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1、特高压国网资料文档刘延东：特高压等重大技术取得突破 国家对特高压等重大技术“走出去”寄予厚望中央政治局委员、国务院副总理刘延东在20年11月11日人民日报的署名文章深入实施创新驱动发展战略中指出：“新中国成立以来，经过几代人的艰苦努力，我国科技创新能力显著增强，科研体系日益完备，整体水平正处于从量的增长向质的提升的跃升期产业的技术含量不断提升，高速铁路、核电、第四代移动通信、特高压输变电等一系列重大技术取得突破，带动产品和装备走向世界。”此外，11月9日国家能源局召开的全国“十三五”能源规划工作座谈会也提出，继续推进核电、水电、火电及特高压输电“走出去”，带动相关装备、技术与服务贸易“走出去”

2、。我国特高压“走出去”了吗，效果怎么样？20年2月7日，我国高大上的“电能高铁”特高压首次走出国门。中国国家电网公司与巴西电力公司（Eletrobras）以51%49%股比组成的联营体，成功中标巴西美丽山水电特高压直流送出项目。项目特许经营权期限30年。该项目为美洲第一条800千伏特高压直流输电线路，可将巴西北部的水电资源直接输送到东南部的负荷中心。20年5月，李克强总理与罗塞夫总统共同出席了美丽山水电一期送出项目奠基仪式。该项目已成为国际能源合作的典范。巴西当地时间20年7月17日上午，中国国家电网公司独立参与巴西美丽山水电800千伏特高压直流送出二期特许经营权项目竞标，中标项目30年特许权

3、经营权。这是中国国家电网在海外中标的第二个特高压输电项目，也是首个在海外独立开展工程总承包的特高压输电项目。专家指出，中国特高压输电技术由于其技术领先、运行安全、经济高效、绿色环保等特性，获得巴西、印度、俄罗斯等国家的青睐巴西美丽山一、二期项目竞标成功将有力推动中国特高压输电技术在海外的推广和应用，有效推动中国国内具备国际竞争力的工程承包和电工装备企业走出国门，打造国家电网“中国创造”的国际品牌。 根据项目投资估算，中国国家电网投资建设美丽山二期项目，预计将带动近50亿元人民币的国产电力装备出口，推动国内优势电工装备企业到巴西当地设厂。中国特高压小传20年1月6日，我国自主研发、设计和建设的，

4、具有自主知识产权的1000千伏交流输变电工程晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程，正式投入运行。这标志着我国在特高压输变电核心技术和设备国产化上取得重大突破，对优化能源资源配置，保障国家能源安全和电力可靠供应具有重要意义。20年7月8日，国家电网第一个特高压直流工程向家坝截至目前，国家电网公司已建成“三交四直”特高压工程，“四交三直”特高压工程正在建设，“一直”工程获得核准，在运、在建和核准的特高压线路长度超过2.4万公里、变电（换流）容量超过2.5亿千伏安（千瓦）。上海800千伏特高压直流输电示范工程投入运行。全球最先进柔性直流工程首次成功带电11月3日17时48分，鹭岛换流站鹭湖231开关

5、顺利合闸，标志着福建厦门320千伏柔性直流输电科技示范工程换流设备首次成功带电，工程系统调试进入换流能力验证关键阶段。厦门柔直工程，是世界上第一个采用真双极接线、电压和容量双双达到国际之最的柔性直流输电工程！我们先来看看这个大工程的几个关键数字吧！12个换流站工程有浦园、鹭岛2个换流站，每个换流站各建设极I、极II两个换流阀大厅218座换流阀塔每个阀厅内置18座换流阀塔，此次首次成功带电的为鹭岛换流站极I阀厅内的18座换流阀塔。带电后的换流阀将进行充电触发、空载升压及逆变等一系列调试试验，以全面检验其换流及逆变性能。预计一周后，厦门柔直工程将基本具备换流及逆变能力，为最后的双极、双站系统联调及

