1000kv特高壓交流試驗示范工程建設(shè)方案選擇

0大電網(wǎng)、大用電、三大基地的發(fā)展現(xiàn)狀通過建設(shè)高壓電網(wǎng)，可以顯著提高遠(yuǎn)程供電的效率，減少供電損失，降低供電成本，促進大型供電基地、大型供電基地和大型能源基地的建設(shè)，優(yōu)化能源生產(chǎn)，促進經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展。同時,特高壓輸變電工程的建設(shè)也可以促使我國電力設(shè)計、制造、施工水平實現(xiàn)飛躍。1試驗和示范工程的目的和主要原則建設(shè)交流特高壓試驗示范工程的首要目的是驗證和掌握特高壓輸電技術(shù),考核設(shè)備,獲取運行經(jīng)驗,為今后特高壓電網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。1.2特高壓系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)自主創(chuàng)新原則:交流特高壓輸電技術(shù)屬于國際前沿技術(shù),前蘇聯(lián)、日本均是結(jié)合本國實際制定自身的特高壓技術(shù)路線。我國發(fā)展交流特高壓需要引進和消化吸收國外的先進技術(shù),結(jié)合我國國情和電網(wǎng)特點,走自主創(chuàng)新之路。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一原則:要以試驗示范工程為依托,建立統(tǒng)一的特高壓技術(shù)規(guī)范和運行標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)工程驗證后加以推廣。規(guī)模適中原則:受設(shè)備供貨、投資額、建設(shè)工期等條件約束,特高壓試驗示范工程的規(guī)模不宜過大;但從發(fā)揮試驗、示范功能的角度看,工程規(guī)模也不宜過小。我國特高壓電網(wǎng)將用于遠(yuǎn)距離大容量輸電,長距離特高壓系統(tǒng)存在充電功率大、過電壓控制困難以及潛供電流影響等特殊問題。為驗證解決上述問題的技術(shù)措施,試驗示范工程的線路長度應(yīng)在500~700km左右較為合適。2技術(shù)方法2.1尊重客觀規(guī)律，尊重國家能源開發(fā)戰(zhàn)略發(fā)展特高壓輸電技術(shù),應(yīng)符合“加強電網(wǎng)建設(shè),擴大西電東送規(guī)?！钡陌l(fā)展趨勢,為今后大規(guī)模應(yīng)用積累有價值的經(jīng)驗。2.2該系統(tǒng)方案合理，有利于發(fā)揮特殊電壓損失的作用試驗示范工程選擇應(yīng)符合特高壓電網(wǎng)發(fā)展方向,成功后能夠迅速轉(zhuǎn)入商業(yè)化運行,有效發(fā)揮輸電和聯(lián)網(wǎng)效益。2.3系統(tǒng)運營靈活，滿足試驗要求試驗示范工程運行初期要能對變電站及線路設(shè)備進行各種工況考核,不要因啟停、參數(shù)調(diào)整、突發(fā)故障而給系統(tǒng)帶來較大的沖擊。2.4特高壓技術(shù)應(yīng)滿足的要求發(fā)展特高壓電網(wǎng),不僅應(yīng)充分利用國內(nèi)外已有的技術(shù)和研究成果,還要結(jié)合我國電網(wǎng)特點,搶占特高壓技術(shù)的制高點,達到全電壓、大負(fù)荷的試驗要求,并以大負(fù)荷帶電考核為重點。2.5主設(shè)備可靠性驗證特高壓輸變電在我國是一項全新的技術(shù),試驗示范工程必須能夠綜合評價特高壓輸變電的技術(shù)風(fēng)險,有效驗證各種類型變壓器、斷路器、線路等主設(shè)備的可靠性、絕緣水平以及適用各種氣候和污穢環(huán)境的能力。