特高压知识大全

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  特高压*概述

  在我国,特高压电网是指交流1000千伏及以上和直流正负800千伏以上的输电网络。特高压能大大提升我国电网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示,一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量,相当于现有500千伏直流电网的5到6倍,而且送电距离也是后者的2到3倍,因此效率大大提高。此外,据国家电网公司测算,输送同样功率的电量,如果采用特高压线路输电可以比采用500千伏超高压线路节省60%的土地资源。

  特高压*输电的特点

  o 节约土地资源;

  o 工程投资省;

  o 输送容量大;

  o 送电距离长;

  o 线路损耗低;

  o 联网能力强;

  特高压*输电的优点

  n 提高单位走廊输电能力 节省走廊面积

  Ø 交流特高压:同塔双回和猫头塔单回线路的走廊宽度分别为75米和81米,单位走廊输送能力分别为13.3万千瓦/米和6.2万千瓦/米,约为同类型500kV线路的三倍。

  Ø 直流特高压:±800kV、640万千瓦直流输电方案的线路走廊约76米,单位走廊宽度输送容量为8.4万千瓦/米,是±500kV、300万千瓦方案的1.29倍,±620kV、380万千瓦方案的1.37倍。

  n 改善电网结构 降低短路电流

  Ø 通过特高压实现长距离送电,可以减少在负荷中心地区装设机组的需求,从而降低短路电流幅值。长距离输入1000万千瓦电力,相当于减少本地装机17台60万千瓦机组。每台60万千瓦机组对其附近区域500千伏系统的短路电流约增加1.8kA,如果这些机组均装设在负荷中心地区,对当地电网的短路电流水平有较大的影响。

  Ø 通过特高压电网,实现分层分区布局,可以优化包括超高压在内的系统结构,从根本上解决短路电流超标问题。

  n 加强联网能力

  n 通过交流特高压同步联网,可以大幅度缩短电网间的电气距离,提高稳定水平,发挥大同步电网的各项综合效益。

  n 通过直流特高压异步联网,满足长距离、大容量送电的要求,沿线不需要提供电源支撑。

  n 通过特高压联网,增强网络功率交换能力,可以在更大范围内优化能源资源配置方式。

  n 提高输送容量

  一回1000kV特高压输电线路的自然功率接近500万千瓦,约为500kV输电线路的五倍左右。

  ±800kV直流特高压输电能力可达到640万千瓦,是±500kV高压直流的2.1倍,是±620kV高压直流的1.7倍.

  n 缩短电气距离 提高稳定极限

  1000千伏线路的电气距离相当于同长度500千伏线路的1/4~1/5。换句话说,在输送相同功率的情况下,1000kV特高压输电线路的*远送电距离约为500kV线路的4倍。

  采用±800kV直流输电技术使超远距离的送电成为可能,经济输电距离可以达到2500km及以上。

  n 降低线路损耗

  Ø 1000kV交流线路的电阻损耗是500kV交流线路的四分之一。

  Ø ±800kV直流线路的电阻损耗是±500kV直流线路的39%,是±620kV直流线路的60%。

  n 减少工程投资

  Ø 1000kV交流输电方案的单位输送容量综合造价约为500kV输电方案的四分之三。

  Ø ±800kV直流输电方案的单位输送容量综合造价也约为±500kV直流输电方案的四分之三。

  特高压*缺点

  n 系统的稳定性和可靠性问题不易解决

  Ø 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。

  Ø 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**稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。特别是在特高压线路出现初期,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**运行。

  n 特高压输电线主保护原理的缺陷

  Ø 目前比较成熟的、在我国有运行经验的、可以作为主保护的纵联保护原理不外乎以下几种:工频变化量方向保护、负序方向保护、分相电流差动保护、距离方向保护和相电压补偿试方向保护等。这几种原理各有一些优点,也都存在一定的缺点。

  Ø 以上各种保护都要深入研究特高压输电线电容电流的影响和与通道(载波、光纤通道)的紧密配合与充分发挥通道作用以满足特高压输电线防止过电压和保证保护灵敏性、选择性、可靠性高要求等问题。

  n 特高压输电对环境的影响

  Ø 强电场对人的生理和心理影响

  1972年,苏联关于超高压变电站工人反映电场对身体有影响的报告在大电网国际会议上发表后,引起了很大的波动,世界各国对此进行了大量的试验研究。西班牙医生Fole在**次国际电气危险防护会议上叙述了功能障碍的问题,报道8~9个变电站工人到500 kV变电站工作后有**、嗜睡、恶心等症状。国内也做过大量的试验研究表明,工频高压电场有较明显的刺激作用,对机体存在**影响,工作人员进入电场后头发竖立,头部紧缩。动物试验还证明:一定场强的工频高压对机体除局部有刺激作用外,还有全身性影响,诸如琥珀酸氢酶、心血管系统的心肌细胞乳酸脱氢酶、心肌细胞膜三磷酸腺苷(ATP)酶和心电等的改变。

