迄今為止，世界公認在整個產業領域全方位實現了“中國引領”的，唯有特高壓。

　　從“中國制造”到“中國創造”是質的提升，從“中國創造”到“中國引領”則是革命性飛躍。

　　獲2012年度國家科技進步獎特等獎的“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”，使特高壓這一備受社會關注、并一度伴有諸多爭議的輸電技術，終于“修成正果”。

　　體現國家意志

　　特高壓輸電技術，世界看中國。這不是哪個人、哪個團隊、哪個企業能做成的，而是體現了國家意志。

　　說它體現國家意志，是因為特高壓從最早提出到項目研發，再到工程實踐，自始至終瞄準世界電力發展趨勢和技術制高點，緊密圍繞國家重大戰略需求，政府支持，企業主導，產學研聯合，社會各方廣泛參與，用科學手段和方法，以應用為目的，破解了重大技術難題。

　　項目提出和主持實施者、國家電網公司總經理劉振亞指出，世界電力工業發展的歷史表明：用電需求持續增長推動電網規模不斷擴大、電壓等級不斷提升，相鄰電壓等級之比在2倍及以上。500千伏輸電有力支撐了我國近30年經濟社會發展，但我國能源資源與需求呈逆向分布，70%以上的能源需求集中在中東部，可用能源資源卻遠離需求中心，76%的煤炭集中在北部和西北部、80%的水能資源集中在西南部，陸地風能和太陽能等新能源也大量分布在西北部，供需相距800—3000公里，現有500千伏輸電系統面臨著遠距離、大容量輸送能力不足，走廊資源緊缺等瓶頸制約，亟待升級至1000千伏等級。

　　他介紹，“特高壓交流輸電代表國際高壓輸電的最高水平。上世紀60至90年代，美國、日本、前蘇聯等發達國家曾開展過試驗研究，但沒有形成成熟適用的技術和設備。”我國研發特高壓交流輸電技術，既面臨高電壓、強電流的電磁與絕緣技術世界級挑戰，又面臨重污穢、高海拔的嚴酷自然環境影響，創新難度極大。所以說，世界性的電網科技難題在中國，創新的動力也在中國。

　　據介紹，我國從l986年開始，將特高壓輸電技術研究連續列入國家“七五”、“八五”和“十五”科技攻關計劃，為特高壓技術研究積累了寶貴經驗；特高壓交流輸電技術研發先后列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》和“十一五”國家科技支撐計劃。西北750千伏輸變電國產化示范工程的順利投產和三峽送出±500千伏直流輸電工程的成功實踐，使我國輸變電設備的制造能力和水平有了很大提高，為特高壓技術裝備研發和應用創造了條件。到2006年8月國家發改委批準建設晉東南至荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程時，“發展特高壓輸電，在技術上沒有難以克服的障礙，在工程上已具備實際應用的條件”。

　　正視技術挑戰

　　當然，特高壓這一引領國際輸電技術進步方向的工程所提出的巨大技術挑戰，又是必須正視的。劉振亞強調，我國發展特高壓需在已有科技和工業基礎上自主創新，率先攻克世界上一個全新電壓等級輸電所需的全套技術，并立足國內、在世界上首次研制全套特高壓設備。“這是我國各常規電壓等級發展過程中未曾經歷的重大考驗”。他介紹，需要全面攻克四大突出難題：

　　電壓控制。包括穩態電壓控制和瞬態過電壓抑制。特高壓系統輸送容量大、距離遠，正常運行時，最高電壓應控制在1100千伏以下，沿線穩態電壓接近平衡分布，但故障斷開時，電壓分布發生突變，受端電壓大幅抬升；開關操作時，會產生幅值極高的瞬態過電壓，這些電壓升高直接威脅到系統和設備安全。為確保特高壓系統大容量電力可靠傳輸，必須攻克各種狀態下電壓控制難題。

　　外絕緣配置。包括空氣間隙和固體絕緣介質沿面。特高壓系統外絕緣尺度大，空氣間隙的耐受電壓隨間隙距離增大不再線性增加，呈現明顯飽和效應；我國大氣環境污染嚴重，絕緣子在污穢情況下的沿面閃絡電壓大幅降低；線路鐵塔高，雷電繞擊導線概率明顯增加。為確保特高壓系統安全可靠，必須破解復雜環境下外絕緣配置的難題。

　　電磁環境控制。包括工頻電場、工頻磁場，可聽噪聲和無線電干擾。特高壓線路、變電站構成的多導體系統結構復雜、尺度大，導體間相互影響顯著，帶電導體表面及附近空間的電場強度明顯增大，電暈放電產生的可聽噪聲和無線電干擾影響突出。為確保特高壓工程環境友好，必須攻克極高電場下電磁環境控制難題。

