全国（全世界）首个１０００千伏特高压输变电工程电力委金志明前言１０００ＫＶ晋东南一南阳—荆门特高压交流试验示范工程起于山西晋东南变电站，经河南南阳开关站，止于湖北荆门变电站。全线单回路架设，全长６４０Ｋｍ，跨越黄河和汉江。系统标称电压１０００ＫＶ，最高运行电压１１００ＫＶ。工程于２００６年８月取得国家发展和改革委员会下达的项目核准批复文件，同年底开工建设，２００８年１２月全面竣工，１２月３０日完成系统调试投入试运行，大负荷试验期间输送功率达到２８２９．５ＭＷ视在功率接近主变额定容量３０００ＭＶＡ，２００９年１月６日２２时完成１６８ｄｘ时试运行后投入商业运行，截止６月３０日，累计送电量４３．２亿ｋｗｈ。工程全面实现了预期建设目标，里程碑计划如期完成，安全实现了零事故目标，质量达到了优良级标准，文明施工和环境保护目标实现，工程投资得到了有效控制，科技创新取得丰富成果，设备国产化研制取得到了历史性突破。从２００４年底开始前期工作以来，我国仅用四年时间，建成了目前世界上运行电压最高，技术水平最先进，我国拥有自主知识产权的交流输变电工程，标志着我国在远距离，大容量，低损耗的特高压输电核心技术和设备国产化上取得重大突破，对保障电力可靠供应和国家能源安全具有重要意义。工程充分发挥了试验和示范作用，全面验证了特高压交流输电的技术可行性，设备可靠性，系统安全性和环境友好性。工程的成功建成充分证明了我国具备立足国内，自主创新，建设，运行和管理世界一流大电网的能力。背景改革开放以来，我国经济持续快速发展，对电力供应不断提出新的更高要求。电力建设面临诸多亟待解决的难题：一是电网发展滞后，二是电力结构性矛盾突出，三是创新能力亟待提高。到２００８年底，我国的发电装机容量为７．９３亿Ｋｗ，全社会用电量为３．４３万亿ｋＷｈ。根据全面建设小康社会的奋斗目标，电力需求将长期保恃较快增长。预计到２０２０年我国发电机装机容量将达到１６亿ｋＷ左右，全社会用电量达到７．６７亿ｋＷｈ。我国的能源和生产力发展呈逆向分布。在相当长的时间内煤电，水电仍然是主要的电源供应形式。我国煤炭资源保有储量的７６％分布在山西，内蒙，陕西，等北部地区，８０％的水能资源分布在四川，云南，等西部地区，但７０％能源需求集中在缺少能源的东部和中部地区。为满足经济社会发展对电力的需求，必须走远距离，大容量输电和全国范围优化资源配置的道路。目前我国电网骨干网架的系统标称电压为交流５００ＫＶ，难以满足电力恃续增长需要，为此建设１０００ＫＶ特高压输变电工程势在必行，与常规５００ＫＶ交流输电比较，１０００ＫＶ特高压输送能力可提高四到五倍，具有容量大，距离远，损耗低，占地少等诸多技术优势。金志明／原上海宝山高行压输变电公司．—１７６．．主题（一）为什么要建１０００千伏晋东南一南阳一荆门特高压输变电工程１．建设特高压电网适合于我国国情。我国能源分布特点是：西南有丰富的水电资源，“三西”有占全国６０％以上煤炭资源，我国的用电负荷集中在中部，东部地区，在今后相当时期内煤炭仍将处于发电能源的主体地位，以大煤电基地，大水电基地为依托，建设坚强的送，输，受电网，实现大规模西电东送，北电南送，优化煤电，缓解电煤运输压力，改善中东部负荷密集地区环境质量，将西部资源优势转为经济优势，建设特高压电网适合于我国国情。２．建设特高压电网是电力工业落实科学发展观战略性举措。从我国电网长远发展和电网自身特点看，构筑坚强的网架结构，可保证电网可靠运行。建设特高压电网既能满足远景年大规模，远距离输电需求，又能满足受端电网规模不断扩大和负荷密度不断增加的需求，还可以为大电网的安全运行以及今后开发，能源奠定基础，是电力工业落实科学发展观一项战略举措。