文／中國(guó)電力科學(xué)研究院 申洪 印永華／

我國(guó)幅員遼闊，資源分布不均勻，80%的水能資源分布在西南部，76%的煤炭資源和絕大部分的陸地風(fēng)能資源分布在北部和西北部；而中部和東部地區(qū)人口稠密、產(chǎn)業(yè)集中，目前電力的需求量占全國(guó)的69%，電力常常供不應(yīng)求。因此，亟需發(fā)展能夠滿足遠(yuǎn)距離、大容量輸電要求的特高壓輸電技術(shù)，加快特高壓輸電工程的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，保證能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)。

目前，中國(guó)電網(wǎng)骨干網(wǎng)架的電壓為500千伏，將交流500千伏輸電進(jìn)一步提升至1000千伏，在相同輸送距離下輸送功率可提高至500千伏線路的4~5倍，輸電距離和單位走廊容量提高至3倍，損耗僅約1/3；將直流±500千伏提升至±1100千伏，輸電距離可達(dá)3000公里，顯著提升了高壓輸電遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1 特高壓交直流輸電技術(shù)研究成果及應(yīng)用

近七年來(lái)，我國(guó)全面地開(kāi)展了特高壓重大技術(shù)問(wèn)題研究，包括技術(shù)可行性、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、試驗(yàn)示范工程等一系列研究論證。國(guó)網(wǎng)公司先后下達(dá)了特高壓交、直流關(guān)鍵技術(shù)及工程研究課題159項(xiàng)，覆蓋了規(guī)劃、系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、設(shè)備、施工、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)方面。

通過(guò)這些關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了一系列成果：

（1）建成特高壓交流試驗(yàn)基地、直流試驗(yàn)基地、工程力學(xué)試驗(yàn)基地、高海拔試驗(yàn)基地、大電網(wǎng)仿真中心、特高壓直流輸電工程成套設(shè)計(jì)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心、開(kāi)關(guān)試驗(yàn)中心和工廠試驗(yàn)站，形成了世界上功能最完整、技術(shù)水平最先進(jìn)的高電壓、強(qiáng)電流實(shí)驗(yàn)研究能力。深入開(kāi)展重大關(guān)鍵技術(shù)研究，取得全面突破并經(jīng)過(guò)了工程驗(yàn)證。申報(bào)中國(guó)專利691項(xiàng)，已獲授權(quán)441項(xiàng)，其中發(fā)明專利90項(xiàng)。

（2）在電磁環(huán)境影響、過(guò)電壓與絕緣配合、潛供電流控制、系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償、系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)、變電站和線路設(shè)計(jì)技術(shù)、施工技術(shù)等方面取得重要成果；研究確定了交直流特高壓示范工程的重大技術(shù)方案和設(shè)計(jì)原則，全面掌握了特高壓輸電系統(tǒng)核心技術(shù)。

（3）自主研制成功全套特高壓設(shè)備，成功研制了包括大容量特高壓變壓器、電抗器、換流變壓器、換流閥、6英寸晶閘管、平波電抗器、氣體絕緣組合電器、套管、絕緣子等世界最高水平的全套特高壓關(guān)鍵設(shè)備和元器件。通過(guò)工程實(shí)踐，自主創(chuàng)新能力和制造水平顯著提升，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

（4）建立了特高壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，研究形成了從系統(tǒng)成套、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工安裝、試驗(yàn)調(diào)試到運(yùn)行維護(hù)的全套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)規(guī)范，建立了特高壓交、直流輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，已發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng)，主導(dǎo)編制國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，其中中國(guó)的特高壓交流標(biāo)準(zhǔn)電壓已被推薦為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓。

研究成果在特高壓交、直流示范工程中得到應(yīng)用，在設(shè)備研制、工程建設(shè)和安全穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮了技術(shù)支撐作用。

