特高压和超高压交流输电经济优选分析

特高压和超高压交流输电经济优选分析

王昊宇方杰

(内蒙古电力（集团）有限责任公司乌海超高压供电局内蒙古乌海016000)

摘要：在21世纪我国各项的经济发展中，我国电网的需求量不断加大，特高压交流输电和超高压交流输电是电力输送的两种重要方式。根据交流输电系统等值数学模型构建出满足同等输电能力的特高压和超高压交流输电方案，在此基础上计算出不同情境下各输电方案的全寿命周期成本大小，并分析了额定输送容量、输送距离、负载率、建设投资等参数变化对经济优选的影响。

关键词：特高压；超高压；交流输电

引言

我国幅员辽阔，能源资源蕴藏与电力需求呈逆向分布，其中三分之二的水资源在西南，三分之二的煤炭资源在西北，风电和太阳能等可再生能源也主要分布在西部、北部，而三分之二以上的电力需求则来自资源相对匮乏的东部和中部地区。能源资源与电力需求分布的不平衡状况，客观上要求对能源进行大范围内的优化配置。特高压交流输电和超高压交流输电是对能源进行优化配置，满足电力需求的两种重要方式。本文在交流输电系统等值数学模型的基础上构建出满足同等输电能力的特高压和超高压交流输电方案，计算出不同情境下各输电方案的全寿命周期成本大小，并分析了额定输送容量、输送距离、负载率、建设投资等参数变化对经济优选的影响，得出不同情境下的特高压和超高压经济优选结果。这对提高我国电网运行的整体经济性，推动电力系统合理有序健康发展有积极意义。

1特高压电网概念

交流输电电压一般分为高压、超高压和特高压。超高压（EHV）国际上定义为330千伏及以上、1000千伏以下的电压，特高压（UHV）交流定义为1000千伏电压，特高压直流±600千伏以上电压。就我国而言，超高压为330千伏、500千伏、750千伏电压，特高压交流为1000千伏电压，特高压直流为±800千伏电压。特高压电网建成后，将形成以1000千伏交流输电网和±800千伏电压直流系统为骨干网架的，与各级输配电网协调发展的、结构清晰的现代化大电网。此输变电工程符合我国能源流向，工程建成后，通过严格试验和运行考核，完全有条件转入商业化运行，成为我国能源输送的一条重要通道。本输变电工程是具有重大经济和社会效益的。

1.1特高压电网的经济性

输变电工程的经济性主要包括建设成本（即一次投资）、运行成本、维修成本和可靠性成本（即输变电工程投入运行后的强迫停运造成的经济损失）。经济性指标可以用寿命周期成本来表示。所谓寿命周期成本是指输变电工程在其整个经济寿命周期内所应支付的总费用。由建设成本、运行成本、维护成本、故障停运和维护停运造成中断输电的可靠性成本四部分组成。

1.2输电能力强

一回1000千伏特高压输电线路的送电能力接近500万千瓦，约为500千伏输电线路（88.5）的五倍左右。±800千伏直流特高压(4kA)输电能力可达到640万千瓦，是±500千伏高压直流(3kA)的2.1倍，是±620千伏高压直流的1.7倍。

2超高压交流输电技术特征

2.1电压等级和回路选择

超高压电网的等级一般在330kV以上，1000kV以下。在20世纪70年代中期，我国引进了一些电气设备，并参照国外的电压要求，确定超高压电网的等级为500kV。通常情况下，在选择超高压电网的回路时，是结合实际的装机进度和负荷增长情况，并按照多回路规划，在减小成本的基础上进行选择。一般来说，初期网架比较薄弱，所以为了减少回路故障的发生，提高系统的安全可靠性，多使用单回路设计方案。但是由于电网铺设的范围很广，导致线路回路很多，所以这时为了有效的利用资源，减少成本开销，通常采用双回路同塔方案。

2.2输配电设备

目前，我国生产500kV输变电设备的技术和能力已达到国际领先水平，尤其是电力变压器的研究，不仅研制出了超高压大容量的节能电力变压器，还能减少电能损耗，具有很好的销售市场。据调查，在500kV超高压线路建设中，我国自行研制的电力变压器已经占市场全部电力变压器的40%左右。研究的高压并联电抗器一开始主要用于330kV超高压线路建设中，随着经验的积累以及国外技术的引进，目前已经试制出了500kV高压并联电抗器。这种高压并联电抗器的使用，不仅能消除局部过热的影响，还能降低漏磁和损耗，大大提高设备的性能。

