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三峡工程与高压直流输电

日期:2020-08-13 04:06
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摘要:

三峡工程与高压直流输电
                    
摘要:本文论述了三峡工程中的输变电工程的概况,特别是直流输电系统。另外也论述了与电力电子技术相关的“西电东送”、国内电网联网与直流联网“背靠背”工程等方面的内容。 
关键词:三峡工程 高压直流 输电 
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    摘要:本文论述了三峡工程中的输变电工程的概况,特别是直流输电系统。另外也论述了与电力电子技术相关的“西电东送”、国内电网联网与直流联网“背靠背”工程等方面的内容。
    
    1 概 述 
   举世瞩目的长江三峡工程分为三大部分:枢纽工程、移民工程和输变电工程。随着三峡大坝的横空出世、高峡平湖的梦想成真,从2003年起,这个当今世界上*大的水电站将产生源源不断的强大电能。
   三峡枢纽工程分三期施工,一期工程的标志为大江截流。二期工程主要修建三峡大坝的泄洪坝段、左岸厂房坝段、长久船闸。
   二期工程以2003年**批机组发电为完成标志。2001年11月22日,首批机组的安装正式启动,首台机组重达721吨的发电机定子,被两台总共可吊1200吨的行车,稳稳地吊放到直径20多米的机坑内。首批机组装4台70万千瓦水轮发电机。
    三期工程要对二期已筑起的大坝和右岸之间的导流明渠截流,建右岸厂房坝段。
   三峡输变电工程也随之成为三峡工程的重头戏。26台70万千瓦的水轮发电机组,1820万千瓦的总装机容量,到2010年全部机组建成投产后,三峡电站的年均发电量将达847亿千瓦时。其中900万千瓦将通过直流方式输送出去。
   三峡工程按1993年价格水平计算的静态总投资为900.9亿元,考虑物价、利息等变因,当时测算到2009年的动态总投资为2039亿元。这些年宏观经济形势一直较好,物价指数下降,目前枢纽工程控制在概算内,还略有节余。据预测,到2010年工程全部完工时,三峡工程的动态总投资可望控制在1800亿元以内。 
    2 三峡工程中的输变电工程
   由滔滔长江之水转换而成的如此充沛的电能,如何自高山峡谷之中被瞬间传递到千里之外的负荷中心?总投资275亿元的三峡输变电工程将担此重任。 
   按照设计方案,三峡电站分为左岸和右岸电站,左、右岸电站又各分为两个电厂。其中,左一电厂装机8台,出线5回;左二电厂装机6台,出线3回;右一、右二电厂装机均为6台,出线分别为4回和3回。这15回出线将分别把26台机组发出的电能送至座落在湖北境内的一批500千伏变电站和换流站,再向国内辐射。
   根据国务院去年底批准的三峡工程分电方案,三峡电站供电区域为湖北、河南、湖南、江西、上海、江苏、浙江、安徽、广东等八省一市。由于华中、川渝地区电力供求关系的变化,国务院决定三峡电站不向川渝送电。因此,三峡电力外送将形成三大主要通道: 
   中通道:在华中四省建500千伏交流输电线路4970公里,鄂豫间两回,鄂湘间两回,鄂赣间一回,变电容量1350万千伏安(其中湖北境内的500千伏线路2630公里,变电容量525万千伏安);设计输电能力900万千瓦。 
   东通道:除利用现有的葛洲坝至上海直流线路输电120万千瓦外,2002年前建成第二回东送500千伏直流输电线路和湖北宜昌、江苏常州换流站,额定容量300万千瓦;2008年再建成第三回送上海的直流线路,增加容量300万千瓦。同时,在华东地区配套建设500千伏交流输电线路850公里,变电容量850千伏安。 
   南通道:2004年前建成一条973公里的500千伏直流输电线路和湖北荆州、广东惠州两个换流站,送电能力为300万千瓦。 
