一.前言二.提高輸電電壓等級的必要性三.我國發(fā)展超高壓和特高壓輸電的前景四.電力系統(tǒng)發(fā)展對高電壓技術(shù)的促進五.新材料和新技術(shù)應(yīng)用對高電壓技術(shù)的促進六.高電壓技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用七.結(jié)語高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望一.前言

1.高電壓技術(shù)的起源20世紀初美國工程師(F.W.Peek)研究解決110kV輸電線路電暈后，于1915年出版“高電壓工程中的電介質(zhì)”的專著，首次提出“高電壓工程”(HighVoltageEngineering)這一術(shù)語。這一術(shù)語在西方發(fā)達國家沿用至今，說明高電壓技術(shù)與輸電工程關(guān)系的密切。高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望2.高電壓技術(shù)的研究內(nèi)容Peek的書名指出了高電壓技術(shù)的核心內(nèi)容，只是應(yīng)修正為“高場強下的電介質(zhì)現(xiàn)象”，因為絕緣介質(zhì)的放電取決于場強而和電壓無關(guān)。(電介質(zhì)的四大特性參數(shù)：、、、Eb)所以高電壓技術(shù)的基本內(nèi)容是研究：－絕緣結(jié)構(gòu)與特性－過電壓及其防護－高電壓測試技術(shù)ε,γ,,Eb

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高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望3.高電壓技術(shù)的特點:實踐性強Peek解決輸電線路電暈問題完全采用實驗研究方法計算線路電暈起始場強和電暈損耗的著名的Peek公式是經(jīng)驗公式，迄今仍被電力設(shè)計部門采用迄今高壓電氣設(shè)備的絕緣設(shè)計最終仍要靠實驗方法確定高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望4.歷史上關(guān)于高電壓技術(shù)人才需求的討論討論的背景：20世紀80年代西方發(fā)達國家主修強電的人數(shù)銳減1983年在美國電力會議上列為專題進行討論1986年在美國IEEE的PES冬季會議上第二次討論1993年在日本橫濱召開的第8屆國際高電壓會議上專題討論會議的結(jié)論：需要培養(yǎng)高電壓技術(shù)人才高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望5.電力工業(yè)的全球復(fù)蘇2001年初，美國和巴西嚴重缺電，對電力工業(yè)敲響了警鐘2003年8月14日，美國6個州和加拿大2個省大面積長時間停電，損失嚴重2003年8月24日，英國倫敦和英格蘭東南部停電2小時2003年9月23日，瑞典和丹麥發(fā)生大面積停電事故2003年9月28日，意大利大部分地區(qū)同時停電，8小時后，羅馬地區(qū)才恢復(fù)停電目前世界各國已開始重新關(guān)注電力系統(tǒng)的發(fā)展高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望6.高電壓技術(shù)專業(yè)仍會不斷發(fā)展以德國為例,共有十所學(xué)校設(shè)置高電壓技術(shù)專業(yè)(亞琛、柏林、布倫瑞克、達姆施塔特、德累斯頓、漢諾威、伊爾曼諾、卡爾斯魯厄、慕尼黑、斯圖加特）國際高電壓工程學(xué)術(shù)會議(InternationalSymposiumonHighVoltageEngineering，簡稱ISH)從1972年以來，已舉辦了13屆，今年第14屆ISH將于8月在北京召開近10年來，我國出版的高電壓技術(shù)教科書有十余種之多；高壓專業(yè)畢業(yè)生一直供不應(yīng)求高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望二.提高輸電電壓等級的必要性

1.輸電線路傳輸容量的制約因素(1)線損與發(fā)熱電流超過導(dǎo)線最大允許載流量時,導(dǎo)線溫度過高會引發(fā)事故(2003年8月14日美國與加拿大的大停電,就是因為俄亥俄州一條線路過載而使弧垂增大以致觸及樹枝而引發(fā)的)(2)線路電壓降電壓偏差過大,不能保證電能質(zhì)量(3)電力系統(tǒng)穩(wěn)定:Pmax=U2/X

對遠距離輸電而言,穩(wěn)定是最主要的制約因素高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望2.全球交流輸電電壓等級發(fā)展的情況高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望3.國外750kV輸電的發(fā)展情況高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望4.國外在特高壓輸電方面的研究1985年蘇聯(lián)建成1150kV線路,有5年運行經(jīng)驗。蘇聯(lián)解體后,輸電容量大幅減少,目前降壓為500kV運行。日本在20世紀90年代建成三條距離不長的1000kV線路(不超過240km),主要目的是可壓縮線路走廊以節(jié)省土地資源,因與之配套的大型核電機組推遲投產(chǎn),目前降壓為500kV運行,計劃2015年前后升壓至1000kV。美國在20世紀70年代已建成兩條試驗線段:一為1500kV;另一為1200kV.由于其后國情變化,暫不發(fā)展遠距離輸電而終止研究.高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望5.我國輸電電壓等級發(fā)展滯后220kV線路于1943年投運330kV線路于1974年投運500kV線路于1981年投運三峽水電站裝機18.2GW,輸電電壓:AC500kV;DC±500kV巴西伊泰普水電站12.6GW(已經(jīng)運行20余年),輸電電壓:AC765kV;DC±600kV高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望三.我國發(fā)展超高壓和特高壓輸電的