３．建设晋东南一南阳—荆门交流１０００ＫＶ特高压试验示范工程为煤电基地外送奠定基础。４．建设晋东南一南阳—荆门交流１０００ＫＶ特高压试验示范工程可进行系统和设备的全面考核。（二）１０００千伏晋东南一南阳一荆门特高压输变电工程建设规模１．晋东南变电站占地面积７．７８公顷，主变压容量装设ｌ组３ｘ１０００ＭＶＡ，１０００ＫＶ出线１回，双断路器接线，采用Ｆ６气体绝缘金属封闭组合电器（ＧＩＳ），５００ＫＶ出线５回，一个半断路器接线，采用混合式ＳＦ６气体绝缘封闭组合电器（ＨＧＩＳ）。装设１组３ｘ３２０Ｍｖａｒ＇特高压高抗，２组２４０Ｍｖａ棚ｊ抗，４组２１０Ｍｖ州氐容。２．南阳开关站占地面积８．１５公顷，本期不装设主变。１０００ＫＶ出线２回，双断路器接线，采用ＨＧＩＳＪ，艮备。５００ＫＶ本期无出线。装设２组３ｘ２４０Ｍｖａｒ特高压高抗。３．荆门变电站占地面积１１．４５公顷，装设ｌ组３ｘ１０００ＭＶＡ特高压主变。１０００ＫＶ出线１回，双断路器接线，采用ＨＧＩＳ设备。５００Ｋｖ出线３回，一个半断路器接线，采用ＨＧＩＳ设备。装设１组３ｘ２００Ｍｖａｒ特高压高抗，２组２４０Ｍｖａｒ低抗，４组２１０Ｍｖａｒｆｌ毛容。４．输电线路线路全长６４０Ｋｍ，跨越山西，河南和湖北三个省，其中，晋东南至南阳段３５９Ｋｍ，南阳至荆门段２８１Ｋｍ。经过二个大跨越，黄河大跨越，采用耐一直一直一直一耐的跨越方式，主跨越档１．２２Ｋｍ，耐张段总长３．６５１Ｋｍ。汉江大跨越，采用耐一直一直一，耐的跨越方式，主跨档距１．６５Ｋｉｎ，跨越耐张段总长２．９５６Ｋｍ。（１）基础采用９种基础型式，如钻孔灌注桩基础，全掏挖式基础，大板式基础等。（２）全线共有铁塔１２８４基，其中一般线路１２７５基，黄河大跨越５基，汉江大跨越４基，～般线路采用酒杯型，猫头型，干字型，门型４９种塔型，平均高７７．２ｍ，重７０．５ｔ。其中最高铁塔全高１８１．８ｍ，单基重９８９．５ｔ。（３）导线一般线路采用８ｘＬＧＪ一５００／３５钢芯铝绞线，其中国家猕猴保护实验区采用８ｘＬＧＪ一６３０／４５钢芯铝绞线，大跨越采用６×ＡＡＣＳ彤ＥＳＴ－５００，２３０特高强钢芯铝合金绞线。（４）地线一般线路两根地线中，一根为ＪＬＢ２０Ａ一１７０铝包钢绞线，另一根为ＯＰＧＷ一１７５光缆。大跨越两根地线中，一根为ＪＢＬ２０—２４０铝包钢绞线，另一根为ＯＰＧＷ一２４８１—２５４光缆。．．１７７．．（５）系统通信工程系统通信工程为１０００ＫｖＯＰＧＷ光缆线路，光缆线总长６８６Ｋｍ，芯线为２４芯。５．工程批准概算国家电网公司批准工程总投资为：静态投资５６．７８亿元，动态投资５８．５６亿元。其中：（１）晋东南变电站新建工程静态投资１０２４１８万元，动态投资１０６０５１万元。（２）南阳开关站新建工程静态投资６５４４０万元，动态投资６７０７４万元。（３）荆门变电站新建工程静态投资９５９２０万元，动态投资９９９６２万元。（４）晋东南一南阳线路工程静态投资１５１５９４万元，动态投资１５５８５１万元。（５）南阳一荆门线路工程静态投资１０８２８３万元，动态投资ｌｌ１３２４万元。（６）晋东南一南阳线路黄河大跨越工程静态投资１０１１０万元，动态投资１０３９４万元。（７）南阳一荆门线路汉江大跨越工程静态投资１０３４７万元，动态投资１０６３７万元。（８）系统二次及通信工程静态投资７１２９万元，动态投资７３３３万元。（９）研究试验费静态投资５５００万元，动态投资５６３８万元。（１０）基地建设费静态投资１１０９０万元，动态投资１１３６７万元。