建设1100kV 100 kA试验系统项目可行性分析报告Word格式文档下载.docx
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长久以来我国电力工业发展一直“重发轻供”,电网建设长期落后于
电源建设,这种现象带来了很多迫切需要解决的问题,如:
1、现有
500kV跨区同步互联电网联系薄弱,输电能力严重不足,大电网的优
越性能已充分发挥,进一步提升空间较小;
2、区域电网之间水火互
济和跨流域补仓能力明显不足,如华中电网水电比重大,华北电网以
火电为主,存在很强的互补性,但由于跨区输电能力低,不能起到调
剂作用,造成华中丰水期弃水调峰、枯水期缺电拉闸的局面;
3、现
有电网难以满足远距离、大容量输电的需要。
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,
随着电压升高而有所减少,但变化程度不大;
但随着电压等级的升高,
电网的输送能力将显著提高,1000kV线路自然功率约为500kV线路的5
倍,最远送电距离可以达到500kV线路的4倍,且线路的电阻损耗仅有
500kV的1/4。
此外,1000kV线路单位输送容量综合造价仅有500kV线
路的73%,并可大大提高输电走廊利用率,节省土地资源。
技术上看,
特高压输电的建设还能在更大范围内优化资源配臵,有利于改善电网
结构,从根本上解决短路电流超标的问题。
为了适应经济社会持续快速发展的需要,满足大型电源基地的送
电需求,电网技术必须有一个跨越式的发展,建设特高压输电系统便
成为我国能源输送方式升级的一个自然选择。
2)世界各国对特高压电网的研究
从二十世纪八十年代开始,世界上不少国家都在研制特高压输变
电产品和特高压输变电技术。
美国特高压研究包括两个电压水平:
一
个是以美国电力公司(AEP)为代表的1500kV特高压(最高电压
1600kV);
另一个是以邦纳维尔电力局(BPA)为代表的1100kV特高压
(最高电压1200kV)。
开展了大量的电场和电晕、生态和环境、操作
和雷电冲击绝缘等方面研究;
开展了可听噪声、无线电噪声、电晕损
失和臭氧观测;
开展了机械和结构试验;
以及对变电站设备进行试验
和性能评估等。
美国对包括线路、变压器、避雷器、断路器等设备在
内的关键问题逐一进行了研究,取得了较全面的研究成果,证明了交
流特高压输电技术的可行性。
日本决定采用百万伏级特高压输电技术,主要是从解决线路走廊
紧张、短路电流超限及提高电网稳定性等角度考虑的。
日本第一条
500kV交流输电线路投入运行开始,就启动了特高压输电技术的研发
计划,主要是是围绕输变电技术和设备的调查研究;
围绕特高压输电
技术开展基础性研究;
围绕输电线路和变电站设备开展实用性试验研
究。
此外,前苏联、意大利、巴西、加拿大等国也分别建设了特高压
试验基地,开展了特高压理论研究、工程技术研究、电气设备研制和
实际模型的试验和考核;
瑞典和德国的制造厂家也积极参与了特高压
试验设备的研制;
意大利还制造出特高压系统的所有设备原型,并进
行了电气试验和机械试验,进而根据这些研究经验和试验结果,完成
了所有设备的设计和制造,并于20世纪90年代在试验工程中进行了全
压运行。
3)我国对特高压电网的研究和已取得的成果
我国在20世纪80年代也开始了对特高压输电技术的研究:
1986
至1990年,特高压输电前期研究被列为国家攻关项目;
1990至1995
年,国务院重大技术装备领导小组办公室开展了远距离输电方式和电
压等级论证;
1990至1999年,国家科学技术委员会就特高压输电前期
论证和采用百万伏特高压输电的可行性等专题进行了研究。
到本世
纪,2004年国家电网明确提出,加快建设以百万伏级交流和±