  上面所说的是电场的长期影响,此外还有电场的短期影响。处在特高压线下面或者附近的对地绝缘的导电体,因为导电体和导线间的相互部分电容以及导电体对地的自有部分电容的存在,当人接触此物体时,就会产生电击。电击一般分为2种:暂态电击和稳态电击。例如雨天打伞经过特高压线路下时,如果脸部或手靠近伞的金属部分就会有火花放电,这就是暂态电击。关于稳态电击,据有关资料表明,平均感觉电流约为0.6 mA(妇女)到l mA(男子)。

  Ø 电晕放电的影响

  (1)电晕放电对无线电的干扰

  输电线路电晕放电是产生无线电干扰的根源,无线电干扰指在无线段频段可能对有用信号造成损害的电磁干扰。输电线路电晕产生的脉冲电磁波沿着线路两侧横向传播,使沿线一定范围内的无线电接收设备,在正常工作时所接收的有用信号的波形幅值和相位受到影响,导致这些无线电接收设备达不到正常工作所需的信噪比。

  输电线路无线电干扰主要是电晕放电、间隙放电(火花放电)等引起的。

  (2)电晕放电对电视的干扰

  输电线路对电视的干扰有2个方面:一是由于电晕放电产生的噪声对调幅图像的干扰引起图像质量的变差;二是由于线路杆塔对电视波的屏蔽和反射引起信号衰减及产生重影等**后果。

  (3)可听噪声对环境的影响

  可听噪声是指导线周围空气电离放电时所产生的一种人耳能直接听得见的噪声,它是一种声频干扰。这种噪声将使得特高压线路附近的居民以及在邻近线路工作的人们感觉到烦躁不安,严重时可以使人难以忍受。可听噪声和无线电干扰一样,随着导线表面电场强度的增加而增大,但是随着距离的增加,可听噪声比无线电干扰衰减慢得多。

  n 带电作业和经验技术

  特高压*输电线路参数特性

  输电线路的基本电气参数是电阻(R)、电抗(X)、电纳(B)和电导(G)。他们决定了输电线路和电网的特性。对于超高压、特高压的输电线路来说,电阻主要影响线路的功率损耗。电导代表绝缘子的泄露电阻和电晕损失,也要影响功率损耗。泄露和电晕功率的损耗与电阻功率损耗相比,通常要小的多,一般在稳态分析时,可忽略不计。

  超高压、特高压输电线路的电感式决定电网潮流,即有功和无功分布的主要因素,影响输电线路的电压降落和电力系统的稳定性能。

  超高压、特高压输电线的线间电容和线对地电容与电容器板间建立的电容式类似的。线路电容在交流电压作用下使线路产生交流充电和放点电流,称为电容电流。输电线的电容电流不仅影响电线的电压降落,而且也影响电线的电压降落,而且也影响输电效率和电力系统的有功和无功分布。

  特高压*单位长度线路参数

  特高压输电线路与其他输电线路一样,在进行电力系统分析时,用串联的电阻的R和电抗X,以及并联的电纳B和电导G进行模拟。正常运行方式下,输电线路,无论按分布参数,还是按集中参数考虑,可用π形网络和T形网络等值。在电力系统分析时,一般用π形网络,代表单位长度输电线或整个输电线的阻抗和导纳及其电压和电流的关系。

  交流电流通过导线,其电流密度由导线中心向导线表层逐渐增加,称为交流电流的集肤效应。为了使电流在导线内尽可能均匀分布,充分利用导线截面,降低线路电阻,为了减少电晕对环境的影响,在超高压、特高压输电线中不宜采用大截面实心导线,而用数根小截面的子导线,彼此用绝缘支架分隔开且捆绑成导线束,构成一相导线,称为分裂导线。

  特高压*稳定性

  特高压输电的显著特点是输送比超高压线路大得多的功率。为了包括特高压电网在内的整个电力系统**稳定运行,通常采用双回特高压输电线路将发电中心或送点端系统的电力输送到远方的负荷中心。

  特高压输电线路必须满足电力系统功角稳定,包括静态稳定、暂态稳定、动态稳定和电压稳定的要求。

  根据特高压输电的性能特点,稳定性的要**:

  1、当一回输电线路发生可能出现的严重故障,主要是靠近输电线路送端发生三相短路时,继电保护和断路器正常动作,跳开故障线路,切除故障,电力系统应能保持暂态稳定。

  2、故障线路跳开、切除故障后,剩下的 一回线路能保持原双回路的输送功率在静态稳定极限范围内,有一定静态稳定裕度,短时内保持电力系统稳定运行,保证电力系统人员在故障后重新调整电力系统潮流,使电力系统各输电线路有接近正常运行状态的静态稳定裕度。

