特高压电网建设
——“十一五”国家电网建设规划
工程总投资:12150亿元
工程期限:2006年——2010年
特高压换流阀是特高压电网工程建设中的关键设备,一个换流阀由数十或数百只晶闸管构成。
“特高压电网”,指交流1000千伏、直流正负800千伏及以上电压等级的输电网络。目前,中国的长距离输电和世界其他国家一样,主要用500千伏的交流电网,从世界范围看,俄罗斯、日本、意大利都曾经建设过特高压试验线段,但是这些试验线段距离都比较短,到目前为止,国外并没有1000千伏交流线路在长距离运行。拿它和我国现有主要以500千伏交流和正负500千伏直流系统为主要的电网相比较,前者如同高速公路,后者如同普通快速路,两者在流量、流速、经济性等方面均不可同日而语。
目前,我国超高压输电线路以220千伏、330千伏、500千伏交流输电和500千伏直流输电线路为骨干网架。全国已经形成5个区域电网和南方电网。其中:华东、华北、华中、东北4个区域电网和南方电网已经形成了500千伏的主网架,西北电网在330千伏网架的基础上,正在建设750千伏网架。但是,由于我国电网跨区域输电主要依靠500千伏交流和正负500千伏直流,在提高电力输送能力方面受到技术、环保、土地资源等多方面的制约。
而特高压电网能够适应东西2000至3000公里,南北800至2000公里远距离大容量电力输送需求,有利于大煤电基地、大水电基地和大型核电站群的开发和电力外送。第一条由集团公司西北电力设计院承担设计工作的750千伏的官厅至兰州东输变电工程截至今年运行安全稳定,为规划中的国家特高压电网打下坚实基础。
特高压电网的优势
1000千伏特高压交流输电线路输送功率约为500千伏线路的4至5倍;正负800千伏直流特高压输电能力是正负500千伏线路的两倍多。同时,特高压交流线路在输送相同功率的情况下,可将最远送电距离延长3倍,而损耗只有500千伏线路的25%至40%。输送同样的功率,采用1000千伏线路输电与采用500千伏的线路相比,可节省60%的土地资源。到2020年前后,国家电网特高压骨干网架基本形成,国家电网跨区输送容量将超过2亿千瓦,占全国总装机容量的20%以上。届时,从周边国家向中国远距离、大容量跨国输电将成为可能。
对于特高压电网的经济性,专家分析:到2020年,通过特高压可以减少装机容量约2000万千瓦,节约电源建设投资约823亿元;每年可减少发电煤耗2000万吨。北电南送的火电容量可以达到5500万千瓦,同各区域电网单独运行相比,年燃煤成本约降低240亿元。
特高压电网的技术难点
对于交流特高压而言,目前主要有两大技术攻关重点:一是制造出可调的并联电抗器,二是研制1000千伏电压等级的双断口断路器。目前这两个关键技术问题已经基本解决。对于直流特高压电网而言,其技术攻关关键是开发6英寸晶闸管。目前,日本已经研制出了6英寸晶闸管,我国在研制6英寸晶闸管方面也已经具备了一定的基础。我国晋东南—南阳—荆门的特高压交流试验示范工程的意义在于:它将真正实现全电压、满容量、长距离输电。
“十一五”国家电网公司建设规划
《意见》首次公开明确了特高压电网较为详细的建设规划,“…‘十二五’、‘十三五’期间,特高压电网全面发展,形成以华北、华中、华东为核心,联结各大区电网、大煤电基地、大水电基地和主要负荷中心的坚强网架。到2020年,建成特高压交流变电站53座,变电容量3.36亿千伏安,线路长度4.45万公里;建成直流输电工程38项,输电容量1.91亿千瓦,线路长度5.23万公里。特高压及跨区、跨国电网输送容量达到3.73亿千瓦。电网技术装备和运行指标达到国际先进水平。…”
《意见》同时再次强调了“十一五”期间的一些规划,“…全面建成特高压交流试验示范和特高压直流示范工程,初步形成华北—华中—华东特高压同步电网,基本建成西北750千伏主网架,公司经营区域实现全部联网,跨国电力合作取得重大突破。‘十一五’公司电网投资12150亿元。到2010年,公司220千伏及以上交直流线路达到38.9万公里,变电容量达到16.4亿千伏安,跨区、跨国输电容量达到8500万千瓦,交换电量达到3800亿千瓦时。…”对于近期一些特高压和直流项目的建设,《意见》中也给出了明确时间表,“…高岭背靠背、中俄直流背靠背工程,2008年建成投产。灵宝背靠背扩建、淮南—上海特高压线路工程、南阳特高压站扩建主变工程,2009年建成投产。加快建设向家坝—上海±800千伏直流示范工程,确保2010年投产。开工建设锦屏—苏南±800千伏直流,宁东—山东±660千伏直流,三沪二回、德宝、呼辽、山西—江苏等±500千伏直流,青藏±400千伏直流等工程。…”对于2008年国网公司的建设计划,数据显示2008年将开工330千伏及以上交直流线路3.2万公里、变电容量1.9亿千伏安,计划投产线路1.5万公里、变电容量0.97亿千伏安,投资2532亿元。其中特高压、750千伏及跨区电网计划开工线路1.7万公里、变电容量1.0亿千伏安,计划投产线路2450公里、变电容量1620万千伏安。