800千
伏级直流系统特高压电网为核心的“坚强国家电网”的战略目标,2009
年更进一步提出建设我国“坚强智能电网”的战略规划。
2009年1月16日,国家电网宣布“晋东南-南阳-荆门”1100kV特
高压交流试验示范工程项目顺利建成,这是当前世界上运行电压最
高、输电能力最大的特高压交流输变电工程,标志着我国电网建设正
式进入特高压时代。
4)特高压输电主要设备及技术特征
从本质上讲,特高压设备与常规超高压设备的基础理论一致,结
构型式一致,设计方法相同,电流水平相当,主要差异表现在以下三
个方面:
一要承受更高电压;
二是由于输送功率大幅提高,对设备可
靠性的要求更加苛刻;
三是为满足高电压的要求,设备尺度显著增大,
由此带来更高的机械强度要求。
显然,建设特高压电网可以大幅度提高电网自身的安全性、可靠
性、灵活性和经济性。
但建设特高压电网又离不开特高压输电电气设
备,这些产品的研发与生产离不开特高压试验的支撑,如果没有真正
的试验研究条件,所谓的研发将成为一句空话。
所以,本公司经过认
真调研和分析后决定在现有高压试验的基础上,建设1100kV/100kA
特高压合成网络试验系统,以彻底满足我国建设特高压电网的需要。
2、项目意义
1)加快建设特高压电网和智能电网的需要
我国一次能源的资源分布与消费地分布很不均衡,大型能源基地
与负荷中心的距离长达1000—3000公里,形成了北煤南运、西煤东
运的格局。
这就导致煤电运输能力紧张,煤电价格循环上涨。
要破解
这个困局,可用“输电”弥补“输煤”的不足。
从环境角度看,1000kV
的电磁污染程度要比500kV的电网还低。
因此,国家正在考虑将特高
压电网的发展纳入国家发展规划,以统一部署智能电网和特高压电网
的建设。
建设1100kV/100kA特高压试验系统,就是为特高压电网和
智能电网建设的技术研究提供支持。
2)满足高压大容量电器检测的需要
随着电网建设投资的加大,电力系统中应用的电气设备正在向高
电压、大容量方向发展,这些关键的电气设备包括高压断路器及开关
设备、电力变压器、互感器、避雷器、绝缘子、电力金具等都需要按
电网要求,技术规范参数,进行设计、试验、生产和安装。
因此,建
设1100kV/100kA特高压试验系统,可以满足高压大容量电器检测的
需要。
3)提升电科院电器综合检测能力的需要
1100kV/100kA特高压试验系统建成后,电科院的电器检测范围
可涵盖低压、中压、高压、超高压、特高压的全部领域,而且低压试
验能力为420V/400kA,特高压试验能力达到1100kV/100kA,这将提
高企业的研发能力,并大大提升电科院的电器综合检测能力。
二、项目简介与内容
1、项目简介
目前,本公司的高压试验系统主要是550kV电压等级及以下,短
路试验能力是40.5kV/35kA,550kV/63kA1/2极,363kV/63kA整
极,252kV/63kA三相。
主要可以进行高压开关设备、电力变压器、
互感器、电抗器、绝缘子、避雷器等产品的全项目试验。
随着我国特
高压电网建设步伐的加快,与特高压输电网络相关的电气设备需要研
发和生产,建设本项目的目的主要是为这些特高压电气设备企业科研
发及产品试验提供技术服务。
本项目就是建造百万伏级高压大容量试验室,主要建设1100
kV/100kA特高压试验电源系统,合成回路试验系统,绝缘试验及性
能试验系统。
其中短路试验需要采用合成网络试验技术,包括低压大
电流电流源和高压小电流电压源。
电流源可以是短路发电机或振荡回
路,也可以直接利用电网,而电压源一般采用振荡回路。
合成回路的
种类分为电压引入回路和电流引入回路两大类。
本项目采用电流引入
回路,即电流源提供电流过零前的大电流,电压源在电流过零前就已