6、系统顺利投运奠定坚实基础。换流阀科普时间换流阀是柔性直流输电工程的核心设备，换流阀的工作状况及性能直接影响到整个工程的建设进度及质量，而厦门柔直工程的换流电压和容量又均为世界之最。国网四大特高压直流今年输电破千亿度输电功率最高达2660万千瓦截至10月13日0时，复奉、锦苏、天中、宾金四大特高压直流今年已累计向华东、华中地区送电1001.5亿千瓦时，输电功率最高达2660万千瓦，有力支撑了西部地区能源资源大规模集约开发和安全高效外送，保障了东中部地区电力可靠供应，有效减少了大气污染物排放，缓解了发达地区资源和环境压力。（下图为特高压复奉线）今年迎峰度夏期间，复奉、锦苏、宾金三大特高压直流承担了

7、80%以上的四川水电外送任务，输送电力分别占上海、江苏、浙江三省（市）最高用电负荷的34%、12%和17%，约占华东区外受电的三分之二；天中直流也首次大负荷运行，日均送电量1亿千瓦时，占“疆电外送”日均电量的99%，其中，新疆风电等新能源占比达10%。（上图为锦苏特高压直流苏州换流站）国家电网大力推进运检作业标准化、设备管理精益化、技术手段智能化，全面提升特高压换流站运检管理水平。（下图为特高压宾金线）今年以来，国家电网精心组织实施年度大修技改项目，全面加强设备状态在线监测和带电检测，扎实开展安全大检查和缺陷隐患整治，不断提升各特高压换流站设备健康水平。（下图为特高压天中线）特高压直流输电技术

8、特高压直流输电（UHVDC）是指800kV（750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。特高压直流输电的主要特点是输送容量大、输电距离远，电压高，可用于电力系统非同步联网。1 直流输电技术发展历程1.1 直流输电的兴起直流电是最早的发电、输电和用电方式，但直流电机结构复杂，换相困难，运行费用高，可靠性差，难以实现远距离、大容量的输电。第一次远距离输电：1882年，法国物理学家多普勒，用装在斯巴赫煤矿中的直流发电机，以1.5-2kV直流电压，沿57km的电报线路，把1.5kW电力送到在慕尼黑举办的国际展览会上。1889年，法国用直流发电机串联，以125kV直流电压，沿230km线路，把20M

9、W电力从毛梯埃斯（Moutiers）送到里昂（Lyon）。1888年三相交流电的出现是电工技术发展的一个重要里程碑，交流电网建设得到迅速发展，并很快占据了主导地位。能方便而又经济地升高或降低电压，使远距离输电成为可能。三相交流发电机和电动机结构简单，价格低，容量又可设计得很大。三相交流电气设备效率高，运行维护简单。交流输电在发展过程中也遇到了问题，系统稳定问题使输送功率受到了限制，无功问题限制跨海及地下电缆输电距离。这样，人们又回忆起直流输电的许多优点，如没有运行稳定问题；线路造价低、损耗少，不存在无功问题等等，而继续加以研究运用。但在当时发电和用电的绝大部分均为交流电的情况下，要采用直流输电

10、，必须进行换流才能实现，因此，之后直流输电的发展就与换流技术发展建立了十分密切的关系。围绕换流技术的发展，直流输电的发展经历了汞弧阀换流时期、晶闸管阀换流时期及全控型器件换流时期，人类社会发展也步入到现代社会.1.2 直流输电的发展从上图可以看出直线输电的发展，经过了汞弧阀、晶闸管阀技术的发展。20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术的迅速发展，高压大功率晶闸管的问世，晶闸管换流阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用，这些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性，促进了直流输电技术的发展。20世纪80年代以后建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀，晶闸管阀已成为直流换流站的标准设备。近3

11、0年来，晶闸管技术不断进步，容量增大，可靠性提高，技术更趋成熟。1970年瑞典首先在哥特兰岛直流输电工程原有的汞弧阀换流器上，扩建了直流电压为50kV，输送功率为10MW的晶闸管换流阀试验工程。第一个全部采用晶闸管阀的HVDC系统是加拿大1972年建立的依尔河系统，运行电压80kV、输送容量为320MW背靠背直流输电系统。国外输送容量最大的是1984年巴西建设伊泰普水电站600kV超高压直流输电工程，两回共6300MW，线路全长1590km。云南广东800kV特高压直流输电工程是世界上第一个800kV特高压直流输电工程，也是我国特高压直流输电自主示范工程。工程西起云南楚雄洲禄丰县，东至广州增城

