淺談特高壓輸電工程關(guān)鍵技術(shù)

范曉茵

（駐馬店農(nóng)業(yè)學(xué)校 機電工程系，河南 駐馬店 463002）

淺談特高壓輸電工程關(guān)鍵技術(shù)

范曉茵

（駐馬店農(nóng)業(yè)學(xué)校 機電工程系，河南 駐馬店 463002）

文章通過對特高壓的發(fā)展歷程、國內(nèi)外特高壓關(guān)鍵技術(shù)及已投運的特高壓的運行管理情況的介紹，進一步明確了未來特高壓的發(fā)展方向，為洲際能源互聯(lián)，全球能源互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

特高壓交流；特高壓直流；輸電線路；試驗基地

根據(jù)中國的能源分布可知，能源消耗與地域能源資源呈逆向分布。相對于其他形式的能量傳輸而言，電力能源的傳輸外送具有無可比擬的優(yōu)勢。在發(fā)展特高壓電網(wǎng)的過程中，目前面臨的能源分布和電力能源的傳輸?shù)木置尕酱鉀Q。隨著國民經(jīng)濟持續(xù)不斷的發(fā)展，能源消費日益增長，建設(shè)以特高壓為骨干的電網(wǎng)輸電系統(tǒng)已成為我國電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢［1］。特高壓電網(wǎng)除具有大容量和遠距離傳輸?shù)膬?yōu)勢，還具有較高的安全性、可靠性、靈活性、運行維護方便等優(yōu)點。但同時也有一個不可規(guī)避的問題，隨著電網(wǎng)電壓等級的不斷提高，同時也需要較高的技術(shù)來支撐［2］。最近幾年來已經(jīng)批準(zhǔn)的特高壓工程的建成并成功投運，標(biāo)志著我國特高壓技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列。本文就國內(nèi)外特高壓發(fā)展的大環(huán)境，重點介紹中國特高壓的發(fā)展情況，包括前期的技術(shù)論證、試驗研究等。

1 特高壓技術(shù)的發(fā)展歷程

歐美、日本和巴西等國在20世紀(jì)就相繼開展特高壓輸電技術(shù)的研究，同時也建立了相應(yīng)的試驗基地和平臺，并取得了一定的成果［3］。在特高壓交流輸電方面，前蘇聯(lián)于20世紀(jì)80年代著手建設(shè)特高壓工程，當(dāng)時全球范圍內(nèi)還未有特高壓工程，由此前蘇聯(lián)是全世界第一個有特高壓工程的國家。后來受其國內(nèi)經(jīng)濟水平的影響，降壓至500 kV 運行。其他國家如日本和意大利也相應(yīng)開展過特高壓工程的計劃，但是由于當(dāng)時國內(nèi)和國際經(jīng)濟大環(huán)境的不景氣，計劃項目也就取消了，建成投運的工程也只能降壓運行。除了我國特高壓交流是世界范圍內(nèi)運行電壓等級最高之外，我國已建成投運的±800 kV級的直流輸電工程也處于世界先進的行列。

特高壓輸電技術(shù)的實現(xiàn)較大程度上優(yōu)化了資源配置的能力，節(jié)約了輸電走廊，達到了環(huán)保的目的［4］。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境不同程度地遭到破壞，南部特別是西南地區(qū)水電的外送也會遇到高海拔、覆冰嚴(yán)重的問題，由此可知氣候條件和輸電線路所處的環(huán)境對特高壓關(guān)鍵技術(shù)研究攻關(guān)的影響與其他國家在進行研究時的條件等影響因素有較大不同，所取得的相關(guān)成果和經(jīng)驗數(shù)據(jù)也很難得到成熟應(yīng)用。最為重要的是，我國的±800 kV特高壓直流輸電工程具有其特殊性和開拓性，其電壓等級、輸送容量、輸送距離在國際上都是最高的等級水平，此項工程的完全實現(xiàn)一定要符合我國的基本國情及其具體的影響因素的要求。