2.6系統(tǒng)運行條件為考核各種電氣設(shè)備的設(shè)計和制造質(zhì)量,試驗示范工程應(yīng)最大限度地提供較為嚴(yán)酷的系統(tǒng)運行條件,包括工頻過電壓、操作過電壓、工作電流和短路電流等,以便暴露設(shè)備可能存在的缺陷。3交流特高壓輸電工程概況根據(jù)交流特高壓試驗示范工程建設(shè)的原則和技術(shù)路線,結(jié)合我國未來交流特高壓技術(shù)的工程應(yīng)用,提出3個交流特高壓工程初步方案供比選研究。晉東南-南陽-荊門交流特高壓輸電工程,該工程起點山西晉東南、落點湖北荊門、中間經(jīng)河南南陽開關(guān)站,線路全長654km,擬全壓運行?；茨?上海交流特高壓輸電工程,該工程起點安徽淮南、落點上海、中間經(jīng)蕪湖、浙北2變電站,線路全長2×655km,擬全線全壓或部分線路全壓運行。四川水電外送交流特高壓輸電工程,該工程起點四川樂山、落點湖北荊門,中間經(jīng)重慶、恩施,初期樂山-重慶全壓運行,重慶-恩施-荊門降壓500kV運行。線路全長約1000km,其中全壓運行線路約300km。從電網(wǎng)發(fā)展來看,上述3個交流特高壓輸電工程均符合我國能源發(fā)展戰(zhàn)略,是我國未來特高壓電網(wǎng)的重要組成部分。而選擇哪一個作為試驗示范工程,需要按照試驗示范工程建設(shè)的原則和技術(shù)路線,從系統(tǒng)運行條件、工程建設(shè)條件、滿足試驗示范需要和風(fēng)險評估等方面進行綜合比較分析。3.1工程運行方式晉東南-南陽-荊門交流特高壓輸變電工程,連接華北和華中兩大電網(wǎng),有利于水火調(diào)劑,可實現(xiàn)南北互供、雙向輸送,最大輸送潮流可達300萬kW,有利于考核設(shè)備承受大負(fù)荷、過電壓能力等。淮南-上海交流特高壓輸變電工程運行方式與淮南煤電開發(fā)進度密切相關(guān)。工程全壓運行的情況下,輸電能力較大,可達580萬kW,但淮南地區(qū)難以建成足夠的新增電源與其協(xié)調(diào)。如淮南-蕪湖單回1000kV線路全壓運行,其余線路降壓500kV運行,當(dāng)采用點對網(wǎng)方式,最大輸送能力僅有180萬kW;當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)運行時,特高壓線路上的潮流較小,最大僅有160萬kW。該工程還存在潮流只能單方向輸送,潮流大小不易調(diào)節(jié)等不利情況。四川水電外送交流特高壓輸變電工程,初期主要是滿足四川水電外送的,受與500kV電網(wǎng)并聯(lián)運行的約束,特高壓線路潮流僅為180萬kW左右,且潮流為單方向,不利于考核設(shè)備。3.2特高壓線路運輸方案三個工程均選定了交通、地形、地質(zhì)條件合適的站址和線路路徑,其中,晉東南-南陽-荊門和淮南-上海交流特高壓輸變電工程,已取得部分站址和路徑協(xié)議;大件設(shè)備運輸采用公路、鐵路、水路等運輸方案,均是可行的。工程建設(shè)條件均不存在難以克服的技術(shù)困難。3.3對設(shè)備考核要求嚴(yán)格晉東南-南陽-荊門特高壓輸電工程線路較長、負(fù)荷重,接近過電壓限制的線路允許最大長度,需要在線路上安裝大容量高壓并聯(lián)電抗器、高性能避雷器,采用帶合閘電阻的斷路器,與我國未來特高壓輸電的技術(shù)路線是一致的?？蓪μ馗邏汗こ痰木€路、變壓器、高壓電抗器、斷路器、GIS設(shè)備、避雷器、電壓互感器、電流互感器、絕緣子等特高壓設(shè)備在工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓、雷電過電壓、甩負(fù)荷過電壓、短路電流、投切低壓電容器、投切低壓電抗器和投切空載線路等條件下的技術(shù)性能進行全面充分的考核。