特高壓輸電的案例
『分享』特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性和可用率指標(biāo)研究
摘要：金沙江一期直流外送工程每個直流系統(tǒng)額定功率高達6 400 MW，具有主接線復(fù)雜、輸電距離長、可靠性要求高
的特點。在送端，向家壩和溪洛渡左、右岸3個換流站相互之間聯(lián)系緊密，任何一個直流系統(tǒng)故障都將會對其他直流系
統(tǒng)乃至整個送端電網(wǎng)產(chǎn)生影響。對于受端電網(wǎng)，特高壓直流系統(tǒng)輸送的6 400 MW 是一個很大的受電功率，即使失去直
流單極，也會對電網(wǎng)產(chǎn)生不小的沖擊。因此，對于特高壓直流系統(tǒng)而言，可靠性是一個不容忽視的問題。文章根據(jù)我國
現(xiàn)有直流輸電系統(tǒng)的運行經(jīng)驗和故障次數(shù)、可靠性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，分析我國已投入運行的高壓直流輸電系統(tǒng)故障設(shè)備
及故障次數(shù)占比，并結(jié)合特高壓直流輸電系統(tǒng)的主接線形式和技術(shù)特點，分析并提出了特高壓直流輸電系統(tǒng)合理的可靠
性指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電系統(tǒng)；可靠性及可用率；指標(biāo)研究
特高壓直流輸電系統(tǒng)可靠性和可用率指標(biāo)研究.pdf
展開 【收藏】盤點中國特高壓之最
溪洛渡左岸—浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程金華換流站
多年來，國網(wǎng)浙江電力在特高壓輸電工程關(guān)鍵技術(shù)上也取得了一系列創(chuàng)新性的成果，例如特高壓輸電線路雷電繞擊機理及防護技術(shù)的研發(fā)、皖電東送特高壓交流輸電示范工程試驗關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用、超特高壓輸電線路感應(yīng)防護關(guān)鍵技術(shù)及裝置大研發(fā)等，技術(shù)水平也處于國際前列。
盤點中國特高壓之最
浙江特高壓也有世界性的創(chuàng)新成果
溪洛渡左岸-浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程，是我國能源領(lǐng)域取得的世界級創(chuàng)新成果，是當(dāng)今世界高壓直流輸電技術(shù)的代表作之一。工程在向上、錦蘇特高壓直流輸電工程的基礎(chǔ)上，進一步提升了送電功率需要對特高壓直流工程系統(tǒng)研究與成套設(shè)計、電磁環(huán)境控制、工程設(shè)計、設(shè)備研制、工程建設(shè)與運行維護等方面進行系統(tǒng)攻關(guān)，是世界高壓直流輸電技術(shù)的制高點。5000安直流關(guān)鍵設(shè)備如換流變、換流閥、穿墻套管等均為首次研制。
溪洛渡左岸—浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程金華換流站
多年來，國網(wǎng)浙江電力在特高壓輸電工程關(guān)鍵技術(shù)上也取得了一系列創(chuàng)新性的成果，例如特高壓輸電線路雷電繞擊機理及防護技術(shù)的研發(fā)、皖電東送特高壓交流輸電示范工程試驗關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用、超特高壓輸電線路感應(yīng)防護關(guān)鍵技術(shù)及裝置大研發(fā)等，技術(shù)水平也處于國際前列。
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浙江特高壓也有世界性的創(chuàng)新成果
