特高壓電網的系統(tǒng)特性

特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性遠距離輸電線路的輸電能力與輸電電壓平方成正比，與線路阻抗成反比。一般來說，1000kV（或1100kV）的輸電能力為500kV輸電能力的4倍以上，產生的容性無功約為500kV輸電線路的4.4倍以上特高壓輸電線路輸送功率比較小的時候，將使送、受端系統(tǒng)的電壓升高。為抑制特高壓的工頻過電壓，需要在線路兩端并聯(lián)電抗器，以補償線路產生的容性無功。特高壓輸電線路帶重負荷情況下，將從送、受端吸收大量的無功功率。輕負荷與重負荷兩種情況下需要的無功相差很大。

2004-12-141特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓輸電線路參數特性輸電線路的基本電氣參數是電阻（R）、電感（L）、電容（C）和電導（G），它們決定了輸電線路和電網的特性。電阻主要影響線路的功率損耗。電導代表絕緣子的泄漏電阻和電暈損失，也要影響功率損耗，泄漏和電暈功率損耗與電阻功率損耗相比，通常要小得多。電感是決定電網潮流，即有功和無功分布的主要因素，影響輸電線路的電壓降落和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。線路電容（線間電容和線對地電容）在交流電壓作用下使線路產生交流充電和放電電流，稱為電容電流。輸電線的電容電流不僅影響輸電線的電壓降落，也影響輸電效率和電力系統(tǒng)的有功和無功分布。

2004-12-142特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性在超高壓、特高壓輸電線中，通常采用分裂導線。目的是為了減少電暈對環(huán)境的影響，使電流在導線內盡可能均勻分布，充分利用導線截面，降低線路電阻。導線分裂結構特高壓輸電線路電抗和容抗的影響:相導線截面積大致相同時，不同分裂導線結構，包括子導線間距或分裂導線直徑對電抗和容抗的影響見下表。2004-12-143特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性導線分裂結構對輸電線路電抗的影響子導線數總截面（mm2）分裂間距（cm）分裂導線直徑（cm）XLΩ/kmXL標幺值12515

0.5561.002254445450.4330.783262545520.3900.704254445650.3570.6462392

920.3190.5782400

1020.2580.47122539

1270.2150.39注：相間距離GD=14m。2004-12-144特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性導線分裂結構對輸電線路容抗的影響注：相間距離GD=14m。子導線數總截面（mm2）分裂間距（cm）分裂導線直徑（cm）XcΩ/kmXC標幺值12515

0.18881.002254445450.14960.793262545520.13560.724254445650.12520.6662392

920.11140.5982400

1020.10560.56122539

1270.0960.512004-12-145特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性分裂導線參數對特高壓輸電能力的影響分裂導線按照電暈特性及其限制條件選取時，分裂導線的截面將大于其經濟電流密度或熱穩(wěn)定極限選取的導線截面，特高壓輸電能力幾乎不受導線截面積的影響。每相子導線的數目，分裂導線直徑，子導線間距和相間距離直接決定電抗和容抗的大小，因而非常明顯地影響特高壓輸電能力。改變分裂導線參數，計算線路波阻抗，可以算出各種參數下的自然功率輸電能力，下圖為1100kV輸電能力與分裂導線各參數之間的關系。2004-12-146特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性分裂導線參數對特高壓輸電能力的影響1100kV線路輸電能力與分裂導線參數關系2004-12-147特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性分裂導線參數對特高壓輸電能力的影響從圖中曲線可以看出，保持子導線數和相間距離保持不變：分裂導線的直徑從0.8m到1.2m，輸電線輸電能力增加10%左右子導線數從6增加到10，輸電能力可增加5%左右；相間距離從25m減少到15m，其他保持不變，輸電能力可增加12%以上?？傮w來看，調整分裂導線的3個參數在合理的范圍，輸電能力可增加大約25%。2004-12-148特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓與超高壓線路參數比較特高壓線路基本電氣參數與超高壓線路的比較2004-12-149特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓與超高壓線路參數比較從圖中曲線可以看出，隨著線路額定電壓的升高，R和XL迅速減少，而電納卻快速增加。特高壓線路的損耗比超高壓線路小，容性無功大。特高壓輸電線路輸電特性

