浅谈我国特高压电网建设的难题和意义

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  【摘 要】 我国从l986年开始,将特高压输电技术研究连续列入国家“七五”、“八五”和“十五”科技攻关计划,为特高压技术研究积累了宝贵经验。我国西北750千伏输变电国产化示范工程的顺利投产和三峡送出±500千伏直流输电工程的成功实践,使我国输变电设备的制造能力和水平有了很大提高,为特高压技术装备研发和应用创造了条件。
  【关键词】 特高压电网;千伏;技术难点;意义
  一、特高压电网概念及优点
  高压输电是通过发电厂用变压器将发动机输出的电压升压后传输的一种方式。利用高压输电可以减少电流在输送时产生的热损耗。电压越高产生的热损耗就越少。目前输电线路的电压主要为交流110千伏、220千伏、330千伏、500千伏、750千伏和1000千伏、直流正负800千伏等几个系列。其中,交流1000千伏和直流正负800千伏被称为特高压。特高压电网被称作电力高速公路,是专为输送交流1000千伏、直流正负800千伏或者以上电压等级的输电网络,是当今世界最高电压等级的输电技术。特高压电网在输送电力时具有如下的优点:
  一是输送功率大。特高压输电线路输送功率大,如1000千伏特高压交流输电线路输送功率可以达到500千伏线路的4~5倍;正负800千伏直流特高压输电能力也比正负500千伏线路的一倍还要多。二是送电距离远,电量损耗小。由于输送电路电压高达1000千伏,所以,电路中电流量非常小,在输送相同功率的情况下,最远送电距离要比500千伏线路延长3倍,而损耗却降低60%~75%。三是节省资源。随着土地资源的紧张和民众节能减排意识的增强,迫切要求各行业充分考虑能源的节约和有效利用,而特高压输电线路就具有这方面的优势。
  二、我国当前超高压输电线路现状
  目前,我国高压输电线路以超高压输电线路为主,主要是以220千伏、330千伏、500千伏交流输电和500千伏直流输电线路组成的骨干网架。其中,华北、华中、华东、东北4个区域电网和南方电网已经形成了500千伏的主网架,西北电网也已经开始建设750千伏网架。但是,由于我国电力资源分布的不均衡和纵向横向跨越区域的远距离,因此,目前的超高压输电线路的发展存在着较大的制约,所以远远不能满足当前快速发展的经济需要,近年来在东部沿海和内陆城市发生的“电荒”现象就表明了我国目前在跨区域输电时存在的不足,而特高压电网由于能够适应我国远距离大容量电力输送需求,有利于西电东输,因而,我国电力企业都在积极进行探求特高压电网建设。但由于特高压电网是一项高科技系统工程,因此,我国电力企业在建设特高压电网时仍面临着一些较大的困难。
  三、建设特高压电网面临的问题及解决途径
  1.技术难点
  目前主要存在两大技术攻关重点:一是制造出可调的并联电抗器,二是研制1000千伏电压等级的双断口断路器。目前这两个关键技术问题已经基本解决。对于直流特高压电网而言,其技术攻关关键是开发6英寸晶闸管。目前,日本已经研制出了6英寸晶闸管,我国在研制6英寸晶闸管方面也已经具备了一定的基础。
  此外,在建设特高压电网时,还需要考虑的关键技术有:
  (1)特高压系统中的过电压问题,包括工频过电压、操作过电压、雷电过电压等,指由于内部故障、开关操作或遭受雷击,而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并可能导致电气装置损坏的电压升高。可采取的措施有:使用高压并联电抗器补偿特高压线路充电电容;使用线路两端联动跳闸或过电压继电保护;用断路器分闸电阻来限制甩负荷分闸过电压;使用变电站母线和输电线路上装设吸收能量较大金属氧化物避雷器等。
  (2)特高压电网的绝缘和绝缘配合问题。特高电压传送下,空气间隙的放电电压在操作过电压下会呈现饱和特性,如果电网中电气装置的绝缘质量不过关,就将导致非常严重的后果。因此,绝缘配合问题一直是特高压输电领域中最受关注的技术难题。所以,攻克绝缘体的选择这一难题,并根据我国实际,制定绝缘配合系数,留下适当的裕度,也是特高压电网建设中的一项重要课题。