特高壓交流試驗(yàn)示范工程自山西省晉東南、經(jīng)河南省南陽(yáng)至湖北省荊門(mén)，連接裝機(jī)總?cè)萘砍^(guò)3億千瓦的華北和華中兩大電網(wǎng)，線路全長(zhǎng)640公里，共有鐵塔1284基，平均塔高77米，是目前世界上運(yùn)行電壓最高、技術(shù)水平最先進(jìn)的交流輸變電工程。工程于2009年1月建成投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)受了雷雨、大風(fēng)、高溫、嚴(yán)寒等氣象條件的考驗(yàn)，保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，成為我國(guó)南北方向一條重要的能源輸送通道。

特高壓交流輸電試驗(yàn)示范工程對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源資源優(yōu)化配置、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和節(jié)能減排發(fā)揮了重要作用。截止2010年底，工程累計(jì)送電207億千瓦時(shí)。其中華北火電送華中128億千瓦時(shí)，華中水電送華北79億，減排二氧化碳694萬(wàn)噸；實(shí)測(cè)輸電損耗率僅為1.7%，節(jié)能降耗效果顯著。

在冬季，通過(guò)該工程向華中電網(wǎng)輸送電力，有力地緩解了湖北等缺電的局面，起到了雪中送炭的作用。

特高壓直流輸電示范工程西起四川宜賓復(fù)龍換流站，東至上海奉賢換流站，輸送容量達(dá)700萬(wàn)千瓦級(jí)。線路途經(jīng)四川、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇和上海八省市，全長(zhǎng)1907公里，共有塔基3939基，承擔(dān)金沙江下游大型水電站的送出任務(wù)，是世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的直流輸電工程。工程于2010年7月建成投運(yùn)，已安全穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)9個(gè)月，成為我國(guó)東西方向一條重要的能源輸送通道。

特高壓直流輸電示范工程每年可向上海輸送約350億千瓦時(shí)的清潔電能，減排二氧化碳超過(guò)3000萬(wàn)噸，在節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境等方面的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益極為顯著。

2 特高壓交直流輸電技術(shù)的推廣價(jià)值

特高壓交、直流示范工程的成功實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)能源科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，引領(lǐng)了國(guó)際高壓輸電技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步，是中國(guó)具有良好經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性、滿足電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要的重大實(shí)踐，也是國(guó)際能源領(lǐng)域的重大創(chuàng)新實(shí)踐。

特高壓輸電技術(shù)的全面突破，為中國(guó)乃至世界電力領(lǐng)域的創(chuàng)新變革和可持續(xù)發(fā)展提供了重要戰(zhàn)略選擇。

當(dāng)前，在全球范圍內(nèi)正經(jīng)歷著一場(chǎng)以能源多元化、清潔化為方向，以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型為目標(biāo)，以清潔能源和智能電網(wǎng)為特征的新一輪能源變革。在這場(chǎng)能源變革中，特高壓輸電將發(fā)揮重要的作用。

轉(zhuǎn)變電力發(fā)展方式，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)和布局，是實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。隨著我國(guó)能源開(kāi)發(fā)向西部和北部的轉(zhuǎn)移速度加快，能源產(chǎn)地和能源消費(fèi)地之間的輸送距離越來(lái)越遠(yuǎn)、能源輸送的規(guī)模越來(lái)越大，500千伏電網(wǎng)已經(jīng)無(wú)法滿足電網(wǎng)發(fā)展需要。要促進(jìn)大型能源基地集約化開(kāi)發(fā)及全國(guó)范圍的資源優(yōu)化配置，必須加快發(fā)展特高壓電網(wǎng)，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、大可再生能源基地的集約化開(kāi)發(fā)，保證能源的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)。

未來(lái)五年，我國(guó)預(yù)計(jì)新增裝機(jī)近5億千瓦，全社會(huì)用電量新增近2萬(wàn)億千瓦時(shí)，加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的任務(wù)十分緊迫，特高壓交、直流輸電技術(shù)具有重要的推廣價(jià)值。

3 特高壓交直流輸電技術(shù)研究新進(jìn)展

目前，正在進(jìn)一步深入研究特高壓交直流輸電的新技術(shù)，主要包括：

（1）特高壓串補(bǔ)技術(shù)

