电网发展和电压提升

第一章

电网发展和电压提升

第一节电网发展与互联

一、电网基本概念

电力系统是由发电、输电、配电、用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系

统，电力系统示意图如图1-1所示。电网包括输电、配电和用电环节，用于联系发电厂和电力 用户。

电网主要包括输电网和配电网。输电网的功能是将发电厂发出的电力送到消费电能的地

区，或进行相邻电网之间的电力互送，形成互联电网。配电网的功能是接受输电网输送的电力， 然后进行再分配，输送到城市和农村，进一步分配和供给工业、农业、商业、居民以及有特殊 需要的用电部门。

就电力输送和供给方式而言，有交流输配电和直流输电两大类方式。交流输配电方式由 升压变电站、降压变电站（包括一次设备和二次设备）及其相连的输电线路完成。输变电设 备连接起来构成输电网，配变电设备连接起来构成配电网。直流输电方式由直流输电线路和换 流站的各种设备（包括一次设备和二次设备）实现。变电设备有变压器、电抗器、电容器、断 路器、接地开关、隔离开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、母线等一次设备和继电保护、 监视、测控、电力通信系统等二次设备。输电设备主要有导线、杆塔、绝缘子串、地线（含光 纤）等。直流设备有换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器、直流隔离开关、接地开 关、旁路开关、直流断路器、直流测量装置以及直流避雷器等。 1 1

图1-1 电力系统示意图（虚框内为电网示意图）

输电网电压等级一般分为高压、超高压和特高压。国际上对于交流输电网，高压(HV) 通常指35kV及以上、220kV及以下的电压等级；超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kv 以下的电压等级：特高压( UHV)指lOOOkV及以上的电压等级。对于直流输电．超高压通常 指±500 (+400)、+660kV等电压等级；特高压通常指±800kV及以上电压等级：

中国已形成了1000/500/220/110 (66) /35/10/0.4kV和750/330 (220) 110 35 10 0.4kV两 个交流电压等级序列，以及±500(±400)、±660、±800kV直流输电电压等级。中国的高压

电网是指llOkV和220kV电网；超高压电网是指330、500kV和750kV电网：特高压电网是

指以lOOOkV交流电网为骨干网架，特高压直流系统直接或分层接入1000，500kV自勺输电网。中国已建成lOOOkV特高压交流和±800kV特高压直流输电工程，正在研发±llOOkV直流一 电技术，其中lOOOkV交流电压已成为国际标称电压。

电网是电力流通网络，具有物流的基本传输功能。电网将电能从发电侧传输配送到用户 这是电网最基本的功能。

电能是由一次能源转化而得的二次能源。日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的 转换，包括水能（水力发电）、热能（火力发电）、原子能（核电）、风能（风力发电）、化学能 （电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。电能的主要特点是：①不能大规模储存，发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成；②发电和用电之间必须实时保持供需平衡，如果不能保持 实时平衡，将危及用电的安全性、连续性及电能质量。电能这种高度同步性的特点，必须通过 电源、电网和用户的协调运作来共同保障电力安全和电能质量。其中，作为传输、配送电能的 网络——电网，处于枢纽地位，它连接若干分散的电源和用户。电能安全和质量必须通过电网 的调度、运行和控制来完成。电网在保障电力系统安全中具有重要的、不可替代的作用，因此 2