工程建识资金的２０％来源于国家电网公司自有资金，其余８０％耒源于对外融资。（三）１０００千伏变电站典型设计与技术参数选择（１）主变压器采用单相自耦型式，电压为１０００／Ｘ／３／５００／Ｎ，／３／１１０ＫＶ，容量１０００／１０００／３３４ＭＶＡ，主变压器３组，每组３ｘ１０００Ｍｖａ，全站变压器容量９０００Ｍｖａ，１ｉ１１９００万千伏安。（２）１０００千伏线路１０回，采用一个半断路器接线，５００千伏线路１０回，采用一个半断路器接线。（３）无功补赏装置，１０００ｋｖ长线路配置ｌ组３ｘ３２０Ｍｖａｒ特高压高抗，为了减少线路潜功电流，在特高抗中心点装设小电抗器，ｌ组３ｘｌＯＯＯＭｖａ变压器，在变压器低压儿Ｏｋｖ侧配置８组低压无功补偿设备，每组容量１２０Ｍｖａｒ，还装设１组２４０Ｍｖａｒｆｌ毛压电容器。（４）１０００ＫＶ断路器采用ＨＧＩＳ，短路电流水平，１０００ｋｖ俱１］短路电流水平按５０ＫＡ选择，５００ＫＶ断路器可采用ＧＩＳ，或ＨＧＩＳ，５００Ｋｖ侧短路电流按６３ＫＡ选择。（５）过电压绝缘水平，１０００Ｋｖｆｌ４，操作过电压按１．７ｐ．Ｕ考虑。（６）继电保护装置，１０００ＫＶ线路保护配置两套全线速动主保护，每套保护均具有完整的后备保护功能。５００ＫＶ线路每回线路配置两套分相电流差动保护，每套保护均具有完整的后备保护功能。（７）系统调度自动化，变电站远动信息传输到国调，直调，网调，采用调度数据网络与专线通道互为备用方式。远动信息传输到国调备调，相关网调和省调采用调度数据网络方式。（８）站用电源，按”两用一备用”方式，两路电源由两台主变压器ｌ１０ＫＶ母线供电，另一路有外来３５ＫＶ电源供电，站用电源可靠性达到Ｎ一２。（四）１０００千伏线路典型设计与技术参数（１）线路路径选择根据线路走向，交通，地形，河流，结合地方城市规划及建设，自然保护区等设施的要求，从几个路径中选择一个最合理路径。（２）气象条件，一般平丘地区线路最大风速可取３０ｍ／ｓ，一般导线覆冰厚度可取ｌＯｍｍ。（３）导线和地线，根据１０００ｋｖ线路特点，对不同导线截面和式输送容量，电磁环境影响，机械性能，电能损失和工程投资等方面进行了大量的分析论证，通过技术经济比较，推荐采用８×ＬＧＪ一５００／４５钢芯铝绞线具有较好的技术性能和经济特性。导线桉经济密度正常输送功率为５０００ＭＷ，按导线温升控制在７００ｃ时输送功率为９０００ＭＷ，一根地线采用ＯＰＧＷ一１５０光纤复合地线，另一根按照机电性能，热稳定要求采用ＬＢＧＪ一１５０—２０ＡＣ铝包钢绞线。（４）绝缘配合及防雷接地，按地区污区分布图，Ⅱ级污区泄漏比距不小于２．５ｃｍ／ＫＶ，ＨＩ级污区泄漏比距不．．１７８—．小于３．２ｃｍ／ＫＶ，ＩＶ级污区泄漏比距不小于３．８ｃｍ／ＫＶ。操作过电压按１．７ｐ。ｕ考虑，海拨１０００米及以下的空气间隙，工频电压边相２．８ｍ，中相３．０ｍ；操作过电压边相６．５ｍ，中相７．３ｍ大气过电压６．２ｍ。１０００ＫＶ架空线全线架设双地线作为防雷保护的主要措施，地线对边相导线的保护角不大于１０。，杆塔上两地线问的距离不超过导线与地线间垂直距离的５倍，档距导线与地线问的净空距离（Ｓ），在１５０Ｃ无风时，满足Ｓ≥０．０１２Ｌ＋１．５的规定。每基杆塔均接地，接地电阻不大于５欧姆。（５）绝缘子型式和组成。采用瓷质绝缘子，玻离绝缘子，对于污秽严重地区可采用合成绝缘子，绝缘子安全系数，最大使用荷载下不小于２．７。边相悬垂串可采用单联３００ＫＮ，４００ＫＮ和双联２１０ＫＮ，３００ＫＮ，４００ＫＮ成串，中相ｖ型串采用单联３００ＫＮ，４００ＫＮ和双联２１０ＫＮ，３００ＫＮ，４００ＫＮ成串，耐张串采用四联３００ＫＮ成串。