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多年來，國網(wǎng)浙江電力在特高壓輸電工程關(guān)鍵技術(shù)上也取得了一系列創(chuàng)新性的成果，例如特高壓輸電線路雷電繞擊機理及防護技術(shù)的研發(fā)、皖電東送特高壓交流輸電示范工程試驗關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用、超特高壓輸電線路感應(yīng)防護關(guān)鍵技術(shù)及裝置大研發(fā)等，技術(shù)水平也處于國際前列。
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如何提高特高壓直流的可靠性
所有提高常規(guī)直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進一步予以加強。主要包括：降低元部件故障率；采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如模塊化、開放式等；廣泛采用冗余的概念，如控制保護系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)的并行冗余和晶閘管的串行冗余等；加強設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和設(shè)備自檢功能等。
針對常規(guī)直流工程中存在的問題，如曾經(jīng)導(dǎo)致直流系統(tǒng)極或者雙極停運的站用電系統(tǒng)、換流變本體保護繼電器、直流保護系統(tǒng)單元件故障等薄弱環(huán)節(jié)，在特高壓直流輸電系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)中將采取措施進行改進。此外，還將加強運行維護人員的培訓(xùn)，適當(dāng)增加易損件的備用。
提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設(shè)計原則上確保每一個極之間以及每極的各個換流器之間最大程度相互獨立，避免相互之間的故障傳遞。其獨立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電纜溝、控制保護系統(tǒng)等。
展開 中國西電圓滿完成古泉換流站高端換流變壓器生產(chǎn)任務(wù)
近日，在國網(wǎng)專家、中國電科院專家的共同見證下，由西電西變、西電常變聯(lián)合研制的“昌吉-古泉”±1100千伏特高壓直流輸電工程的最后一臺ZZDFPZ--587100/500-825換流變壓器通過全部出廠試驗，各項性能指標(biāo)均達到目標(biāo)期望值，這代表著西電承制的共8臺古泉換流站高端換流變壓器生產(chǎn)任務(wù)圓滿收官。
中國西電主要承擔(dān)著古泉換流站4臺直流電壓為±825千伏和4臺直流電壓為±1100千伏高端換流變壓器的生產(chǎn)和試驗任務(wù)。針對該工程工期緊、難度大、要求高的特點，西電西變、西電常變兩家兄弟企業(yè)并肩作戰(zhàn)，從設(shè)計到工藝，從供應(yīng)到生產(chǎn)，組織精兵強將，細化技術(shù)方案，分析工裝設(shè)備的適用性并合理配置新增設(shè)備工裝，同時采用自主創(chuàng)新的專業(yè)制造技術(shù)，增加關(guān)鍵節(jié)點的聯(lián)合檢查,始終把產(chǎn)品質(zhì)量放在第一位，做到全過程質(zhì)量可控、可追溯，為產(chǎn)品的順利完工奠定了良好的基礎(chǔ)。
本項目產(chǎn)品的成功研制，標(biāo)志著中國西電完全掌握了閥側(cè)±1100千伏高端換流變壓器核心設(shè)計及制造技術(shù)，再次證明并提升了XD品牌在輸變電設(shè)備制造領(lǐng)域的領(lǐng)先水平和領(lǐng)跑地位。