12、市，途径云南、广西、广东三省（区），直流线路全长1438公里，额定直流电压800kV，额定输送容量500万千瓦，计划20年单极投运、20年双极投运。截止目前，中国直流工程:已建成直流输电工程18项，总输送容量4638万千瓦，线路全长15008公里，正在建设的HVDC工程有7个，HVDC-LIGHT工程有2个。在世界上率先建成800kV和660kV直流示范工程，中国已成为世界上投运直流输电工程最多、直流输电技术应用最全面的国家，在高压直流输电领域实现了“中国创造”和“中国引领”。中国已投运直流工程“十二五”直流输电工程18项2 直流输电技术基本原理2.1 直流输电技术的原理直流输电系统基本结构示

13、意图直流输电系统原理示意图800kV特高压直流工程原理图2.2 直流输电技术的分类工程结构分类分类I（按换流站数量分类）a.两端直流输电(或“点对点直流输电”)b.多端直流输电分类II（按线路长度分类）a.长距离直流输电b.背靠背直流输电分类III（按电压等级分类）a.（超）高压直流输电b.特高压直流输电工程性质分类远距离大容量直流架空线路工程；背靠背直流联网工程; 海底电缆工程; 城市地下电缆工程。2.3 直流输电技术的特点直流输电的优点线路造价低；输电损耗小；输送容量大；限制短路电流；线路故障时的自防护能力强；节省线路走廊；实现非同步电网互联；功率调节控制灵活；特别适合电缆输电。直流输电的

14、缺点换流设备较昂贵；消耗无功功率多；产生谐波影响；换流器过载能力低；某些运行方式下对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀；缺乏直流开关；不能用变压器来改变电压等级。直流输电适用场合高电压、远距离、大容量输电；跨海送电；不同频率电网联网或相同频率电网非同步联网；由地下电缆向大城市供电；交流系统互联或者配电网增容时，作为限制短路容量的措施之一；配合新能源输电。3 特高压直流输电技术应用与实践3.1 直流工程建设选择直流工程要因地制宜：不同电压等级、不同频率的两个交流系统联网，或者两个弱交流系统联网，推荐直流工程（背靠背）。新能源发电并网、孤岛供电、分布式发电并网，推荐采用直流（柔性直流）。远

15、距离、大容量电力输送。500公里以下，主要500kV直流，500800公里，可讨论660kV或500kV，8001500公里，比选660kV和800kV直流，15002000公里，采用800kV直流，2000公里以上，比选800kV和1100kV直流。直流系统输送功率和换流器容量，增大电流还是增大电压。提高电压的意义3.2 我国特高压直流技术实践成就电压等级越高，技术难度就越大。特高压直流代表了国际高压直流输电的最高水平，研发工作极具挑战性。800千伏特高压直流输电技术为中国首次提出，国际上没有可供借鉴的经验和标准，更没有现成的设备。按照“科学论证、示范先行、自主创新、扎实推进”的原则，国家电

16、网公司在“十一五”期间全面开展了特高压直流输电技术研究，通过产学研联合攻关，大力开展自主创新，在五个方面取得了重大突破。特高压换流变压器：重要性：直流工程中的最重要设备，设备价格的40；型式：单相双绕组、单相三绕组、三相双绕组、三相三绕组；容量：以常用的单相双绕组为例，约为换流器容量0.2；构造：最好的结构是单相双柱，两个绕组柱并联，因运输限制也有采用三柱并联的结构；难点：套管、出线装置、成型绝缘件换流变采用可移动式Box-in降噪方案特高压换流阀特高压干式平波电抗器特高压直流场设备800kV换流站800kV 架空输电线路特高压输电线路基础知识 1 特高压直流输电线路基本情况介绍问：直流输电线