（６）杆塔型式。直线塔一般采用酒杯型塔与猫头型塔，耐张塔一般采用干字型塔，耐张塔最大转角度数６００。（７）导线对地及交叉跨越距离。导线对地距离考虑原则：居民区地面最大场强不大于７ＫＶ／ｍ，对应最小对地距离为２７ｍ３Ｅ居民区地面最大场强不大于１０ＫＶ／ｍ，对应最小对地距离为２２ｍ距离线路边相导线７ｍ内的房屋应进行拆迁，距离边相导线７ｍ以外的有人居住房屋当地面１ｍ高处场强大于４ＫＶ／ｍ时应考虑拆迁。（８）１０００ｋｖ输电线电磁环境影响满足无线电干扰限值要求：距边相导线投影夕ｌ＇２０ｍ处，０．５兆赫兹，睛天条件下无线电干扰小于５０Ｄｂ。满足可听噪声限值：距边相导线投影Ｐ］＇２０ｍ处，可听噪声限值小于５５Ｄｂ。导线均满足工频磁感应强度场小于０．１Ｍｔ。（五）１０００千伏输变电工程基本造价１．变电设备造价。１０００ｋｖ，３０００ＭＷ主变压器３８００万元／台，１０００ｋｖ，２４０Ｍｖａｒ高抗１８００万元／台，１０００ｋｖ，１８０Ｍｖａｒ高抗１３５０万元／台，１０００ｋｖ全封闭组合电器（ＧＩＳ）１３０００万元／断路器，１０００ｋｖ全封闭组合电器（ＨＧＩＳ）９２００万元／断路器。１０００ｋｖ变电站ＧＩＳ方案静态投资单位造价４０８ｆｒｄＫＶＡ，其中设备费为９８８１２万元，占静态投资８０．７４％，１０００ｋｖ变电站ＨＧＩＳ方案静态投资单位造价３３５．７ｆｒＪＫＶＡ，其中设备费为６０７０２万元，占静态投资６０．２７％。２．１０００ｋｖ线路工程造价。线路工程本体单位造价为３１２．３９万元／ｌ【ｉｎ，静态投资单位造价为３９１．２７万元瓜ｉｎ，其中导线耗量４０．０２ｔ／ｋｉｎ，铁塔耗量１３７．８２ｔ／ｋｍ，混凝土耗量２９１．３立方，。目前导线价格１６３００ｆｒ＿Ｊ吨，铁塔６７００元／吨。后记１．成立特高压试验示范工程建设领导小组由刘振亚总经理任组长，郑宝森，舒印彪副总经理任副组长。２．２００６年６月２０日国家发展和改革委员会，发布开展交流１０００千伏，直流±８００千伏特高压输电试验，示范工程前期工作的通知。３．国家发展和改革委员会（２００６］１５８５号文，国家发展改革委关于晋东南至荆门特高压交流试验示范工程项目核准的批复本工程静态总投资为５６．８８亿元，其中输变电工程本体静态投资为５４．２１亿元，相应征地拆迁补偿，赔偿费为１．５酬乙元，基地建设费为１．１ｌ亿元。本工程动态投资为５８．５７亿元。４．国家环境保护总局［２００６］９２号文，关于晋东南～南阳～荆门百万伏级交流输变电工程环境影响报告书的批复，明确对处于输电边导线垂直投影线外侧水平间距７米以内，边导线最大风偏时空间距离小于１２米以及离地１．５米高度处的电场强度超过４千伏／米或磁感应强度超过０．Ｉ毫特斯垃的居民住宅应全部拆迁，人员活动地区为７千伏／米，其他地区为１０千伏，米，在１０００千伏送电线路边相导线＃１＂２５米范围内，不得新建医院，学校，居民住宅等建筑。１０００千伏特高压线路的无线电干扰限值暂按”在距边相导线投影２０米处，测试频率为０．５兆赫兹的晴天条件下不大于５５分贝｛ｔｘＶ／ｍ｝控制。．．１７９．。５．中华人民共和国水利部［２００５］４６０号文批复“关于晋东南～南阳一荆门百万伏级交流输变电工程水土保持方案的复函”。６．中华人民共和国国土资源部［２００６３１５０号文批复“关于晋东南一南阳一荆门百万伏级交流输变电工程建设用地预审意见的复函”。７．１０００千伏输变电系统调试和商业运行。１０００千伏输变电系统调试从２００８年１２月８日开始，１２月３０日结束，期间完成了零起升压，投切特高压变压器和空载线路试验，联网运行试验等项目。