“昌吉-古泉”特高壓輸電工程在全球首次以±1100千伏電壓等級進行直流輸電，是國家電網(wǎng)在特高壓輸電領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新的重要里程碑。該工程直流線路長度3284公里，輸電容量達1200萬千瓦，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術(shù)水平最先進的特高壓輸電工程。
展開 國網(wǎng)重慶電力首次成功使用無人機裝備完成特高壓線路檢修
同時結(jié)合以往特高壓線路檢修工作經(jīng)驗以及本次停電檢修工作地點分散等特點，編制停電檢修方案，確保特高壓錦蘇線、復(fù)奉線重慶段在今年迎峰度夏期間，能夠萬無一失、安全平穩(wěn)運行，確保沿線區(qū)域可靠供電。
國網(wǎng)重慶檢修公司輸電運檢員工對復(fù)奉線649號塔進行絕緣子串停電更換
工作
而檢修人員從材料的搬運到一步步登塔檢修更換施工，從普通絕緣子清掃到更換10米多長復(fù)合絕緣子串，從直線接續(xù)管補強到配合耐張管X光檢測等工作，必須在停電時間內(nèi)圓滿完成檢修任務(wù)。
據(jù)統(tǒng)計，在本次特高壓檢修工作中，國網(wǎng)重慶市電力公司累計出動人員1500人次，車輛300輛次，累計檢修403項，有力保證了特高壓錦蘇線、復(fù)奉線(重慶段)等西電東送大動脈的安全穩(wěn)定，為特高壓輸電設(shè)備電網(wǎng)迎接迎峰度夏“大烤”打下堅實基礎(chǔ)，做足了充分準(zhǔn)備。
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展開 新型電力系統(tǒng)中，特高壓該如何定位？
吳川告訴記者，當(dāng)前，特高壓已是我國電網(wǎng)核心組成部分之一，承擔(dān)了電力區(qū)域間調(diào)動的重要職責(zé)。未來，新能源并網(wǎng)量大幅提升后，區(qū)域電網(wǎng)的自穩(wěn)定性將有所下降，特高壓作為電力的骨干傳輸通道，將是區(qū)域電力互保的核心設(shè)施。
“但是，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)下，特高壓不僅要發(fā)揮電力的長距離傳輸作用，對其的靈活調(diào)度也提出了更高要求。短距離、高效率、靈活性將同樣是特高壓技術(shù)的發(fā)展趨勢。”吳川表示。
林鈺翔表示，大規(guī)模集中式可再生能源并網(wǎng)，可導(dǎo)致輸電網(wǎng)阻塞，造成棄風(fēng)棄光率抬高，加劇可再生能源和電網(wǎng)間矛盾。而大規(guī)模分布式可再生能源電站及電動車接入電網(wǎng)后，則會對電網(wǎng)帶來不可預(yù)測性和沖擊性，本質(zhì)上都需要在配網(wǎng)側(cè)進行風(fēng)險對沖。
“大規(guī)模集中式可再生能源的間歇性與波動性，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定壓力較大，客觀上要求配置大量調(diào)頻調(diào)峰和備用資源，即現(xiàn)貨價格條件下的輔助服務(wù)。此外，火電機組未來將從基荷電源變成一種‘類儲能資源’，同樣因為缺乏價格回收機制，需要克服儲能和電網(wǎng)間的矛盾。”林鈺翔認(rèn)為。
提升經(jīng)濟性才能在新型電力系統(tǒng)中擔(dān)重任
雖然特高壓在新型電力系統(tǒng)中的定位仍有待明晰，但部分線路卻因輸電能力未達預(yù)期而飽受爭議，這也使得其在未來新型電力系統(tǒng)中的角色更加不明朗。