17、路有哪些基本类型？答：就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架空电缆混合线路三种类型。直流架空线路因其结构简单、线路造价低、走廊利用率高、运行损耗小、维护便利以及满足大容量、长距离输电要求的特点，在电网建设中得到越来越多运用。因此直流输电线路通常采用直流架空线路，只有在架空线线路受到限制的场合才考虑采用电缆线路。问：建设特高压直流输电线路需要研究哪些关键技术问题？答：直流架空线路与交流架空线路相比，在机械结构的设计和计算方面，并没有显著差别。但在电气方面，则具有许多不同的特点，需要进行专门研究。对于特高压直流输电线路的建设，尤其需要重视以下三个方面的研究：1. 电晕效应。直

18、流输电线路在正常运行情况下允许导线发生一定程度的电晕放电，由此将会产生电晕损失、电场效应、无线电干扰和可听噪声等，导致直流输电的运行损耗和环境影响。特高压工程由于电压高，如果设计不当，其电晕效应可能会比超高压工程的更大。通过对特高压直流电晕特性的研究，合理选择导线型式和绝缘子串、金具组装型式，降低电晕效应，减少运行损耗和对环境的影响。2. 绝缘配合。直流输电工程的绝缘配合对工程的投资和运行水平有极大影响。由于直流输电的“静电吸尘效应”，绝缘子的积污和污闪特性与交流的有很大不同，由此引起的污秽放电比交流的更为严重，合理选择直流线路的绝缘配合对于提高运行水平非常重要。由于特高压直流输电在世界上尚属

19、首例，国内外现有的试验数据和研究成果十分有限，因此有必要对特高压直流输电的绝缘配合问题进行深入的研究。3. 电磁环境影响。采用特高压直流输电，对于实现更大范围的资源优化配置，提高输电走廊的利用率和保护环境，无疑具有十分重要的意义。但与超高压工程相比，特高压直流输电工程具有电压高、导线大、铁塔高、单回线路走廊宽等特点，其电磁环境与500千伏直流线路的有一定差别，由此带来的环境影响必然受到社会各界的关注。同时，特高压直流工程的电磁环境与导线型式、架线高度等密切相关。因此，认真研究特高压直流输电的电磁环境影响，对于工程建设满足环境保护要求和降低造价至关重要。问：什么是直流的“静电吸尘效应”？答：在直

20、流电压下，空气中的带电微粒会受到恒定方向电场力的作用被吸附到绝缘子表面，这就是直流的“静电吸尘效应”。由于它的作用，在相同环境条件下，直流绝缘子表面积污量可比交流电压下的大一倍以上。随着污秽量的不断增加，绝缘水平随之下降，在一定天气条件下就容易发生绝缘子的污秽闪络。因此，由于直流输电线路的这种技术特性，与交流输电线路相比，其外绝缘特性更趋复杂。问：直流输电线路的绝缘配合设计要解决哪些问题？答：直流输电线路的绝缘配合设计就是要解决线路杆塔和档距中央各种可能的间隙放电，包括导线对杆塔、导线对避雷线、导线对地、以及不同极导线之间的绝缘选择和相互配合，其具体内容是：针对不同工程和大气条件等选择绝缘子型

21、式和确定绝缘子串片数、确定塔头空气间隙、极导线间距等，以满足直流输电线路合理的绝缘水平。问：直流输电线路的绝缘子片数是如何确定的？答：由于直流线路的静电吸附作用，直流线路的污秽水平要比同样条件下的交流线路的高，所需的绝缘子片数也比交流的多，其绝缘水平主要决定于绝缘子串的污秽放电特性。因此，目前在选择绝缘子片数时主要有两种方法：1.按照绝缘子人工污秽试验采用绝缘子污耐受法，测量不同盐密下绝缘子的污闪电压，从而确定绝缘子的片数。2. 按照运行经验采用爬电比距法，一般地区直流线路的爬电比距为交流线路的两倍。两种方法中，前者直观，但需要大量的试验和检测数据，且试验检测的结果分散性大。后者简便易行，但精