　　設備研制。特高壓設備包括變壓器、開關等9大類40余種，額定參數高，電、磁、熱、力多物理場協調復雜。國外沒有成熟經驗可供借鑒，國內設備制造業設計研發、試驗檢測能力不足。按照現有技術簡單線性放大，就會使得設備體積過大，造價過高，且部分設備無法運輸，自主研制難度極大。為掌握核心制造技術，必須攻克成套設備研制中的系列難題。

　　創新破解難題

　　為破解這些世界級難題，形成擁有自主知識產權的核心技術，項目依托試驗示范工程建設，堅持“基礎研究—設備研制—試驗驗證—系統集成—工程示范”方針，產學研用協同攻關，聯合國內電力、機械行業的科研、制造、設計、高校等100余家單位近5萬人，共開展180余項關鍵技術研究、9大類40余種關鍵設備研制，在電壓控制、外絕緣配置、電磁環境控制、成套設備研制、系統集成、試驗能力6大方面實現了創新突破，掌握了特高壓交流輸電核心技術，研制成功了全套關鍵設備，建成世界上電壓等級最高、輸電能力最強的交流輸電工程。

　　創新點1 電壓控制。項目研究確定了特高壓交流輸電標準電壓。創新形成了穩態電壓控制技術、瞬態過電壓抑制和潛供電弧抑制技術。

　　一是提出了高壓電抗器與低壓側大容量可投切容抗、感抗相結合的無功控制方法以及高性能避雷器、高壓電抗器及斷路器合閘電阻有機組合的過電壓深度抑制方法，為電壓優化控制奠定堅實基礎；二是建立了潛供電弧運動的數學模型，掌握了電弧熄滅的演變規律。通過優化高抗中性點接地電抗器參數，成功實現0.7秒內快速重合閘。

　　通過以上創新，在國際上首次實現了特高壓系統電壓優化控制。試驗示范工程瞬態過電壓抑制在1.5倍以下，穩態電壓控制在合理范圍。

　　創新點2 外絕緣配置。項目揭示了復雜環境下特高壓系統外絕緣非線性放電特性，研發了空氣間隙、絕緣子配置和雷電防護技術。

　　一是首次獲得了外絕緣特性全系列真型試驗數據, 建立了長空氣間隙放電過程的數學模型，掌握了大尺度外絕緣的非線性放電特性；二是提出了基于長波前沖擊試驗的過電壓絕緣配合方法、大噸位復合絕緣子配置方案，攻克了重污穢條件下外絕緣配置難題，絕緣子串長由16米縮短至9.7米；三是建立了雷電先導發展過程的三維仿真模型，提出了基于雷電活動、地形、地貌特征的差異化雷電防護方法，解決了雷電繞擊的突出難題。試驗示范工程運行三年無雷擊跳閘。

　　通過以上創新，在世界上首次實現了復雜環境下特高壓系統外絕緣優化配置。線路鐵塔重量降低64%、造價降低 60%。

　　創新點3 成套設備研制。項目創新形成了特高壓輸變電設備設計、制造和試驗關鍵技術，建立了完整的技術產業體系。

　　在變壓器方面：首次采用主體變與調壓變分離布置方案，顯著提高可靠性并有效減輕運輸重量；提出了三柱并聯繞組電流分配及磁路平衡方法，有效控制發熱和振動；提出了地/低電位高場強控制方法、主縱絕緣與出線絕緣結構方案，實現了無局部放電設計。研制成功世界上容量最大、損耗最低的單體式特高壓變壓器。

　　在開關方面：采用六氟化硫氣體絕緣金屬封閉開關技術，減少占地面積約50%；研制出雙斷口和四斷口高效能滅弧室，顯著提高了開斷能力；提出了隔離開關加裝阻尼電阻方法，有效抑制操作引起的特快速瞬態過電壓。研制成功世界上短路電流開斷能力最強，額定峰值耐受電流最大的特高壓開關設備。

　　在其他設備方面：提出了大通流能力、低殘壓比的金屬氧化物電阻片配方，高強度、強憎水性有機復合材料配方，大尺度環氧套管高溫整體成形工藝等。研制出高性能避雷器等系列產品。

　　通過以上創新，自主研制成功代表國際最高水平的全套特高壓交流輸變電設備，改變了中國在電氣設備制造領域長期從發達國家“引進技術、消化吸收”的發展模式，首次實現了中國創造。