采用串補(bǔ)技術(shù)，可減小線路阻抗，提高輸送能力和安全穩(wěn)定水平。目前正在對(duì)特高壓試驗(yàn)示范工程進(jìn)行擴(kuò)建，采用擴(kuò)建主變、線路加裝串補(bǔ)（串補(bǔ)度40%）的擴(kuò)建方案。

特高壓串補(bǔ)在世界上首次研制，前一階段對(duì)串補(bǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研制等開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究工作，突破了170千安旁路開(kāi)關(guān)、63千安保護(hù)間隙、高TRV耐受能力特高壓開(kāi)關(guān)和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)，建成了1:1真型串補(bǔ)平臺(tái)。

目前，特高壓串補(bǔ)已進(jìn)入工程實(shí)施階段，計(jì)劃2011年12月投入運(yùn)行。在特高壓串補(bǔ)技術(shù)取得突破以后，大電源基地外送輸電工程中將廣泛應(yīng)用這一技術(shù)。

（2）大容量特高壓開(kāi)關(guān)

額定電流6300安、額定短路開(kāi)斷電流63千安的特高壓開(kāi)關(guān)是后續(xù)特高壓工程用主力設(shè)備，屬世界首次研制。

為突破這一技術(shù)，我國(guó)在國(guó)際上率先建立了63千安特高壓開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)?zāi)芰Γ壳皹訖C(jī)已通過(guò)型式試驗(yàn)，為后續(xù)特高壓工程應(yīng)用這一新技術(shù)設(shè)備打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）特高壓升壓變壓器

能源基地大型發(fā)電機(jī)組通過(guò)特高壓升壓變壓器直接接入電網(wǎng)，有利于提高電源送出通道輸送能力，發(fā)揮特高壓大容量輸電的優(yōu)勢(shì)。

特高壓升壓變壓器屬世界首次研制。國(guó)網(wǎng)公司會(huì)同五大發(fā)電公司，組織三大變壓器廠開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)。目前，首臺(tái)樣機(jī)已通過(guò)型式試驗(yàn)，代表了國(guó)際同類設(shè)備制造的最高水平。

（4）特高壓同塔雙回輸電技術(shù)

特高壓同塔雙回路的走廊寬度與兩個(gè)單回路相比，可以從140米下降至80米。結(jié)合后續(xù)特高壓輸電工程，對(duì)特高壓同塔雙回輸電的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，已攻克了過(guò)電壓絕緣配合、導(dǎo)線排列、雷電防護(hù)、潛供電流、桿塔設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，已具備在后續(xù)特高壓輸電工程中推廣應(yīng)用的條件。

（5）特高壓電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)能夠加強(qiáng)無(wú)功電壓支撐，提高輸電能力及受端系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度，改善用戶的電壓質(zhì)量。對(duì)特高壓電網(wǎng)中應(yīng)用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已開(kāi)展深入研究。

研究結(jié)果表明，在直流換流站附近裝設(shè)一定容量的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，可明顯提高嚴(yán)重故障情況下受端系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，改善多饋入直流系統(tǒng)的安安全性。

（6）特高壓可控高壓電抗器技術(shù)

采用可控高抗技術(shù)，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整線路或母線高抗的電抗，從而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償輸電線路的容性充電功率，平衡無(wú)功分布，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，解決長(zhǎng)距離重負(fù)荷線路無(wú)功調(diào)節(jié)和過(guò)電壓抑制之間的矛盾。在暫態(tài)時(shí)也可限制系統(tǒng)過(guò)電壓、抑制潛供電流，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

特高壓可控高抗在世界上屬首次研制，中國(guó)電科院、制造廠和高等院校集中攻關(guān)，現(xiàn)已全面突破系統(tǒng)集成、600MVAR可控高抗本體研制、3500安培大功率自冷式晶閘管閥研制、快速旁路開(kāi)關(guān)研制、雙冗余控制保護(hù)研制等核心技術(shù)，設(shè)備研制工作正在進(jìn)行之中，即將具備工程應(yīng)用條件。

（7）±1100千伏特高壓直流輸電技術(shù)

±1100千伏特高壓直流輸電關(guān)鍵技術(shù)研究已取得重大進(jìn)展，包括：主回路、過(guò)電壓及絕緣配合、系統(tǒng)運(yùn)行方式及控制策略、主設(shè)備技術(shù)規(guī)范研究等等。