22、确性较差。实际运用中，通常将两者结合进行。问：如何进行特高压直流输电线路导线型式的选择？答：在特高压直流输电工程中，线路导线型式的选择除了要满足远距离安全传输电能外，还必须满足环境保护的要求。其中，线路电磁环境限值的要求成为导线选择的最主要因素。同时，从经济上讲，线路导线型式的选择还直接关系到工程建设投资及运行成本。因此特高压直流导线截面和分裂型式的研究，除了要满足经济电流密度和长期允许载流量的要求外，还要在综合考虑电磁环境限值以及建设投资、运行损耗的情况下，通过对不同结构方式、不同海拔高度下导线表面场强和起晕电压的计算研究，以及对电场强度、离子流密度、可听噪声和无线电干扰进行分析，从而确定最

23、终的导线分裂型式和子导线截面。对于800千伏特高压直流工程，为了满足环境影响限值要求，尤其是可听噪声的要求，应采用6720平方毫米及以上的导线结构。问：如何确定特高压直流输电线路的走廊宽度和线路邻近民房时的房屋拆迁范围？答：特高压直流输电线路的走廊宽度主要依据两个因素确定：1. 导线最大风偏时保证电气间隙的要求；2.满足电磁环境指标（包括电场强度、离子流密度、无线电干扰和可听噪声）限值的要求。根据线路架设的特点，在档距中央影响最为严重。研究表明，对于特高压直流工程，线路邻近民房时，通过采取拆迁措施，保证工程建成后的电气间隙和环境影响满足国家规定的要求。通常工程建设初期进行可行性研究时就要计算电

24、场强度、离子流密度、无线电干扰和可听噪声的指标，只有这些指标满足国家相关规定时，工程才具备核准条件。2 交流特高压电网的过电压保护和绝缘配合问：交流特高压电网电气设备的绝缘有什么特点，其影响因素是什么？答：现代电网应具有安全不间断的基本功能。实践表明，在全部停电事故中，输电线路和变电站电气设备的绝缘闪络或击穿是最主要的原因。因此，为了保证电网具有一个可接受的可靠性指标，科学合理地选择电气装置的绝缘水平至关重要。电气设备的绝缘在运行中会受到以下几种电压的作用：工作电压、暂时过电压、操作过电压、雷电过电压和陡波过电压。电气装置的绝缘强度一般以在上述各种电压的作用下的放电电压来表征。交流特高压设备绝

25、缘的主要特点：一是运行电压高。为了降低设备尺寸和造价，通过采用大容量高性能的避雷器等措施，降低过电压水平和设备试验绝缘水平，运行电压与试验水平的比值同超高压相比有显著增加。二是设备的重要性提高。特高压线路输送容量可达500千瓦，单组变压器容量为300千瓦，要求设备具有更高的可靠性。三是设备尺寸比较大。由于设备尺寸增大，杂散分布电容和局部发热等因素对绝缘的长期稳定运行形成威胁。特高压输电线路的绝缘可以分为两类：一类是导线与杆塔或大地之间的空气间隙，另一类则是绝缘子。由于电压等级的提高，特高压输电工程对绝缘子提出了更高的要求，如高机械强度、防污闪、提高过电压耐受能力和降低无线电干扰等。问：什么是内

26、部过电压？交流特高压电网的内部过电压与超高压电网相比，有哪些相同点和不同点？答：内部过电压是由于电力系统故障，或开关操作而引起的电网中能量的转化，从而造成瞬时或持续高于电网额定允许电压，并对电气装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压分为操作过电压和暂时过电压两大类，其中在故障或操作时瞬间发生的称为操作过电压，其持续时间一般在几十毫秒之内；在暂态过渡过程结束以后出现的，持续时间大于0.1秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。暂时过电压又可以分为工频过电压和谐振过电压。另外，在GIS变电站中，由于隔离刀闸操作，会产生波头很陡、频率很高的操作过电压，其频率达数百千周至几十兆周，称之为快速暂态过电

27、压(VFTO)。VFTO可能威胁到GIS及其相邻设备的安全，特别是变压器匝间绝缘的安全，也可能引发变压器内部的高频振荡。特高压电网的过电压问题与超高压电网相比有相似之处，但由于特高压系统线路输送容量大、距离可能更长，而自身的无功功率很大，每100公里的1000千伏线路无功功率可达530兆乏左右，使得在甩负荷时可能导致严重的暂时过电压；在正常运行负荷变化时将给无功调节、电压控制以及故障时单相重合闸潜供电流熄灭等造成一系列困难。同时高电压长空气绝缘的饱和、高海拔和电气设备制造等方面的因素，给过电压限制提出更高的要求。问：交流特高压电网的雷电过电压有什么特点？有什么保护措施？答：交流特高压电网的雷电

