电网考试：特高压输电发展动因及研发历程、特高压输电技术特点、特高压交直流混合电网特征

加上苏联地域辽阔、电网覆盖面积大，且能源与负荷分布不均衡，对特高压输电提出了要求，苏联从1980年开始着手建设连接西伯利亚、哈萨克斯坦和乌拉尔联合电网的1150kv特高压交流输电工程，将东部地区的电能送往乌拉尔和欧洲部分的负荷中心，工程于1985年正式按额定电压带负荷运行，后因技术上有缺陷降压运行。

中国能源资源的总体分布规律是西多东少，北多南少，能源资源与负荷中心分布不均衡的特征明显，中国正处于经济快速增长的关键时期，电力需求将持续较快增长，需求重心也将长期位于东中部地区，而煤炭资源开发正逐步西移，北移，水能资源的开发正向西南地区转移，风能、太阳能等新能源资源也主要分布在西部、北部地区，未来能源流规模和距离将进一步增大，面临大规模、远距离、高效率电力输送的挑战。大型能源基地与东中部负荷中心之间的距离达到1000-3000km，超出传统超高压输电线路的经济输送距离。电力生产和消费地区不均衡的情况将更为突出，电力输送压力日益加剧，迫切要求实现经济高效的大规模送出和大范围消纳。

地区经常性出现大范围雾霾天气，尤其pm2.5严重超标，特别是京津冀、长三角、华中等地区污染极为严重，部分地区雾霾天数超过全年的50%，保护生态环境已成为全社会关注的热点和焦点。

生态环境保护与能源生产和消费方式密切相关，发电和其他行业大量煤炭燃烧，是二氧化硫、氮氧化物和烟尘等大气污染的重要来源。为保障国民经济的可持续发展和居民生活质量的稳步提升，加快转变能源和电力发展方式，统筹考虑东西部环境承载能力，在全国范围内优化配置环境资源已成为建设生态文明和美丽中国的现实而紧迫需要。

从中长期来看，中国能源消费仍将以煤炭为主，煤电在全国电源结构中仍将保持较高比例。发展特高压输电，推动清洁能源发展里煤电布局优化，在全国范围内优化配置能源、环境等资源，可以带来多方面的环境效益。

（1）发展特高压电网可以推动国家清洁能源开发目标实现及清洁能源的高效利用。2020年，全国跨省跨区风电输送规模将超过100WG，占全国风电开发规模的一半以上，特高压电

措施，虽然在一定程度上可以暂时控制短路电流水平，但是将削弱电网结构，在一定程度上影响系统安全和供电可靠性。例如，华东长三角地区电网密集，已有接近30%的发电厂和变电站500KV短路电流超限,严重制约了电网的发展,通过发展更高一级电压等级的电网，可为解决500KV电网短路电流超限问题创造条件，提高电网运行的灵活性和可靠性。

土地资源是人类赖以生存和发展的物质基础，在经济发展和工业化进程中，中国可利用的土地资源呈急剧下降趋势，人均土地占有面积不到世界水平的三分之一，可开发的后备土地资源不足，随着人口的不断增长，工矿、交通、城市建设用地不断增加，土地资源紧张的形势日益严峻，节约土地资源，提高土地利用效率日益重要。

输煤是一种传统的能源输送方式，在能源输送体系中长期占有较大比重，2012年中国煤炭消费总量37.4×108t，其中电煤20×108t，占53%；全国铁路煤炭发运量22.6×108t，公路外运超过4×108t。

长期以来，基于分省自我平衡为主的电力发展思路，以及煤炭供应越来越依托晋陕蒙宁新等西部和北部地区的生产和供应格局，导致“远距离、大规模、多环节”地将西部和北部地区的煤炭“搬运”至东中部地区的煤炭运输状况，致使近年来煤电运紧张状况反复出现，成为不断困扰东中部地区电力稳定供应的主要因素。

未来随着东中部地区煤炭资源的逐渐枯竭，煤炭生产建设重点逐步西移、北移，煤炭运输距离将越来越远，规模将越来越大，中国未来较大的能源输送需求为输煤和输电的发展提供了广阔的空间，发展特高压输电并不是取代铁路运输，输煤输电应当各有侧重，合理分工，优势互补，协调发展。“输煤输电并举、加快发展输电”是解决中国煤电运综合平衡难题的关键举措，对于提高能源生产、转换、输送和利用效率，优化利用全国环境资源，增强能源供给的安全性意义重大。

操作过电压、可听噪声、无线电干扰、变电站内电场、设备安装、运输和检修等方面的广泛试验。1978年开始建设从伊塔特到新库涅茨克长270km的工业试验线路，并进行了各种特高压输电设备的现场考核试验，同时还建设了拥有3×1200KV，10-20A串级试验变压器和1000KV冲击发生器的特高压试验基地，1985年后该工业试验线路成为埃基巴思图兹至西伯利亚的1150KV特高压输电线路的一部分。

