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1、芒 OTOU/G龙诊天逐尤爭Beijing Jiaotong University特高压输电系统及其关键技术姓名：TYP班级：电气 0906 学号：09291183 指导老师：吴俊勇 完成日期：2012.5.20电力系统-特高压输电系统及其关键技术一、特高压输电简介特髙压输电指的是使用1000千伏及以上的电压等级输送电 能。特髙压输电是在超髙压输电的基础上发展的，其目的仍是继 续提髙输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距 离的电力系统互联，建成联合电力系统。特髙压输电具有明显的经济效益。据估计，1条1150千伏输 电线路的输电能力可代替56条500千伏线路，或3条750千伏 线路;
2、可减少铁塔用材三分之一，节约导线二分之一，节省包括变 电所在内的电网造价1015%。1150千伏特髙压线路走廊约仅为 同等输送能力的500千伏线路所需走廊的四分之一，这对于人口 稠密、土地宝贵或走廊困难的国家和地区会带来重大的经济和社 会效益。特髙压输送容量大、送电距离长、线路损耗低、占用土 地少。100万伏交流特髙压输电线路输送电能的能力（技术上叫 输送容量）是50万伏超髙压输电线路的5倍。所以有人这样比喻， 超髙压输电是省级公路，顶多就算是个国道，而特髙压输电是“电 力髙速公路”。1000千伏电压等级的特髙压输电线路均需采用多 根分裂导线，如8、12、16分裂等，每根分裂导线的截面大都在6
3、 00平方毫米以上，这样可以减少电晕放电所引起的损耗以及无线 电干扰、电视干扰、可听噪声干扰等不良影响。杆塔髙度约40 50米。双回并架线路杆塔髙达9097米。电力系统-特高压输电系统及其关键技术二、特高压输电系统及关键技术简介特髙压输电分为特髙压直流输电和特髙压交流输电两种形式。1、特高压直流输电特髙压直流输电（UHVDC）是指土800kV （土750kV）及以上 电压等级的直流输电及相关技术。特髙压直流输电的主要特点是 输送容量大、电压髙，可用于电力系统非同步联网。在我国特髙 压电网建设中，将以1000kV交流特髙压输电为主形成特髙压电网 骨干网架，实现各大区电网的同步互联；土800kV特
4、髙压直流输 电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支撑的大功率输电工 程。1、特髙压直流输电设备。主要包括：换流阀、换流变压器、 平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、直流避雷器、交流避雷 器、无功补偿设备、控制保护装置和远动通信设备等。相对于传 统的髙压直流输电，特髙压直流输电的直流侧电压更髙。容量更 大，因此对换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器和避 雷器等设备提出了更髙的要求。2、特髙压直流输电的接线方式。UHVDC 一般采用髙可靠性 的双极两端中性点接线方式。3、特髙压直流输电的主要技术特点。与特髙压交流输电技 术相比，UHVDC的主要技术特点为：(1) UHVDC系统中间不落点，
5、可点对点、大功率、远 距离直接将电力输送至负荷中心；(2) UHVDC控制方式灵活、快速，可以减少或避免大 量过网潮流，按照送、受两端运行方式变化而改变潮流；(3) UHVDC的电压髙、输送容量大、线路走廊窄，适 合大功率、远距离输电；(4) 在交直流混合输电的情况下，利用直流有功功率 调制可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括 区域性低频振荡，提髙交流系统的动态稳定性；(5) 当发生直流系统闭锁时,UHVDC两端交流系统将承 受很大的功率冲击。2、特高压交流输电特髙压交流输电是指1000kV及以上电压等级的交流输电工程及相 关技术。特髙压输电技术具有远距离、大容量、低损耗、节约土地占
6、 用和经济性等特点。目前，对特髙压交流输电技术的研究主要集中在 线路参数特性和传输能力、稳定性、经济性以及绝缘与过电压、电晕 及工频电磁场等方面。特髙压交流输电有以下几个参数：1、输电能力。输电线路的传输能力与输电电压的平方成正比， 与线路阻抗成反比。一般来说，1100k V输电线路的输电能力为 500kV输电能力的4倍以上，但产生的容性无功也为500kV输电 线路的4.4倍及以上。因此，特髙压输电线路的输送功率较小时，送、受端系统的电压将升髙。为抑制特髙压线路的工频过电压，需要在线路两端并联电抗器以补偿线路产生的容性无功。2、线路参数特性。特髙压输电线路单位长度的电抗和电阻 一般分别为500
7、kV输电线路的85%和25%左右，但其单位长度的 电纳可为500kV线路的1.2倍。3、稳定性。特髙压输电线路的输电能力很大程度上是由电 力系统稳定性决定的。对于中、长距离输电（300km及以上）， 特髙压输电线路的输电能力主要受功角稳定的限制（包括静态稳 定、动态稳定和暂态稳定）；对于中、短距离输电（80300km）, 则主要受电压稳定性的限制；对于短距离输电（80km以下）， 主要受热稳定极限的限制。4、功率损耗。输电线路的功率损耗与输电电流的平方成正 比，与线路电阻成正比。在输送相同功率的情况下，1000kV输 电线路的线路电流约为500kV输电线路的1/2,其电阻约为500kV 线路的
8、25%。因此，1000kV特髙压输电线路单位长度的功率损耗 约为500kV超髙压输电的1/16。5、经济性。同超髙压输电相比，特髙压输电方式的输电成本、 运行可靠性、功率损耗以及线路走廊宽度方面均优于超髙压输电方式。3、特高压直流和交流输电的优缺点比较特高压直流输电方面：经济方面优点：（1）线路造价低。对于架空输电线，交流用三根导线，而直流 一般用两根，采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路 建设费用。对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如 通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3 倍，直流电缆 的投资少得多。（2）年电能损失小。直流架空输电线只用两根，导线电阻损
