1000kv特高壓交流試驗(yàn)示范工程建設(shè)方案選擇

1000kv特高壓交流試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。同時(shí),特高壓輸變電工程的建設(shè)也可以促使我國電力設(shè)計(jì)、制造、施工水平實(shí)現(xiàn)飛躍。1試驗(yàn)和示范工程的目的和主要原則建設(shè)交流特高壓試驗(yàn)示范工程的首要目的是驗(yàn)證和掌握特高壓輸電技術(shù),考核設(shè)備,獲取運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),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(shí)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(jìn)和消化吸收國外的先進(jìn)技術(shù),結(jié)合我國國情和電網(wǎng)特點(diǎn),走自主創(chuàng)新之路。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一原則:要以試驗(yàn)示范工程為依托,建立統(tǒng)一的特高壓技術(shù)規(guī)范和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)工程驗(yàn)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(yàn)示范工程的規(guī)模不宜過大;但從發(fā)揮試驗(yàn)、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(zhǎng)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(yàn)證解決上述問題的技術(shù)措施,試驗(yàn)示范工程的線路長(zhǎng)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(qiáng)電網(wǎng)建設(shè),擴(kuò)大西電東送規(guī)?！钡陌l(fā)展趨勢(shì),為今后大規(guī)模應(yīng)用積累有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。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(yàn)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(yùn)行,有效發(fā)揮輸電和聯(lián)網(wǎng)效益。2.3系統(tǒng)運(yùn)營靈活，滿足試驗(yàn)要求試驗(yàn)示范工程運(yùn)行初期要能對(duì)變電站及線路設(shè)備進(jìn)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(diǎn),搶占特高壓技術(shù)的制高點(diǎn),達(dá)到全電壓、大負(fù)荷的試驗(yàn)要求,并以大負(fù)荷帶電考核為重點(diǎn)。2.5主設(shè)備可靠性驗(yàn)證特高壓輸變電在我國是一項(xiàng)全新的技術(shù),試驗(yàn)示范工程必須能夠綜合評(píng)價(jià)特高壓輸變電的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),有效驗(yàn)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(yùn)行條件為考核各種電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量,試驗(yàn)示范工程應(yīng)最大限度地提供較為嚴(yán)酷的系統(tǒng)運(yùn)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(yàn)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(gè)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(diǎn)山西晉東南、落點(diǎn)湖北荊門、中間經(jīng)河南南陽開關(guān)站,線路全長(zhǎng)654km,擬全壓運(yùn)行?；茨?上海交流特高壓輸電工程,該工程起點(diǎn)安徽淮南、落點(diǎn)上海、中間經(jīng)蕪湖、浙北2變電站,線路全長(zhǎng)2×655km,擬全線全壓或部分線路全壓運(yùn)行。四川水電外送交流特高壓輸電工程,該工程起點(diǎn)四川樂山、落點(diǎn)湖北荊門,中間經(jīng)重慶、恩施,初期樂山-重慶全壓運(yùn)行,重慶-恩施-荊門降壓500kV運(yùn)行。線路全長(zhǎng)約1000km,其中全壓運(yùn)行線路約300km。從電網(wǎng)發(fā)展來看,上述3個(gè)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(gè)作為試驗(yàn)示范工程,需要按照試驗(yàn)示范工程建設(shè)的原則和技術(shù)路線,從系統(tǒng)運(yùn)行條件、工程建設(shè)條件、滿足試驗(yàn)示范需要和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面進(jìn)行綜合比較分析。3.1工程運(yùn)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(shí)現(xiàn)南北互供、雙向輸送,最大輸送潮流可達(dá)300萬kW,有利于考核設(shè)備承受大負(fù)荷、過電壓能力等?；茨?上海交流特高壓輸變電工程運(yùn)行方式與淮南煤電開發(fā)進(jìn)度密切相關(guān)。工程全壓運(yùn)行的情況下,輸電能力較大,可達(dá)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(yùn)行,其余線路降壓500kV運(yùn)行,當(dāng)采用點(diǎn)對(duì)網(wǎng)方式,最大輸送能力僅有180萬kW;當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí),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(yùn)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(yùn)輸方案三個(gè)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(yùn)輸采用公路、鐵路、水路等運(yùn)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(duì)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(zhǎng)、負(fù)荷重,接近過電壓限制的線路允許最大長(zhǎng)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?duì)特高壓工程的線路、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(jìn)行全面充分的考核。此外,晉東南-南陽-荊門試驗(yàn)示范工程有2個(gè)變電站和1個(gè)開關(guān)站,可采用GIS、AIS和HGIS等多個(gè)方案,對(duì)各類設(shè)備的考核全面,有利于充分發(fā)揮試驗(yàn)示范工程的作用。淮南-蕪湖-浙北-上海1000kV輸變電工程,由于系統(tǒng)運(yùn)行條件不如晉東南-南陽-荊門試驗(yàn)示范工程苛刻,且4個(gè)1000kV變電站受土地資源限制均推薦采用GIS方案,因此,對(duì)設(shè)備考核不如晉東南-南陽-荊門工程,同時(shí),同桿并架線路也增加了試驗(yàn)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(yùn)行限制,無法對(duì)設(shè)備進(jìn)行大負(fù)荷下的全面考核,作為試驗(yàn)示范工程也不如晉東南-南陽-荊門工程。