【文章內(nèi)容簡介】 套設備及工程應用”獲國家科技進步獎特等獎，特高壓，這一備受社會關(guān)注、并一度伴有諸多爭議的輸電技術(shù)，終于“修成正果”。特高壓交流輸電技術(shù)概述 特高壓交流輸電是指1000千伏及以上的交流輸電，具有輸電容量大、距離遠、損耗低、占地少等突出優(yōu)勢。 電力系統(tǒng)和輸電規(guī)模的擴大，世界高新技術(shù)的發(fā)展，推動了特高壓輸電技術(shù)的研究。從上世紀60年代開始，前蘇聯(lián)、美 國、日本和意大利等國，先后進行基礎(chǔ)性研究、實用技術(shù)研究和設備研制，已取得了突破性的研究成果，制造出成套的特高壓輸電設備。前蘇聯(lián)已建成額定電壓1150kV（最高運行電壓l200kV）的交流輸電線路1900多公里并有900公里已經(jīng)按設計電壓運行；日本已建成額定電壓l0OOkV(最高運行電壓llOOkV)的同桿雙回輸電線路426公里。百萬伏級交流線路單回的輸送容量超過5000MW，且具有明顯的經(jīng)濟效益和可靠性，作為中、遠距離輸電的基干線路，將在電網(wǎng)的建設和發(fā)展中起重要的作用。特高壓交流試驗示范工程項目 作為項目提出和主持實施者，國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞接受中共中央總書記習近平同志頒授2012年度國家科技進步獎特等獎，不禁感慨萬千：特高壓輸電技術(shù)，世界看中國。這不是哪個人、哪個團隊、哪個企業(yè)能做到的，而是體現(xiàn)了國家意志。 說它體現(xiàn)國家意志，是因為特高壓從最早提出到項目研發(fā)，再到工程實踐，自始至終瞄準世界電力發(fā)展趨勢和技術(shù)制高點，緊密圍繞國家重大戰(zhàn)略需求，政府支持，企業(yè)主導，產(chǎn)學研聯(lián)合，社會各方廣泛參與，用科學手段和方法，以應用為目的，破解了重大技術(shù)難題。 劉振亞指出，世界電力工業(yè)發(fā)展的歷史表明：用電需求持續(xù)增長推動電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、電壓等級不斷提升，相鄰電壓等級之比在2倍及以上。500千伏輸電有力支撐了我國近30年經(jīng)濟社會發(fā)展，但我國能源資源與需求呈逆向分布，70%以上的能源需求集中在中東部，可用能源資源卻遠離需求中心，76%的煤炭集中在北部和西北部、80%的水能資源集中在西南部，陸地風能和太陽能等新能源也大量分布在西北部，供需相距800－3000公里，現(xiàn)有500千伏輸電系統(tǒng)面臨著遠距離、大容量輸送能力不足，走廊資源緊缺等瓶頸制約，亟待升級至1000千伏等級。 他介紹，“特高壓交流輸電代表國際高壓輸電的最高水平。上世紀60至90年代，美國、日本、前蘇聯(lián)等發(fā)達國家曾開展過試驗研究，但沒有形成成熟適用的技術(shù)和設備?！蔽覈邪l(fā)特高壓交流輸電技術(shù)，既面臨高電壓、強電流的電磁與絕緣技術(shù)世界級挑戰(zhàn)，又面臨重污穢、高海拔的嚴酷自然環(huán)境影響，創(chuàng)新難度極大。所以說，世界性的電網(wǎng)科技難題在中國，創(chuàng)新的動力也在中國。 據(jù)介紹，我國從l986年開始，將特高壓輸電技術(shù)研究連續(xù)列入國家“七五”、“八五”和“十五”科技攻關(guān)計劃，為特高壓技術(shù)研究積累了寶貴經(jīng)驗；特高壓交流輸電技術(shù)研發(fā)先后列入《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和“十一五”國家科技支撐計劃。西北750千伏輸變電國產(chǎn)化示范工程的順利投產(chǎn)和三峽送出177。500千伏直流輸電工程的成功實踐，使我國輸變電設備的制造能力和水平有了很大提高，為特高壓技術(shù)裝備研發(fā)和應用創(chuàng)造了條件。到2006年8月國家發(fā)改委批準建設晉東南至荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程時，“發(fā)展特高壓輸電，在技術(shù)上沒有難以克服的障礙，在工程上已具備實際應用的條件”。 當然，特高壓這一引領(lǐng)國際輸電技術(shù)進步方向的工程所提出的巨大技術(shù)挑戰(zhàn)，又是必須正視的。劉振亞強調(diào)，我國發(fā)展特高壓需在已有科技和工業(yè)基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新，率先攻克世界上一個全新電壓等級輸電所需的全套技術(shù)，并立足國內(nèi)、在世界上首次研制全套特高壓設備?！斑@是我國各常規(guī)電壓等級發(fā)展過程中未曾經(jīng)歷的重大考驗”。他介紹，需要全面攻克四大電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、設備研制四大突出難題。 