已知特高壓輸電線路參數，按照輸電線路的等值電路或按照輸電線路分布參數的電壓和電流方程可對特高壓輸電線路的輸電特性進行分析。2004-12-1410特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓輸電線路輸電特性特高壓輸電線路的功率損耗和電壓降落線路的有功損耗與輸送的有功和無功的平方成正比，與電壓平方成反比。因此，提高輸電線路電壓，在輸送相同功率情況下，能顯著減少線路有功損耗。減少線路的無功傳輸，可大大減少線路有功和無功損耗，提高線路運行的經濟性，減少受端并聯(lián)無功補償投資。線路等效電容產生的無功與電壓平方成正比。1100kV線路單位長度電納約為500kV的1.1倍以上。這樣，1100kV線路電容產生的無功約為500kV線路的5.3倍。1000kV線路電容產生的無功約為500kV線路的4.4倍。

2004-12-1411特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓輸電線路輸電特性超高壓-特高壓輸電線路功率損耗比較輸電線路電阻功率損耗與流過的電流平方成正比，與電阻值成正比。電阻上的功率損耗是輸電距離、導線的電阻率和電壓的函數。輸電線路流過的電流與電壓成反比，當輸送功率一定時，提高線路輸電電壓，可減少電流，從而顯著減少輸電線路電阻功率損耗。1000kV級輸電線路每km電阻值約為500kV的20%。兩個電壓等級的輸電線路流過相同電流，1100kV輸電線路電阻功率損耗僅為500kV線路的20%。1100kV線路波阻抗約為500kV線路的85%左右。在滿足穩(wěn)定條件下，單回1000kV輸電線輸送功率通常為500kV輸電線路的4倍以上。采用特高壓輸電能特別明顯地降低輸電線路電阻功率損耗。

2004-12-1412特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓輸電線路輸電特性特高壓輸電線路的功率損耗和電壓降落

超高壓-特高壓輸電線路功率損耗比較

此圖為線路長度161km的500kV和1100kV輸電線路電阻功率損耗與輸送功率的關系?？梢?，在輸送相同功率情況下，1100kV（或1000kV）輸電線的功率損耗為500kV輸電線路的1/16左右。2004-12-1413特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓輸電線路輸電特性有功功率與無功功率的輸送線路電容產生的無功和線路電抗消耗的無功損耗均是線路長度的函數，即線路長度增加，電抗的無功損耗和電容產生的無功都增加，反之亦然，特高壓輸電與超高壓輸電在輸送功率與無功的關系的變化規(guī)律是一樣的。由于特高壓線路電容產生的無功比超高壓大得多，1100kV線路產生的無功幾乎為500kV線路的6倍。因此，特高壓輸電的電壓無功調節(jié)難度要大。如下圖所示，輕負荷時線路的無功過剩很多，而重負荷時線路的無功過剩很少，并聯(lián)電抗器的補償需要可控方式。

2004-12-1414特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性凈無功功率與傳輸功率的關系

2004-12-1415特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓輸電線路輸電特性可控并聯(lián)電抗器的調節(jié)方式：線路輸送功率較小或空載時，補償容量處于最大值；隨著線路功率的增加平滑地減少補償容量，使線路電抗消耗的無功主要由線路電容產生的無功來平衡；當三相跳閘甩負荷時，快速反映增大補償容量，以降低線路運行在重負荷情況下限制工頻過電壓?？煽夭⒙?lián)電抗器的結構型式：連續(xù)可調式，分級調節(jié)式?？煽夭⒙?lián)電抗器的應用是特高壓輸電的特性所決定。2004-12-1416特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性并聯(lián)電抗補償對特高壓輸電線路無功特性的影響線路電容產生的無功與線路電壓和距離的關系2004-12-1417特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性超高壓和特高壓輸電能力的比較