28、过电压及其防护可以分为线路和变电站两个方面。线路的雷电过电压防护包括绕击和反击防护，变电站的雷电过电压防护包括直击雷和侵入波的防护。1. 特高压线路的雷电过电压防护由于特高压输电线路杆塔高度高，导线上工作电压幅值很大，比较容易从导线上产生向上先导，相当于导线向上伸出的导电棒，从而引起避雷线屏蔽性能变差。这一点不但可从电气几何理论上得到解释，运行情况也提供了佐证。前苏联的特高压架空输电线路运行期间内曾多次发生雷击跳闸，基本原因是在耐张转角塔处雷电绕击导线。日本特高压架空输电线路在降压运行期间雷击跳闸率也很高，据分析是线路遭到侧面雷击引起了绝缘子闪络。理论分析和运行情况均表明，特高压输电线路雷击跳

29、闸的主要原因是避雷线屏蔽失效，雷电绕击导线造成的。因此采用良好的避雷线屏蔽设计，是提高特高压输电线路耐雷性能的主要措施。同时还应该考虑到特高压输电线路导线上工作电压对避雷线屏蔽的影响。对于山区，因地形影响(山坡、峡谷)，避雷线的保护可能需要取负保护角。2. 特高压变电站的雷电过电压保护根据我国110500千伏变电站多年来的运行经验，如果特高压变电站采用敝开式高压配电装置，可直接在变电站构架上安装避雷针或避雷线作为直击雷保护装置;如果采用半封闭组合电器(HGIS)或全封闭组合电器(GIS)，进出线套管需设直击雷保护装置，而GIS本身仅将其外壳接至变电站接地网即可。与超高压变电站一样，特高压变电站

30、电气设备也需考虑由架空输电线路传入的雷电侵入波过电压的保护，其根本措施在于在变电站内适当的位置设置避雷器。由于限制线路上操作过电压的要求，在变电站出线断路器的线路侧和变压器回路均需要安装避雷器。至于变电站母线上是否要安装避雷器，以及各避雷器距被保护设备的距离，则需通过数字仿真计算予以确定。问：交流特高压电网绝缘配合的特点是什么？与超高压电网有什么区别？答：绝缘配合技术是考虑运行环境和过电压保护装置特性的基础上，科学合理地选择电网中电气装置的绝缘水平。在此过程中，权衡设备造价、维修费用和故障损失，力求用合理的成本获得较好的经济利益。交流特高压电网中，由于空气间隙的放电电压在操作过电压下呈现饱和特

31、性，从而使得电网中电气设备的绝缘占据电网设备总投资的份额愈来愈大；同时由于特高压电网输送容量巨大，绝缘故障的后果将非常严重，因此在特高压电网中绝缘配合问题更值得关注，在特高压的绝缘配合研究中需采用更精确的方法。例如对于操作过电压作用下空气间隙的选择，宜采用长操作波头(1000微秒)的试验情况替代以往超高压电网线路绝缘配合时采用标准操作波形(250微秒)。问：交流特高压电网有哪些限制内部过电压的措施？答：交流特高压输电系统限制内部过电压的主要措施如下：1.输电线路上装设高压并联电抗器，其中性点通过小电抗接地；2. 线路的架空地线（避雷线）采用光纤电缆（OPGW）或良导体导线；3. 变电站母线和输电线路上装设吸收能量较大的避雷器；4. 断路器采用合分闸电阻；5. 在GIS变电站中采用有电阻接入的隔离刀闸装置。3 交流特高压输电线路相关配置及施工环境要求问：世界上已经建成投运的交流特高压线路有哪些？答：美国、前苏联、日本和意大利都曾建成交流特高压试验线路，进行了大量的交流特高压输电技术研究和试验，最终只有前苏联和日本建设了交流特高压线路。1. 前苏联：在前期研究的基础上，从1981年开始动工建设1150千伏交流特高压线路，分别是埃基巴