為破解這些世界級難題，形成擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，項目依托試驗示范工程建設，堅持“基礎(chǔ)研究－設備研制－試驗驗證－系統(tǒng)集成－工程示范”方針，產(chǎn)學研用協(xié)同攻關(guān)，聯(lián)合國內(nèi)電力、機械行業(yè)的科研、制造、設計、高校等100余家單位近5萬人，共開展180余項關(guān)鍵技術(shù)研究、9大類40余種關(guān)鍵設備研制，在電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、成套設備研制、系統(tǒng)集成、試驗能力6大方面實現(xiàn)了創(chuàng)新突破，掌握了特高壓交流輸電核心技術(shù)，研制成功了全套關(guān)鍵設備，建成世界上電壓等級最高、輸電能力最強的交流輸電工程。 項目建成試驗示范工程，與采用500千伏方案相比，節(jié)省走廊占地1/2至2/3，減少輸電損耗2/3。工程投運以來，一直保持安全穩(wěn)定運行，替代輸煤約960萬噸、極大緩解了華中地區(qū)嚴重缺電局面，拉動GDP增長達3200多億元；，減少棄水電量55億千瓦時，節(jié)約用煤400多萬噸、減排二氧化碳1200多萬噸，成為我國南北方向一條重要能源輸送通道。 項目帶動我國輸變電裝備制造業(yè)實現(xiàn)全面升級。特高壓設備設計研發(fā)、制造工藝和試驗檢測能力達到國際領(lǐng)先水平。研發(fā)成果還反哺應用到超高壓設備技術(shù)改進，特高壓主設備制造企業(yè)核心競爭力大幅提升，已掌握國內(nèi)市場主導權(quán)，并全面進軍國際市場，實現(xiàn)了高端產(chǎn)品出口零的突破。2009年以來，在國際金融危機的不利影響下，特高壓主設備制造企業(yè)出口不降反升，500千伏以上產(chǎn)品的出口總額達100億元、年增長率超過40%，特高壓業(yè)績已成為國內(nèi)企業(yè)打開國際市場的金色名片。 項目大幅提升我國在國際電工領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)。我國特高壓標準電壓已成為國際標準。國際電工委員會（IEC）認為中國的特高壓工程是 “電力工業(yè)發(fā)展史上的一個重要里程碑”。國際大電網(wǎng)委員會（CIGRE）、電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）成立了8個由我國專家主導的特高壓工作組，正在主導編制相關(guān)國際標準。劉振亞介紹，項目成果除應用于已建成投運的特高壓交流試驗示范工程及其擴建工程，還在在建的安徽“兩淮”煤電基地送上海特高壓交流工程中得到應用。發(fā)展特高壓輸電已列入國家“十二五”規(guī)劃綱要和國家能源科技“十二五”規(guī)劃。預計“十二五”末，、可支撐中東部地區(qū)受入電力約2億千瓦，節(jié)約當?shù)赝恋刭Y源3400公頃，每年節(jié)約電力供應成本600億元。 特高壓交流輸電技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展2004年起，國家電網(wǎng)公司開始醞釀和論證特高壓項目。2006年8月，中國首個特高壓交流輸變電工程——晉東南河南南陽湖北荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程，經(jīng)國家發(fā)改委核準后開工建設，2008年12月30日建成投入試運行，2009年1月6日正式投運。目前，該工程已經(jīng)安全運行近一年，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，設備狀態(tài)正常，累計送電80億千瓦小時，相當于輸送煤炭約350萬噸。 晉東南至荊門特高壓交流試驗示范工程是目前世界上運行電壓最高、技術(shù)水平最先進、中國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的交流輸變電工程。該工程全長約640公里，其中設備投資約占一半，設備國產(chǎn)化率達到90%。以特高壓交流試驗示范工程為起點，國家電網(wǎng)公司正“整體、快速”推進特高壓電網(wǎng)建設。計劃在2020年前后，基本形成覆蓋華北、華中、華東地區(qū)的特高壓電網(wǎng)，實現(xiàn)“西電東送，南北互供”。 目前，我國已掌握特高壓交流輸電核心技術(shù)，并建立了完整的技術(shù)標準體系，為推廣應用特高壓交流輸電技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。 （1）確定了特高壓交流輸電標準電壓。創(chuàng)新形成了穩(wěn)態(tài)電壓控制技術(shù)、瞬態(tài)過電壓抑制和潛供電弧抑制技術(shù)。在國際上首次實現(xiàn)了特高壓系統(tǒng)電壓優(yōu)化控制。