经作用在被试产品上,电压源也提供一部分电流与电流源叠加在一
起。
电流过零时,电压源提供的恢复电压立即自动加在被试产品上。
2、项目内容
本项目研究主要内容包括以下几方面
1)特高压试验电源系统的研究与建设
1100kV级特高压试验电源系统建设是整个项目的关键部分之一。
特高压输电技术的试验研究以及特高压设备的绝缘考核对试验电源
提出了更高的要求。
应对试验变压器、串联谐振设备以及电力变压器
等三种可供选择的试验电源各自的技术经济特点进行分析比较。
试验
变压器适用于相对较小容量试品的短时高电压试验;
串联谐振设备适
用于容性试品的单相高电压试验,并能满足相对较大容量要求;
电力
变压器作为高电压试验设备,在结构和容量上并不经济,但作为交流
试验电源,却具有较强的适应能力。
因此,当试验变压器和串联谐振
设备这两种常规方案不能满足特高压交流试验电源的基本要求时,应
考虑电力变压器方案。
2)特高压短路试验系统研究与建设
①短路试验既要考虑做单相合成试验,又要考虑做三相合成试
验,限于合成厅的面积和空间,必须进行优化设计,既要实现上述试
验目标,又不浪费资金,因此应对电容器的串并联运行方式进行周密
设计。
②应考虑试验时工频恢复电压的类型。
单相合成试验的T100、
T60、异相接地故障试验、SLF电源侧及三相合成试验的首开相采用
交流工频恢复电压,其余均采用直流恢复电压。
③短路试验系统主要包括变压器、冲击发电机、电抗器、选相
合闸开关等,要确保系统能够产生规定的短路试验电流。
重点研究冲
击发电机、试验变压器、负载阻抗、选相开关的技术选型和集成优化。
④延弧回路系统研究
合成试验时,电流源电压较低,为了满足规定的燃弧时间,必须
给被试高压开关设备延弧。
延弧回路有电容器组,放电电阻,球隙,
真空开关等组成。
每相可进行两次延弧。
三相合成试验时最多能用到
6次延弧。
3)特高压电器试验系统建设
①特高压关键输电设备
特高压输电需要由相应的电气设备及其控制装臵和保护装臵来
支撑,包括电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感
器、避雷器、母线及各种无功补偿装臵等,另外还包括铁塔、导线、
地线、承载通信光纤的复合地线、绝缘子与金具等。
特高压设备与超高压设备主要差异表现在以下三个方面:
一是要
承受更高电压;
二是为满足更高电压的要求,设备体积要显著增大,
由此带来更高的机械强度要求,进而提高了制造与运输安装的难度;
三是由于输送功率大幅度提高,对设备可靠性的要求更为苛刻。
②特高压试验关键技术
由于特高压电气设备在正常运行工况下发生故障的概率与普通
高压设备相比,有显著增加。
因此,对特高压设备,除要保证故障、
异常情况下的整体电气、机械性能外,还要特别注意工作电压下的长
期可靠性、设备的安全性、抗电磁干扰能力和特殊环境条件下的承受
能力。
所以特高压试验的关键技术就是可靠性试验技术、局部放电试
验技术、人工污秽试验技术、机械拉力试验技术、抗震试验技术。
3、设计目标
完成后的1100kV特高压合成网络试验系统主要满足特高压高压
开关设备、电力变压器、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、
绝缘子及无功补偿装臵的试验需要,主要试验能力如下:
1)可以满足1100kV等级及以下高压产品的绝缘试验,工频耐压
达2400kV,冲击耐压达7200kV。
2)短路试验满足单相合成试验1100kV/100kA,三相合成试验363
kV/100kA。
3)温升试验35000A。
4)绝缘子机械弯曲试验40kN.m扭转负荷;
300kN.m弯屈负荷。
5)电容器测试容量:
10000kvar。
三、项目投资估算与资金筹措
