高中物理 第4章 远距离输电 第3节 电能的远距离传输输电电压的发展历史和特高压的定义问答素材 鲁科版选修3-2

高中物理 第4章 远距离输电 第3节 电能的远距离传输输电电压的发展历史和特高压的定义问答素材 鲁科版选修3-2

‎ “输电电压的发展历史和特高压的定义”问答 ‎ 问：输电电压的分类情况如何？特高压又是怎样定义的？‎ ‎　　答：交流输电电压一般分高压、超高压和特高压。国际上，高压（HV）通常指35～220千伏电压。超高压（EHV）通常指330千伏及以上、1000千伏以下的电压。特高压（UHV）定义为1000千伏及以上电压。高压直流（HVDC）通常指的是±600千伏及以下的直流输电电压，±600千伏以上的电压称为特高压直流（UHVDC）。‎ ‎　　就我国而言，交流高压电网指的是110千伏和220千伏电网；超高压电网指的是330千伏、500千伏和750千伏电网；特高压电网指的是1000千伏电网。高压直流指±500千伏及以下直流系统，特高压直流指±800千伏直流系统。以上的电压等级均为标称电压。特高压电网建成后，将形成以1000千伏交流输电网和±800千伏直流系统为骨干网架，具有坚强的超高压输电网和可靠的高压输电网，以及高压直流输电和配电网构成的分层、分区，结构清晰的现代化大电网。‎ ‎　　问：国内外电网电压等级的发展情况如何？‎ ‎　　答：为了提高输电经济性能，不断满足大容量和长距离输电的需求，电网电压等级在不断提高。100多年来，输电网电压从最初的13.8千伏，逐步发展到高压20千伏、35千伏、66千伏、110千伏、134千伏、220千伏、230千伏；20世纪50年代后迅速向超高压330千伏、345千伏、380千伏、400千伏、500千伏、735千伏、750千伏、765千伏发展；20世纪60年代末，开始进行1000千伏（1100千伏、1150千伏）和1500千伏电压等级特高压输电工程的可行性研究和特高压输电技术的研发。‎ ‎　　1908年，美国建成了110千伏输电线路，1923年又建成第一条230千伏线路。1952年，瑞典建成世界上第一条380千伏超高压线路。1954年美国建成第一条345千伏线路。1965年在加拿大建成世界第一条735千伏线路，之后1969年美国又建成765千伏线路。1985年，前苏联建成第一条1150千伏特高压输电线路。‎ ‎　　我国电网主要是在解放后发展起来的。1952年自主建设了110千伏输电线路，逐渐形成京津唐110千伏输电网。1954年，建成丰满至李石寨220千伏输电线，逐渐形成东北220千伏骨干网架。1972年，建成330千伏刘家峡—关中输电线路，全长‎534千米，逐渐形成西北电网330千伏骨干网架。1981年建成500千伏姚孟—武昌输电线路，全长‎595千米，逐步形成华中500千伏骨干网架。1989年建成±500千伏葛洲坝—上海高压直流输电线，实现了华中—华东两大区的直流联网。2020年在西北电网建成第一回750千伏输电线路。‎ ‎　　问：输电电压与线路输电能力的关系如何？‎ ‎　　答：理论上，输电线路的输电能力与线路电压的平方成正比，与输电线路的波阻抗成反比。一般来讲，不同电压等级输电线路的波阻抗，随电压升高有所减少，但变化不大。在近似估计不同电压等级的同样输电距离的输电能力时，可近似认为它们的波阻抗具有相似的幅值。在估算线路的送电能力时，可以认为电压升高一倍，功率输送能力提高4倍。若考虑输电线路的波阻抗变化情况，其输送能力的提高将大于4倍。‎ ‎　　问：输电线路的自然功率是如何定义的？不同电压等级的自然功率关系如何？‎ ‎　　答：自然功率是在输电线路首端连接幅值为标称电压UN的电压源、末端连接幅值与ZC=波阻抗相等的电阻负荷时，线路所输送的功率。此时单位长度线路串联电抗消耗的无功与并联电容发出无功相同，沿线电压恒定为UN。其中L0是输电线路的单位长度的串联电感，C0是线路单位长度的电容。自然功率P0≈U2/ZC。‎ ‎　　不同电压等级线路的自然功率一般为：330千伏线路295兆瓦；500千伏线路885兆瓦；765千伏线路2210兆瓦；1100千伏线路5180兆瓦；1500千伏线路9940兆瓦。‎ ‎　　问：相邻两个电压等级的级差如何确定？能否采用750千伏作为500千伏电网的更高一级电压等级？‎ ‎　　答：普遍认为超高压电网更高一级电压标称值应高出现有电网最高电压1倍及以上。这样，输电容量可提高4倍以上，不但能与现有电网电压配合，而且为今后新的更高电压的发展，留有合理的配合空间，做到简化网络结构，减少重复容量，便于潮流控制，减少线路损耗，有利于安全稳定运行。‎ ‎　　在500千伏电网基础上按1.5~1.6倍选用750千伏（765千伏）为新的更高电压等级是不可取的，因为对短距离输电而言，750千伏输电不如500千伏合理，而对远距离750千伏不如1000千伏好。比较合理的超高压—特高压电网电压系列为：330千伏（345千伏）～750千伏（765千伏）～1500千伏系列和220千伏～500千伏～1000千伏（1100千伏）系列。‎ ‎　　问：特高压电网的引入时间如何估算？我国应该何时引入特高压？‎ ‎　　答：特高压引入的时间，指的是从现有超高压电网开始形成到第一条特高压输电线路投入运行所需经历的时间。引入特高压输电的时间由输电需求和技术可行性决定。‎ ‎　　一般来说，更高一级电压的引入时间，就是尖锋负荷功率增长到4倍及以上的时间。历史发展情况表明，在经济持续增长阶段，新的更高电压等级的出现时间一般为15～20年。‎ ‎　　我国现有500千伏电网的装机容量已经超过当初引入第一回500千伏线路时的7倍以上，未来电网容量还要持续快速增长，因此应尽快建设更高一级电压等级电网。‎ ‎　　问：发展特高压电网的主要目标是什么？‎ ‎　　答：发展特高压输电主要有三个目标：（a）大容量、远距离从发电中心向负荷中心输送电能。（b）超高压电网之间的强互联，形成坚强的互联电网，目的是更有效地利用整个电网内各种可以利用的发电资源，提高互联的各个电网的可靠性和稳定性。（c）在已有的、强大的超高压电网之上覆盖一个特高压输电网，目的是把送端和受端之间大容量输电的主要任务从原来超高压输电转到特高压输电上来，以减少超高压输电的网损，提高电网的安全性，使整个电力系统能继续扩大覆盖范围，并更经济、更可靠运行。‎