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什么是特高壓輸電
所謂特高壓輸電是指比交流500kV輸電能量更大、輸電距離更遠的新的輸電方式。它包括兩個不同的內(nèi)涵：一是交流特高壓（UHC），二是高壓直流（HVDC）。具有輸電成本經(jīng)濟、電網(wǎng)結構簡化、短路電流小、輸電走廊占用少以及可以提高供電質量等優(yōu)點。根據(jù)國際電工委員會的定義：交流特高壓是指1000kV以上的電壓等級。在我國，常規(guī)性是指1000kV以上的交流，800kV以上的直流。
在電流一定的情況下，電壓等級越高，傳輸功率越大，同時損耗越小。目前特高壓技術只被少數(shù)國家掌握。據(jù)測算，1000千伏交流特高壓輸電線路的輸電能力超過500萬千瓦，接近500千伏超高壓交流輸電線路的5倍?！?00千伏直流特高壓的輸電能力達到700萬千瓦，是±500千伏超高壓直流線路輸電能力的2.4倍。
為何要建設特高壓電網(wǎng)
在我國這樣一個能源和電力負荷分布不均衡的國家，依賴特高壓技術建成堅強智能電網(wǎng)很有必要。因為現(xiàn)有的超高壓輸電技術已經(jīng)無法滿足未來電力增長的需要，必須加快電網(wǎng)發(fā)展和技術創(chuàng)新，通過更高電壓等級電網(wǎng)的建設帶動電力工業(yè)的結構優(yōu)化，滿足經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展。
我國76％的煤炭資源分布在北部和西北部；80％的水能資源分布在西南部；絕大部分陸地風能、太陽能資源分布在西北部。同時，70％以上的能源需求卻集中在東中部。能源基地與負荷中心的距離在1000到3000公里。這樣一種布局提供了兩種選擇：要么在負荷中心區(qū)建設電站，要么在能源中心區(qū)建設電站后外送電力。
在負荷中心區(qū)大規(guī)模展開電源建設顯然會受到種種制約。比如煤炭運輸問題、環(huán)境容量問題等等。而且，建設火電還可以靠煤炭運輸，而水電、風電由于不可能把水和風像煤那樣運輸，因此就更是無法實現(xiàn)。一邊是無法大規(guī)模建設電源點，一邊又守著水能、風能等寶貴的清潔能源望洋興嘆，可見在負荷中心大規(guī)模開展電源建設這條思路是不可行的。于是，在能源資源豐富的西部、北部地區(qū)建設電源，然后把電力送到符合中心就成為唯一選擇。
特高壓凝聚幾大優(yōu)勢
中國工程院院士薛禹勝認為，特高壓不僅具有長距離、大容量轉移能源的能力，而且可以緩解運輸壓力，提高經(jīng)濟效益，促進清潔能源開發(fā)。
首先從資源優(yōu)化配置來看，隨著我國能源戰(zhàn)略西移，大型能源基地與能源消費中心的距離越來越遠，能源輸送的規(guī)模也將越來越大。在傳統(tǒng)的鐵路、公路、航運、管道等運輸方式的基礎上，提高電網(wǎng)運輸能力，也是緩解運輸壓力的一種選擇。以目前已經(jīng)投運的1000千伏特高壓示范工程為例，目前每天可以送電200萬千瓦，改造后可以達到500萬千瓦，這相當于每天從山西往湖北輸送原煤2.5萬噸—6萬噸。湖北媒體說，這相當于給湖北“送”來了一個葛洲壩電站。
再看經(jīng)濟效益，目前西部、北部地區(qū)電煤價格為200元/噸標準煤。將煤炭從當?shù)匮b車，經(jīng)過公路、鐵路運輸?shù)角鼗蕧u港，再通過海運、公路運輸?shù)饺A東地區(qū)，電煤價格則增至1000多元/噸標準煤。折算后每千瓦時電僅燃料成本就達到0.3元左右。而在煤炭產(chǎn)區(qū)建坑口電站，燃料成本僅0.09元/千瓦時。坑口電站的電力通過特高壓輸送到中東部負荷中心，除去輸電環(huán)節(jié)的費用后，到網(wǎng)電價仍低于當?shù)孛弘娖骄暇W(wǎng)電價0.06—0.13元/千瓦時。
第三，特高壓更是清潔能源大發(fā)展的必要支撐。只有特高壓才能夠解決清潔能源發(fā)電大范圍消納的問題。前一段時間，內(nèi)蒙古風電“曬太陽”送不出的問題廣受關注。事實上，我國風電主要集中在“三北”地區(qū)，當?shù)叵{空間非常有限。風電的進一步發(fā)展，客觀上需要擴大風電消納范圍，大風電必須融入大電網(wǎng)，堅強的大電網(wǎng)能夠顯著提高風電消納能力。特高壓電網(wǎng)將構成我國大容量、遠距離的能源輸送通道。據(jù)測算，如果風電僅在省內(nèi)消納，2020年全國可開發(fā)的風電規(guī)模約5000萬千瓦。而通過特高壓跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)輸送擴大清潔能源的消納能力，全國風電開發(fā)規(guī)模則可達1億千瓦以上。
此外，還可提高電網(wǎng)的安全性、可靠性。采用1 000kV電壓長遠距離輸，可以降低電網(wǎng)的短路電流。比如若長運距離輸送1 000萬kW 電力，可以減少相當于本地裝機17臺60萬kW 的機組。每臺60萬kw的機組對其附近區(qū)域500 kV電網(wǎng)的短路電流將增加1．8 kA。而采用特高壓輸電技術的分層、分區(qū)布局電網(wǎng)，則可以優(yōu)化電網(wǎng)結構，從根本上解決短路電流超標，從而提高電網(wǎng)的安全性、可靠性。