此外,晉東南-南陽-荊門試驗示范工程有2個變電站和1個開關(guān)站,可采用GIS、AIS和HGIS等多個方案,對各類設(shè)備的考核全面,有利于充分發(fā)揮試驗示范工程的作用?；茨?蕪湖-浙北-上海1000kV輸變電工程,由于系統(tǒng)運行條件不如晉東南-南陽-荊門試驗示范工程苛刻,且4個1000kV變電站受土地資源限制均推薦采用GIS方案,因此,對設(shè)備考核不如晉東南-南陽-荊門工程,同時,同桿并架線路也增加了試驗示范工程的技術(shù)難度。四川水電外送交流特高壓輸變電工程,受與500kV并聯(lián)運行限制,無法對設(shè)備進行大負(fù)荷下的全面考核,作為試驗示范工程也不如晉東南-南陽-荊門工程。3.4在電網(wǎng)運營時,要注意風(fēng)險晉東南-南陽-荊門交流特高壓輸變電工程的兩端都通過500kV線路與當(dāng)?shù)?00kV電網(wǎng)相連。因此,若該工程投運初期不能完全正常運行,晉東南電源可以通過與華北電網(wǎng)的聯(lián)系就地消納;湖北電網(wǎng)可通過啟動備用容量,避免出現(xiàn)缺電情況,對華北和華中兩大電網(wǎng)的影響較小。如特高壓示范工程投入運行時晉東南電源尚未投運,也可以通過與華北電網(wǎng)的聯(lián)系,組織華北電網(wǎng)的電源,通過特高壓輸電系統(tǒng)向華中送電,從而達到試驗示范的目的。因此,晉東南-南陽-荊門交流特高壓輸變電工程風(fēng)險較小?；茨?上海交流特高壓輸變電工程在電網(wǎng)中替代的是華東電網(wǎng)原規(guī)劃的皖電東送500kV大通道,工程建設(shè)規(guī)模大、功能明確。在試驗示范期間,一旦出現(xiàn)無法預(yù)見的故障導(dǎo)致較長時間不能正常運行,將影響到淮南電源的外送。因此淮南-上海交流特高壓輸變電工程作為試驗示范工程,其抗風(fēng)險性不如晉東南-荊門工程。樂山-重慶交流特高壓輸變電工程承擔(dān)著四川水電的外送任務(wù),當(dāng)特高壓線路因故障而不能正常運行時,影響四川水電外送能力。綜上所述,按照試驗示范工程定位和所要達到的目的,三個交流特高壓試驗示范工程,首選晉東南-南陽-荊門輸變電工程作為交流特高壓試驗示范工程優(yōu)勢明顯,科學(xué)、合理。410為其他科研項目制訂更多的設(shè)計方案1000kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗示范工程包含晉東南、荊門2座變電站和南陽1座開關(guān)站,是1000kV級變電站主要設(shè)計原則研究的依托工程。通過對1000kV級交流輸電系統(tǒng)變電站工程設(shè)計技術(shù)原則研究,逐步完善變電站的一次設(shè)計方案,供其他科研項目開展進一步的科研工作,為制訂交流特高壓變電站設(shè)計規(guī)范創(chuàng)造條件。1000kV級交流輸電系統(tǒng)變電站工程設(shè)計技術(shù)原則研究主要包括如下內(nèi)容:變電站電氣主接線研究;變電站設(shè)備選型研究;母線及引線形式研究;變電站各種空氣間隙研究;變電站絕緣配合研究;變電站配電裝置型式研究;絕緣子串選型研究;構(gòu)架結(jié)構(gòu)及設(shè)計研究。1000kV級交流輸電系統(tǒng)變電站工程設(shè)計技術(shù)原則研究,可借鑒國內(nèi)、國外的有益經(jīng)驗,根據(jù)各種系統(tǒng)規(guī)劃的規(guī)模、容量,結(jié)合設(shè)備選型,提出電氣主接線基本接線方案、可選接線方案;對設(shè)備選型提出推薦方案以及可選方案;確定變電站設(shè)備絕緣水平、變電站最小空氣間隙、帶電導(dǎo)體距地面最小高度;提出變電站配電裝置布置選型意見。