超高壓—特高壓輸電能力與輸電距離的關系

2004-12-1418特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性超高壓和特高壓輸電能力的比較前圖是超高壓500kV、765kV和特高壓1100kV、1500kV輸電線的輸電能力隨輸電距離的變化曲線。在輸電線路輸電能力與發(fā)電機容量相匹配，升壓變壓器和降壓變壓器和發(fā)電機容量相匹配以及受端系統(tǒng)強度相同的情況下，一回1100kV輸電線路的輸電能力大約為500kV輸電能力的6倍。無論是超高壓，還是特高壓輸電，其輸電能力隨輸電距離的增加而減少。

2004-12-1419特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

變壓器參數與超高壓-特高壓輸電線路參數的比率超高壓-特高壓輸電線路接入電力系統(tǒng)有如下兩種可能的途徑或方法：（1）輸電線路直接將電廠接入受端電網，實現(xiàn)電廠點對點地分散接入受端電網。（2）輸電線路將送端系統(tǒng)與受端系統(tǒng)聯(lián)結，實現(xiàn)送端和受端系統(tǒng)的大容量送電和電網的互聯(lián)。無論采用哪種接入系統(tǒng)的方法，輸電線路兩端都必須有升壓變壓器和降壓變壓器，送端和受端的系統(tǒng)參數，這些參數將對輸電的功—角特性產生直接影響，對線路的輸送能力有著重要影響。2004-12-1420特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

變壓器參數與超高壓-特高壓輸電線路參數的比率

2004-12-1421特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

變壓器參數與超高壓-特高壓輸電線路參數的比率

由前表中數據可知，變壓器電抗是超高壓—特高壓輸電能力極為重要的限制因素。對于500kV和765kV小于250km輸電線路來說，變壓器電抗是限制輸電能力的主要因素，即在250km之內變壓器電抗大于線路電抗；對于1100kV輸電工程來說，變壓器電抗影響更大，其電抗值相當于350km左右的線路電抗。2004-12-1422特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

發(fā)電機參數與超高壓-特高壓輸電線路參數的比率大容量，如600MW及以上功率的發(fā)電機，一般經升壓變壓器組成單元式接線直接接到500kV母線，然后經升壓變電站母線和超高壓/特高壓升壓變壓器及特高壓輸電線向負荷中心即受端系統(tǒng)供電。發(fā)電機內部電抗等參數，隨著容量的增加有增加的趨勢。因此，在分析超高壓—特高壓輸電線路的輸電能力時，發(fā)電機內部電抗對輸電能力的影響受到關注。

2004-12-1423特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

發(fā)電機參數與超高壓-特高壓輸電線路參數的比率

由前表中數據可知，隨著輸電電壓的升高，發(fā)電機內部電抗對輸電能力的影響越來越大，對于中、短距離超高壓和特高壓輸電線路來說，和XT+XT2成為整個輸電工程限制輸電能力的主要因素。2004-12-1424特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

發(fā)電機（廠、站）接入方式大容量、特大容量發(fā)電機一般不是經特高壓升壓變壓器直接接入特高壓電網，而是經500kV升壓變壓器接入500kV升壓變電站母線，由母線匯集各發(fā)電機功率，然后由500kV/1100kV級升壓變壓器接入特高壓電網。或兩個電廠（站）經兩級變壓接入特高壓電網。受端系統(tǒng)強度、輸電線路回路數對特高壓輸電能力的影響下表列出了長度為500km的單回、雙回、三回1100kV輸電線路，在不同受端系統(tǒng)強度的輸電能力。兩個發(fā)電廠全部出力為9600MW，扣除廠用電10%，可向負荷中心輸送8640MW，計劃用三回1100kV特高壓線路輸送到500kV受端系統(tǒng)，從下表看出，按靜態(tài)穩(wěn)定限制，受端電網比較堅強（短路電流50kA）情況下，只能送7820MW。其原因是送端，包括發(fā)電機和兩級變壓器電抗大，限制了特高壓輸電線路的輸電能力。