　　創新點4 電磁環境控制。項目揭示了復雜多導體系統的電場分布規律，創新形成了特高壓系統電磁環境控制技術。

　　一是建立了特高壓復雜多導體系統工頻電場計算模型；首次開展了全場域電場分析，掌握了導體表面和空間的電場分布規律；二是提出了導線布置方案、金具電暈控制方法，有效控制帶電導體表面和附近空間的電場場強；三是提出了線路對無線電臺站、鄰近輸油輸氣管道的電磁影響防護措施。

　　通過以上創新，實現了特高壓工程環境友好目標，試驗示范工程電磁環境實測值滿足國家環保要求。

　　創新點5 系統集成。項目提出了特高壓輸變電工程整套設計和施工方法、設備現場試驗方案，研制出線路帶電作業工器具和試驗裝備等。形成了工程設計、施工、調試、運行全套技術規范，建成了特高壓交流試驗示范工程。工程連接華北、華中兩大區域電網。建成后實際輸送功率達到252萬千瓦，擴建后超過500萬千瓦，成為世界上電壓等級最高、輸電能力最強的交流輸電工程。

　　創新點6 試驗能力。項目提出了綜合模擬高海拔、重覆冰、重污穢等環境條件的高壓試驗方法，斷路器整極63千安試驗方法和桿塔真型力學試驗系統構建方案，研制出長波前沖擊電壓發生裝置和量值溯源用精密電壓互感器等，建成了特高壓交流試驗基地，桿塔力學試驗基地等設施。形成了國際上可試參數最高的高電壓、強電流試驗檢測能力，建立了完整的特高壓試驗研究體系。

　　帶動全面升級

　　依托項目，我國電力科技和輸變電裝備制造水平大幅提升，創新能力顯著增強，改變了我國輸變電行業長期跟隨西方發達國家發展的被動局面，確立了在高壓輸電領域的國際領先地位。

　　項目建成試驗示范工程，與采用500千伏方案相比，節省走廊占地1／2至2／3，減少輸電損耗2／3。工程投運以來，一直保持安全穩定運行，累計向華中地區送火電296.44億千瓦時，替代輸煤約960萬噸、極大緩解了華中地區嚴重缺電局面，拉動GDP增長達3200多億元；向華北地區送水電122.81億千瓦時，減少棄水電量55億千瓦時，節約用煤400多萬噸、減排二氧化碳1200多萬噸，成為我國南北方向一條重要能源輸送通道。

　　項目帶動我國輸變電裝備制造業實現全面升級。特高壓設備設計研發、制造工藝和試驗檢測能力達到國際領先水平。研發成果還反哺應用到超高壓設備技術改進，特高壓主設備制造企業核心競爭力大幅提升，已掌握國內市場主導權，并全面進軍國際市場，實現了高端產品出口零的突破。2009年以來，在國際金融危機的不利影響下，特高壓主設備制造企業出口不降反升，500千伏以上產品的出口總額達100億元、年增長率超過40%，特高壓業績已成為國內企業打開國際市場的金色名片。

　　項目大幅提升我國在國際電工領域的影響力和話語權。我國特高壓標準電壓已成為國際標準。國際電工委員會（IEC）認為中國的特高壓工程是 “電力工業發展史上的一個重要里程碑”。國際大電網委員會（CIGRE）、電氣和電子工程師協會（IEEE）成立了8個由我國專家主導的特高壓工作組，正在主導編制相關國際標準。

　　震動國際同行

　　中國在特高壓輸電領域的成功實踐，震動了國際同行。

　　比較有代表性的反應，當屬諾貝爾物理學獎獲得者、美國能源部長朱棣文2010年11月29日在華盛頓國家新聞俱樂部發表題為《能源領域競爭正在成為美國新的衛星時刻》的演講，他滿懷深意地指出：“中國挑戰美國創新領導地位并快速發展的相關領域包括：最高電壓、最高輸送容量的特高壓交流輸電。”

　　國際大電網委員會（CIGRE）A3.22 工作組的最終技術報告《交流800千伏以上的變電站設備技術規范綜述》（報告編號456）中，對中國特高壓交流輸電技術和試驗示范工程的有關評價為：“特高壓交流試驗示范工程的成功建設是特高壓交流關鍵技術和關鍵設備重要的突破性成果，對保證中國的電力可靠供應、推動特高壓輸電技術在世界范圍內的研究和應用具有重大意義。”