4.1.2基礎(chǔ)試驗研究1000kV變電站絕緣配合是特高壓變電站設(shè)計、設(shè)備制造及試驗的前提。研究結(jié)果將直接應(yīng)用于工程建設(shè),確保特高壓輸變電工程的可靠性、先進性、經(jīng)濟性目標(biāo)的順利實現(xiàn)。1000kV變電站絕緣配合研究在國外起步較早,具有較多的經(jīng)驗;我國750kV輸變電工程的實施,為1000kV變電站絕緣配合研究積累了寶貴經(jīng)驗。武漢高壓研究所、中國電力科學(xué)研究院進行了必要的計算和試驗工作。1000kV變電站絕緣配合的關(guān)鍵點、難點如下:4.1.3空氣間隙的放電特性隨著間隙形狀的不同而有較大差異。為了模擬變電站中帶電體之間或者帶電體對地的實際形狀或者相對位置進行放電試驗研究(即所謂的真型試驗),而正確確定真型試驗?zāi)Ｐ鸵彩茄芯康碾y點之一。4.1.4科學(xué)地確定空氣間隙上過電壓的統(tǒng)計數(shù)值,計算變電站中導(dǎo)體的最小空氣間隙距離,確保變電站的安全運行。4.2特高壓輸電技術(shù)中主接線方案的確定研究并確定主接線方案具有深遠(yuǎn)的意義,并且對大電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定、繼電保護控制電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置方式的擬定有著較大的影響。我國目前330~500kV超高壓配電裝置采用的主接線有雙母線三分段或四分段帶旁路母線,3/2斷路器接線,變壓器-母線組接線和3~5角形接線。近年來500kV變電站一般采用3/2斷路器接線,當(dāng)線路、變壓器等連接單元總數(shù)較少時也采用其他接線形式。750kV特高壓示范工程采用3/2斷路器接線。1000kV特高壓輸變電技術(shù)中的主接線方案正處于前期研究中,無正式主接線方案成功投運實例。從國外特高壓輸變電領(lǐng)域的實驗和發(fā)展現(xiàn)狀來看,日本推薦1150kV特高壓變電站接線采用雙母線雙分段接線,前蘇聯(lián)采用的是4/3斷路器接線(樞紐變電站)、3/2斷路器將母線-變壓器組與線路相接接線、混合接線(中間變電站)等接線方式。歐美發(fā)達國家在上世紀(jì)也對特高壓作了大量的研究工作,南美洲的765kV特高壓變電站接線一般采用雙斷路器接線。根據(jù)可靠性指標(biāo),考慮最優(yōu)方案的結(jié)論如下:遠(yuǎn)景接線方案中,若經(jīng)濟投資允許,首先推薦可靠性指標(biāo)最好的雙斷路器接線方案;若經(jīng)濟投資受限,推薦4/3斷路器接線、3/2斷路器接線方案作為優(yōu)選方案;若同時考慮本期方案的可擴建特性和高可靠性,推薦3/2斷路器接線方案作為優(yōu)選方案。本期接線方案中,如果經(jīng)濟投資允許,推薦采用與遠(yuǎn)景方案對應(yīng)的完整斷路器串的本期接線方案;如果經(jīng)濟投資受限,可以考慮變壓器通過隔離開關(guān)直接連接母線的過渡接線方案。晉東南-南陽-荊門1000kV交流特高壓試驗示范工程是我國發(fā)展特高壓輸電的起步工程。晉東南變電站1000kV本期為“雙元件雙斷路器”的過渡接線,并留有遠(yuǎn)景發(fā)展為“雙斷路器+3/2斷路器”混合接線的可能;南陽開關(guān)站1000kV本期為“雙元件雙斷路器”的過渡接線,遠(yuǎn)期暫按“雙斷路器”接線考慮;荊門變電站1000kV本期為“雙元件雙斷路器”的過渡接線,遠(yuǎn)景為“雙斷路器或3/2斷路器”接線。4.3研究設(shè)備設(shè)備的選擇變電站設(shè)備選型的確定為配電裝置型式研究打下基礎(chǔ),同時對變電站各項經(jīng)濟指標(biāo)有很大影響。