特高壓應用存在什么問題？
特高壓作為一項電力系統(tǒng)的新技術，在世界范圍內(nèi)都沒有商業(yè)運營的經(jīng)驗。還曾經(jīng)被國際大電網(wǎng)會議定義為“待成熟技術”。而且，電網(wǎng)的電壓等級越高，覆蓋范圍越大，安全隱患也就越大，長距離的電網(wǎng)很容易遭遇臺風、暴雨、雷擊等自然災害。
國家電網(wǎng)公司特高壓建設部主任孫昕強調，“特高壓的安全性有保障。特高壓交流輸電示范工程投運兩年多來，實現(xiàn)了雙向、全電壓、大容量輸電，經(jīng)受了雷雨、大風和高溫、嚴寒等惡劣條件考驗，實測輸電損耗率為1.7%，約為500千伏工程的1/3，各項性能指標完全符合設計要求?！?/p>
中國科學院院士盧強表示，假設某一條特高壓線路發(fā)生一個大的干擾故障，一個大的交流同步系統(tǒng)能不能保持安全和穩(wěn)定呢？我們進行了五六百種情況的仿真實驗，回答是：安全穩(wěn)定性是有保障的，是有一系列的創(chuàng)新性科技來保證的。
針對國內(nèi)外都沒有現(xiàn)成的技術、設備和標準，國家電網(wǎng)公司把發(fā)投巨資建成了國際一流的特高壓交流、直流、高海拔、工程力學四個試驗基地和大電網(wǎng)仿真、直流成套設計兩個研發(fā)中心，形成了功能齊全、綜合指標居世界領先水平的大電網(wǎng)實驗研究體系。完成310項重大關鍵技術研究，解決了過電壓與絕緣配合、外絕緣設計、電磁環(huán)境控制、系統(tǒng)集成、大電網(wǎng)安全運行控制等多個世界難題，逐步掌握了特高壓輸電的關鍵核心技術，并在實驗工程中得到了成功應用。
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國外特高壓技術現(xiàn)狀
特高壓交流輸電技術的研究始于60年代后半期。當時西方工業(yè)國家的電力工業(yè)處在快速增長時期，美國、前蘇聯(lián)、意大利、加拿大、德國、日本、瑞典等國家根據(jù)本國的經(jīng)濟增長和電力需求預測，都制定了本國發(fā)展特高壓的計劃。美國、前蘇聯(lián)、日本、意大利均建設了特高壓試驗站和試驗線段，專門研究特高壓輸變電技術及相關輸變電設備。
目前,美國、獨聯(lián)體、日本、意大利、德國、法國均有生產(chǎn)特高壓變壓器與電抗器的能力。獨聯(lián)體和日本已分別生產(chǎn)過常規(guī)的特高壓開關和氣體絕緣組合電器。獨聯(lián)體、日本、意大利、瑞典等國，已能生產(chǎn)特高壓無間隙避雷器。
我國特高壓技術現(xiàn)狀
我國從1986年開始立項研究交流特高壓輸電技術。前期研究包括國內(nèi)外特高壓輸電的資料收集與分析，內(nèi)容涉及特高壓電壓等級的論證、特高壓輸電系統(tǒng)、外絕緣特性、電磁環(huán)境、特高壓輸變電設備及特高壓輸電工程概況等。八五期間又開展了“特高壓外絕緣特性初步研究”，對長間隙放電的飽和性能進行了分析和探討，對實際結構布置下導線與塔體的間隙放電進行了試驗研究。
1994年在武漢高壓研究所建成了我國第一條百萬伏級特高壓輸電研究線段，桿塔為真型模擬拉V塔。三相導線水平排列，導線采用8分裂，分裂直徑為1.04 。為滿足特高壓試驗的需要，97年開展了利用工頻試驗裝置產(chǎn)生長波頭操作波的研究，通過改造工頻試驗裝置，可產(chǎn)生電壓為2250kV，波頭時間為2800μs～5000μs的長波頭操作波。
與此同時我國開展了關于特高壓線路對環(huán)境影響的研究，研究結果表明，當采用8分裂導線，分裂直徑為1m時，特高壓線路的地面靜電感應水平與500kV輸電線路水平基本相當，無線電干擾水平小于500kV輸電線路，可聽噪聲在公眾所接受的范圍內(nèi)。近期有關專家還進行了涉及特高壓輸電線繼電保護配置方案、特高壓時電線路繼電保護特殊問題、特高壓輸變電設備應用、延至1000kV級特高壓變壓器、特高壓系統(tǒng)的可控電抗器原理與結構、1100kV特高壓開關設備技術、百萬伏級特高壓避雷器、特高壓電磁產(chǎn)品、絕緣子、絕緣技術、絕緣子串電壓分布測試、沖擊電壓放電特性、1000kV特高壓試驗線段金具的研制、工頻電場、放電特性、導線基桿塔、雷擊跳閘等多方面問題的研究與分析。
在借鑒國外研究經(jīng)驗基礎上，我國目前已在武漢建立了特高壓試驗研究基地，試驗設備完全具備進行各項特高壓試驗的條件和能力，已進行了各項特高壓的專題研究工作。另外，我國的設計和制造單位通過西北750kV工程，進一步具備了制造特高壓設備的條件和基礎，考慮到設備的成熟性部分特高壓輸變電設備在建設初期還可從國外引進。
我國特高壓輸電技術還需在無功平衡措施、消除潛供電弧措施、限制過電壓的措施及絕緣配合、串聯(lián)電容補償裝置、外絕緣、特高壓設備等問題上進行重點技術研究。
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