3.4在電網(wǎng)運(yùn)營時(shí),要注意風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)初期不能完全正常運(yùn)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(dòng)備用容量,避免出現(xiàn)缺電情況,對(duì)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(yùn)行時(shí)晉東南電源尚未投運(yùn),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(dá)到試驗(yàn)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(xiǎn)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(yàn)示范期間,一旦出現(xiàn)無法預(yù)見的故障導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)間不能正常運(yùn)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(yàn)示范工程,其抗風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行時(shí),影響四川水電外送能力。綜上所述,按照試驗(yàn)示范工程定位和所要達(dá)到的目的,三個(gè)交流特高壓試驗(yàn)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(yàn)示范工程優(yōu)勢(shì)明顯,科學(xué)、合理。410為其他科研項(xiàng)目制訂更多的設(shè)計(jì)方案1000kV晉東南-南陽-荊門特高壓交流試驗(yàn)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(jí)變電站主要設(shè)計(jì)原則研究的依托工程。通過對(duì)1000kV級(jí)交流輸電系統(tǒng)變電站工程設(shè)計(jì)技術(shù)原則研究,逐步完善變電站的一次設(shè)計(jì)方案,供其他科研項(xiàng)目開展進(jìn)一步的科研工作,為制訂交流特高壓變電站設(shè)計(jì)規(guī)范創(chuàng)造條件。1000kV級(jí)交流輸電系統(tǒng)變電站工程設(shè)計(jì)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(jì)研究。1000kV級(jí)交流輸電系統(tǒng)變電站工程設(shè)計(jì)技術(shù)原則研究,可借鑒國內(nèi)、國外的有益經(jīng)驗(yàn),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(duì)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(yàn)研究1000kV變電站絕緣配合是特高壓變電站設(shè)計(jì)、設(shè)備制造及試驗(yàn)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(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)的順利實(shí)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(yàn);我國750kV輸變電工程的實(shí)施,為1000kV變電站絕緣配合研究積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。武漢高壓研究所、中國電力科學(xué)研究院進(jìn)行了必要的計(jì)算和試驗(yàn)工作。1000kV變電站絕緣配合的關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)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(duì)地的實(shí)際形狀或者相對(duì)位置進(jìn)行放電試驗(yàn)研究(即所謂的真型試驗(yàn)),而正確確定真型試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵彩茄芯康碾y點(diǎn)之一。4.1.4科學(xué)地確定空氣間隙上過電壓的統(tǒng)計(jì)數(shù)值,計(jì)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(yùn)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(duì)大電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、繼電保護(hù)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(shí)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(yùn)實(shí)例。從國外特高壓輸變電領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)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(dá)國家在上世紀(jì)也對(duì)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(jì)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(jì)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(shí)考慮本期方案的可擴(kuò)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(jì)投資允許,推薦采用與遠(yuǎn)景方案對(duì)應(yīng)的完整斷路器串的本期接線方案;如果經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(shí)對(duì)變電站各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)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(yàn)變壓器。對(duì)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。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(jí)敞開式產(chǎn)品運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。日本的三菱、東芝、日立公司均有生產(chǎn)1000kV電壓等級(jí)GIS的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)備選型研究的關(guān)鍵和基礎(chǔ)是對(duì)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(yàn)?zāi)芰?同時(shí)考慮變電站大件運(yùn)輸條件,對(duì)設(shè)備容量要求進(jìn)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(fèi)用、變電站的占地面積,也是研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)。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(yùn)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(yàn)?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(diǎn)之一。特高壓并聯(lián)電抗器能否采用可控硅方式進(jìn)行投切也是研究的難點(diǎn)之一。特高壓交流試驗(yàn)示范工程中,1000kV主變壓器采用單相、自耦、中性點(diǎn)無勵(lì)磁調(diào)壓、強(qiáng)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(dú)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(tái)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(tái)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(hào)為4×JLHN58K-1600,設(shè)備間連線采用管母線,型號(hào)為6063G-T10-D200/180,對(duì)應(yīng)斷路器額定電流4000A。4.4試驗(yàn)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(gè)階段如規(guī)劃選站、工程選站、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)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(yùn)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