前景

1.我國發(fā)電裝機容量增長的情況高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望2.人均裝機容量的差距2004年我國人均裝機容量僅0.34kW約為經(jīng)濟合作與開發(fā)組織(OECD)成員國平均值的1/5約為美國的1/102020年我國裝機容量將達900~950GW,那時人均裝機容量仍低于世界平均水平高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望3.我國交流輸電線路的一般輸送容量及輸電距離可見在西北地區(qū)發(fā)展750kV和在全國發(fā)展百萬伏級輸電線路是十分必要的高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望4.我國目前發(fā)電能源結(jié)構(gòu)情況各國發(fā)電的能源結(jié)構(gòu)差別很大,我國以燃煤火力發(fā)電為主,其次是水力發(fā)電,其他能源的比例很小(而法國核電占80%,丹麥風電占20%)我國2004年各類發(fā)電廠裝機容量見下表到2020年,預(yù)計我國核電裝機容量將上升至3.87%,風電上升至2.15%,但那時火電和水電的裝機容量仍占93.92%高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望我國臺灣地區(qū)發(fā)電能源結(jié)構(gòu)情況截止到2002年底，臺灣電力系統(tǒng)的總裝機容量為3191.5萬千瓦，其中火力發(fā)電廠有31座，裝機容量為2225.8萬千瓦，占臺灣電力總裝機容量的69.7%；水利發(fā)電廠有41座，裝機容量為451.1萬千瓦，占臺灣總電量的14.2%；核能發(fā)電廠有3座，裝機容量為514.4萬千瓦，占臺灣總電量的16.1%。高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望5.發(fā)展中的分布式發(fā)電的優(yōu)點投資少,建設(shè)快(不需要高壓輸電系統(tǒng),使得基礎(chǔ)設(shè)施投資減少)運行費用低(輸電損耗遠低于常規(guī)電力系統(tǒng))供電可靠－美國近12年來發(fā)生過41起因風暴等自然災(zāi)害引起的高壓線路及鐵塔的嚴重破壞，損失達1800億美元－太陽黑子引起的磁暴使得地球磁場變化，因此南北走向的長輸電線路可能發(fā)生嚴重事故－戰(zhàn)時的高壓輸電線路是影響供電可靠性的一個薄弱環(huán)節(jié)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望6.分布式發(fā)電不可能取代遠距離大容量輸電風力發(fā)電:是新的可再生能源發(fā)電技術(shù)中最成熟的,單機容量已從數(shù)百kW發(fā)展到MW級,但目前最大的單機容量也僅5MW(火力發(fā)電的超超臨界機組的最大單機容量為1.3GW)燃料電池:已商品化的單個裝置容量為200kW(磷酸型),正在研究開發(fā)的熔融碳酸鹽型和固體氧化物型可達到數(shù)MW及更大的容量,其普及應(yīng)用至少還需要5~10年太陽能光伏發(fā)電:成本還比較高,目前最大的太陽能社區(qū)僅1MW高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望7.水電資源的開發(fā)潛力很大位于金沙江的溪洛渡水電站的設(shè)計裝機容量為12.6GW同在金沙江的向家壩水電站,設(shè)計裝機容量為6GW西藏的雅魯藏布江水域也大有開發(fā)潛力高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望8.京都議定書對今后火力發(fā)電的影響2005年2月16日,《京都議定書》正式生效我國是世界上第二大CO2

排放國,溫室氣體排放量占發(fā)展中國家排放總量的50%,是全球排放總量的15%我國目前煤炭的45%用于發(fā)電,美國是87%以上。今后要加大煤炭用于發(fā)電的比例,因為治理集中的污染源遠比治理低效的分散污染源更為經(jīng)濟和易于實現(xiàn)出路:發(fā)展?jié)崈裘喝紵夹g(shù)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望9.潔凈煤發(fā)電技術(shù)配備煙氣脫硫和脫銷的超臨界和超超臨界發(fā)電機組采用循環(huán)流化床鍋爐采用增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)采用整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望10.超臨界和超超臨界發(fā)電:技術(shù)最為成熟和易行高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望11.聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望12.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)使用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電可克服燃氣輪機和蒸汽輪機各自熱力循環(huán)的局限性,從而使熱效率高于兩者單獨使用的情況常規(guī)的聯(lián)合循環(huán)使用天然氣或油作為燃料整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IntegratedGasificationCombinedCycle,簡稱IGCC)用煤作燃料,所以要再增添氣化爐和煤氣凈化設(shè)備山東煙臺將建IGCC示范廠高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望四.電力系統(tǒng)發(fā)展對高電壓技術(shù)的促