國家能源局發(fā)布的《浙福特高壓交流等十項典型電網(wǎng)工程投資成效監(jiān)管報告》曾指出，“部分工程由于負(fù)荷預(yù)測偏高、市場供需變化較大、工程建設(shè)與電源發(fā)展不協(xié)調(diào)等問題，投運后最大輸電功率一直未達預(yù)期，輸電能力發(fā)揮不充分，工程利用小時數(shù)偏低，輸電效益未充分發(fā)揮”。
展開 中國全球電網(wǎng)計劃完成頂層設(shè)計，用中國的太陽能為入夜的歐洲充電
與特高壓相比，常見的高壓電線路只有 220 千伏不到。如此高的電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)千公里、千萬千瓦級電力輸送和跨地區(qū)、跨國、甚至跨大洲的電網(wǎng)互聯(lián)，并且“具有容量大、效率高、損耗低、占地省、安全性好等顯著優(yōu)勢”。中國于 2017 年新增的 46GW 特高壓直流輸電負(fù)荷，為降低當(dāng)年全國“棄風(fēng)”、“棄光”率做出了重貢獻。而一項于 2016 年發(fā)表在《自然》雜志的研究也顯示，如果用特高壓電網(wǎng)把美國各地連接起來，可以在 15 年內(nèi)將美國發(fā)電行業(yè)的碳排放，降至 1990 年水平的 80%。
如今，中國在運在建的 24 項特高壓工程線路長度已經(jīng)達到 3.5 萬公里，累計送電超過 1 萬億千瓦時，遠遠超過世界上其他國家。可以說，特高壓已經(jīng)成為了媲美高鐵技術(shù)的又一個國家技術(shù)名片。這也正是全球能源互聯(lián)網(wǎng)計劃由中國發(fā)起的重要原因。
然而，真要將全球能源互聯(lián)網(wǎng)落到實處，擺在面前的困難還非常多。
首先便是 50 萬億美元的投資，這可是中國 2017 年全年 GDP 的 4 倍、美國的 2.5 倍。如此龐大的投資額足以令任何一個對此感興趣的國家心生退意。
此外，全球能源互聯(lián)網(wǎng)依賴于幾乎完美的國際政治環(huán)境。全球尺度的電網(wǎng)，將需要全球統(tǒng)一的調(diào)度，而將電網(wǎng)這個國家最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一的控制權(quán)拱手相送，對于所有的國家來說不是一件容易的事。
因此，除了各方對特高壓這種技術(shù)本身的質(zhì)疑，以及全球規(guī)模的電網(wǎng)帶來了高度技術(shù)復(fù)雜性（涉及到關(guān)鍵設(shè)備研制，全球尺度的電網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)設(shè)計、建模仿真、潮流調(diào)節(jié)與控制，跨國電網(wǎng)的保護、通信等一系列技術(shù)難題），高昂的成本、能源安全的擔(dān)憂和地緣政治的不穩(wěn)定，都是全球能源互聯(lián)網(wǎng)難以跨域的高山。事實上，歐洲就曾經(jīng)計劃過大舉投資北非的太陽能發(fā)電，通過地中海海底電纜和特高壓輸電，將電力輸送到歐洲電網(wǎng)。
展開 世界最高電壓等級輸電線路啟動送電！
2018年12月31日，我國自主設(shè)計建設(shè)的世界首個±1100千伏特高壓直流輸電工程——昌吉—古泉±1100千伏特高壓工程成功啟動全壓送電。
該工程于2015年12月獲國家核準(zhǔn)、2016年1月開工建設(shè)，起于新疆昌吉回族自治州昌吉換流站、止于安徽宣城市古泉換流站，途經(jīng)甘肅、寧夏、陜西、河南；線路全長3293千米，額定電壓±1100千伏，輸電容量1200萬千瓦，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最遠、技術(shù)水平最先進的輸電工程。
