蒙西电网发展交流特高压输电技术的研究

(１.中广核风力发电有限公司；2.内蒙古工业大学,内蒙古 呼和浩特 01005 0)
摘 要：文章结合内蒙古电力的现状，分析了蒙西电网采 用交流特高压输电技术的可行性和必要性，提出了建设蒙西电网1000KV交流输电线路的观点 。
关键词：蒙西电网；交流特高压输电；技术研究
中图分类号：TM723  文献标识码：A  文章编号：[HT K]1007—6921(2009)06—0101—02
1 蒙西电网采用1 000KV交流特高压输电分析
1.1 蒙西电网的现状。蒙西电网500KV系统网架初具规模，使得蒙西电网的输送电能力明显增强。但由于近年受电 力需求增长的刺激和缺电局面的困扰，内蒙古已建、在建和拟建电厂纷纷而上，装机容量迅 速增长，“十一五”末总装机容量将超过30GW。由于内蒙古地方用电负荷增长速度低于电力 发 展速度，这些电厂建成后，将很快面临大量剩余电力如何向外输送、蒙西500kV电网支撑能 力不强和短路电流太大等一系列问题。因此，蒙西电网不断加强500KV系统网架建设，提高 现有500KV线路电网输电能力的同时，应该适时发展1 000KV交流特高压输电。
1.2 蒙西电网采用1 000KV交流特高压输电技术分析
1.2.1 发挥1 000KV交流特高压输电容量大、输电距离远的优势，最好采用同塔双回输电 线路。1 000KV长距离特高压输电线路常常装设高抗、可控电抗器、串补装置等。根据 无功自我平衡的原则，输电线路输送广义自然功率的大小可用下式表示：

式中P-广义自然功率；U-线路电压；C-单位长度线路电容；KP-线路的并联补偿度；L-单 位长度线路电感；KS为线路的串联补偿度(当KP和KS均为零时，P即为线路的自然功率 )。
考虑留有一定静稳定储备的输电线路电压、容量、距离之间的近似关系如图1所示。

假如蒙西电网8GW以上电能向外输送距离大约在1 000kM左右，由图1可见，采用单回1 000 kV常规输电线路，一般输电容量为3～5GW，是单回常规500kV线路的4倍多，是单回紧凑型 500kV线路的3倍多。为节省土地资源，应尽可能采用同塔双回路1 000kV交流输电线路，将8 ～10GW电能输送出去，如采取串补、并补等措施后，输电容量可进一步提高。
1.2.2 提高蒙西电网的稳定性和支撑能力。 

为了分析方便，如果蒙西电网接入系统简化模型如图2所示。

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不考虑开关站，蒙西电网可输送的有功功率P可用下式表示：
P= E¹Usinδ/（X_d¹+X_T+X_L）        （2）

式中E₁、X_d¹分别为蒙西电网电源暂态电势和等值暂态电抗、X_T为变压器等值电抗 、X_L为线路等值电抗；U为无穷大系统电压。
当sinδ=1时，该系统的静稳定极限P_max可用下式表示
P_max= E¹U/（X_d¹+X_T+X_L）      （3）
1 000kV特高压输电线路阻抗折算到500kV，阻抗变为原来的1／4，电气距离缩短。从上（3 ） 式可看出，输电线路静稳极限Pmax会增大，静稳定储备增加，从而使系统的稳定性和输电能 力提高。
1.2.3 输电损耗减少。在导线型号、输送容量均相同的情况下，1 000kV输电线路的电流 是500kV输电线路的1／2，导线用铝量会明显减少，其电阻损耗是500kV线路的20～25％。
1.2.4 输电走廊减小。在送电容量一定的情况下，1 000kV特高压输电线路走廊宽度约为 500kV超高压输电线路走廊宽度的1／3。可节省大量土地，减少投资。
1.2.5 限流能力增强。 在短路容量一定的情况下，1 000kV系统的短路电流是500kV系统 短路电流的1／2，解决了大电网短路电流超标问题。
2 选择1 000kV交流还是±800 kV直流输电问题
2.1.1 000kV交流除用于远距离、大容量输电外，更重要的是具备交流电网的基本特征 ，即发展到一定阶段应当构筑受端环网、形成骨干网架，主要用于疏散和分配来自送端的电 力。±800 kV直流与常规直流功能相似，用于超远距离、大容量输电，是“点对点”的输送 。
2.2 从输电的经济性来讲，经过测算，输电距离超过1 200 km，采用±800 kV直流比1 00 0kV交流经济。大电源送出选择±800 kV直流还是1 000kV交流，需要通过全方位的技术经济综合比较。
2.3 直流落点密集带来的问题。目前，我国是世界上采用直流输电最多的国家，包括± 500 kV和±800 kV，2020年之前需建成常规直流大约有20～25回，落点集中在华东和广东电 网。华东电网2020年前后保守估计直流落点有9个左右。