2004-12-1425特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

受端系統(tǒng)強度、輸電線路回路數對特高壓輸電能力的影響

2004-12-1426特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

受端系統(tǒng)強度、輸電線路回路數對特高壓輸電能力的影響由前表結果還可看出，特高壓輸電能力，如同超高壓一樣，隨受端系統(tǒng)強度增加而加大。如果受端系統(tǒng)弱，輸電能力減少十分明顯。送端發(fā)電機內部電抗和升壓變器電抗值隨其容量和電壓的增加顯著增大，占總電抗的比率顯著增加，因此，增加輸電線回路數其總的輸電能力增加不明顯。從一回線增至兩回線，總的輸電能力只增加30%左右。從兩回線至增至3回線，總的輸電能力僅增加11-12%。認為增加超高壓或特高壓線路回數可成倍增加輸電能力的想法是不實際的。從這里還可看出：點對點輸電的方法，受發(fā)電機電抗和變壓器電抗的限制，無論受端系統(tǒng)多強，其輸電能力難達到自然輸送功率，或超過自然輸送功率的能力。2004-12-1427特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

送、受端系統(tǒng)強度對特高壓輸電能力的影響下圖給出了送、受端系統(tǒng)強度對超高壓-特高壓輸電能力的影響曲線。從圖可以看出：送、受端系統(tǒng)從弱（12.5kA）到強（75kA）變化，線路輸電能力由小到大明顯增加，并且電壓等級越高，送、受端阻抗對總的阻抗比率越大，輸電能力從小到大變化越明顯；在中、短輸電距離時，由于送、受端系統(tǒng)電抗成為主要輸電能力的控制因素，送、受端系統(tǒng)從弱到強，超高壓-特高壓輸電能力變化更加明顯，隨著輸電距離的增加，輸電能力變化趨勢減少。上述變化規(guī)律告訴我們，在特高壓輸電建設初期，由于送、受端系統(tǒng)，即500kV電網還不是很強，特高壓固有的輸電能力的利用將受到非常明顯的約制。遠距離、大容量特高壓輸電，必須在一定的距離（如300km~500km之間）落點，得到電壓支持才能發(fā)揮輸電能力大的優(yōu)勢和經濟性。

2004-12-1428特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性系統(tǒng)參數對特高壓輸電能力的影響

送、受端系統(tǒng)強度對特高壓輸電能力的影響送、受端系統(tǒng)強度對超高壓—特高壓輸電能力的影響2004-12-1429特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性并聯(lián)電抗器對超高壓—特高壓輸電能力的影響

1100kV線路并聯(lián)補償對其輸電能力的影響2004-12-1430特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性并聯(lián)電抗器對超高壓—特高壓輸電能力的影響

特高壓輸電線路的電容充電電流很大，必須在輸電線兩端裝設并聯(lián)電抗器以補償電容電流，控制工頻過電壓。并聯(lián)電抗器將影響線路的自然功率（從而影響最大輸電能力），見前圖曲線，從限制工頻過電壓角度并聯(lián)電抗器補償度要大，從提高輸電能力來說，補償度要低。綜合考慮，需要可控并聯(lián)電抗器。2004-12-1431特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性串聯(lián)電容補償對特高壓輸電能力的影響

串聯(lián)電容補償的作用相當于明顯地減少了輸電線路的長度，即使是在送、受端系統(tǒng)比較弱的情況下，串聯(lián)電容補償也能較好地提高線路輸電能力。串聯(lián)補償對1100kV輸電能力的影響