  2.环境和生态问题
  特高压对环境和生态的影响是特高压发展研究中一个非常重要的问题。主要影响项目有可听噪声、无线电干扰,以及工频电磁场对生态的影响。各国的研究均表明:如果合理选择分裂子导线的半径和根数,以及分裂间距和离地高度,这些影响和干扰均可限制在允许范围内。
  四、建设特高压电网对我国经济建设的意义
  建设特高压电网对我国的经济建设有着重大而深远的意义,主要表现在以下四个方面:
  1.有利于促进我国东西部地区经济的协同发展
  我国经济发展和资源分布极不均衡,东西部地区差距十分巨大。西北、西南地区经济落后,人口稀少,用电需求较低,但煤炭资源、风电资源和水利资源异常丰富;而华东,华南地区则资源贫乏,但经济发达、人口众多、用电需求量大。据统计,2009年,华东、华南地区的用电量占到全国总发电量的80%以上。传统高压输电线路由于存在着耗损大,不能长距离传输的不足,所以过去西部地区的电力资源优势并没有完全发挥出来。特高压电网建成后,就可以将西部地区的电力资源以较低的成本传输到东部去,从而能够极大的调动西部地区发展电力企业的动力,然后形成以电力生产为龙头带动能源化工、采矿、冶金、有色金属加工等相关产业的发展,从而促进该地区的整体经济好转,在中央西部大开发的战略指引下,早日缩短东西部地区经济发展的差距。
  2.有利于我国电力装备制造业的发展
  据统计,到2020年,我国特高压电网设备总投资将达到2500亿元。国家发展改革委员会2006年6月明确要求,我国特高压电网设备的开发必须走国产化的道路。因此,国内电力设备制造企业,要参与特高压工程,必须要大力改善企业的实验条件和设计条件,从而形成国际一流的生产条件,通过提高自身创新能力,不断开发新技术、新工艺,进而掌握重大电工设备的核心技术,在国际竞争中形成独特优势。
  3.有利于我国电网建设的跨越式发展
  过去我国的电网长期存在着技术水平低,建设滞后,网架结构薄弱等问题,由于特高压电网目前在世界其他国家尚没有大规模商用运行的经验,因此,借助这次特高压电网建设,我国电网企业可以加大对现有电网的建设和改造,进而占领特高压技术的制高点,以实现我国电网企业的跨越式发展。
  4.有利于我国“资源节约型,环境友好型社会”的建设
  建设“资源节约型,环境友好型社会”是在我国经济和工业化飞速发展,但环境压力日趋加大的情况下,由胡锦涛总书记在党的十六届五中全会上明确提出的,是我国国民经济与社会发展的一项具有战略任务的中长期规划。李克强总理在新一届国家能源委员会首次会议上强调了建设特高压电网和建设“西点东送”工程,优化资源配置的重要意义。建设特高压电网可以低损耗、长距离传输西部的电力资源,由于我国西部拥有丰富的风能、水能和日光能等清洁可再生能源,如果能够充分利用这些资源进行发电,就可以减少煤炭这些不可再生能源的利用度,降低煤炭燃烧对环境的污染程度。
  五、结语
  安全、高效、清洁是能源发展的战略方向,加强能源的配置能力是社会发展的客观要求。特高压骨干电网的架设将会给人们的生产、生活带来前所未有的便利,但是考虑到特高压电网系统的复杂性,运行过程中可能存在的各类因素的影响。因此,为尽量减少各类因素对特高压电网运行带来的干扰,相关部门应加强特高压电网运行影响因素的研究,并在综合分析和总结成功经验的基础上,积极组织相关人员研究应对策略,提高特高电网抗风险能力,使其更好的为我国的现代化建设服务。
  参考文献:
  [1]张宁,刘静琨.影响特高压电网运行的因素及应对策略[J].电力系统保护与控制,2013,1:109-114.
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  [3]杨冬.特高压输电网架结构优化与未來电网结构形态研究[D].山东大学,2013.
  [4]刘振亚.特高压交直流电网[D].中国电力出版社
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