±1100千伏特高壓直流輸電是我國電力領(lǐng)域取得的最新創(chuàng)新成果，采用先進的高電壓、大電流、低損耗換流技術(shù)和裝備制造技術(shù)，成功實現(xiàn)“直流電壓、交流電壓和輸送容量”的全面提升，首次具備在3000～5000千米范圍內(nèi)輸送千萬千瓦級電力的能力，是國際高壓輸電領(lǐng)域的重大技術(shù)跨越和重要里程碑。一個±1100千伏直流工程的輸電能力即可滿足我國一個中等發(fā)達省份一半左右的用電需求，經(jīng)濟輸電距離可滿足跨國送電和洲際送電的需要，可大幅提升電力系統(tǒng)的資源優(yōu)化配置能力。
新疆是我國的五大綜合能源基地之一，具備大規(guī)模開發(fā)煤電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電的條件。
展開 金屬所：研發(fā)出一項變革性創(chuàng)新技術(shù)！
通過5年來的基礎(chǔ)與工程化研究，目前金屬構(gòu)筑成形技術(shù)已在水電工程轉(zhuǎn)輪主軸、特高壓輸電塔環(huán)等產(chǎn)品上應(yīng)用，并正在承擔(dān)一些國家重大科技項目，有望解決艦船、快堆、燃機、航天等戰(zhàn)略性裝備核心部件制造的卡脖子難題。
3月12日，利用金屬構(gòu)筑成形技術(shù)世界上最大的無焊縫整體不銹鋼環(huán)形鍛件順利軋制成功。該技術(shù)被多位院士專家評價為大構(gòu)件制造領(lǐng)域的一項變革性創(chuàng)新，已在水電、風(fēng)電、核電等領(lǐng)域應(yīng)用，對于推動我國高端裝備的快速發(fā)展，保障重大裝備核心材料的自主可控發(fā)揮了重要作用。
該環(huán)件直徑達15.6米，重達150噸，首次實現(xiàn)了百噸級金屬坯分級構(gòu)筑成形，這也是目前世界上直徑最大、重量最大的整鍛式不銹鋼環(huán)形件。其特點是整體無焊縫，均質(zhì)化程度高，組織均勻性好。該巨型環(huán)件將應(yīng)用于我國第四代核電機組，其成功研制將有力地保障我國核工業(yè)領(lǐng)域重大裝備的實施。而以往此類巨型鍛件采用多段小坯組焊制造，加工周期長成本高，焊縫位置組織性能差。原創(chuàng)的金屬構(gòu)筑成形技術(shù)徹底消除了多層金屬間的界面，使支承環(huán)鍛件構(gòu)筑界面位置與基體金屬在成分、組織、性能上完全一致。
展開 
為什么一定要高壓輸電？有什么好處？
高壓交流輸電總結(jié)
首先，高壓交流輸電系統(tǒng)得益于交流電可以很容易的改變電壓（通過變壓器），因此在總輸出功率一定的情況下，使用更高的電壓可以最大化減少電網(wǎng)中的損失。而因為交流電網(wǎng)中存在導(dǎo)線自身電感，對地電容，趨膚效應(yīng)，無功功率等等因素，導(dǎo)致了高壓交流輸電網(wǎng)中的巨大的能量損失。
特高壓電網(wǎng)工人的空中芭蕾，如此驚心動魄！
特高壓電網(wǎng)工人是一個超乎尋常的存在，他們?yōu)榱巳f家燈火，時常在百米高空上演驚心動魄的空中芭蕾。驚天給大家?guī)硪唤M南方電網(wǎng)特高壓檢修工人的生活照...
▲工作人員正在500千伏玉硯線進行登高作業(yè)。
▲新員工首次在作業(yè)現(xiàn)場更換整串絕緣子。
▲工作人員在當(dāng)時中國最高電壓的直流第一條線路——云廣800千伏直流封開段架線。
▲施工人員對220千伏擋村變電站龍門架鋼構(gòu)進行防腐刷漆， 為變電站換上一層“新衣”。
▲工作人員登上塔頂對設(shè)備進行檢修。
▲有人說，在4360米的海拔工作不算什么，在30多米的高空作業(yè)也不算什么，那要是兩者相加又如何呢？ 上圖是南方電網(wǎng)云南送變電公司迪慶工作站在對崗曲河電站送出線路工程進行驗收的場景。該工程海拔4360余米，是目前南方電網(wǎng)海拔最高的220千伏輸電線路。
▲電網(wǎng)工作人員爬上電塔清除馬蜂窩，保障電網(wǎng)安全運行。
▲驗收人員頭頂烈日，登上超過70米的鐵塔，對縱江站配套500千伏線路二期工程進行“高空走線”驗收。
▲“手?jǐn)Q到螺絲，眼察過電線才放心”。巡檢員對500千伏架空輸電線路開展間隔棒逐檔排查工作。