從20世紀(jì)90年代后期開始，中國特高壓技術(shù)（直流和交流）的研究工作都已經(jīng)陸續(xù)展開，期間相繼在特高壓交、直流輸電領(lǐng)域開展了最高電壓等級、輸送距離、絕緣水平等研究工作，特高壓的輸電系統(tǒng)在面臨系統(tǒng)過電壓時的耐壓水平，輸電線路的電磁對線路周邊環(huán)境的影響，以及配套的設(shè)備及設(shè)施的選型論證等方面獲得了一定的成果［5］。特高壓工程的日益增多，由此也會造成輸電線路走廊日益緊張的局面，進而帶來新問題［6］。同時，環(huán)保要求也在逐步提高，國家相關(guān)部門對電磁方面的管理也較為嚴(yán)格，因此在做設(shè)計工作的時候要充分考慮相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)的嚴(yán)格要求。一個完整特高壓工程的建成，必不可少的前期階段有特高壓試驗的研究、配套設(shè)備的研制及配套設(shè)備運行的考核等。而相關(guān)的試驗基地的建設(shè)是特高壓技術(shù)研究的基礎(chǔ)。

為滿足特高壓研究的需求，國網(wǎng)公司特高壓直流試驗基地奠基于北京。該基地功能全面、高效實用，且基地符合我國特高壓直流工程的實際情況。同年，國網(wǎng)公司特高壓交流試驗基地于武漢奠基。該試驗基地的試驗線段部分與已經(jīng)投運建成的晉—南—荊試驗示范工程大體上保持一致。試驗基地的建成標(biāo)志著國網(wǎng)特高壓試驗研究對特高壓工程大發(fā)展的促進作用進入新階段。

2 特高壓關(guān)鍵技術(shù)綜述

在特高壓的研究中，過電壓的研究是其中一項關(guān)鍵的研究，在工程投運之后即將面臨多種因素造成的過電壓，比如運行人員的誤操作引起的過電壓，電力系統(tǒng)發(fā)生，以及雷雨閃電天氣中的雷電沖擊形成的過電壓。在特高壓過電壓的標(biāo)準(zhǔn)方面，我國的技術(shù)研究還未涉及，無相關(guān)成熟經(jīng)驗可以參考借鑒?；谝陨峡紤]選擇，在進行過電壓研究的同時也把絕緣考慮進去，同時進行試驗研究，形成技術(shù)相對可行且經(jīng)濟成本低的運行方式，用來使設(shè)備的過電壓得到有效抑制，絕緣水平得到相應(yīng)的提高，同時系統(tǒng)的安全性得到有效提升。

特高壓工程導(dǎo)線的布置方式因其高電壓的特殊性而有很多種選擇，同時絕緣子串的類型和塔頭間隙類別較超高壓線路也相對較多。特高壓輸電線路由于能源分布的特點需跨越高海拔地區(qū)，因此應(yīng)該按海拔高度進行梯度劃分，對每一梯度內(nèi)的空氣間隙放電特性進行劃分歸類研究。在研究普通情況下的項目的同時，進行不同條件下空氣間隙的放電特性研究，結(jié)合二者的共性和差異性可以更全面地分析和解決問題。一般情況下，污穢的絕緣研究包括絕緣子和套管兩部分，對其進行人工條件下模擬自然條件的試驗處理的外絕緣試驗。在特高壓前期結(jié)案的研究中，由于高電壓等級的污穢電源的生成很難實現(xiàn)，國內(nèi)還不能完成相關(guān)的配套試驗，因此特高壓交直流線路的長串絕緣子的試驗只能在國外有條件的國家進行。

特高壓交流輸電技術(shù)在國外的研究相對較多，國外的1 150 kV的運行經(jīng)驗本可以用來參考借鑒。不巧的是，我國特高壓工程因地域環(huán)境及所處地理氣候條件的特殊性，國外的技術(shù)和運維經(jīng)驗因為不具有針對性不可以直接拿來使用。目前特高壓交流輸電線路采用的8分裂導(dǎo)線，從國外相關(guān)的經(jīng)驗可知，該線路對絕緣子的要求相對很高，據(jù)資料分析可知，300 kN以上的絕緣子才能滿足要求。因為不同種類的絕緣子的考核指標(biāo)比如積污情況、耐污閃能力、老化性能、機械性能等彼此之間都有很大的不同，所以以下4個方面是影響特高壓輸電工程外絕緣設(shè)計和選擇的重要因素：（1）設(shè)備外絕緣的耐污閃能力；（2）復(fù)合外絕緣的性能及可靠性；（3）外絕緣的串長及串型選擇；（4）高海拔和覆冰問題。