   到2008年,上述三个通道全部建成后,一个纵横九千公里、贯穿八省一市的三峡输变电系统将腾空而起。届时,三峡电力将畅通无阻地奔向东西1500公里、南北1000公里范围内的广大用户。 
   1997年3月26日,三峡电力外送工程的**枪从西线打响。500千伏长寿至万县超高压输电线路正式开工。尽管三峡的电力电量后来不考虑向川渝输送,但这条线路对于联接华中和川渝电网仍将发挥极其重要的作用。 
   从1999年开始,三峡输变电工程便进入大规模的建设阶段。为了确保三峡工程首批机组2003年投产发电后的电力外送,2003年前,三峡输变电工程要建成500千伏输电线路4116千米,其中交流线路3016公里、直流线路1100公里;投产变电容量825万千伏安,直流换流站600万千瓦。其施工任务之艰巨可想而知。 
   2002年,三峡输变电工程新开工和续建项目投资规模为45.61亿元。其中,续建直流换流容量1200万千瓦、交流变电容量650万千伏安、500千伏输电线路4043千米;新建变电容量75万千伏安、500千伏输电线路1203千米。 
    3 三峡工程的直流输电工程
     三峡至常州直流输电工程是三峡电站用直流方式向外输出电力的**条通道。这条直流输电线,其额定直流电压±500千伏,额定直流电流3000安培,输送容量300万千瓦。
   三峡至广东直流输电工程是三峡电站用直流方式向外输出电力的第二条通道,也是“十五”末实现向广东送电1000万千瓦的关键项目。三广线输电距离约976公里,由荆州换流站、惠州换流站、三广直流线组成。
   荆州换流站工程作为三峡电力外送的门户换流站,建设计划于2001年9月15日开始进行四通一平及工程前期准备,2004年2月极I投运,2004年6月极II和双极投运。这项项工程建设规模与三常线基本相同:额定直流电流3000安培。换流站直流线路电压等级为双极±500KV,额定输送功率为单极150万千瓦,双极300万千瓦。建成后将成为世界上*大规模的换流站。
   通过招标ABB公司赢得以上两的工程项目。为支持国产化,本次两个工程招标的主要设备换流阀和换流变压器等均采取了合作生产的方式。同时,引进了ABB公司的直流输电成套设计技术以及控制保护的设计制造技术。
   据悉,按照三峡工程设计,将在二00三年六月蓄水至一百三十五米,并相继实现长久船闸通航和首批机组发电的二期工程目标。根据国务院有关规定,在工程蓄水、通航、发电前,需进行阶段验收。本次验收范围包括枢纽工程、移民工程和输变电工程三部分。 
   三峡左岸电站厂房2号机定子机座于11月22日吊入1号机坑进行组装,这标志着三峡机组机电设备安装正式开始。该台定子机座设备由VGS联营体供货,其机座外径为21.4米,高度为3.3米,总重量达180吨。 
   根据广东省电力需求预测,到2005年,广东全省用电负荷将达3617万千瓦,2010年可达4905万千瓦;“十五”期间,广东需新增电源容量1208万千瓦。目前,在广东省大型电源建设项目中,2005年底前可投产总装机容量约647万千瓦(含火、核、气、水),此间应退役小火电机组约157万千瓦。很显然,广东本省新增装机容量无法满足用电需求。“西电东送”、“三峡南送”,把三峡的电力输送到广东,不仅仅是决策者的明智之举,也是国家电网建设发展的迫切需要。
    4 “西电东送”
   我国有极丰富的水力资源,其理论蕴藏量6.78亿kW,可利用开发装机容量为3.78亿kW,居世界首位。到1997年底水电装机容量为6008万kw,占可利用开发装机容量的15,89%。远远低于世界上水电开发利用较高的国家。根据国家水电规划到2010年水电装机容量达到1.5亿kW,那时占国内发电设备总装机容量的比率将从现在的23%左右提高到加30%。今年水电装机容量达到7000万kW。从2000年到2010年的十年间要新增装机容量8000万kW,实现电力工业“3311”设想,即:3000万kw特大型工程水电、3000万kW常规水电;1000万kW抽水蓄能电站。
   “西电东送”工程与“西气东输”、“南水北调”、青藏铁路一起,是西部大开发的四项跨世纪工程。其中“西电东送”被称为西部大开发的标志性工程,开工*早、建设速度*快,于2000年11月在贵州拉开建设序幕。