1、投资估算
本项目是电科院国家质检中心实验室扩建项目的一部分,所有基
础设施及项目管理费用已在其他项目中考虑,本报告所指的项目投资
为设备投资,预计新增设备总投资约为2.3亿元人民币。
1100kV/100kA特高压试验系统设备清单(新增部分)
序号
设备系统名称
数量
金额(万元)
1
冲击试验发电机
1台
8500
2
试验变压器
3台
4800
3
尾端并车调节电抗器
1套
1700
4
保护断路器
3000
5
1100kV合成回路电源系统
4000
6
1100kV合成回路控制系统
120
7
1100kV合成回路测量系统
900
8
其它
100
9
合计
23200
2、资金筹措
本项目新增设备总投资为23200万元人民币,资金来源为公司自
筹资金15200万元,银行贷款8000万元。
3、建设周期
本项目建设工期计划24个月,不包括基础设施建设和原项目计
划部分。
拟分三个阶段进行,第一阶段为方案论证及设备选型阶段;
第二阶段为设备采购阶段;
第三阶段为施工、安装、调试、培训及模
拟试验阶段。
预计项目可在2013年底完成并投运。
四、项目技术、经济效益分析
1、技术可行性分析
本公司实验室是经国家认可委(CNAS)审查认可,国家认监委
(CNCA)资质认定和中国机械工业联合会机构认可的具有独立法人地
位的科研检测机构;
是国家质检总局批准的生产许可证检测单位;
是
CNCA批准的CCC认证指定检测机构;
是中国质量认证中心(CQC)、
电能(北京)产品认证中心(PCCC)、美国UL、荷兰KEMA和欧洲合
格评定CEM的签约实验室。
“机械工业高低压电器及机床电器产品质
量监督检测中心”、“机械工业汽车电子电气产品质量监督检测中心”、
“工业(电器)产品质量控制和技术评价实验室”、“机械工业电器检
测(苏州)重点实验室”、“机械工业第二十六计量测试中心站(苏州)”、
“江苏省质量技术监督小容量电器产品质量检验站”、“江苏省电磁兼
容专业测试中心”、“江苏省苏州太阳能和风能发电设备检测公共技术
服务中心”、“苏州电器产品质量监督检验技术服务平台”、“苏州大学
教学实习基地”、“河北工业大学电器可靠性试验研究基地”、“北京工
业大学教学实习基地”“苏州科技学院教学实习基地”、“苏州大学电
子信息学科工程硕士培养基地”等均设在院内,为开展产品检测、新
技术开发、人员培训、检测装备研制提供了坚定的基础。
现有实验面积85000m2,试验设备4500多台/套。
建有高压电器
实验室、低压电器实验室、汽车电器实验室、船舶电器实验室、核电
电器实验室、机床电器及其他电器实验室、太阳能光伏及风能发电设
备实验室、电磁兼容(EMC)实验室、电子电气产品中有毒有害物质
(RoHS)检测实验室和仪器仪表检定/校准实验室。
检测范围主要包
括经CNAS认可的270类国际标准、国家标准所覆盖的产品检验项目,
还包括45个检定规程和校准规范覆盖的仪器仪表的检定/校准工作。
在进行的高压电器试验中,涉及到相当多的短路试验项目,拥有一大
批熟悉高压电器试验技术的专业人员。
需要指出的是,本项目涉及特高压试验与中高压、超高压电器试
验既有相同之处,也有不同之处。
由于特高压电器设备在正常运行工
况下发生故障的概率与普通高压设备相比有显著增加,因此,对特高
压设备除要保证电器整体的电气、机械性能外,还要特别注意工作电
压下的长期可靠性、设备的安全性、抗电磁干扰能力和特殊环境条件
下的承受能力等。
相应的,特高压电气性能检测的关键技术是绝缘技
术、可靠性试验技术、局部放电试验技术、人工污秽试验技术、机械
拉力试验技术、抗震性能试验技术等,其中的绝缘技术是特高压检测
过程中最为关键的技术。
特高压与常规超高压设备的主要技术差异及检测重点表现在:
