特高压输电技术分析

黄锐 毛龙飞

摘 要：作为我国正在重点发展的输电工程项目，特高压输电在电力系统中引起了广泛的关注。文章对特高压输电工程发展的必要性进行阐述，在此基础上从无功平衡、过电压抑制以及绝缘配合等技术层面对特高压输电进行探讨，最后对交、直流特高压输电的优缺点进行了分析总结，以期推动我国特高压输电工程技术的发展。

关键词：特高压；输电；经济评价

中图分类号：TM723 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0087-02

电力输电系统有不同的电压等级，直流±800 kV及以上、交流1 000 kV及以上电压等级的输电技术称为特高压输电技术。特高压输电技术的优点主要表现在输送容量大和输电距离长，这对于解决我国能源和负荷分布的极度不均衡问题具有重要意义。众所周知，我国国土面积大，负荷中心分布在华东和华南经济发达地区，而能源则大量集中在西部欠发达地区，发展特高压输电技术，可以最大效率地实现大范围、大容量的能量转移，是我国输电系统发展的必然趋势。

1 特高压输电技术发展的必要性

结合我国电力系统现状以及经济、社会发展的趋势，下文从电能需求量增加、电力负荷和资源分布不均衡、综合联网效益以及减轻对输电线路周边的环境污染几方面对特高压输电技术发展的必要性进行分析阐述。

1.1 电力能源需求量的增加

伴随着我国经济的快速发展，电力能源的消耗也在逐年攀升，并且将在很长一段时间内保持稳步增长的趋势。根据2015年初中国电力企业联合会发布的《2014年电力工业运行简况》，2014年，全国用电量55 233亿kWh，同比增长3.8%；全口径发电量55 459 亿kWh，同比增长3.6%。截至2014年底，全国发电装机容量13.60 亿kW，比上年增长8.7%，其中，水电30 183 万kW（含抽水蓄能2 183 万kW），占全部装机容量的22.2%；火电91 569 万kW（含煤电82 524 万kW、气电5 567 万kW），占全部装机容量的67.4%，比上年降低1.7%；核电1 988 万/kW，并网风电9 581 万kW，并网太阳能发电2 652 万kW。

可见，在我国经济蓬勃发展以及全面建设小康社会的带动下，我国对于电力能源的需求量逐年增加，这就对电力系统的电能输送能力提出了更高的要求。

1.2 电力负荷和资源分布不均衡

在我国经济快速增长和工业生产的大力推动下，用户对于电能的需求量稳步快速增长，然而资源和电力用户的地域分布差异大大制约了电能的高效开发和传输。从全国资源分布情况来看，煤炭等传统资源以及太阳能、风能等新能源大量分布在我们中西部地区，距离用电负荷中心东南沿海地区很远，这就需要电力系统充分整合资源，实现电能的高效率、大容量和远距离传输。

1.3 综合联网效益

特高压输电具有优良的经济性，并且能够节约线路走廊空间，具有很好的综合联网效益。

首先，特高压输电可以降低电力传输的运行费用。这是因为在同等条件下，高电压等级的输电线路的输送容量大于低电压等级的，例如和500 kV输电线路相比，1 000 kV特高压输电线路的输送功率可以达到其5倍，但是其投资成本远不足前者的5倍，这就意味着特高压输电线路的单位输送电能投资较低。另外，高电压等级对于降低线路损耗具有重要作用，因此采用特高压输电技术具有很好的经济性。

其次，特高压输电能够有效降低线路走廊宽度。由于线路走廊宽度通常是按照地面电场强度来设定，而输电线路的自然输送功率和线路的波阻抗成反比例关系，与输送电压的平方成正比例关系。用线路的自然输送功率作参照，一回1 000 kV特高压输电线路相当于五回500 kV线路。按照我国环保标准规定的线路走廊宽度，一回1 000 kV特电压输电线路的走廊宽度仅为五回500 kV线路走廊宽度的40%。

最后，通过特高压输电线路将大范围内的电网联系起来，将会产生巨大的经济效益，具体表现在：互联于特高压线路的各个电网能够更加灵活地调整电力输出，实现错峰填谷。另外，参与联网的各电网由于共享了备用容量，将大大降低输电成本。通过各电网间的相互支持运行，用户供电可靠性也将大大提高。