   “西电东送”是指开发贵州、云南、广西、四川、内蒙古、山西、陕西等西部省区的电力资源,将其输送到电力紧缺的广东、上海、江苏、浙江和京、津、唐地区。“西电东送”分北、中、南3条通道,北部通道是将黄河上游的水电和山西、内蒙古的坑口火电送往京津唐地区;中部通道是将三峡和金沙江干支流水电送往华东地区;南部通道是将贵州、广西、云南三省区交界处的南盘江、北盘江、红水河的水电资源以及云南、贵州两省的火电资源开发出来送往广东。
   贵州至广东直流输电工程是“西电东送”中容量*大的一条输电通道。贵广线输电距离约936千米,资金来源为国内贷款,工程计划2001年底开工建设,2004年底单极投运,2005年6月完成双极投运。贵州至广州±500千伏直流、贵州至广东两回500伏交流与三峡至广东±500千伏直流工程同时开工建设,我国西电东送八“龙”入粤格局已初步确立。八项输电工程跨越我国西南部广袤山区,纵横绵延逾千公里,气势如虹。“十五”期间,我国西电输往广东的电力将达到1120万千瓦,在现代化道路上疾驰的广东获得更充足的电能,城镇将变得更加璀璨迷人;同时,广东与中西部经济联系也将更加紧密。
   金沙江天然落差5100米,水能蕴藏量达到40000MW,是水电站的“富矿”。溪洛渡和向家坝水电站是金沙江干流规划中的处于河段*后面的两级,于四川云南省交界的金沙江上。距华东(上海)和华中(武汉)分别是1750公里和980公里,因此向华东和华中输电和联网均超过HVDC平均点(800公里)。它的建设不仅增加三峡,葛洲坝枯期保证出力,还具有防洪、灌溉、养活三峡水库的泥沙淤积等一系列社会效益。
   溪洛渡,向家坝水电站是继三峡工程之后,在电力建设中具有重大战略意义的又一宏伟工程。除此之外,我国西部地区,还有一批水电站的工程,如龙滩、小湾、拉西瓦、公伯峡、景洪等水电站,装机容量均在1000MW以上。
   金沙江一期工程溪洛渡、向家坝水电站是加大西电东送力度的重要战略项目,已列入国家电力发展“十五”期间重点项目前期工作计划。溪洛渡、向家坝水电站总装机容量1860万千瓦,多年平均发电量873亿千瓦时。其中各送930万千瓦将通过HVDC方式向华东、华中进行输送。
   1999年12月14日,中国长江三峡工程开发总公司委托国家电力公司开展金沙江一期工程输电系统规划设计工作。此后国家电力公司组织力量重点研究了由不同输电方式、不同输电电压等级、不同的输电规模组合的12个基本输电方案,分为纯直流(±500千伏或±600千伏)、纯交流(特高压1150千伏)和交直流混合(至华中为交流750千伏或500千伏,至华东为直流±600千伏或±750千伏)三大类。
   专家提出,鉴于本工程的实际情况,金沙江一期工程的西电东送输电方案不宜选用1150千伏特高压电压等级送电;采用750千伏交流送电华中,与采用500千伏交流相比,在技术上没有多大优越性,经济上又较贵,本工程不予推荐;纯直流方案经济性较好,两电站输电方案清晰,过渡方便,是一个较好方案。因此,纯直流方案应是优选方案,建议按此方案开展下阶段工作。金沙江一期工程送电川渝、云南采用500千伏的电压等级可较好满足要求。输电直接从电站开关站出线,就近接入川渝电网、云南电网。电站接线应可避免川渝、云南电网在电站侧交流联网运行。专家们还肯定了溪洛渡及向家坝电站东送线路按南、北两个通道考虑的思路。
    5 国内电网联网与直流联网“背靠背”工程
   按照西电东送、南北互联、国内联网的方针,国内互联电网的基本格局是:国内将以三峡输电系统为主体,向东、西、南、北四个方向辐射,形成以北、中、南送电通道为主体、南北电网间多点互联、纵向通道联系较为紧密的国内互联电网格局。北、中、南三大片电网之间原则上采用直流背靠背或常规直流隔开,以控制交流同步电网的规模。