在对系统进行零起升压后，就投切空载变压器，变压器５００ＫＶ侧最大操作过电压为１．４８ｐ．ｕ＇１０００ＫＶ侧最大操作过电压为１．５４ｐ．Ｕ，在投切特高压空载线路过程中，变电站侧最大相对地操作过电压为１．２５ｐ．Ｏ，线路侧最大相对地操作过电压为１．２６ｐ．ｕ＇联网运行试验包括：１０００ｋｖ线路并，解列；１０００ｋｖ联络线功率控制；联网方式下投切低抗，低容；系统动态扰动；大负荷。特高压系统人工短路接地；二欢系统抗干扰。大负荷试验期间：输送功率达至１１２８２９．５ＭＷ，视在功率接近主变额定容量３００ＭＶＡ。系统调试及测试结果表明：特高压系统和所有设备通过全电压（最高运行电压达１１００ＫＶ）大负荷（最大输送功率达２８２９．５Ｍｗ）等各种运行方式及操作的试验，经受了故障条件的考验，工程一次和二次设备性能良好，满足技术规范的要求；工频电场，磁场，可听噪声，无线电干扰等电磁环境测试指标满足国家环保总局的限值要求。商业运行从２００９年１月６日２２时开始到同年６月３０日２４时，累计输送电量４３．２亿ｋｗｈ。８．关键技术研究成果。（１）确定了系统标准电压并被推荐为国际标准。系统地评估了输送能力，送电距离，安全稳定，运行控制，经济性能，设备难度和海拔，污秽等因素的影响，确定特高压系统标称电压为１０００千伏，最高运行电压为１１００千伏。（２）解决了过电压深度控制的难题。兼顾无功平衡需求，采用高压并联电抗器，断路器合闸电阻和高性能避雷器联合控制过电压，并利用避雷器短时过负荷能力，将操作过电压到１．６—１．７ｐｕ，工频过电压到１．３—１．４ｐｕ，持续时间在０．２ｓ以内。（３）解决了潜供电流控制的难题。采用高压并联电抗器中性点小电抗器控潜供电流，成功实现了ｌｓ内的单相重合闸。（４）建立了特高压系统的绝缘配合方法。掌握了长空气间隙的放电特性曲线，，并成功应用于工程实践。提出空气间隙放电电压的海拔修正公式，采用波前时间１０００微秒操作冲击电压下真型塔的放电特性进行绝缘配合，合理控制了各类间隙距离。（５）解决了污秽地区特高压工程的外绝缘配置难题，大规模采用有机外绝缘新技术，在世界上首次采用特高压，超大吨位绝缘子和复合套管。（６）解决了电压提高带来的电磁环境控制难题。（７）具备了全面完整的特高压试验研究能力。（８）掌握了特高压系统运行特性和控制规律。（９）掌握了特高压工程的运行检修技术。建立了特高压输电技术标准体系。形成了从系统集成工程设计，设备制造，施工按装，调试试验到运行维护的全套技术标准和试验规范。为特高压输电的规模应用创造了条件。９．关键设备研制成果。（１）技术水平高。①特高压变压器。额定电压１０００ＫＶ，额定容量１０００ＭＶＡ单体式变压器，一组变压器容量达到３０００ＭＶＡ。世界首次研制，②特高压并联电抗器。额定电压１１００ＫＶ，单相额定容量３２０Ｍｖａｒ，一组电抗器容量达到９６０Ｍｖａｒ。为世界首次研制③特高压ＧＩＳ／ＨＧＩＳ。额定电压１１００ＫＶ，额定电流６３００Ａ，额定短路开断电流５０ＫＡ代表了世界同类产品的最高水平。④特高压避雷器，特高压电容式电压互感器等设备创造了世界记一１８０—录。（２）国产化水平高。研制成功全套特高压交流设备，设备国产化率达至Ｕ９０％。全面实现了国产化目标。掌握了特高压设备制造的核心技术，具备了特高压交流设备的批量生产能力。（３）研制时间短。苏联，日本等国自２０世纪７０年始，致力于特高压输电技术研究，进行了ｌＯ～２０年的大规模基础研究，模型试验和长时间带电考核，即便如此，仍在实际产品制造中出现了很多问题。而我国特高压交流试验示范工程，从产品制造合同签订到建成投产，仅用了２年时间。一１８１—
