输电电压等级的历史与未来

1882年，法国物理学家德普勒用一个煤矿中的直流发电机，以2kV的直流电压、1.5kW的功率，沿着57km的电报线路，把电能送到了在慕尼黑举办的一个国际博览会，完成了人类有史以来的第一次远距离输电，它是以直流输电方式完成的。这种直流输电方式曾经流行一时，但由于直流电机结构复杂，可靠性差，且大容量和高电压的直流电机在设计制造技术方面存在较大困难，故在当时条件下只能用多台发电机串联以提高输送电压、输送容量和输送距离。1889年，在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯（Moutiers）到里昂（Lyon）建立了230km直流输电线路，其输送电压和输送功率分别为125kV和20MW。在当时技术条件下，要想采用直流输电方式进一步实现更远距离、更大容量的输电已经是很难实现了，故人们开始转而研究采用交流输电方式，它可以比较方便地使输电电压得到迅速的提高，从而实现更远距离、更大容量的输电。

1888年，在伦敦泰晤士河畔，由费朗蒂设计的大型交流电站开始输电。它采用铜心电缆将10kV单相交流电送往相距10公里外的市区变电站，在市区变电站内首先将10kV降为2500V，并分送到各街区的二级变压器，在此再降为100V供用户照明用。1889年，俄国的多利沃·多布罗沃斯基又率先研制出功率为100W的三相交流发电机，并在德国、美国得到推广应用。这样，三相高压交流输电方式在全世界范围内得到迅速推广。由于交流输电方式可以采用变压器比较方便地提高输电电压，实现更远距离、更大容量的输电，这样交流输电就越来越显现出其明显的经济技术优势，并得到持续迅猛的发展，它逐渐变得普遍起来并替代了最初的直流输电，最终成为在电能传输领域占据绝对主导地位的输电方式。科学家自1888年开始采用10kV的交流输电方式，至1898年就借助交流变压器将输电电压提升至33kV，到1907、1923年则将输电电压分别提升至高压110kV和230kV，而到了1952、1959年和1965年则又将输电电压分别提升至超高压380kV、500kV和735kV，到1985年苏联更是将输电电压提升至特高压1150kV[1-3]。中国自1981年第一条平顶山—武汉500kV超高压交流输电线路投运，500kV超高压电网逐步成为各大区主网架；西北电网于2005年在青海官亭—甘肃兰州建成国内第一条750kV超高压输电线路，目前750kV电网正逐渐成为西北电网的主网架；2009年中国第一条特高压交流试验示范工程1000kV晋东南—南阳—荆门输电线路投运，在2013年建成淮南—上海1000kV特高压双回交流输电线路工程，其后，又在2014年12月投运浙北—福州1000kV特高压双回交流输电线路工程。此外，还有一批其他的1000kV特高压交流输电工程正在规划和建设中。(www.xing528.com)

自1890年交流输电方式开始应用后，直流输电在超过半个多世纪的时间内几乎停止了发展，直到1954年采取汞弧阀换流方式的直流海缆输电系统——瑞典哥特兰岛（Gotland）直流输电工程投运。但由于汞弧阀换流方式的可靠性较差，它并没能有效地推动直流输电方式向前发展。20世纪70年代以后，随着电力电子和微电子技术的迅速发展，出现了高压大功率晶闸管新器件，由于晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试验、运行、维护和检修都比汞弧阀简单、方便，它有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性，迅速在直流输电工程中得到良好应用，大大促进了直流输电技术的发展[4]。1970年，瑞典首先在原有哥特兰岛直流输电工程基础上，扩建了直流电压为50kV、输送功率为10MW的晶闸管换流阀试验工程。1972年，世界上第一个全部采用晶闸管换流的伊尔河（Eel River）直流背靠背工程（2×80kV，2×160MW）在加拿大投入运行。由于直流输电在架空线远距离大功率传输、海底电缆功率传输和交流系统背靠背联络等领域具有其突出的优势，借助于新型器件晶闸管换流阀的东风，直流输电此后在全世界再一次得到迅速发展，采用晶闸管换流阀的新建直流输电工程不断涌现，直流输电电压也不断提高。到2003年，全世界共建设和投运晶闸管换流阀工程65个，其中有相当一部分是输电电压±500～±600kV的重要长距离、超高压直流输电项目，还有少量的多端直流输电项目。中国自1990年葛洲坝—上海±500kV直流输电工程投运后，又相继建设和投运了多条±500kV超高压直流输电工程。2010年，中国建成云南（楚雄）—广州（穗东）±800kV直流输电工程和向家坝（复龙）—上海（奉贤）±800kV直流输电工程；2011年，建成宁夏（宁东）—山东（青岛）±660kV直流输电工程；2012年，建成四川锦屏（裕隆）—江苏苏南（同里）±800kV直流输电工程；2013年，建成云南（普洱）—广东（江门）±800kV直流输电工程（或称糯扎渡直流输电工程）；2014年，建成哈密南（哈密南）—郑州（郑州）、溪洛渡（双龙）—浙西（金华）±800kV直流输电工程。目前，中国还有多个±800kV特高压直流输电工程在建设和筹建，并且采用±1100kV电压等级的双极单回直流输电项目已完成科研论证，依托准东—华东工程开展前期工程设计准备。