   “十五”期间国内联网是以三峡工程为契机,并以三峡电站为中心,向东、西、南、北四个方向辐射,建设东、西、南、北四个方向的联网和送电线路,并在条件成熟的电网间实现周边联网。除已建成的东北与华北联网工程、拟开工建设的福建与华东联网工程外,其它项目的实施顺序是华中与华北联网工程、华中与华东联网工程(三峡至华东**回直流工程)、山东与华北联网工程(德州-沧州)、华中与南方联网工程(三峡至广东直流工程)、华中与川渝联网工程(通过三万线)、华中与西北联网工程、川渝与西北联网工程、山东与华北联网工程、山东与华东联网工程等。
   南北端以背靠背直流同河北电网联网。与此同时,还要做好山东与华东、西北与华北、海南与广东、福建与广东等联网工程,以及金沙江一期、龙滩、小湾、瀑布沟、三板溪等大型水电站输电规划的前期论证工作。 
   根据我国电网规划,2003年前后,随着三峡工程的建成,将要实现国内联网创造条件,其跨区跨省的电网工程如云南天生桥向广州送电;陕西宝鸡向四川成都的送电;阳城向江苏的送电;山西王曲向山东的送电;华北与东北的联网;西北与华北的联网等,这些工程均有直流联网的工程。
    我国跨大区电网联网由以下电网组成:
    · 华中、华东电网葛上±500V超高压直流联网。
    ·云、贵、两广电网天一广交流500KV联网,已建成天广±500KV、1.8GW的直流。联网工程,形成交直流混合联网。
    ·四川电网规划2000年前建设宝鸡至成都的±400KV直流联网工程,由宝鸡至成都送电1.2GW。
    · 2005年前建设綦江至遵义的交流500KV联网线路由贵州向四川送电。
    · 华中电网从湖南娄底到广西柳州与云、贵两广电网联网。
    ·80年代西北电网为向华中送电并拟通过葛上直流转送华东电网。后改成由华中电网的中部襄阳经安康到西安,距离450—500公里。因考虑到西北较大容量煤电送华中电网和跨流域调节的功能,以超高压直流联网。
    ·华中与华北联网,由山西阳城电厂以交流500KV向华东淮阴送电,形成山西电网联网。华中与华北是采用直流联网。联网地点应根据不同情况采用不同方案。
    6 直流输电系统的国产化
   长期以来我国多个重点直流输电工程(如:葛洲坝工程、天生桥工程)高价大量外汇购买,对西方跨国公司形成了依赖性。为此,国家为了实现直流输电系统的国产化,国务院就此做出了重大决策,通过三峡工程,投入了大量资金引进国外先进技术。彻底解决直流输电的国产化问题。
   国家有关部委在考察论证国内研制开发晶闸管的厂、所的状况之后,国务院三峡工程建设委员会办公室于1998年5月下发“国三峡办发装字[1998]049号”文件“关于三峡─常州±500KV直流输电工程换流站设备招标”文件中明确提出“……大电流、高电压可控硅是我国直流输电、冶金、海上石油平台等多种行业需要的电力电子工业元器件,为满足我国需要,要通过三峡直流输电设备的招标,引进晶闸管(3000A/6000-8000V)制造技术,由基础较好的西安电力电子技术研究所接受转让技术,利用引进技术制造的产品,在葛─沪线上试用……,在三峡**条直流线路中使用”
   西安电力电子技术研究所承担了直流输电阀中的关键器件大功率晶闸管的技术引进和三广、贵广线中换流阀中大功率晶闸管的制造任务。具有***规模和技术水平的国家重点工程“三峡至广东输变电工程”和“贵州至广东输变电工程”的工程已经开始实施。2001年12月在北京我所与ABB电力系统公司、Siemens公司直流部正式签订三峡—广东和贵州—广东±500kV直流输电项目,合同总额为840万美元。经过引进国外技术,实现三峡直流输电工程和“西电东送”使用国产大功率晶闸管产品的目标。以提高我国直流输电工程晶闸管国产化水平,******,这对振兴民族工业具有重大意义。
    
    参考文献:
    [1] 国家经贸委,《国家电力“十五”规划》,2001年
    [2] 周小谦,《中国电力工业发展的前景》,2001年
    [3] 中国水利报,《三峡工程进入冲刺阶段商机尽现》,2001年9月17号
    [4] 国家电力公司,《国家电力信息网》,2002年7月
    [5] 电力电力报社,《中国电力新闻网》,2002年7月
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