▲入職多年來，每每回憶起最開始和師傅們第一次參加線路檢修時的場景，就覺得一切苦累都是一種沉淀。每一次登高雖然看起來驚險，但其實克服了恐懼，就變成了另一種成長。
▲大霧中進行高空檢修。
▲他們是云端上的舞者。員工在云霧中開展瀾滄江上游梯級電站500千伏送出工程驗收工作。
▲他們是云端上的舞者。員工在云霧中開展瀾滄江上游梯級電站500千伏送出工程驗收工作。
萬家燈火，南網(wǎng)情深。有這樣一群人他們時時刻刻守護在線路最前方，讓燈火更璀璨一些，讓溫暖時刻延續(xù)。
展開 如何在站內(nèi)運輸龐大的特高壓換流變壓器？
特高壓
換流變壓器是特高壓換流站的核心設(shè)備，體積、重量大并且造價昂貴。典型±800千伏換流變壓器重量大約為500噸，相當(dāng)于100頭成年非洲母象的體重。
±800千伏紹興換流站內(nèi)變壓器
大運輸荷載和對運輸效率的嚴(yán)苛要求，給特高壓換流變壓器的運輸、安裝和維護帶來了很大的挑戰(zhàn)。在特高壓換流站內(nèi)，如此龐大的換流變壓器是怎么運輸?shù)模谶\輸手段上又有什么新探索？
常規(guī)特高壓換流變站內(nèi)運輸：
拆、運、組裝和測試，需要數(shù)周完成
特高壓換流變壓器重量和體積大，常規(guī)的特高壓換流變壓器站內(nèi)運輸過程比較復(fù)雜。首先，工作人員需要將換流變壓器上的套管拆下來，然后采用液壓設(shè)備將換流變壓器整體抬升，并裝載到運輸小車上，再分別運輸套管和換流變壓器主體。
之后，運輸小車沿站內(nèi)預(yù)設(shè)的金屬軌道移動。
展開 無人機配激光炮 高壓線外飄物一擊即中
蜂巢航空科技有限公司最新的HC-330無人機，下方類似攝像頭的裝置為“激光炮”
無人機掛上“激光炮”輕松“擊落”高壓線上外飄物，這看似是科幻大片中才有的黑科技。長期以來，致力于無人機技術(shù)攻關(guān)和生產(chǎn)的包頭蜂巢航空科技有限公司一直在參與研制國內(nèi)首創(chuàng)的激光清障無人機，近日，該公司產(chǎn)品在我國南方電網(wǎng)正式投入使用。
高壓輸電線絕對是異物存在的禁區(qū)，作為國內(nèi)首個配置“激光炮”的無人機，其攻擊的對象就是高壓輸電導(dǎo)線上的風(fēng)箏飄帶、塑料薄膜等輕型外飄物，它的“激光炮”采用無需水冷的高功率密度激光發(fā)生器，解決了激光發(fā)生器排斥機體高溫的問題，可以在極短時間內(nèi)“擊毀”外飄物。這看似簡單的過程，其實克服了諸多技術(shù)難題。
HC-330是一款具備通用掛載能力的四旋翼無人機平臺，采用油電混合電驅(qū)動力系統(tǒng)（燃油發(fā)電，電力驅(qū)動），具備超長航時，可搭載不同任務(wù)載荷完成高清視頻采集和實時回傳、三維測繪、彈體拋投及空中喊話等任務(wù)，并配置全向毫米波雷達避讓系統(tǒng)和自動傘降裝置以備應(yīng)急。
“此款無人機能夠長途奔襲，與其獨特的高可靠性飛控系統(tǒng)，混動全電動力系統(tǒng)和平臺系統(tǒng)集成的優(yōu)越性是分不開的。”包頭蜂巢航空科技有限公司技術(shù)研發(fā)負(fù)責(zé)人李威向記者分析說。
HC-330的控制系統(tǒng)采用工業(yè)級的電子元件，支持GPS、姿態(tài)、手動的飛行模式在線切換，差分GPS定位精度達到2厘米。此外，集成式的飛控還搭載了全向毫米波雷達，能在40—50米范圍內(nèi)感知障礙并自主避障，同時還具備超強抗磁干擾能力，這一系列先進的智能技術(shù)，為飛機在海上復(fù)雜環(huán)境下正常穩(wěn)定工作提供了保障。
民用無人機作為航空航天產(chǎn)業(yè)的一個分支，比起航天飛機、火箭、衛(wèi)星，似乎顯得量級更輕一些，但是對于國計民生的發(fā)展其意義卻不容小覷，比如我國現(xiàn)在迅速崛起的超、特高壓輸電領(lǐng)域。
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