电网作为能源供应体系的重要组成，是现代经济发展和社会进步的重要基础和保障。

随着电网技术的不断发展和电网与智能化技的广泛融合，现代电网的形态、功能正在发自

2 生深刻变化，电网功能将由单一的电能输送载体，向具有强大能源资源配置功能的智能化基础

平台升级，在保障能源安全、促进节能减排、推动经济社会发展方面发挥显著作用。未来电网

将成为优化配置能源资源的市场平台、满足用户多元需求的服务平台和保障国家能源安全的基

础平台。

电网是组成电力系统的关键部分，而整个电力系统是由锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、

发电机等生产电能的设备，变压器、电力线路等变换、输送、分配电能的设备，电动机、电热

电炉、电灯等各种消耗电能的设备，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统

一整体，是一个十分庞大而复杂的研究对象。

对于电力系统来说，安全和稳定是电力系统正常运行不可缺少的最基本条件。所谓安全，

是指运行中的所有电力设备必须在它们允许的电流、电压和频率的幅值和时间限额内运行，不

安全的后果可能导致电力设备的损坏；所谓稳定，是指电力系统可以连续向电力用户正常供电

的状态。

在电力系统运行中，有三种必须同时满足的稳定性要求，即同步运行稳定性、频率稳定性

和电压稳定性。同步运行稳定性即功角稳定性，失去同步运行稳定性的后果是系统发生振荡，

引起系统中枢点电压、输电设备中的电流和电压大幅度地周期性波动，电力系统不能继续向负

荷正常供电，如果处理不好，将导致电力系统大面积停电；失去频率稳定性的后果是发生系统

频率崩溃，引起系统全部停电；失去电压稳定性的后果是发生系统电压崩溃，使受影响地区

停电。因此，电力系统的规划设计、建设实施、调度运行等各环节都应保证系统的安全稳定。

一、电网发展历程

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1875年，法国巴黎建成世界上第一座火力发电厂，标志着电力时代的到来。1882年，爱 迪生在纽约建成世界上第一座商用发电厂（装机容量为660kW，采用1.6km 110V直流电缆输 电），标志着电力成为一种商品。根据欧姆定律，在输送同样功率的情况下，只有提高电压， 减小电流，才能够实现远距离、低损耗的电能输送；考虑到用电安全因素，用户侧电压不能太 高，到达用户侧后，还需要降低电压，以满足设备安全用电。在此情况下，当输电范围进一步 延伸时，输电损耗呈线性增长。而直流输电在当时的技术条件下，升压、降压都比较困难，远 距离输电时线路损耗很大。发明家尼古拉·特斯拉发明了交流电技术，它可以方便而经济地升 高或降低电压，在电厂侧将电压升高，这意味着电力可以通过输电线路输送较远距离，在用户 端将电压再次降下来，保证安全用电。1885～1886年，西屋公司建成了第一个交流输电系

统，1895年又建成了35km的尼亚加拉大瀑布电厂（安装有3台3675kW水电机组）至布法罗 输电线路，使电力既用于照明，又用于电力拖动，克服了电力工业发展所面临的技术障碍。 电网发展的不同时期具有不同的技术经济特征，其中电压等级、电网规模、发电机组单机 容量和运行技术是最突出的几个特征，根据这几个特征可以划分电网的发展阶段?。

19世纪末至20世纪中期，电力工业经过数十年的发展，形成了以交流发电和输配电技术 为主导的电网，然而直到第二次世界大战结束，都属于初级阶段。该阶段电网单机容量不超过 200MW：交流输电占主导，输电电压较低，最高为220kV；电网规模以城市电网、孤立电网 y

和小型电网为主，规模不大；运行技术还处于起步阶段，电网故障并导致停电属常规性事件。 该阶段国际电网发展有如下标志性事件。

(1)1895年建成35km的尼亚加拉大瀑布电厂（安装有3台3675kW水电机组）至布法罗 输电线路，确定了交流输电的主导地位。

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(2) 1916年，美国建成第一条132kV线路，1923年建成230kv线路，1937年建成287kv

线路。

(3) 1918年，美国制造了第一台容量为60MW的汽轮发电机；1929年'美国制造了第一台容量

台容量为200MW的汽轮发电机。

(4) 1932年，苏联第聂伯水电站投产，单机容量达到62MW; 1934年，美国大古力水电站投产产，单机容量达108MW。

中国有电的历史几乎与国际同步。 1879年，上海公共租界点亮了中国第一盏电灯随后1882年在上海创办了中国第一家公用电业公司——一上海电气公司，从此中国翻开了电力工

业的第一页。但中国在1949年前电力工业发展缓慢，与世界电力工业相比，落后很多，至新

中国成立时，全国发电装机容量仅有1850MW，年发电量43xlOkWh （10的8次方）全国只有少数大中城 市有电，电网规模很小，电压等级繁多。1908年建成石龙坝水电站一昆明22kV 线路;1921

年建成石景山电厂一北京城区33kV线路；1933年建成抚顺电厂44kv出线；1934年建成延

边一老头沟66kV线路；1935年建成抚顺电厂一鞍山154kV线路：1943 年建建成镜泊湖水电

厂一延边llOkV线路。当时，除东北有一部分154kV输电线路外，京津唐地区最高电压为77kv

上海地区最高电压为33kV。

第二次世界大战后，全球经济快速发展。规模化工业生产对能源电力的巨大需求和廉价的

化石能源，推动了电力工业的大发展和电网技术的空前进步与创新。电力技术日益向高电压、

大机组、大电网方向发展。电力工业的快速发展带来了规模经济的巨大效益，满足了社会和经

济发展日益增长的需求。

从20世纪中期到20世纪末，电网规模不断扩大，形成了大型互联电网；发电机组单机容

量达到300～1000MW；建立了330kV及以上的超高压交直流输电系统。

欧洲、北美电网联网在20世纪50年代开始快速发展，80～90年代，覆盖广、交换规模

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