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国内外特高压工程建设进展情况

能源观察2020-02-26 14:15:50

在我国,特高压是指±800千伏及以上的直流电和1000千伏及以上交流电的电压等级。特高压的最大特点是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。据测算,1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦,接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。±800千伏直流特高压的输电能力达到700万千瓦,是±500千伏超高压直流线路输电能力的2.4倍。

国际上特高压建设情况

20 世纪70 年代以来,为解决经济快速发展对负荷需求增长的预期以及大容量长距离输电问题,西方工业国和苏联均纷纷制定了本国发展特高压输电的计划。美国AEP 和BPA、意大利ENEL,前苏联电力部和日本东京电力公司均于70、80 年代分别建设了特高压输电试验基地或试验线段,共计14 项,进行了大量特高压前期和工程科研工作。课题涉及特高压绝缘,环境影响,监控保护,系统设计和工程规划。一些制造厂商( 如瑞典ASEA、法国ALSTHOM,美国GE) 配合美国的电力运行单位进行了特高压输变电设备的研制,美国AEP 在瑞典制造厂商的配合下完成了1 500 kV 输电的试验研究工作,意大利ENEL 完成了1 000 kV 的成套设备带电试运行工作。前苏联和日本分别建成了百万伏级输变电工程。

前苏联1150kV特高压线路

前苏联幅员辽阔,能源和负荷分布很不均衡。负荷中心在西部欧洲地区,大量水力资源在东部西伯利亚,距欧洲地区4 500 km,煤炭集中在南部哈萨克斯坦,距莫斯科约2 500 km。这就需要实行大规模的“东电西送和南电北送”,通过特高压输电线路,把西伯利亚的水电和哈萨克斯坦的煤电输送到莫斯科地区。

前苏联从1981年起开始建设特高压输电系统,共建成车里雅宾斯克—库斯坦奈—科克切塔夫—埃基巴斯图兹—巴尔脑尔—伊塔特1150 kV 特高压线路2362 km。其中埃基巴斯图兹—科克切塔夫—库斯坦奈最先建成并投运,线路长度约900 km,特高压变电站3 座,累计运行时间5 a,运行性能良好。苏联解体后,送端电源未能按预定目标建设,导致特高压线路负载过轻,输送容量仅为额定容量的20%,从1994 年起降压运行。


图:前苏联1150kV输电线路地理连接

日本1000kV输电网架

日本1973 年开始研究特高压输电,是世界上第2 个建成特高压线路的国家。日本东京电力公司决定在已有500 kV 网架之上发展1 000 kV 输电网架,目的是把福岛、柏崎的大型核电厂6~8 GW的电能,用中等距离的输电线穿过人口稠密地带,输送到负荷中心。

日本从1992 年以来,共建有1 000 kV 同杆并架线路427 km,1996 年投入使用了新榛名特高压设备实物验证站,做了多项试验,设备通过了9 a 的1 000 kV 带电运行考核,初步验证了特高压技术的可行性。

日本根据本国的国情,采用气体绝缘设备、高性能C 型避雷器、高速接地开关、装设合闸和分闸电阻等多种措施,有效解决了过电压和潜供电流的问题。由于电力需求增长减缓和核电建设计划推迟,日本特高压线路建成后一直按500 kV 降压运行,1000kV升压计划也大幅推迟。


图:日本1000 kV 输电线路地理接线

意大利1050kV试验工程

20世纪70年代,意大利和法国受西欧国际发供电联合会的委托进行欧洲大陆选用交流800kV和1050kV输电方案的论证工作,之后意大利特高压交流输电项目在国家主持下进行了基础技术研究,设备制造等一系列的工作,并于1995年10月建成了1050kV试验工程,至1997年12月,在系统额定电压(标称电压)1050kV电压下进行了2年多时间,取得了一定的运行经验。

该试验工程位于意大利Suvereto1000kV试验站内,包括两部分:(1)1050/400kV变电站;(2)2.8km1050kV输电线路。


图:意大利1050kV试验工程单线示意图

中国的特高压研究与建设情况

中国特高压技术研究起步于1986 年,中国电力科学研究院、武汉高压研究所、电力建设研究所和有关高等院校开展了特高压输电的 基础研究,利用各自特高压试验设备进行了特高压外绝缘放电特性,特高压输电对环境的影响研究,架空线下地面电场的测试研究,工频过电压、操作过电压的试验研究等。近年来,随着特高压试验示范工程的前期研究和开工建设,国家电网公司组织实施了近百项关键技术课题 研究, 涵盖了换流技术、设备技术、试验技术、运行技术、电磁环境、建设工期等多个方面,在特高压输电的关键技术领域取得了一系列重要成果:确定了特高压电网的电压标准,明确了特高压电磁环境指标的限值,确定了过电压和绝缘配合方案,确定了特高压直流工程标准输电容量,论证了特高压输电的经济性,在绝缘配合、高海拔研究、防雷研究等领域已经达到国际先进水平。

在工程建设方面,目前,中国国家电网已累计建成“三交四直”特高压工程(包括:1. 晋东南-南阳-荆门1000千伏特高压交流试验示范工程;2. 淮南-浙北-上海1000千伏特高压交流工程;3. 浙北-福州1000千伏特高压交流工程;4. 向家坝-上海±800千伏特高压直流工程;5. 锦屏-苏南±800千伏特高压直流工程;6. 哈密南-郑州±800千伏特高压直流工程;7. 溪洛渡左岸-浙江金华±800千伏特高压直流工程),在建“四交三直”特高压工程,在运在建特高压输电线路长度超过2.2万公里,变电(换流)容量超过2.3亿千伏安(千瓦),累计送电超过3300亿千瓦时。依托大电网发展新能源,国家电网新能源并网装机已突破1.3亿千瓦,成为世界风电并网规模最大、太阳能发电增长最快的电网。根据我国能源资源禀赋和“西电东送、北电南供”的电力流向,国家电网发展呈现东北、西北、西南为送端,华北、华中、华东为受端的基本格局。规划2020年形成东北、西北、西南三送端和“三华”(华北、华中、华东)一受端的四个同步电网格局,“三华”电网形成“四纵七横”骨干网架,建成19回特高压直流,形成“强交强直”电网结构。

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图:中国2020年特高压规划方案

新近开工:

2015年6月29日,山西晋北-江苏南京±800千伏特高压直流输电工程(以下简称“晋北-江苏工程”)开工。晋北-江苏工程途经山西、河北、河南、山东、安徽、江苏6省,新建晋北、南京2座换流站,换流容量1600万千瓦,线路全长1119公里,工程投资162亿元,于2015年6月获得国家发改委核准,计划于2017年建成投运。晋北-江苏工程是纳入国家大气污染防治行动计划的重点输电通道,工程将全面采用我国自主研发的特高压直流输电技术和装备。

作为“西电东送、北电南供”的重要工程,晋北-江苏工程是山西首条特高压直流工程,也是落地江苏的第二条特高压直流工程。工程对于落实国家大气污染防治行动计划,改善大气环境质量,促进山西能源基地开发与外送,扩大新能源消纳范围,加快资源优势向经济优势转化,拉动内需和经济增长,带动装备制造业转型升级,满足华东地区用电需求,支撑国家能源消耗强度降低目标实现等均具有十分重要的意义。该工程经济、社会、环境效益巨大,具体表现为:一是促进山西能源基地开发与外送二是保障华东地区电力安全可靠供应;三是有力拉动经济增长、扩大就业,推动装备制造业转型升级;四是推动华东地区大气污染防治。

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