密集落点带来两方面问题：一方面是安全风险，即在受端交流严重故障状态下直流多落点之 间相互影响大，存在连续换相失败的闭锁风险，从而可能造成受端功率大量缺额；另一方面 是接地极选择困难，甚至需要几条直流共用接地极。
2.4 从电源类型与输电方式上看，像溪洛渡、向家坝、白鹤滩等巨型水电站，单机容量 都超过60万kW，投产机组密度大，与±800 kV直流容量匹配比较好；直流设计单极闭锁的概 率是2次/a，一条直流是4次/a，双极闭锁也是必须考虑的，直流初期运行的故障概率一般都 比较高，切水电机组比切火电机组对电站寿命的影响要小得多。

目前来看，华东电网直流落点和接地极资源应优先留给西南水电，而对于晋陕蒙宁坑 口煤电的开发外送，经论证，采用1 000kV交流输电较为合理。2008年晋东南-南阳-荆门试 验 示范工程成功后，应推广向北延伸至陕北和内蒙古。因此，从国家电网整体规划来看，内蒙 古适宜优先发展1 000kV交流输电工程，然后适时推进直流±800 kV特高压输电。
3 关键技术问题分析
3.1 无功平衡与过电压问题。

特高压输电系统电压高、线路长，无功平衡问题比较突出，且随着线路长度的增加更加严重 。为解决上述问题，在线路上安装高抗、低抗、可控电抗器等，从而实现系统的无功平衡。 也可通过装设串联补偿装置提高广义自然功率，减小在大潮流情况下对系统无功的冲击。

特高压输电系统中，高压设备绝缘设计和设备投资与工频过电压和操作过电压有关。当线路 长度超过600km时，通常在线路中间或经过计算的合理位置建设开关站，或装设电抗器、金 属氧化物避雷器等措施，从而限制了工频过电压、操作过电压。
3.2 动态稳定问题。

系统中可能存在区域间低频振荡。如果系统阻尼较弱，可能使线路输送 能力降低，不能达到预期效果。输电能力与电网结构密切相关，需要逐步提升，使之向经济 功率靠拢。
3.3 电磁环境的影响。

电磁环境影响主要包括工频电场、工频磁场、无线电干扰和可听噪声等对环境的影响。通常 对线路导线截面大小、形状、杆塔设计、走廊高度、宽度等综合设计，来降低电磁环境的影 响。
3.4 潜供电流问题。

特高压输电线路发生单相接地故障，故障相断路器跳开后，健全相将通过电容及互感耦合， 在故障点产生—个潜供电流。线路较长时，潜供电流很大，使电弧不能熄灭，影响单相重合 闸的成功率。
3.5 设备的选择设计问题。

SF6断路器的选择、杆塔的选型设计、导线设计、特高压主变选型设计、各种试验的开展等 ，都会直接影响到特高压输电的实施。
4 结论    

我国电网采用高电压、长距离、大容量输送电能，是未来发展必然趋势。内蒙古无论从能源 分布，还是从电网发展需要来看，都应抓住有利时机，尽早开展1 000KV交流特高压输电技 术的前期工作。

笔者根据内蒙古电网的情况有以下观点，结合北方煤炭产区大型坑口电站的开发时序、1 00 0 kV输电通道的相互关系、受端1 000kV变电站与500 kV变电站协调匹配及大电网的安全性 等因素统筹考虑，建设一条从内蒙古鄂尔多斯到湖北，输送距离大约1 000kM左右，输送容 量大约800万kW，全线分成5 段，在线路中间的合理位置建设开关站，获得电压支撑，装设 电抗器、避雷器等设备以限制过电压。当然，1 000kV骨干网架建设需要一定时间，需要不 断地优化论证，才能最终确定合理的方案。
［参考文献］
［1］ Liang X M,Liu Z H,Wang S W,et al.Planning of UHVDC transmission syst em in China［C］.Asia Pacific Region T&D Conference,Dalian,China,2005.
［2］ 电力工业部科学技术司.特高压输电技术［Z］.1995.
［3］ 中国电力科学研究院，武汉高压研究所，中国电力工程顾问集团公司.1000KV 级交流输电工程的电磁环境及其对生态环境影响研究［Ｚ］，2005.
［4］ 中国电力工程顾问集团公司，中国电力科学研究院. 晋东南一南阳一荆门交流 特高压试验示范工程专题研究报告［R］，2005.