3特高压输电与超高压输电的比较

3.1输送量和距离的比较

首先，自然功率是交流输电线路送电能力的一项重要指标，与电压平方成正比，该阻抗与波阻抗成反比。1000千伏交流线路的电压是500千伏线路的1倍，波阻抗一般较低，因此输电能力大幅度提高，自然功率约为500千伏线路5倍，一回1000千伏特高压输电线路的送电能力接近500万千瓦，约为500千伏输电线路（88.5）的五倍左右。±800千伏直流特高压（4kA）输电能力可达到640万千瓦，是±500千伏高压直流（3kA）的2.1倍，是±620千伏高压直流的1.7倍。其次，电网中两节点之间的电气距离可以归算到某一电压等级的等效串联阻抗值来表示，与线路电压平方成正比，与线路长度及单位长度阻抗成正比。电气距离越短，说明电气联系越紧密，稳定水平越高。采用1000千伏交流特高压输电，其电气距离不到同长度不到通畅度500千伏输电线路的1/4，在输送相同功率的情况下，1000千伏特高压输电线路的最远送电距离约为500千伏线路的四倍。采用±800千伏直流输电技术使得超远距离的送电成为可能，经济输电距离可以达到2500公里及以上。

3.2同等距离相同输电经济比较

国内外大量研究成果表明，远距离、大容量输电时直流输电相对于特高压交流输电更具经济性。短距离输电时，由于特高压交流输电1000kV变压器以及输电线路造价昂贵，其同等输送容量投资也远高于超高压交流，特高压交流输电经济性相对较差。因此，本文选取500km的中等输电距离送电10000MW方案对特高压交流与超高压交流输电的经济性开展比较分析。为充分体现交流特高压输电能力大的优势，特高压交流选用输电能力强的送端电源接入1000kV输电方案。计算分析表明，特高压交流输电方案双回输电线路，且每回线路均加装65%的串联补偿装置，可以满足输送10000MW电力的要求;超高压交流输电方案则需四回500kV线路，且每回线路均需加装60%的串联补偿装置，参考电网工程限额设计控制指标，对特高压交流与超高压交流输电方案投资估算，特高压交流方案由于1000kV变压器及输电线路造价较高，投资高达225.6亿元，远高于500kV超高压交流方案的90.02亿元，超高压交流输电方案经济性优势明显。

结语

本文在交流输电系统简化模型的基础上，对特高压交流与超高压交流的输电能力进行了研究。并以送、受端同样系统强度下相同输电距离且输送同等容量电力为例，对比分析了特高压交流输电与超高压交流输电的经济性。研究表明:①当输电电压等级和输送距离给定时，交流输电能力主要取决于两端系统的电气强度，两端系统越强，则输电能力越强。理想情况下，若SCR小于5，则输送距离达到400km时，输送能力已下降到接近于线路的自然功率。②对于点对网输电，在相同的输电距离情况下，电厂通过接入1000kV送出的特高压交流输电方案，其最大输电能力是500kV超高压交流输电方案的2.37～3.79倍。③对于网对网输电，送端电厂全部接入500kV电网再升压到1000kV的特高压交流输电方案，当输电距离低于500km时，其最大输电能力是超高压的1.76～2.08倍，600km以上时是超高压的2.42～3.01倍;送端外送电厂直接接入1000kV的特高压交流输电方案，当输电距离低于500km时，其最大输电能力是超高压的2.97～3.56倍，600km以上时是超高压的4.13～4.71倍。④中距离输电时，以输电距离500km为例，在送、受端系统强度相同情况下输送10000MW电力，超高压交流方案需投资90.02亿元，远低于特高压交流的225.6亿元，超高压交流输电经济性优势明显。

参考文献:

［1］周浩，钟一俊.特高压交、直流输电的适用场合及其技术比较［J］.电力自动化设备，2007，27(05):6－12，39.

［2］赵彪，史雪飞，孙珂，等.特高压输电经济性实例分析［J］.中国电机工程学报，2009，29(22):8－11.