2004-12-1432特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性在20世紀70—90年代，國外廣泛開展特高壓輸電技術研究，其目的，一是研究特高壓輸電技術的可用性；二是研究特高壓技術實現(xiàn)的經濟性。經濟性是考慮選擇特高壓輸電電壓等級最重要的方面。幾個輸電方案都可以實現(xiàn)大容量、遠距離輸電，輸電成本最小，成為選取輸電方式的決定性因素。2004-12-1433特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性輸變電技術經濟評價方法輸變電工程的經濟性主要表現(xiàn)在輸電成本上。在技術可行的情況下，輸變電工程方案選取的決定性因素便是成本。只有成本最小，輸變電工程投運以后才會產生好的經濟效益。壽命周期成本概念20世紀80年代，國外提出了壽命周期成本（LifeCycleCost）的概念，壽命周期成本指的是輸變電工程在其整個經濟壽命周期內所應支持的總費用。它由以下幾個部分組成：建設成本（一次投資成本）、運行成本、維護成本、故障停運和維修停運造成中斷輸電的可靠性成本。2004-12-1434特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性壽命周期成本概念壽命周期成本的通用公式是：LCC=IC+OC+MC+FC

式中，IC為一次投資成本，OC為運行成本，MC為維護成本，F(xiàn)C為中斷輸電造成的可靠性成本。

滿足壽命周期成本最小的輸變電工程無論對社會，還是對輸電企業(yè)都將產生最好的經濟效益。2004-12-1435特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性壽命周期成本技術經濟評價方法的主要特點

在輸變電工程規(guī)劃和設計階段，不僅考慮一次投資成本，而且考慮了未來經濟壽命運行期間的運行、維修成本和可靠性成本。這樣，可較好地估算輸變電工程投運以后的生產成本，并且做到生產成本最小，避免了片面追求一次投資的缺點。將可靠性指標量化為經濟性的要求。利用輸變中斷輸電造成的經濟損失來表征可靠性能更好地優(yōu)化可靠性目標。2004-12-1436特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性壽命周期成本與可靠性目前，在輸變電工程規(guī)劃和設計時，通常采用確定性可靠性準則。確定性可靠性準則的突出特點是：容易理解，可直接操作執(zhí)行；其局限性是難于確定不可靠性的程度，沒有考慮輸變電工程在運行中的故障概率和修復概率，在規(guī)劃設計中不能做到可靠性的優(yōu)化設計，可靠性沒有直接同經濟性能聯(lián)系起來。正在發(fā)展一種稱為概率可靠性準則，亦稱為基于量化的可靠性準則。它的主要特點是：考慮了輸變電工程各個設備統(tǒng)計的故障概率、維修概率、n-1準則轉化為中斷輸電概率。這樣，概率可靠性準則將可靠性與經濟性直接聯(lián)系起來，優(yōu)化可靠性目標更為明確。2004-12-1437特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性特高壓輸電與超高壓輸電的經濟性比較

特高壓輸電與超高壓輸電的經濟性比較，一般用輸電成本進行比較，比較兩個電壓等級輸送同樣的功率和同樣的距離所用的輸電成本。如前所述，有兩種比較方法：一種是按相同的可靠性指標，比較它們的一次投資成本；一種是比較它們的壽命周期成本。兩種比較方法都需要的基本數據是：構成兩種電壓等級輸電工程的統(tǒng)計的設備價格及建設費用。

2004-12-1438特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性特高壓輸電與超高壓輸電的經濟性比較

可靠性從上表可知，前蘇聯(lián)1150kV和750kV線路中斷輸電率均比500kV線路低不少，1150kV線路中斷輸電率為500kV線路的1/4，為750kV線路的45%。前蘇聯(lián)1150kV線路運行6年共中斷輸電5次，其中80%為雷電引起線路跳開而中斷輸電。雷擊跳開線路主要是雷電繞擊導線引起的。雷電的擊穿主要發(fā)生在改變線路方向的轉角塔上。在轉角塔的三相中，中間相抗雷能力較差。

2004-12-1439特高壓電網的系統(tǒng)特性和經濟性特高壓電網的經濟性特高壓輸電與超高壓輸電的經濟性比