计相比，采用全封闭式组合电器，变电站面积能够节约一半以上。随着智能电网建设的推进，设计人员可以建设数字化变电站，以此来适应新时期的输送电需求。

4 交流特高压输电技术的工程应用

建立试验示范工程，是积极稳妥地发展并应用特高压输电技术的关键举措。国家电网公司在对比分析几种不同的方案后，最终决定将晋东南—南阳—荆门输变电工程作为交流特高压试验示范工程。晋东南—南阳—荆门输变电工程全长为670km，最终建成晋东南特高压变电站、荆门特高压变电站与南阳特高压开关站。该工程规模相对合理，线路长度及接线方式都具有一定的代表性，线路两侧系统具有独立性，该变电工程能够在保障系统运行安全的基础上满足各试验所需的各项条件，因此是建设特高压试验示范工程的最佳方案。就目前来看，该工程的接入系统设计方案、规划选站及选线、设备类型及技术规范的选定都已经得以确定，工程可研报告也编制完成，电磁环境影响标准满足相关部门的要求，相关的关键技术研究工作也基本完成，已基本具备启动工程建设的相关要求。我国国家电网公司要能够在特高压试验示范工程成功建设的基础上，结合我国的实际情况，深入研究交流特高压输电技术，解决存在的客观难题，理清建设交流特高压电网的具体实施思路，以点带面、全面推动特高压输电技术在我国电网中的发展与应用。

5 结束语

综上所述，我国正处于工业化及城镇化加速发展的阶段，资源危机及环境压力逐渐加剧，这对我国电力发展水平及电力增长方式提出了较高要求。1000kV交流特高压输电技术在我国电网发展中扮演着重要角色，占据着重要地位。1000kV交流特高压输电线路具备大容量、长距离及低损耗的特征，能够大幅度节约输电走廊面积；其次，1000kV交流特高压输电技术在无功平衡、过电压及绝缘配合、电磁环境影响等方面具有一定的特殊性，但是设计人员可以通过配置相关设备、优化变电站设计、优化线路设计等方式来加以满足。总之，1000kV交流特高压输电技术是我国电力发展的必然趋势，在我国有着广泛的应用前景，我国相关部门要能够尽快建立试验示范工程，以此来加强对交流特高压输电技术的深入研究，最终为我国电网的发展打下坚实的基础。

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TM723

A

1004-7344（2016）08-0048-02

2016-3-1

王安华（1981-），男，技师，本科，主要从事县级供电企业电网运行、生产、安全管理工作。