（2）揭示了復雜環(huán)境下特高壓系統(tǒng)外絕緣非線性放電特性，研發(fā)了空氣間隙、絕緣子配置和雷電防護技術(shù)。特高壓交流試驗示范工程安全穩(wěn)定運行四年多。在世界上首次實現(xiàn)了復雜環(huán)境下特高壓系統(tǒng)外絕緣優(yōu)化配置。（3）形成了特高壓輸變電設備設計、制造和試驗關(guān)鍵技術(shù)，建立了完整的技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系。自主研制成功代表國際最高水平的全套特高壓交流輸變電設備，改變了中國在電氣設備制造領(lǐng)域長期從發(fā)達國家“引進技術(shù)，消化吸收”的發(fā)展模式，首次實現(xiàn)了中國制造。（4）實現(xiàn)了特高壓工程環(huán)境友好目標，特高壓交流試驗示范工程電磁環(huán)境實測滿足國家環(huán)保要求。（5）提出了特高壓輸變電工程整套設計和施工方法、設備現(xiàn)場試驗方案，研制出線路帶電作業(yè)工器具和試驗裝備等。特高壓交流試驗示范工程成為世界上電壓等級最高、輸電能力最強的交流輸電工程。（6）提出了綜合模擬高海拔、重覆冰、重污穢等環(huán)境條件的高壓試驗方法等，形成了國際上可試參數(shù)最高的高電壓、強電流試驗檢測能力，建立了完整的特高壓試驗研究體系。四、特高壓交、直流輸電比較特高壓交流輸電優(yōu)點1）提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴大，電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷增大。所需電網(wǎng)電壓等級越高，緊湊型輸電的效果越好。2）。3）節(jié)省線路走廊和變電站占地面積。一般來說，一回1150kV輸電線路可代替6回500kV線路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。4）減少線路的功率損耗,就我國而言,電壓每提高1％,每年就相當于新增加500萬kW的電力,500kV輸電比1200kV的線損大5倍以上。5）有利于連網(wǎng)，簡化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，減少故障率不足特高壓輸電的主要缺點是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題不易解決。自19651984年世界上共發(fā)生了6次交流大電網(wǎng)瓦解事故，其中4次發(fā)生在美國，2次在歐洲。這些嚴重的大電網(wǎng)瓦解事故說明采用交流互聯(lián)的大電網(wǎng)存在著安全穩(wěn)定、事故連鎖反應及大面積停電等難以解決的問題。特別是在特高壓線路出現(xiàn)初期，不能形成主網(wǎng)架，線路負載能力較低，電源的集中送出帶來了較大的穩(wěn)定性問題。下級電網(wǎng)不能解環(huán)運行，導致不能有效降低受端電網(wǎng)短路電流，這些都威脅著電網(wǎng)的安全運行。另外，特高壓交流輸電對環(huán)境影響較大。特高壓直流輸電優(yōu)點1）不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可實現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)。由此可見，在一定輸電電壓下，交流輸電容許輸送功率和距離受到網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和參數(shù)的限制，還須采取提高穩(wěn)定性的措施，增加了費用。而用直流輸電系統(tǒng)連接兩個交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，不存在上述穩(wěn)定問題。因此，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運行穩(wěn)定性的限制，還可連接兩個不同頻率的系統(tǒng)，實現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2）限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設限流裝置。然而用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的“定電流控制’，將快速把短路電流限制在額定功率附近，短路容量不因互聯(lián)而增大。3）調(diào)節(jié)快速，運行可靠。直流輸電通過可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”（功率流動方向的改變），在正常時能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實現(xiàn)健全系統(tǒng)對故障