2011年5月±1100千伏特高壓直流輸電技術(shù)規(guī)范已正式發(fā)布，為全面開(kāi)展設(shè)備研制和成套設(shè)計(jì)和試驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，新疆準(zhǔn)東—重慶將采用±1100千伏特高壓直流輸電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)疆電遠(yuǎn)距離、大規(guī)模外送。

（8）特高壓多端直流輸電技術(shù)

特高壓多端直流輸電技術(shù)研究已全面展開(kāi)，主回路結(jié)構(gòu)、主接線方式、過(guò)電壓及絕緣配合、系統(tǒng)運(yùn)行方式及控制策略等試驗(yàn)研究工作已取得初步成果。

在能源基地多個(gè)電源協(xié)調(diào)外送、向多個(gè)受端系統(tǒng)供電、以及在受端電網(wǎng)合理分散接入等方面具有應(yīng)用價(jià)值，將提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的靈活性和安全性。

隨著緊湊型、同塔多回、柔性交流和直流輸電新技術(shù)及其復(fù)合技術(shù)在特高壓電網(wǎng)中得到應(yīng)用，以大容量、遠(yuǎn)距離、節(jié)約走廊、降低損耗、保護(hù)環(huán)境、智能化為核心目標(biāo)的特高壓交、直流輸電技術(shù)將得到全面發(fā)展，形成由先進(jìn)的傳感測(cè)量、通訊、信息、計(jì)算機(jī)和控制等技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，具有自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化等特征。

4 特高壓電網(wǎng)安全性研究

2004年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司在大力開(kāi)展特高壓技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中，同時(shí)建成了目前世界上最大的電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，集中了我國(guó)著名的電力系統(tǒng)分析專家，多次聽(tīng)取各方意見(jiàn)，采用基于數(shù)字仿真和數(shù)?；旌戏抡嫦嘟Y(jié)合的研究方法，反復(fù)論證，多方案對(duì)比，對(duì)我國(guó)電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)構(gòu)建方案和安全性開(kāi)展了深入研究。

研究結(jié)果表明：

（1）500千伏電網(wǎng)不能滿足我國(guó)電源基地遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸送的要求，無(wú)法解決多饋入直流帶來(lái)的受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定問(wèn)題。主要表現(xiàn)為，交流系統(tǒng)對(duì)直流電壓支撐能力不足，系統(tǒng)發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致多回直流閉鎖，引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成大停電；不能解決多饋入直流穩(wěn)定性與交流電網(wǎng)控制短路電流之間的矛盾，也無(wú)法克服500千伏輸電通道潮流轉(zhuǎn)移能力不足的本質(zhì)問(wèn)題。（2）華北—華中—華東采用特高壓同步電網(wǎng)方案，形成“強(qiáng)交強(qiáng)直”混合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，直流饋入規(guī)模合理、受端電網(wǎng)支撐能力強(qiáng)，承受?chē)?yán)重故障能力強(qiáng)，能夠保證多饋入直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足我國(guó)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》的要求。（3）建設(shè)特高壓電網(wǎng)，構(gòu)建能源電力綜合運(yùn)輸體系，滿足大型能源基地集約化開(kāi)發(fā)要求，實(shí)現(xiàn)電力安全、經(jīng)濟(jì)輸送，從根本上解決煤電油運(yùn)緊張矛盾，擴(kuò)大水電消納范圍，提高風(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔能源消納能力，獲取錯(cuò)峰、水火互劑、減少備用、減少棄水電量等諸多綜合效益，還可獲取節(jié)約占地、減少環(huán)境污染等社會(huì)效益。

目前，發(fā)展特高壓已納入國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要。在特高壓交、直流示范工程順利投運(yùn)以后，通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和深化研究，我國(guó)在特高壓技術(shù)研究、裝備制造和工程應(yīng)用方面又取得了新的進(jìn)展，推動(dòng)國(guó)際特高壓輸電技術(shù)水平達(dá)到了新高度，為后續(xù)特高壓輸電工程建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。