-
-
-
jiang_0514 | 当前状态：在线
总积分：2005 2024年可用积分：0
注册时间： 2008-10-15
最后登录时间： 2023-04-25
-
-
特高压交流输电技术研究与试验示范工程实践
jiang_0514 发表于 2009/8/26 16:21:07 2650 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
手机阅读
作者：山西电力科学研究院高电压研究所所长 胡晓岑 来源：输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第80期
１概述
特高压电网一般指交流1000kV和直流±800kV及以上电压等级的电网。
由于各自特点不同，交流特高压定位于更高一级电压等级的网架建设和跨大区送电；而±800kV级直流输电定位于大水电基地和大煤电基地的远距离大容量外送。
特高压技术具有以下优势：
⑴适应大容量远距离输电和大规模电力交换的需要；
⑵减少线路损耗、降低运行成本；
⑶节省输电走廊；
⑷促进国内输变电制造业的技术提升；
⑸降低负荷集中地区的短路电流；
⑹获得巨大的联网效益，从长远看经济性优越。
交流电压与自然输送功率、走廊宽度的关系
电压等级 （kV） | 高压 | 超高压 | 特高压 | ||
200 | 300 | 500 | 750 | 1000~1150 | |
自然功率 （MW） | 250 | 600 | 1200 | 2500 | 6000 |
走廊宽度 （m） | 26~28 | 38~45 | 45~60 | 60~90 | 90~120 |
走廊利用率 （MW/m） | 9.61-6.58 | 15.8~13.3 | 26.7~20.0 | 41.7~27.8 | 66.7~50.0 |
60~70年代欧美等西方发达国家经济快速发展，大型特大型机组不断建设并投入运行，线路走廊日益紧张，环保压力日益增大。研究或计划采用特高压交流输电的国家有12个，统计表明：有9个国家是出于经济性的考虑；有6个国家还考虑减少线路走廊的占地面积，节约土地资源；有3个国家强调要减少线路损耗和限制故障短路电流。
由此可见，对许多国家来说采用特高压输电技术，经济性以及土地资源紧张是关键因素。
但随后由于世界经济发展速度放缓，最终进入特高压工程建设和运行或建成试验工程的只有4个国家：日本、前苏联、意大利、美国。
3我国特高压输电技术的研究情况
我国特高压研究起步晚、起点高，先期研究工作取得了广泛的成果，设备制造水平得到显著提高，试验示范工程已正式投入商业化运营。
3.1调研、收集资料和论证
我国特高压研究于1986年正式启动。“七五”期间由国务院重大办立项，开展了“特高压输电前期研究”项目的研究，主要搜集国外特高压输电技术的资料，翻译、编译资料400余万字，为我国特高压输电技术的研究打下了基础。“八五”期间由国务院重大办立项，开展了“远距离输电方式和电压等级论证”项目的研究。“九五”期间，由国家科委立项，开展了“特高压输电的前期论证”项目。2003年由国家电网公司立项，开展了“特高压输电技术和经济可行性研究”项目。研究工作从构建国家电网、长距离大容量输电技术经济比较和设备制造能力以及工业性试验线路工程等方面论证了特高压输电技术在我国发展的必要性和可行性。
3.2特高压试验线段建设
1994年由原电力部科技司立项，在武汉高压研究所户外试验场建成了我国第一条百万伏级特高压输电研究线段。该线段长200m,线路中部?基特高压真型模拟拉V塔，杆塔高度47m，呼称高度40m，三相导线水平排列，导线采用8分裂，分裂直径1.04m。
3.3特高压交流输电技术研究
发展特高压电网必要性、可行性和经济性研究；
煤电基地开发与能源输送方式的研究；
建成了特高压实验研究线段，进行了特高压输电线路对环境的影响、外绝缘特性和绝缘子串电压分布等研究；
绝缘配合和限制过电压措施研究；
特高压等级选择和最高运行电压的研究；
特高压输变电设备制造及设备国产化的研究；
特高压电压标准的研究与确定；
特高压输变电设计技术研究；
示范工程选择及技术原则的研究。
3.4特高压交流试验示范工程的研究与确定
国家电网公司在2004年10月正式启动对特高压电网的规划论证、技术研究和工程可行性研究。提出4个特高压交直流输变电工程可行性研究方案：
⑴陕北－晋城－南阳－荆州－武汉百万伏级交流输变电工程；
⑵淮南－芜湖－杭北－上海百万伏级交流线路工程；
⑶溪洛渡、向家坝水电站－华东、华中±800kV级直流输电工程；
⑷锦屏一二级水电站－华东±800kV直流输电工程。
后从试验示范意义及投资确定晋东南－南阳－荆门作为我国第一个特高压交流试验示范工程。
3.5特高压研究试验站及真型设备带电考核