　　部分國外資深技術專家在“2009 特高壓輸電技術國際會議”上，對中國發展特高壓交流輸電技術和建設特高壓交流試驗示范工程發表的公開評論摘錄如下：

　　國際大電網委員會（CIGRE）秘書長讓·科瓦爾：“今年1月試驗示范工程的投運是一個偉大的技術成就，無疑也是電力工業發展史上的一個重要里程碑。” “當我們講到未來，意味著更高的電力消耗和更多的可再生能源，風能、水電、太陽能通常都是不太穩定的，或是間斷式的，只有通過堅強的互聯系統和一些儲能技術才能讓我們更好地發揮可再生能源的潛力。采用更高的輸電電壓，如特高壓或在較小系統中的超高壓，可提高輸電容量、減少損耗和基礎建設投資。”

　　國際電工委員會（IEC）副主席恩諾·里斯：“談到特高壓，IEC堅信，這種輸電技術能夠極大地解決未來的能源危機。之所以這么說，關鍵在于它擁有大容量、高效率、長距離輸電優勢，這是解決問題的關鍵。”“祝賀中國在發展特高壓技術方面所做出的努力和取得的成就。這些工作非常有助于推動IEC 框架內的新技術工作，確保中國領先世界的新興技術能用于國際標準制定，進而服務全球市場。”

　　世界能源理事會（WEC）聯網工作組主任克勒里奇：“特高壓輸電技術代表了當今電網最重要的發展趨勢之一，在大容量、長距離電力輸送和大電網互聯方面起著至關重要的作用。”“中國發展特高壓是負荷中心遠離能源中心的客觀條件決定的，也是滿足經濟快速發展的必然選擇。特高壓交、直流系統不僅對中國，對全球其他國家，包括工業化國家同樣具有重要意義。”

　　規劃美麗愿景

　　劉振亞介紹，項目成果除應用于已建成投運的特高壓交流試驗示范工程及其擴建工程，還在在建的安徽“兩淮”煤電基地送上海特高壓交流工程中得到應用。發展特高壓輸電已列入國家“十二五”規劃綱要和國家能源科技“十二五”規劃。預計“十二五”末，將建成特高壓交流工程線路1.8萬公里、變電容量約1.6億千伏安，可支撐中東部地區受入電力約2億千瓦，節約當地土地資源3400公頃，每年節約電力供應成本600億元。

　　而在國家電網更長遠的規劃中，通過建設特高壓電網，到2020年，華北、華東、華中受入電力流規模3.5億千瓦，區外來電占用電負荷的35%，其中，晉陜蒙寧新煤電2.8億千瓦，西南水電7000萬千瓦，大型風電基地1億千瓦。

　　屆時，這樣一幅美麗愿景將展現在我們面前：

　　煤電運緊張矛盾從根本上解決。2020年特高壓電網跨區煤電電力流占煤炭跨區配置總量的23%，山西、鄂爾多斯、蒙東、新疆四大能源基地輸煤輸電比例將由目前的14∶1調整至2020年的3.4∶1，公路運煤量可從2011年的4億噸下降至2020年的1億噸。告別過度依賴輸煤的能源配置方式。

　　火電燃煤成本降低。我國主要煤炭產區電煤價格比中東部地區低2—4倍。在煤炭基地建廠通過特高壓電網直接送達負荷中心，可降低火電燃煤成本1560億元。

　　節約電源裝機容量。華東、華中和華北三個電網最大負荷出現的時間不同，電網間有明顯的錯峰效益，節約電源裝機容量。2020年國家電網可節約裝機3200萬千瓦。

　　擴大水電消納范圍。水電發電季節性特征突出，西南水電就地消納，豐水期將出現大量棄水。通過特高壓電網在更大范圍內消納水電，可以避免棄水，2020年消納西南水電棄水電量343億千瓦時，相當于節約煤炭1430萬噸。

　　提高風電、太陽能等清潔能源消納能力。我國風能資源主要集中在北部、西北部和東北部，當地用電負荷低，供熱機組比重大，調峰能力差，缺乏抽水蓄能、燃氣電站等靈活調節電源，風電就地消納市場規模十分有限。特高壓電網形成后，可以利用華北、華中和華東電網的調峰能力，消納“三北”地區風電。2020年全國風電裝機2億千瓦，通過特高壓電網消納約1億千瓦。

　　取得顯著社會環境效益。在西部建設煤電基地，利用西部較為豐富的土地資源和環境空間，替代東部比較稀缺的土地資源，優化我國環境資源。可以節省土地6000公頃，獲得土地效益184億元；減少中東部二氧化硫排放55萬噸，獲得環保效益45億元。

　　電價具有競爭力。大型電源基地的電力通過特高壓輸送到中東部負荷中心，考慮輸電環節的費用后，到網電價仍低于當地煤電平均上網電價0.06—0.13元／千瓦時。

來源：科技日報