建设1100kV 100 kA试验系统项目可行性分析报告


    建设 1100kV 100 kA 试验系统 项目可行性分析报告 苏州电器科学研究院股份有限公司 二 0 一二年三月 目 录 一、项目背景与意义 ....................................... 3 1、项目背景 .............................................. 3 2、项目意义 .............................................. 6 二、项目简介与内容 ....................................... 7 1、项目简介 .............................................. 7 2、项目内容 .............................................. 8 3、设计目标 ............................................. 10 三、项目投资估算与资金筹措 .............................. 11 1、投资估算 ............................................. 11 2、资金筹措 ............................................. 11 3、建设周期 ............................................. 11 四、项目技术、经济效益分析 .............................. 12 1、技术可行性分析 ....................................... 12 2、经济效益分析 ......................................... 15 五、项目风险分析 ........................................ 16 1、政策法律风险 ......................................... 16 2、资产流动性降低风险 ................................... 16 3、检测需求风险 ......................................... 16 4、管理风险 ............................................. 16 六、项目结论 ............................................ 17 第 3 页 共 17 页 关于建设 1100kV 100kA 试验系统的 项目可行性分析报告 一、项目背景与意义 1、项目背景 我国的水力和煤炭资源主要分布在西部,电力负荷中心主要在东 部。西电东送远距离跨区输配电是我国电力系统的主要格局。我国电 网输电容量大、距离长,目前使用的跨大区500kV电网安全性较差、 网损较高,必须进一步提高电网电压等级以提升输配电效率。 1)特高压输电系统建设是我国电力工业发展的必然选择 改革开放以来,我国的电力工业持续快速发展,特别是2000年以 来,随着用电需求的持续快速增长,电力行业发展步伐进一步提速。 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,第 4 页 共 17 页 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。日本第一条第 5 页 共 17 页 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第 6 页 共 17 页 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第 7 页 共 17 页 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 40.5 kV/35kA,550kV/63kA 1/2 极,363 kV/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第 8 页 共 17 页 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,应第 9 页 共 17 页 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、第 10 页 共 17 页 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。 第 11 页 共 17 页 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 3 台 3000 5 1100kV 合成回路电源系统 1 套 4000 6 1100kV 合成回路控制系统 1 套 120 7 1100kV 合成回路测量系统 1 套 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。 第 12 页 共 17 页 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第 13 页 共 17 页 (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: 第 14 页 共 17 页 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 1,800 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。 第 15 页 共 17 页 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。 第 16 页 共 17 页 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、资产流动性降低风险 本项目投入的固定资产金额较大,使公司总资产规模增加,固定 资产占总资产的比例上升,可能导致企业的资产流动比率下降,偿债 能力降低,也会影响公司对外部环境变化的快速反应和调节能力,增 加了公司的经营风险。由于固定资产变现能力的限制,可能会导致支 付困难。但公司可以通过贷款等其它资金筹措方式来获得流动资金, 将该风险控制在安全范围内。 3、检测需求风险 本公司主要从事各类高低压电器的技术检测服务,其市场需求具 有一定的衍生性,受我国电气设备制造行业景气程度的影响较大。行 业景气程度主要受到国家长期宏观经济预期及发展水平的影响,若未 来宏观经济中长期增长态势发生逆转,导致国内电力行业投资规模及 电气设备制造业市场需求大幅下降,则将会给本项目带来检测需求的 风险。因此,本公司专门成立了市场部,对检测市场需求进行战略分 析,增强服务观念,巩固和发展高低压电器检测市场的客户,力争将 风险降到最低。 4、管理风险 随着本项目的完工建设,公司的检测的能力和业务范围将进一步第 17 页 共 17 页 扩大,公司将面临着固定资产管理、内部质量控制、人力资源管理、 财务管理和资金安排等一系列管理问题。若公司的组织管理体系和管 理人员不能满足公司业务规模扩大后对运营管理的要求,则公司经营 将受到不利影响。公司正在IEC/ISO17025实验室管理体系的基础上, 按ISO9001质量管理体系要求,严格内部管理,以适应公司业务规模 扩大的需要。 六、项目结论 本报告从项目背景及意义、现有试验条件及技术、项目建设内容 及要求、技术可行性、经济效益及社会效益等诸多方面进行了分析。 本项目的技术方案评价、财务经济评价,社会效益评价均较好,立项 建设是必要的和可行的。 上述分析表明,本建设项目必要性充分、市场风险较小,经济技 术可行。
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