2007年6月15日，国家电网公司武汉特高压交流试验基地1000kV同塔双回试验线段带电成功，标志着国家电网公司特高压交流试验基地实现了全站带电，1000kV国产的变压器、套管、避雷器、CVT真型样机在特高压交流试验基地投入运行。其综合试验能力将创十二项世界第一。
2007年8月，位于北京中关村科技园区昌平园的国家电网公司特高压直流试验基地试验线段成功升压至±1200kV并开始稳定运行。
特高压直流试验基地试验线段是目前世界上长度最长、同塔双回直流电压等级最高的直流试验线段。试验线段全长1084m，共6基塔，包括终端塔、换极性塔、两基门型塔和两基锚塔。其综合试验能力将创十三项世界第一。
4特高压交流试验示范工程的实践
4.1国家电网特高压电网发展规划
2010年前后，交流特高压网架初具规模，建成南北双回、东西双回路通道；
2020年前后，构建成坚强的国家电网交流特高压网架，形成“四横六纵”多受端的网状结构；
大型水电和煤电基地超远距离送电采用直流方式，溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩水电站送出、宁夏煤电基地、哈密煤电基地、呼盟煤电基地送出，均采用±800kV直流。
4.2晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程概貌
国家电网公司晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程起于山西长治晋东南1000kV变电站，经河南南阳1000kV开关站，止于湖北荆门1000kV变电站，跨越黄河、汉江两大河流，全长约645km，工程静态总投资约56.88亿元，系统额定电压1000kV，最高运行电压1100kV，自然输送功率500万kW。该工程于2006年8月全面开工建设。
本期建设规模包括1000kV晋东南、荆门变电站、1000kV南阳开关站及两条1000kV交流线路，其中长治－南阳线路约362km，南阳－荆门线路约283km其中晋东南1000kV变电站位于长子县石哲镇吕村，山西境内线路长118km。
晋东南1000kV变电站：主变压器：本期1组，远期2组
1000kV出线：本期1回，远期8~10回
500kV出线：本期5回，远期10~12回
南阳1000kV变电站：主变压器：本期为开关站，远期2组
1000kV出线：本期2回，远期6~8回
500kV出线：远期10~12回
荆门1000kV变电站：主变压器：本期1组，远期2组
1000kV出线：本期1回，远期8~10回
500kV出线：本期2回，远期10~12回
4.3主设备参数与特点
⑴主变压器
1000kV主变压器采用单相，自耦，中性点无励磁调压，强迫油循环风冷变压器。变压器总体外部结构采用独立外置调压变方式，即变压器本体与调压变分箱布置型式。
额定容量：3×(1000/1000/334MVA)
综合考虑系统稳定条件、系统短路水平要求、设备制造能力和经济性，短路阻抗值在以下范围内选取：UK高中(%)＝18%；UK高低(%)＝60~66%；UK中低(%)＝40~45%。
短路水平：1000kV/50kA；500kV/63kA；110kV/40kA。
变电站本期考虑备用一台主变压器。
主变压器绝缘水平
雷电冲击耐受电压kV（峰值） | 操作冲击耐受电压 kV（峰值） | 工频耐受电压 kV（方均根值） | ||
全波 | 截波 | |||
高压 | 2250 | 2400 | 1800 | 1100，5min |
中压 | 1550 | 1675 | 1175 | 630，5min |
低压 | 450 | 230，1min | ||
中性点 | 185 | 85，1min | ||
考虑到水火互济，应在绕组安匝平衡和阻抗等方面做均衡设计；因分级绝缘原因不能同时考核变压器高中压侧绝缘水平时，可增加中压侧ACSD试验；采用主变加辅助变的组合变压器方式，调压方式采用中压侧中性点调压，调压范围为±5%；冷却方式为ONAF和OFAF，增加了油流静电测试；规定了变压器最大尺寸和重量，避免无法运输；在运输中必须充入露点温度-40℃，压力大于0.01MPa的干燥空气或氮气防潮。
⑵高压并联电抗器
1000kV并联电抗器采用单相、油浸、间隙－铁芯式电抗器，冷却方式为自然油循环风冷。额定容量：3×320Mvar（晋东南）、3×240Mvar（南阳）、3×200Mvar（荆门）。变电站本期考虑备用一台电抗器。晋东南变电站电抗器为目前国际上单台容量最大的电抗器。
并联电抗器绝缘水平
工频5min | 操作冲击 | 雷电冲击 | |||||
（kV，有效值） | （kV，峰值） | 内绝缘 | 套管 | ||||
内绝缘 | 套管1min | 内绝缘 | 套管 | 全波 （1.2/50μs） （kV，峰值） | 截波 （1.5~2μs） （kV，峰值） | 全波 （1.2/50μs） （kV，峰值） | |
