特高壓輸電線路的關(guān)鍵技術(shù)分析

辛忠國(guó) 孟凡輝 曲朝輝 王偉

摘要：主要研究了特高壓輸電線路中的三個(gè)關(guān)鍵，即電暈效應(yīng)、過(guò)電壓、電磁場(chǎng)。在滿足電網(wǎng)運(yùn)行需要的基礎(chǔ)上，特高壓輸電線路還要考慮諸多生態(tài)、安全和影響問(wèn)題。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的研究和借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，分析了特高壓輸電線路的設(shè)計(jì)和建設(shè)中如何在解決這些問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：特高壓；輸電線路；電暈；過(guò)電壓

中圖分類(lèi)號(hào)：TM714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

0?引言由于電能無(wú)法大規(guī)模儲(chǔ)存的特點(diǎn)，電能的生產(chǎn)、輸送、使用必須在同一時(shí)間完成，這就決定了電能輸送的重要性。遵循歐姆定律，為了降低輸送過(guò)程中的損耗，一方面是降低電阻，另一個(gè)方面便是提高電壓。由于我國(guó)資源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，導(dǎo)致我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展，不得不采取大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電，因此特高壓輸電成為了我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的必然選擇[1]。本文以特高壓輸電線路為分析研究對(duì)象，介紹特高壓輸電中的關(guān)鍵技術(shù)。

1?特高壓輸電的問(wèn)題

在我國(guó)，特高壓輸電是指交流1000kV和直流±800kV的輸電工程及技術(shù)。特高壓輸電是為了滿足遠(yuǎn)距離、大容量輸電的需求而產(chǎn)生的，其技術(shù)基礎(chǔ)是已經(jīng)成熟應(yīng)用的超高壓輸電技術(shù)。根據(jù)超高壓輸電的運(yùn)行、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)目前已經(jīng)應(yīng)用的特高壓工程與技術(shù)，高電壓應(yīng)用與發(fā)展必須深入研究和解決三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,即電暈效應(yīng)、絕緣要求、電磁場(chǎng)及其影響[2-4]。

1）電暈問(wèn)題。在天氣不好的情況下，特高壓導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)臨界值后，將會(huì)使周?chē)諝夥肿与婋x，形成正、負(fù)帶電粒子，離子碰撞和復(fù)合過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生光子和電暈放電。電暈放電的危害有功率損耗、噪聲和信號(hào)干擾。由于電壓等級(jí)更高，特高壓線路電暈現(xiàn)象比超高壓線路更為嚴(yán)重，因此需要合理的選擇導(dǎo)線數(shù)目、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)等，使電暈放電的影響盡量降低。

2）電磁場(chǎng)問(wèn)題。輸電線路會(huì)在周?chē)偷孛娈a(chǎn)生工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)。由于電壓高、電流大，特高壓輸電線路的電磁場(chǎng)影響成為了公眾關(guān)心的關(guān)鍵問(wèn)題，特別是對(duì)周?chē)慕ㄖ⑷藛T生產(chǎn)生活的影響等方面。

3）過(guò)電壓?jiǎn)栴}。過(guò)電壓?jiǎn)栴}，指的是有雷擊導(dǎo)致的感應(yīng)過(guò)電壓、直擊雷過(guò)電壓以及各種操作引起的過(guò)電壓。特高壓電網(wǎng)的各種過(guò)電壓在現(xiàn)象上與超高壓電網(wǎng)相類(lèi)似，但特性上有較大差異。特高壓電網(wǎng)中的過(guò)電壓將決定絕緣水平和絕緣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而這些將直接影響到建設(shè)的成本和運(yùn)行的可靠性。

2?特高壓電網(wǎng)研究的主要結(jié)論

在對(duì)三大關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，得到了大量的結(jié)論，主要有以下幾方面。

