1.工程概况

日本1000kV电力系统集中在东京电力公司，1988年开始建设1000kV输变电工程，1999年建成2条总长度430km的1000kV输电线路和1座1000kV变电站，第1条是从北部日本海沿岸原子能发电厂到南部东京地区的1000kV输电线路，称为南北线(长度190km)，南新泻干线、西群马干线；第2条是连接太平洋沿岸各发电厂的1000kV输电线路，称为东西线路(长度240km)，东群马干线、南磬城干线。此外日本还建成了1座新楱名1100kV变电站，所有的1000kV线路和变电站从建成后都一直降压为500kV电压等级运行，考虑配合太平洋沿岸和东北地区原子能发电厂的建设拟升压至额定电压1000kV运行，但是由负荷增长停止不前，电源建设和1000kV升压计划也大幅推迟，很难预计何时才能升压至1000kV运行。

2.1100kV变电站

(1)建设规模。日本已在东京电力公司建成1座新楱名1000kV变电站，其建设规模为：1000kV4回出线，4台3000MCA1000/500kV主变压器，不安装并联电抗器。

(2)电气主接线。1000kV配电装置采用日本在500kV变电站广泛使用的双母线双分段电气主接线(采用SF6断路器分段)。电气主接线中避雷器MOA配置原则经过详细的雷电侵入波过电压计算分析后采用2+1+2的方案，即每个出线回路加2组MOA，每个主变进线回路加1组MOA，每四分之一段母线加2组MOA，其结论是虽然MOM总数量比常规1+1+1方案有所增加，增加了MOA部分的投资，但是采用本方案可以将电气设备绝缘水平从2900kV(雷电冲击)下降至2250kV，使电气设备的投资下降很多，其最后综合总投资比常规方案可以节省9%。

日本1000kV不采用一个半断路器接线，其独特的多避雷器配置设计值得我国在1000kV变电站设计时参考。

(3)主变压器。日本由三大制造厂三菱、日立和东芝公司分别各生产一台单相1000MVA 1000kV主变压器，安装在新楱名1000kV变电站。

日本的1000kV特高压交流输电技术研究始于1973年。引发特高压输电技术研究的原因主要有：20世纪70年代，日本经济高速增长，电力需求预测估计年增长率为6%～10%；将新泻、福岛等地核电输往以东京为中心的首都圈(远距离输电、输电走廊紧张)；如果仍采用500kV输电则首都圈的短路电流将超过63kA；解决未来远距离输送电力的稳定问题。

20世纪90年代，日本建设了427km 1000kV特高压交流同杆并架输电线路(目前以500kV电压运行)和新榛名特高压设备实证实验场(一直到今天还在通电状态)。曾计划于21世纪初升压到特高压输电，但至今仍未升压。

3.电力需求增长催生特高压

日本从未想过放弃特高压交流输电计划，推迟的原因主要是日本经济低迷、电力需求增长迟缓所致；在系统稳定性、输电线路及输变电设备技术等方面，所有技术问题已全部得到解决；1000kV特高压交流输电不存在技术障碍，具有随时可以升压的技术储备。

东京电力公司是日本十家电力公司中最大的一家，其装机容量占日本全国的1/3左右。东京电力的供电面积约39000km2，供电区人口约4300万人。东京电力公司也是日本唯一具有特高压输电线路及特高压输变电设备实证实验场的电力公司。东京电力公司何时实现1000kV特高压交流输电的商业运行问题主要取决于三点，一是电力需求的增长，二是新电源点的建设(新建电站因为系统稳定性和短路电流超标等问题，不考虑用500kV输电电压输送大功率电力)，三是即便只考虑潮流问题也需要特高压。最新数据表明：东京电力公司2000年以来年电力需求增长率为1%～2%，预计，约2015年前后有可能实现1000kV特高压交流输电的商业运行，这也是东京电力公司的新榛名特高压设备实证实验场为何至今没有中断设备带电考核的缘故。

4.日本特高压的研究历程

1973年，日本建成第一回500kV交流输电线路。同年，正式开始了1000kV级特高压交流输电技术研究工作。日本特高压输电特别委员会通过对输送1000万kW的输电模型系统进行了综合比较研究。经过800kV/1100kV/1200kV/1500kV等多个交流电压等级及直流±500kV方案的综合技术经济比较，认为：

(1)800kV与1500kV的缺点。800kV输电能力低、要求的输电线路回数多、输送电力的成本相对较高、环境及选址不利；1500kV电压等级难以预测输电线路，变电设备的设计和制造、技术方面不合适。

(2)1100kV与1200kV的比较。输送能力方面，双回线路正常输送均满足1000万kW的输送能力，1200kV方案稳定极限输送能力可以超过2000万kW；绝缘、静电感应和噪声抑制方面，1200kV比1100kV的导线数目增加，而且铁塔高度约增加10米，重量增加约30%左右；建设费用方面，1100kV的建设费用比1200kV低18%左右；雷击事故率和可靠性基本相同。

(3)交流输电与直流输电方式的比较。如果以直流构成外环系统，系统的结构不能满足可靠性要求。虽然有采用多端直流系统的可能性，但进行系统扩充时的灵活性低，多端直流导致经济性下降，有时由于潮流的反转需要改变主电路接线，可能制约外环的运营。直流输电技术主要适合超远距离电源输电系统，而日本输电距离600km左右不算是超远距离，直流的经济益处不显著。如果在交流事故时(也包括单相对地短路等频度高的事故)换流器会因失去电压支撑而停止，将对系统的稳定带来不利影响。由于上述原因，研究集中在不同等级的交流方案上。