高压侧 | 1100 | 1200 | 1800 | 1950 | 2250 | 2400 | 2400 |
中性点 | 200 | 230 | - | - | 510 | 530 | |
⑶开关设备
晋东南变电站：特高压侧配电装置电气一次设备采用1100kVGIS，由平高电气与东芝合作制造，1000kV高压并联电抗器回路、1000kV线路出口采用常规敞开式设备；中压侧采用550kVHGIS，由西开和沈高各制造一组。
南阳开关站：采用母线敞开型SF6气体绝缘金属封闭型组合电器（H-GIS），由沈高与AEPOWER合作制造。
荆门变电站：特高压侧配电装置电气一次设备采用1100kVGIS，由西开与ABB合作制造，1000kV高压并联电抗器回路、1000kV线路出口采用常规敞开式设备；中压侧采用550kVHGIS，由平高电气制造。
⑷避雷器
项目 | 避雷器主要参数 |
系统标称电压（kV） | 1000 |
系统最高电压（kV） | 1100 |
系统工频暂时过电压水平（p.u.） | ≤1.4 |
避雷器额定电压（kV） | 828 |
避雷器持续运行电压（kV） | ≥638 |
2kA操作冲击电流残压峰值（kV） | ≤1460 |
20kA雷电冲击电流残压峰值（kV） | ≤1620 |
被保护设备 | 1000kV全部设备 |
⑸导线
在对特高压工程的输送容量、传输性能、环境影响（包括电场效应、电晕、无线电干扰、噪声等）、机械性能、经济性能等输电线路的技术经济性能进行全面的比较后确定。
一般导线：8分裂LGJ-500/35或JL/LB1A-500/35导线，子导线分裂间距为400mm，导线外接圆直径为1045mm。
猕猴保护区：8×LGJ-630/45导线方案。
汉江大跨越：6×AACSR/EST-500/230。
黄河大跨越：8×AACSR/EST-410/153。
⑹外绝缘配置
Ⅱ级污区：采用54片双伞型，单联Ⅰ串、双联Ⅰ串和Ⅴ串的绝缘子片数相同。
Ⅲ级污区：采用54片三伞型盘式绝缘子或合成、瓷棒绝缘子。合成、瓷棒绝缘子的结构高度按10530mm，爬电距离按28864mm。单联Ⅰ串、双联Ⅰ串和Ⅴ串的绝缘子片数或长度相同。
Ⅳ级污区：采用合成绝缘子，结构高度按10530mm，爬电距离按30300mm。单联Ⅰ串、双联Ⅰ串和Ⅴ串的绝缘子片数或长度相同。
⑺杆塔
直线塔采用中相V型串猫头塔和中相V型串酒杯塔，耐张转角塔采用干字型塔。
4.4试验示范工程进展情况
⑴2005年11月，工程总体规划、变电站和线路设计完成。
⑵2006年8月9日，国家发展和改革委员会正式核准了晋东南经南阳至荆门特高压交流示范工程。
⑶2006年8月19日，国家电网公司晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程在山西长治奠基，标志着我国百万伏级电压等级的特高压交流工程进入启动建设阶段。
⑷2006年10月设备技术条件、招标文件、设备监造大纲和试验规范编制完毕；2006年11月，主设备招标基本完成。
⑸2007年1月，主设备设计审查全面通过。
⑹2007年2月，特高压变压器、电抗器和开关设备等研制生产和驻厂监造已全面展开，部分开关设备已进入型式试验阶段。
⑺2007年2月，生产准备工作实施方案下达，明确了各方职责，生产准备工作全面铺开。
⑻2007年11月，特高压电抗器完成型式试验，GIS进入全面型式试验阶段。
⑼2008年2月，设备电气安装技术监督方案、交接试验标准下发，明确各方职责。其中山西电科院承担晋东南变电站主设备18类30余项特殊试验并负责常规试验监督，并对2项特殊项目进行试验能力研究和储备。
⑽2008年2月13日，首台240Mvar特高压并联电抗器在西变通过型式试验。
⑾2008年3月9日，世界上容量最大的首台320Mvar特高压并联电抗器在西变通过型式试验。
⑿2008年6月19日，首台（套）特高压GIS型式试验通过。
⒀2008年7月16日和7月19日，保变和沈变第一台特高压变压器通过型式试验。
⒁2008年7月，首套特高压GIS第一批单元发运至晋东南变电站。
⒂2008年8月，晋东南变电站设备具备开展特殊试验条件；9月1日，山西电科院进入晋东南变电站全面开展特殊试验工作。
⒃2008年10月18日，由山西电力科学研究院承担的国内首相特高压GIS现场交流耐压试验完成；10月23日，首套特高压GIS试验全部完成，具备带电条件。
⒄2008年11月9日，晋东南第一台主变试验完成。
⒅2008年12月18日，完成全站单体试验调试。
⒆2008年12月20日，完成系统调试。
⒇2008年12月30日，整个工程投入试运行；2009年1月6日，工程正式运行。