1）在提高輸送能力和減少線路阻抗的基礎(chǔ)上，如何降低可聽(tīng)噪聲、滿足環(huán)境要求成為特高壓線路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素。應(yīng)該按照可聽(tīng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線路設(shè)計(jì)，對(duì)信號(hào)（無(wú)線電和電視信號(hào)）的干擾水平應(yīng)達(dá)到滿意的結(jié)果，并盡量降低電暈功率損失。

2）工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓成為選擇和設(shè)計(jì)絕緣系統(tǒng)的關(guān)鍵。因此，如何限制工頻過(guò)電壓成為了特高壓輸電的一個(gè)重要問(wèn)題，通過(guò)并聯(lián)電抗器，避雷器，分合閘電阻，線路分段等方法，可以限制操作過(guò)電壓水平。

3）可以將特高壓輸電線路下以及線路走廊邊緣的地面工頻電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)為與超高壓線路在同一水平，按照可聽(tīng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的輸電線路，將形成與超高壓線路相類(lèi)似的電場(chǎng)強(qiáng)度，其環(huán)境影響也與超高壓線路在同一水平。因此電磁場(chǎng)問(wèn)題不再成為線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，但應(yīng)當(dāng)考慮生態(tài)方面的不利影響以及公眾的接受程度。

3?特高壓輸電線路的關(guān)鍵技術(shù)

為了解決特高壓電網(wǎng)存在的重要問(wèn)題，在大量的研究、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，特高壓電網(wǎng)進(jìn)行了建設(shè)和運(yùn)行工作，在運(yùn)行工作中，部分問(wèn)題得到了進(jìn)一步解決，成為了特高壓電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵，現(xiàn)在就輸電線路方面的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析。

3.1?電暈及其解決電暈問(wèn)題中的可聽(tīng)噪聲、無(wú)線電信號(hào)干擾、電暈損失都與線路表面電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系密切。特高壓輸電線路的電壓高，導(dǎo)線上的電荷量大，因此表面場(chǎng)強(qiáng)也大，為了控制導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)，特高壓輸電線路的導(dǎo)線分裂數(shù)更多，子導(dǎo)線的直徑也遠(yuǎn)大于超高壓線路。在運(yùn)行情況確定的條件下，影響導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)鍵因素為線路結(jié)構(gòu)和氣候條件。其中線路結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、分裂數(shù)、子導(dǎo)線直徑、相距、極面場(chǎng)強(qiáng)。而氣候?qū)τ诒砻鎴?chǎng)強(qiáng)的影響非常復(fù)雜，一般需要試驗(yàn)進(jìn)行研究。對(duì)于可聽(tīng)噪聲，按照國(guó)家噪聲標(biāo)準(zhǔn)，特高壓輸電線路的可聽(tīng)噪聲不應(yīng)超過(guò)55dB（A）。相當(dāng)于GB3096-1993《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中1類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)白天和2、3類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)夜晚的噪聲限值。對(duì)于無(wú)線電干擾，同時(shí)適當(dāng)選擇導(dǎo)線分裂數(shù)和子導(dǎo)線直徑，可以將特高壓輸電線路的干擾水平與超高壓輸電線路相當(dāng)。特高壓輸電線路的電暈損失與諸多因素有關(guān)，其中最主要的是氣象條件。由于電暈損失主要來(lái)自于壞天氣，因此導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響，也通過(guò)壞天氣的損失表現(xiàn)出來(lái)。考慮到人們最關(guān)心的事年平均電暈損失和最大電暈損失，而壞天氣的電暈損失又可能是好天氣電暈損失的數(shù)百倍，而長(zhǎng)距離輸電線路上，各段的天氣原因又可能各不相同，復(fù)雜多變，因此電暈損失的計(jì)算具有極大的分散性，因此電暈損失進(jìn)行了多年的研究，至今沒(méi)有一個(gè)國(guó)際公認(rèn)的估算方法。