進

1.新的更高電壓參數(shù)的應(yīng)用以電暈為例,配電線路不需采取特殊措施;但對特高壓線路就是線路設(shè)計的大問題。如日本東京電力公司的1000kV線路,采用8根截面為810mm2

的導(dǎo)線構(gòu)成分裂間距為40cm的8分裂導(dǎo)線,才能將電暈的噪聲降至500kV線路的水平(50dB)以過電壓防護為例,決定配電線路絕緣水平的是雷電過電壓;但對超高壓和特高壓線路而言,操作過電壓和工頻過電壓是更為重要的因素高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望2.緊湊型輸電技術(shù)的應(yīng)用特點:取消桿塔的相間接地構(gòu)架,而將三相線路置于同一塔窗中優(yōu)點:(1)L↓,C↑,Z↓,所以線路自然功率增大,提高了輸送能力(2)線路走廊減小昌平-房山500kV緊湊線路長83km,于1999年11月投運(線路走廊從24.6m減少到6.7m,自然功率提高34%)絕緣設(shè)計不同于一般線路(一般線路采用4根截面為400mm2的4分裂導(dǎo)線,此緊湊線路為6根截面為240mm2的6分裂導(dǎo)線)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望3.靈活交流輸電系統(tǒng)靈活交流輸電系統(tǒng)(FlexibleACTransmissionSystem,簡稱FACTS)是指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以加強系統(tǒng)可控性和增大傳輸能力的輸電系統(tǒng)FACTS的概念是20世紀80年代末提出來的,但有些FACTS的裝置,如靜止型無功補償器(StaticVarCompensator,簡稱SVC)早已在系統(tǒng)中應(yīng)用(我國1981年投運的第一條500kV線路末端的鳳凰山變電站就裝有SVC)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望SVC工作原理示意圖高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望4.高壓直流(HVDC)輸電20世紀70年代初大功率晶閘管閥取代了過去的汞弧閥優(yōu)點:(1)線路造價和運行費用比交流輸電低(2)適用于聯(lián)系兩個不同的交流系統(tǒng)(3)可實現(xiàn)海底電纜輸電缺點:(1)換流站造價貴且要消耗大量無功功率(2)需要裝濾波裝置(3)尚未開發(fā)出直流斷路器,無法實現(xiàn)多端電網(wǎng)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望交直流輸電系統(tǒng)的費用和距離的關(guān)系高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望5.輕型高壓直流輸電(HVDCLight)特點:用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的電壓源換流器取代傳統(tǒng)的晶閘管的相控換流器(PCC)優(yōu)點:(1)可不裝設(shè)換流變壓器,濾波器和無功補償也可簡化,所以經(jīng)濟性好(2)對受控系統(tǒng)無要求,故可用于向小容量系統(tǒng)或不含旋轉(zhuǎn)電極的系統(tǒng)供電適用:(1)向偏遠地區(qū)供電(2)向海島或海上石油鉆井平臺供電(3)作為主網(wǎng)與清潔能源發(fā)電的互聯(lián)方式高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望HVDCLight的應(yīng)用實例(1)1997年瑞典投運第一臺HVDCLight線路,長10km,V=±10kV,P=3MW(2)1999年瑞典投運長70km,V=±80kV,P=3MW的HVDCLight線路(3)目前澳大利亞、丹麥和美國等國都有HVDCLight線路在運行高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望五.新材料和新技術(shù)應(yīng)用對高電壓技

術(shù)的促進

1.新材料的應(yīng)用(1)金屬氧化物避雷器(MetalOxideArrester,簡稱MOA)取代碳化硅(SiC)避雷器,MOA有以下特點:MOA可以沒有滅弧間隙,而SiC避雷器則必須有滅弧間隙MOA可以限制操作過電壓,而SiC避雷器則不能MOA在運行中電阻片中有阻性電流流過,而SiC避雷器則無此種電流MOA電阻片有相當大的電容量,而SiC電阻片是純阻性的高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望復(fù)合絕緣子的應(yīng)用(2)復(fù)合絕緣子于20世紀60年代開始使用,目前與陶瓷絕緣子并存,但前者的應(yīng)用日益廣泛,有明顯優(yōu)于后者的特點優(yōu)異的防污性能:復(fù)合絕緣子在國外已用于735kV線路,國內(nèi)天廣±500kV直流工程上采用充SF6氣體的硅橡膠套管來解決套管積污問題重量輕,強度高復(fù)合絕緣子要進一步解決老化和芯棒脆斷等問題(廣東的佛山和汕頭等地都發(fā)生過500kV線路的復(fù)合絕緣子芯棒脆斷事故)高電壓技術(shù)發(fā)展的回顧與展望交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的應(yīng)用(3)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的應(yīng)用始于20世紀60年代,已取代配電網(wǎng)中粘性浸漬的油紙電纜,并在輸電網(wǎng)等級逐步取代充油電纜(日本已有500kVXLPE電纜在運行)XLPE電纜的制造與敷設(shè)比油紙電纜簡單特別適用于有高落差甚至垂直敷設(shè)的情況對XLPE電纜不能做直流耐壓實驗防止樹