  3、故障线路跳开、切除故障后,剩下的一回线路保持原双回线路输送功率在小干扰电压稳定极限范围内,并留有一定的稳定裕度。

  4、在电力系统大方式运行条件下,特高压输电受端系统发生单台大机组突然跳闸,根据故障后的潮流分布,特高压输电线路对于可能增加的功率输送,应留有短时的静态稳定裕度和电压稳定所需的短时有功和无功输送裕度确保受端电压在稳定裕度范围内。

  特高压*经济性

  特高压输电与超高压输电经济性比较,一般用输电成本进行比较,比较2个电压等级输送同样的功率和同样的距离所用的输电成本。有2种比较方法:一种是按相同的可靠性指标,比较它们的一次投资成本;另一种是比较它们的寿命周期成本。这2种比较方法都需要的基本数据是:构成2种电压等级输电工程的统计的设备价格及建筑费用。对于特高压输电和超高压输电工程规划和设计所进行的成本比较来说,设备价格及其建筑费用可采用统计的平均价格或价格指数。2种比较方法都需要进行可靠性分析计算,通过分析计算,提出输电工程的期望的可靠性指标。利用寿命周期成本方法进行经济性比较还需要有中断输电造成的统计的经济损失数据。

  运行成本比较:

  一回1100 kV特高压输电线路的输电能力可达到500 kV 常规输电线路输电能力的4 倍以上,即4-5回500 kV输电线路的输电能力相当于一回1 100 kV输电线路的输电能力。显然,在线路和变电站的运行维护方面,特高压输电所需的成本将比超高压输电少得多。线路的功率和电能损耗,在运行成本方面占有相当的比重。在输送相同功率情况下,1 100 kV线路功率损耗约为500 kV线路的1/16左右。所以,特高压输电在运行成本方面具有更强的竞争优势。

  输变电主设备费用比较:

  1100KV输电每KV安的主要输电费用比500KV低,变电站一个间隔的设备费仅为500KV的50%,输电线路的建设成本仅为500KV的60%,只有发电机直接升压到1100KV的升压变压器比500KV高50%。

  特高压*生态环境方面

  输电线路和变电站的生态环境影响主要表现在土地的利用、电晕所引起的通信干扰、可听噪声,工频电、磁场对生态的相互作用等方面。

  在地区电力负荷密度小、输电线路和变电站数量少的年代,生态环境不会成为问题。当输电线和变电站随用电增加而数目增多时,环境问题可能成为影响输电网发展的突出问题。

  Ø 一方面,特高压输电由于其输送功率大,可大大减少线路走廊占用土地,从而减少对生态环境的影响而受到青睐。

  Ø 另一方面,特高压输电的电、磁场对生态环境的相互作用和电晕产��的干扰问题也受到社会广泛关注。这是发展特高压输电需深入研究和解决的问题。解决问题的目标是既满足未来预期的电力增长需求又做到对生态环境影响*小。

  特高压*雷电过电压与保护

  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**,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 110~500 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。

  特高压*内部过电压及限制措施

  由于特高压系统线路输送容量大、距离更长,自身的无功功率高,这使得:

  1、在甩负荷时可能导致严重的暂时过电压。

  2、在正常运行负荷变化时将给无功调节、电压控制以及单相重合闸潜供电弧熄灭等造成的一系列问题。

  我国目前特高压内部过电压暂取下值:

  1、工频过电压:限制在1.3P.U以下,在个别情况下线路侧可短时(持续时间不大于0.3S)允许在1.4P.U.以下。

  2、相对地统计操作过电压(出现概率为2%的操作过电压):对于变电站、开关站设备应限制在1.6P.U.以下。对于长线路的线路杆塔部分限制在1.7P.U.以下。

  3、相间统计操作过电压:对于变电站、开关站设备应限制在2.6P.U.以下。对于长线路的线路杆塔部分限制在2.8P.U.以下。

  特高压的电网工频过电压主要考虑单相接地三相甩负荷和无接地三相甩负荷两种工频过电压。

  特高压*操作措施

  操作过电压时决定特高压输电系统绝缘水平的重要依据。特高压系统主要考虑三种类型的操作过电压:

  合闸(包括单相重合闸)、分闸和接地短路过电压。

  1、限制特高电压电网操作过电压主要措施

  (1)金属氧化物避雷器

  (2)断路器合闸电阻限制合闸过电压

  (3)考虑使用控制断路器合闸相角方法降低合闸过电压

  (4)考虑使用断路器分闸电阻限制甩负荷分闸过电压的可行性

  (5)选择适当的运行方式以降低操作过电压。

  合闸操作过电压:

  1、仅使用MOA限制合闸过电压

  2、使用MOA及控制合闸相角方式限制电流

  分闸操作过电压

  1、甩负荷分闸操作过电压

  2、故障清楚后的转移过电压