3.2?工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)工頻電場(chǎng)受輸電線路布置形式、對(duì)地距離、相間距離、分裂根數(shù)、相序變換等多方面的影響。其中地線對(duì)電場(chǎng)的影響程度與地線離相導(dǎo)線的距離以及相導(dǎo)線離地地面的高度都有關(guān)系。導(dǎo)線距離地面越遠(yuǎn)，則地面的電場(chǎng)強(qiáng)度越低，當(dāng)導(dǎo)線對(duì)地距離增加到一定程度，則能夠降低的電場(chǎng)強(qiáng)度有限，而經(jīng)濟(jì)投入則會(huì)很大。相比之，減少分裂導(dǎo)線的根數(shù)，能夠比較明顯的減小地面場(chǎng)強(qiáng)，但同時(shí)會(huì)增大導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)，增大無(wú)線電信號(hào)干擾和可聽(tīng)噪聲。2.3過(guò)電壓及其限制操作過(guò)電壓是決定特高壓輸電線路絕緣水平的重要依據(jù)，主要考慮三種類(lèi)型的操作過(guò)電壓，即合閘、分閘、接地短路過(guò)電壓。其中，對(duì)于接地短路時(shí)在正常相產(chǎn)生的過(guò)電壓，唯一的解決辦法就是在靠近線路兩端采用金屬氧化物避雷器（MOA）。因此，限制操作過(guò)電壓的核心便是如何限制分合閘過(guò)程中過(guò)電壓，其目標(biāo)是將其限制在1.6~1.7pu水平以下。其主要方法有采用MOA、斷路器合閘電阻、控制斷路器合閘相角三種方法。近年來(lái)MOA制造水平不斷提高，限制過(guò)電壓的能力也不斷增強(qiáng)，成為了當(dāng)前限制操作過(guò)電壓的主要手段。而斷路器合閘電阻如圖1所示，在合閘時(shí)，先將輔助觸頭和尚，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（合閘電阻接入時(shí)間）后將主觸頭閉合，從而達(dá)到限制合閘過(guò)電壓的目的。合閘相位控制技術(shù)是在電壓過(guò)零點(diǎn)附近進(jìn)行合閘，以降低合閘導(dǎo)致的操作過(guò)電壓。圖1?斷路器分合閘電阻示意圖

4?結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了特高壓輸電線路中的三個(gè)關(guān)鍵，即電暈效應(yīng)、過(guò)電壓、電磁場(chǎng)及它們的影響和解決，應(yīng)當(dāng)注意到，特高壓輸電線路的問(wèn)題遠(yuǎn)不止這些方面。如對(duì)于架空線路的安全性，需要考慮振動(dòng)、張力等多方面的原因，再比如輸電線路的結(jié)構(gòu)形式，還需要考慮經(jīng)濟(jì)電流密度、發(fā)熱條件等。在我國(guó)的特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，既借鑒了國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，又結(jié)合我國(guó)國(guó)情和電力系統(tǒng)發(fā)展的特點(diǎn)，具有相當(dāng)?shù)奶厥庑?。只有在長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐和進(jìn)一步的深入研究的基礎(chǔ)上，才能夠?qū)⑻馗邏弘娋W(wǎng)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。

辛忠國(guó)1961年9月19日出生?本科??生產(chǎn)管理工程師??現(xiàn)任?公主嶺市農(nóng)電有限公司經(jīng)理

劉振亞．特高壓電網(wǎng)[M]．北京，中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2005

【2】?杜玉清．日本1000kV特高壓送點(diǎn)線路設(shè)計(jì)介紹[J]．華北電力技術(shù)，1993.7【3】?陳勇，萬(wàn)啟發(fā)，谷莉莉等．關(guān)于我國(guó)特高壓導(dǎo)線和桿塔結(jié)構(gòu)的探討[J]．高電壓技術(shù)，2004,30（6），38-41【4】?R.Conti,?A.Pigini,?A.?Giorgi.?et?al.?Evaluation?of?possible?impacts?of?the?new?limits?for?human?exposure?to?magnetic?fields?under?consideration?in?ITALY,?CIGRE,2002?seseion,?369-106