世界上已经建成投运的交流特高压线路
国家电网公司
2006年中国国家电网公司售电量1.71万亿千瓦时,主营业务收入8529亿元,资产总额12141亿元,位居《财富》杂志2006年全球500强企业第32名。
2007年国家电网公司主营业务收入达到1.01万亿元,居《财富》杂志2007年全球500强企业第24名。
西安高压电器研究所特高压试验大厅于2008年竣工,图为±500kV换流阀的绝缘试验
河北保定天威保变为世界首条特高压直流输电示范工程:云南——广东±800kV特高压直流输电工程承制的±800kV(HY14)特高压换流变压器,安装后尺寸为26.1米长、6.405米宽、15.183米高,安装重量为515吨,单台价格超过5000万元人民币。该项工程西起云南楚雄州禄丰县,东至广州增城市,送电距离约1418千米,额定输送电量500万千瓦,动态投资高达130多亿元,计划2009年单极投运,2010年双极投运。
世界第一个特高压直流输电系统,云广±800kV直流输电工程,图为800千伏高端换流变压器
世界第一个特高压直流输电系统,云广±800kV直流输电工程,图为换流站的心脏——极II高端阀厅,高度近30米,面积相当于半个足球场。
中国特变电工集团研制的世界第一台1000千伏特高压变压器,处于世界领先水平。
2011年1月9日,在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地,标称电压7500KV的特高压冲击户外场正在进行空气间隙放电试验。据了解,未来5年我国将投资超过5000亿元,建成“三纵三横”特高压交流骨干网架和11项特高压直流输电工程,特高压输电线路总长将达4万公里。届时,将把内蒙古、陕西、河北的风电、煤电通过三条纵向的特高压通道送往华北、华中和华东;把北部的煤电和西南的水电,通过三条横向特高压通道送往华北、华中和长三角地区,在全国范围内保证电力供应。
2011年1月8日,在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地环境气候实验室,科研人员在-20℃温度下进行长串绝缘子覆冰试验。
2011年1月8日,在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地环境气候实验室,科研人员在进行特高压长串绝缘子融冰闪络试验。
2011年1月8日,在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地拍摄的交直流电源系统。
位于北京昌平的±800kv特高压直流基地,建有世界最大的电晕笼试验装置。电晕笼为两厢式,整体尺寸为70m×22m×13m(高),既可进行单极试验,也可进行双极试验,与试验线段共用电源,试验电压能够达到±1200kV。电晕笼对于研究特高压直流线路导线电晕特性,能够总结出适合我国国情的分裂导线电晕效应的公式,为工程设计服务。照片为电晕笼及锚塔。
2006年,特变电工湖南衡阳变压器有限公司(衡变)研制的DFP-630MVA,1700kV风冷试验变压器,该产品是当时世界电压等级最高的试验变压器,通过改变低压接线方式以满足不同试验电压要求。主要用于1000kV特高压电抗器、变压器试验。
2010年4月11日,西电集团常州公司,研制出迄今为止,世界最高电压等级的交流变压器。这台ODSP-100万KVA,2000KV特高电压试验变压器,电压等级达到了2000KV(千伏),其容量高达1000000KVA(100万千伏安),单台变压器重达714吨。其最高电压、最大容量、单台重量,居世界之最。
2008年11月30日,北京电力设备总厂研制的世界首台±800千伏直流特高压干式空心平波电抗器,通过国家电网公司和中国机械工业联合会共同组织的验收。该产品是特高压电网主设备之一,它的研制成功,填补了世界特高压直流输变电尖端技术的一项空白。成功解决了线圈降噪结构与发热、导线制作、温升与损耗计算等技术和工艺难题,产品拥有完全自主知识产权,已达到国际领先水平。
2011年1月9日,在湖北武汉国网电力科学研究院1000KV特高压交流试验基地,标称电压7500KV的特高压冲击户外场,正在进行空气间隙放电试验。
视频:800千伏特高压直流示范工程
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