1.4 减轻对环境的污染

众所周知，火力发电对环境具有一定程度的污染，特别是对于人口稠密的用电负荷中心，发电厂产生的污染不可忽视。当采用特高压输电技术后，负荷中心将获得清洁的电能供应，不再需要在当地设置发电厂，甚至同时减小了煤炭等一次能源运输过程中产生的汽车尾气污染。因此，特高压输电能够有效减轻电力生产过程对环境的污染程度。

2 特高压输电的若干关键技术

为了确保特高压输电工程能够达到预期的大容量、远距离输送电能的作用，诸如过电压抑制、无功平衡、绝缘配合以及外绝缘设计等关键技术问题值得深入探究。

2.1 过电压抑制措施

当电气设备进行开关操作或出现内部短路故障时，往往会造成短时间或持续一定时间的高压，称为过电压现象。另外，当设备处于雷击环境中，也有可能出现过电压，对设备的正常运行极其不利。特高压输电工程由于自身电压等级较高，对绝缘要求很高，如果线路上产生过电压往往对线路绝缘产生致命伤害。因此，在进行特高压输电改造过程中，需要对各种类型的过电压进行研究并采取相对的抑制措施，以确保降低绝缘投入和线路的安全稳定运行。

2.2 无功功率平衡技术

根据前文内容的分析，可知特高压输电的输送容量很大，相应地其无功功能部分就变得非常大，对无功功率进行平衡也是一个非常重要的环节。采用传统的限制线路容升效应的措施，例如在线路上注入固定值的电抗，可以改善空载线路的容升效应，但是会一定程度降低特高压输电线路的功能输送极限。因此，需要有针对性的研究特高压线路无功功率平衡的各种措施，保证线路电压稳定。

2.3 绝缘配合以及外绝缘设计

对输电线路的导体部分和非导电部分进行有效绝缘是保证电能安全传输的必要条件。特高压输电系统线路电压等级高，绝缘投资在整个输电线路投资中占据较大的份额，科学地选择各种电气设备的绝缘水平就显得非常重要。针对这种情况，需要重点研究特高压输电线路上可能出现的各种过电压，并进行相应的绝缘设计。

另外，特高压输电线路的外绝缘设计也是需要重要研究的对象，考虑防雷、防污秽以及带电作业等各种复杂情况下的外绝缘是重点研究对象。

3 特高压输电的优缺点综合分析

3.1 特高压输电的优点

在对特高压输电关键技术阐述的基础上，下文将以特高压交流输电为对象对特高压输电进行评价分析。特高压输电的优点主要表现在以下几个方面。

3.1.1 电能输送距离远，输送容量大

特高压输电由于输送电压等级高，因此具有输送功率大以及输送距离长的优势，这对于应对日益增长的电能需求具有重要意义，并且可以达到紧凑型输电的效果。

3.1.2 电能输送成本低，经济性好

采用特高压线路进行电能的输送，单位容量的输送成本较低，这将使电网企业和用户都受益。

3.1.3 线路占地面积小，走廊宽度变窄

采用特高压输电线路输电，虽然绝缘距离需要增大，但是同时其输送功率大大提高，从单位输送容量所需的线路走廊宽度来看，采用特高压输电对于节省占地面积是有利的。

3.1.4 输电过程中的功率损耗较小

特高压输电系统电压等级高，对于降低系统电流和功率损耗都是非常有利的。我国电能消耗量很大，减少电能输送过程中的功率损耗会带来非常大的经济效益，这对于提高能源利用率、建设绿色环保城市都具有积极作用。

3.2 特高压输电的缺点

但是，特高压输电在带来上述几方面优点的同时也不可避免地产生了如下缺点：

首先，特高压输电对系统的稳定性造成较大影响。

另外，系统的可靠性问题也更突出。这是由于特高压线路长，故障发生率高，很容易造成连锁事故给系统的安全稳定性造成不利影响。

特别是在特高压输电线路建设初期，由于主网架尚未建成，线路的负载能力差，这给系统可靠性带来了较大的隐患。最后仍需注意的是，特高压输电对环境的干扰也更大。

4 结 语

在我国经济繁荣发展的环境下，特高压输电工程的建设也越来越势在必行。结合我国用电负荷和能源的分布情况，我国的特高压输电以及大范围电网互联工程将持续建设。本文从发展特高压输电的必要性分析入手，对特高压输电过程中需要解决的几个关键问题进行分析，并在此基础上对其优缺点进行了总结评价，可见特高压输电技术将在我们电力系统中有广阔的应用前景。发展特高压输电、加强电网的互联，对建设资源节约型社会将起到重要作用。

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