9、耗 比交流输电小;没有感抗和容抗的无功损耗;没有集肤效应，导线的截 面利用充分。另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗 和无线电干扰都比交流线路小。所以，直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较 交流经济。技术方面：（1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联，而交流 电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行。由此可见，在一定输 电电压下，交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制 还须采取提高稳定性的措施，增加了费用。而用直流输电系统连接两 个交流系统，由于直流线路没有电抗，不存在上述稳定问题。因此， 直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制.还可连接
10、两 个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。（2）限制短路电流。如用交流输电线连接两个交流系统，短路 容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线 路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制，将快速把短路电 流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。（3）调节快速，运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速 调整有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动方向的改变），在正常时 能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急 支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。在交直流线路并列运 行时，如果交流线路发生短路，可短暂增大直流输送功率以减少发电 机转子加速
11、，提高系统的可靠性。（4）没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流，沿线电 压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的 现象，也不需要并联电抗补偿。（5）节省线路走廊。按同电压500 kV考虑，一条直流输电线路 的走廊40 m，一条交流线路走廊50 m，而前者输送容量约为后者 2倍，即直流传输效率约为交流2倍。然而 ,下列因素限制了直流输电的应用范围:（1）换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送相同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低;而直流输电电力系统-特高压输电系统及其关键技术 两端换流设备造价比交流变电站贵很多。这就引起了所谓的“等价距 离”问题。
12、（2）消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送 功率的40%60%，需要无功补偿。（3）产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和 谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系 统产生干扰。（4）就技术和设备而言，直流波形无过零点，灭弧困难。目前 缺乏直流开关而是通过闭锁换流器的控制脉冲信号实现开关功能。若 多条直流线路汇集一个地区，一次故障也可能造成多个逆变站闭锁， 而且在多端供电方式中无法单独地切断事故线路而需切断全部线路， 从而会对系统造成重大冲击。（5）从运行维护来说，直流线路积污速度快、污闪电压低，污 秽问题较交流线路更为严重。与西方发达国家相比，目
13、前我国大气环 境相对较差，这使直流线路的清扫及防污闪更为困难。设备故障及污 秽严重等原因使直流线路的污闪率明显高于交流线路。（6）不能用变压器来改变电压等级。直流输电主要用于长距离 大容量输电、交流系统之间异步互联和海底电缆送电等。与直流输电 比较，现有的交流500kV输电（经济输送容量为1 000 kW,输送距离 为300500 km）已不能满足需要，只有提髙电压等级，采用特髙压 输电方式，才能获得较高的经济效益。特高压交流输电方面：主要优点：（1）提高传输容量和传输距离。随着电网区域的扩大，电能的 传输容量和传输距离也不断增大。所需电网电压等级越高，紧凑型输 电的效果越好。（2）提高电能传
14、输的经济性。输电电压越高输送单位容量的价 格越低。（3）节省线路走廊和变电站占地面积。一般来说，一回1150 kV输电线路可代替6回500 kV线路。采用特髙压输电提髙了走廊利用 率。（4）减少线路的功率损耗, 就我国而言, 电压每提髙 1，每 年就相当于新增加500万kW的电力，500kV输电比1200kV的线损大 5倍以上。（5）有利于连网，简化网络结构，减少故障率。特髙压输电的主要缺点是系统的稳定性和可靠性问题不易解决。 自1965-1984年世界上共发生了6次交流大电网瓦解事故，其中4次 发生在美国，2次在欧洲。这些严重的大电网瓦解事故说明采用交流 互联的大电网存在着安全稳定、事故连锁
15、反应及大面积停电等难以解 决的问题。特别是在特髙压线路出现初期，不能形成主网架，线路负 载能力较低，电源的集中送出带来了较大的稳定性问题。下级电网不 能解环运行，导致不能有效降低受端电网短路电流，这些都威胁着电 网的安全运行。另外，特髙压交流输电对环境影响较大。由于交流特高压和高压直流各有优缺点，都能用于长距离大容量 输电线路和大区电网间的互联线路，两者各有优缺点。输电线路的建 设主要考虑的是经济性，而互联线路则要将系统的稳定性放在第一位 随着技术的发展，双方的优缺点还可能互相转化。两种输电技术将在 很长一段时间里并存且有激烈的竞争。下面用一个特高压交流输电系统典例来说明特高压输电的相关 技术
16、。A、背景介绍。东京电力公司是日本最大电力公司，供电区域达3.9 万平方公里，包括东京都及其周边区域（大东京市）。2008 财年净供电量为289TWh，占日本全国供电总量的33%东京电力公司 的电力系统有下述几个特点：第一，电力需求集中在大东京市。 第二，由于近几十年大型发电站的选址越来越困难，新的发电站 选址必需远离拥挤的城市，建设在偏远地区。基于上述情况，为 保证稳定的电力供应，围绕东京周边地区已经建设了2000 多公里 550KV 双回路输电线路，如图1 所示。东西向线路23公里1999南北向线路19。公 里1993图1从19世纪70年代中期，东京电力公司开始不断扩建550KV电网；复杂 交错的输电线路的安全难以保证。除此之外，为了增加550KV输