前蘇聯(lián)主變單相容量為667MVA,日本為1000VA。我國的特變電工和保變已研制完成1000kV的試驗變壓器。對于特高壓并聯(lián)電抗器,前蘇聯(lián)已生產(chǎn)出容量為300MVA的并聯(lián)電抗器,但可控電抗器目前尚無生產(chǎn)和運行經(jīng)驗。前蘇聯(lián)開關(guān)設(shè)備為AIS,采用12(10)斷口壓縮空氣斷路器;目前ABB、SIMENS公司均有800kV級敞開式產(chǎn)品運行經(jīng)驗。日本的三菱、東芝、日立公司均有生產(chǎn)1000kV電壓等級GIS的經(jīng)驗。設(shè)備選型研究的關(guān)鍵和基礎(chǔ)是對設(shè)備容量的要求,結(jié)合國內(nèi)外設(shè)備生產(chǎn)廠家的科研、制造、試驗?zāi)芰?同時考慮變電站大件運輸條件,對設(shè)備容量要求進行歸納、總結(jié),選擇并提出變電站變壓器、電抗器的容量系列、開關(guān)類設(shè)備的短路水平系列。變電站設(shè)備可靠性水平和設(shè)備制造水平及費用、變電站的占地面積,也是研究的關(guān)鍵和難點。特高壓系統(tǒng)中設(shè)備的絕緣成本相當(dāng)高,因此在確保變電站安全運行的前提下,將特高壓輸變電系統(tǒng)的絕緣配合研究課題與設(shè)備生產(chǎn)廠家的制造、試驗?zāi)芰ο嘟Y(jié)合,合理地選擇設(shè)備絕緣水平是研究的難點之一。特高壓并聯(lián)電抗器能否采用可控硅方式進行投切也是研究的難點之一。特高壓交流試驗示范工程中,1000kV主變壓器采用單相、自耦、中性點無勵磁調(diào)壓、強迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器。變壓器總體外部結(jié)構(gòu)采用獨立外置調(diào)壓變方式,即變壓器本體與調(diào)壓變分箱布置型式,額定容量為3×(1000/1000/334MVA),第三繞組額定電壓為110kV,本期考慮備用一臺主變壓器。1000kV并聯(lián)電抗器采用單相油浸鐵芯式、自然油循環(huán)風(fēng)冷電抗器,額定容量為3×320Mvar(晉東南變)、3×240Mvar(南陽變)、3×200Mvar(荊門變),本期考慮備用一臺電抗器。晉東南變電站1000kV配電裝置電氣一次設(shè)備采用SF6氣體絕緣金屬封閉型組合電器(GIS);1000kV高壓并聯(lián)電抗器回路電氣一次設(shè)備、1000kV線路出口及主變壓器1000kV側(cè)避雷器和電壓互感器采用常規(guī)敞開式設(shè)備。南陽開關(guān)站、荊門變電站1000kV配電裝置電氣一次設(shè)備采用母線敞開型SF6氣體絕緣金屬封閉型組合電器(HGIS);1000kV母線設(shè)備、1000kV高壓并聯(lián)電抗器回路電氣一次設(shè)備、1000kV線路出口及主變壓器1000kV側(cè)避雷器和電壓互感器采用常規(guī)敞開式設(shè)備(AIS)。軟導(dǎo)線采用四分裂導(dǎo)線,型號為4×JLHN58K-1600,設(shè)備間連線采用管母線,型號為6063G-T10-D200/180,對應(yīng)斷路器額定電流4000A。4.4試驗示范工程變電站配電裝置型式研究課題為工程建設(shè)的各個階段如規(guī)劃選站、工程選站、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計等提供內(nèi)容、深度不同的研究結(jié)論和建議。配電裝置型式研究的關(guān)鍵和基礎(chǔ)包括變電站安裝、運行及檢修的適應(yīng)性問題,開關(guān)設(shè)備、主變壓器及避雷器型式選擇與