美国电力公司（AEP）和通用电力公司最早于1974年开始在匹茨费尔德的特高压输电技术研究试验站进行可听噪声、无线电干扰，电晕损失和其他环境效应的实测。美国邦纳维尔电力局从1976年开始在莱昂斯试验场和莫洛机械试验线段上进行特高压输电线路机械结构研究，并进行了电晕和电场研究，生态和环境研究、操作和雷电冲击绝缘研究等，美国电力研究院

（EPRI）于1974年建设了1000-1500KV三相试验线段。通过该线段的运行获取了电磁环境指标，并开展了铁塔的安装试验、特大型变压器的设计和考核的试验研究，取得了丰富的研究成果。

日本于1972年启动了特高压输电技术的研究开发计划。电力中央研究所（CRIEPI）、东

分裂导线的动力特性研究和12分裂导线的空气动力研究。

乌克兰也是世界上少数具有开发超特高压设备能力的国家之一，其扎布罗热变压器研究所的主要工作包括开展科研设计工作，开发新产品，设计工装设备及研究生产工艺，制造样品和少量产品，电气设备试验，研究并提出国家标准，产品认证和咨询服务。其进行过的重要产品开发和实验项目有±750KV、320MVA变压器，平波电抗器，隔离开关，750KV并联电抗器，667MVA、1150/500kv自耦变压器，1800/500KV自耦变压器模型，750-1800KV套管，直流600KV脉冲装置，220-500KV 中性点套管，750KV及以下电磁式电流互感器，500KV及以下电磁式电压互感器，750KV电容式电压互感器。

多年来各国开展的一系列特高压输电关键技术和设备制造研究探索工作，为后续特高压输电技术的发展和应用奠定了一定的基础，技术问题已不是特高压输电发展的限制性因素，大规模、远距离电力输送是推动特高压输电技术应用的主要动力，同时还要依托各国的国情，苏联、日本等国后期由于用电负荷增长缓慢，对

大容量、远距离输电的需求减弱，从而导致特高压输电工程暂时搁置或延期，或是降压运行，而美国和意大利等国都是由于技术储备的需求，而不是实际负荷的需要。

交流输电线路的等值线路由电阻、电抗、电导和电纳组成，这部分内容将在第二章中做详细的讲解。其中电感对正弦交流电的阻碍作用，叫做感抗，电感元件的

阻抗就是感抗，(X L=wL=2πfL)，它和角速度（频率）、线路长度都成正比。当

w=0时X L=0，所以电感具有阻止交流电而让直流电顺利通过的特性，在直流输电中不需要考虑，交流输电线路的输电能力与电网结构、交流输电线路在电网中所处的位置、运行方式等因素有关，其输电能力取决于线路两端的短路容量比和输电线路距离。

直流输电工程主要以中间不落点的两端工程为主，可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照送、受端运行方式变化而改变潮，流潮流方向和大小均能方便的进行控制。研究结果表明，从经济和环境等角度考虑，高于±600KV的特高压直流输电是远距离、大容量输电的优选方式，但高压直流输电必须依附于坚强的交流电网才能发挥作用。

交流与直流都是电网的组成部分，在电网中的应用各有特点，两者相辅相成：电网的发展不能单纯依靠直流输电，需构建交流、直流相互支撑的坚强电网。直流输电适用于超过直流经济等价距离的远距离点对点，大容量输电：“背靠背”直流输电技术主要适用于不同频率的

相辅相成，互为补充。

直流输电的稳定性能与受端电网电气强弱有关，其强度可用直流输电换流站的短路比（SCR）来表征，SCR定义为换流站交流母线短路容量与直流输电额定功率之比，直流系统的控制在大多数交流和直流之间的相互作用中起着重要的作用，因此在评估交流系统强弱时必须考虑控制的作用。

对于受端电网多回直流集中馈入、整流侧采用定功率控制的工况，当逆变站附近交流线路发生三相短路故障时，整个受端交流系统先后承受直流输入有功功率下降和无功功率吸收瞬时

在中国建设以特高压电网为骨干网架，以智能化技术覆盖各个环节的“三华”坚强智能同步电网，形成“强交强直”的交直流混合输电格局，电网结构将更加合理。特高压电网承载能力强，能够实现电力大容量、远距离输送和消纳，能够保

证系统安全运行，具有抵御各种严重事故的能力，坚强智能的特高压交直流混合电网，不仅是电能输送的载体，而且是现代能源综合运输体系的重要组成部分，成为结构坚强、功能强大的资源优化配置平台，其安全可靠水平和抵御严重事故的能力大幅提升。