一是要承受更高的电压,故障率更高。
根据国外750kV系统的运
行试验,变电设备在正常工况下发生故障的概率与500kV及以下设备
相比有显著的增加,且故障影响范围更广、危害更大。
特高压设备由
于承受的电压更高,其故障概率相对于超高压设备有显著提升,因此
特高压设备的绝缘水平是其设计和检测的制约因素之一。
以交流特高
压1100kV设备所需要的绝缘水平为例:
单位:
千伏
项目
变压器
其他设备
开关设备端口
操作冲击耐受电压
1,800
1,675+900
雷电冲击耐受电压
2,250
2,400
2,400+900
短时工频耐受电压
1,100(5分钟)
1,100(1分钟)
1,100+635(1分钟)
二是对设备可靠性要求高。
特高压设备由于输送功率大幅提高、
输电距离长,因此对特高压电器设备的长期可靠性具有更高的要求。
三是由于设备电压高,设备尺寸比较大,带来更高的机械强度要
求,杂散分布电容和局部发热等因素对电器绝缘的长期稳定运行形成
威胁。
通过本项目的绝缘试验、可靠性试验及安全性能检测、动作性能
检测、局部放电试验技术等试验检测项目,可满足特高压电气性能检
测的上述特点。
从2009年开始,本公司即着手进行特高压输电设备的试验技术研
究,并聘请国内高校、科研院所的高压试验专家来领衔研发团队,通
过与国内外同行和德国著名设备制造商的工程技术人员的交流学习,
掌握了特高压输电技术要求、特高压绝缘试验技术、特高压局部放电
和无线电干扰试验技术、特高压环境试验技术、特高压电磁兼容试验
技术等,并在高压大电流试验技术中获得了多项国家专利,为建设项
目的顺利实施提供了可靠的技术保障。
由此可见,依据目前我院的基础条件和人员状况,采用进口设备
和国际先进的合成网络试验技术建设百万伏级特高压超大容量试验
系统是可行的,在技术上不存在风险。
2、经济效益分析
电力是国民经济的基础产业,也是衡量一个国家经济发展程度和
人民生活水平的重要标志之一。
近年来,我国的电力事业发展迅猛,
极大地促进了输配电设备的需求增长。
国家电网公司公布数据显示,
在我国建设“坚强智能电网”的三个阶段中,特高压电网总投资将达
到6330亿元,其中“十二五”期间特高压电网投资将达到3000亿元,
平均每年的特高压电网投资金额约达600亿元。
因此,特高压电器的
检测需求正在逐年递增,且60%左右的特高压电气设备制造企业分布
在华东地区及周边地区,本项目建成后,也将从很大程度上缓解目前
试验供不应求的局面。
预计本项目建成后,年试验能力可以达到600
项次以上。
如果按平均每项次试验费用35万元(其中短路试验25万元、
安全性能试验8万元、电磁兼容及其它试验2万元),每年做400项次试
验计算,公司可增加年收入14000万元,这其中需要交纳税金及附加:
784万元;
年成本费用:
4699.60万元,其中工资及福利费总额300万
元;
固定资产折旧采用平均年限法,建筑物按30年进行折旧,留残值
5%;
设备按10年进行折旧,留残值5%;
待摊投资按10年进行折旧,项
目建成后年折旧费约2249.60万元;
燃料动力费150万元;
年其它费用
包括管理、销售和财务等费用共计2000万元。
正常年利润总额8516.40
万元,所得税1277.46万元,年税后净利润7238.94万元。
这样4至5
年内可以收回投入的成本并盈利。
因此,本项目具有一定的经济效益,
并能使公司成为国内试验能力最强的高电压大容量试验室。
五、项目风险分析
1、政策法律风险
本项目符合国家产业政策和国家整体发展规划,不存在政策和法
律上的风险。
本项目经公司董事会审议通过后将进行立项审批。
2、资产流动性降
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