综合上述原因，日本于1980年将1100kV(额定电压：1000kV)选定作为日本的500kV电压等级以上的更高一级电压。

5.日本的特高压研制和建设成果(www.daowen.com)

东京电力公司于1988年启动特高压工程建设。

在特高压立项过程中，公众担忧特高压对电磁环境的影响，尤其是对磁场的影响及景观的破坏表示担忧。为此，东京电力公司通过大量的试验数据向公众和社区解释并取得公众理解：如特高压电磁环境的影响限制在500kV电压等级水平以内；虽对景观的影响是不可避免的，但是如果不建特高压线路，则要多建3～4回500kV线路，困难更大；深入细致地进行输电线路对沿线生态环境影响及电磁场对动植物影响的研究，以大量研究结果消除公众的担忧等等。

东京电力的特高压输电线路采用同杆双回设计。特高压输电容量计划为：对于同杆架设的双回线，先期输送600万kW，最终达到1300万kW。

输电线路外绝缘和电磁环境研究由日本电力中央研究所负责。在输电线路电磁环境限值上，日本要求地面场强不得大于3kV/m(在山区10kV/m)，是全世界最严格的规定。输电线路的设计、施工由东京电力公司负责，从1988年开始到1999年结束，共建成1000kV同杆并架线路427km，相当于单回线路954km。特高压线路采用8×810mm2导线结构，对地距离高，电气设计十分可靠。同杆并架线路塔高为100～140m，全部采用钢管塔。这条线路从1992年陆续建成以来，一直降压至500kV运行，经受了14年的运行考核，证明了线路的机械性能是十分可靠的。

特高压输变电设备(包括变压器及GIS)由东芝、三菱和日立公司分别制造。1995年，研制成功一组1050/525kV、3×1000MVA的变压器，一组1100kV气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)设备，安装在500kV新榛名变电站(海拔：603.8m)，从500kV侧加压，进行了10多年的加压试验，至今累计带电约5000h，完成了一系列试验项目。

日本的特高压交流输变电设备的研制也不是一帆风顺的。起初，特高压避雷器的性能不尽如人意，经过技术改进才达到了高性能技术规范的要求。在变压器方面，东芝、三菱和日立公司三家都出现过问题，其中一家的变压器在现场安装两年后出现油流带电问题，经处理已得到解决。

6.日本1000kV特高压交流系统的技术特点

日本的1000kV送电线路都比较短，在全部427km成“人”字形结构的特高压电网中共有4个变电站，2个开关站，最长的线路段长度也只有138km。加上日本1000kV交流特高压线路主要输送核电，通过改变送受端电网的联结方式，可以基本保持特高压电网输送电力恒定不变。因此，特高压系统不配置高抗，也不考虑其他的调相调压措施。

为了降低线路塔头尺寸，降低变压器等变电设备的绝缘水平，日本采取了一系列限制操作过电压措施，主要包括：采用高性能避雷器，4柱并联，显著降低雷电和操作配合电流下的残压；在GIS断路器中采用合闸和分闸电阻，将投入和切除时线路中部的过电压水平限制到单相短路时健全相的过电压水平；采用带分闸电阻的隔离开关限制隔离开关电弧重燃在GIS腔体内引起的高频振荡过电压等。

为提高系统稳定性和可靠性，成功研制了高速接地开关，为短路点潜供电流提供强制通道，加速短路点电弧熄灭，与断路器配合实现同杆并架线路的快速单相重合闸，保证重合闸时间在1s以内。

日本的实践表明：特高压输电技术已基本成熟，没有不可逾越的技术问题；特高压的电磁环境影响可以通过优化设计，降低至500kV输电线路同样水平。

日本通过特高压工程使本国电工装备制造业的技术得到了飞跃式发展。

(1)为优化特高压系统的绝缘性能，于1985年启动高性能氧化锌避雷器的研发，其关键目标是第三代氧化锌电阻片的研制，其结果是氧化锌电阻片的梯度和通流能力大幅提高，技术水平至今仍居世界第一(目前西门子公司等也从日本东芝购置一部分大容量氧化锌电阻片)。高性能氧化锌电阻片的研发成功，可为电力系统提供更好的过电压保护。东京电力公司自1991年以来，把特高压电网的过电压限制技术应用到500kV设备电压等级上，将500kV设备的绝缘水平由1550kV降低二级至1300kV。一般认为，每降低一级绝缘等级，设备成本相应降低3%～5%，降低二级则降10%以上，线路及杆塔的投资节省更为可观。

(2)日本结合特高压工程研发了1100kV双断口六氟化硫罐式断路器，也是世界上唯一拥有这项技术的国家。目前，日本的GIS水平是国际公认的最高水平，500kV普遍采用单断口断路器。

(3)因国土狭小，大件运输限制严格，加上规划中的特高压变电站都位于山区，道路交通运输条件很苛刻。为解决1000MVA/1000kV变压器的运输问题，日本在世界上首次采用分体式结构，将运输重量控制在200t，为解决今后高电压、大容量变压器的大件运输开了先河，并由此开发了分体运输、现场组合的变压器新技术。

(4)为更好地履行社会责任，进一步降低电磁环境影响，研发了降低风噪声的低噪声导线。

(5)结合特高压输电系统特点而研发的高速接地开关、断路器分闸电阻、带有分合闸电阻的隔离开关等，在解决降低操作过电压、单相重合闸、潜供电流、快速暂态过电压(VFTO)等技术问题方面呈现很好的推广应用前景。

总之，日本1000kV特高压交流工程是成功的，极大地推动了日本输电技术和电工制造技术的进步，其应用前景十分乐观。