電磁環(huán)境問題是重大技術(shù)問題。目前此類相關(guān)問題在全球仍屬于熱點研究課題［3-4］。特高壓輸電線路的電磁環(huán)境的評估主要指標(biāo)是線路的電暈特性，高原地帶的情況比平原地區(qū)更為嚴(yán)重，遺憾的是國內(nèi)外對此的研究卻相當(dāng)匱乏。對于國內(nèi)而言，如何有效充分利用現(xiàn)有特高壓交流和直流試驗基地人為創(chuàng)造的模擬自然條件的測試環(huán)境和條件的試驗室，開展的一系列相關(guān)的高原地區(qū)輸電線路電磁環(huán)境的研究也是新一項的挑戰(zhàn)。

目前，國內(nèi)的±800 kV特高壓直流輸電技術(shù)全球位居首例，也無相關(guān)成熟的理論依據(jù)和技術(shù)手段可以參考使用，同時相對應(yīng)的電磁環(huán)境對周圍居民和大自然的影響，當(dāng)然也無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可參照設(shè)計并執(zhí)行。除了特高壓直流以外，特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境問題，主要與工頻電磁場、無線電干擾和可聽噪聲有很大關(guān)系，截至目前，即使已有部分成果在相應(yīng)工程得到實踐應(yīng)用，但如何更加有效減小影響的方法和手段還需進一步深入研究。

3 特高壓電網(wǎng)的運行與管理

特高壓電網(wǎng)建設(shè)之前的論證和部署，是一項具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程，建成之后的投運及維護也至關(guān)重要，其中的相關(guān)設(shè)備在經(jīng)過較長一段符合要求的時間段內(nèi)帶電測試之后是否符合標(biāo)準(zhǔn)對于系統(tǒng)的安全可靠意義重大。在我國的特殊情況下特高壓電網(wǎng)所經(jīng)地區(qū)環(huán)境氣候惡劣，對特高壓設(shè)備的絕緣等級和技術(shù)條件等都提出了更高的要求。

特高壓設(shè)備承擔(dān)著傳遞能源和信息的任務(wù)，其運行狀態(tài)的檢測和維護檢修技術(shù)的水平對特高壓的安全運行至關(guān)重要。設(shè)備的運行狀態(tài)檢測，特別是在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地預(yù)測安全事故的發(fā)生，對運維水平的提高有重要意義。然而我國在線監(jiān)測技術(shù)方面的研究還不夠成熟，故對目前在線監(jiān)測技術(shù)的考核和評價，應(yīng)選擇可靠性較強的狀態(tài)檢測與檢修技術(shù)，對相應(yīng)的技術(shù)內(nèi)容提出符合我們要求的意見。面對電網(wǎng)存在的風(fēng)險需從強化安全穩(wěn)定控制措施、優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、優(yōu)化運行方式、重視風(fēng)險管理4個方面提高特高壓電網(wǎng)應(yīng)對風(fēng)險的能力。

4 結(jié)語

為了建好特高壓輸電工程，特高壓試驗研究和設(shè)備考核測試工作是必須進行的前期工作，為后期的特高壓工程的發(fā)展建設(shè)提供較為成熟的技術(shù)手段和理論研究經(jīng)驗。國網(wǎng)特高壓基地的建立為我國特高壓工程提供了一流的試驗及測試平臺，為特高壓的發(fā)展奠定了試驗基礎(chǔ)。截止到目前，我國在特高壓輸電工程中的關(guān)鍵技術(shù)都獲得了不同程度的進步，在基地進行試驗所獲得的部分試驗和數(shù)據(jù)分析結(jié)果可用于我國特高壓交、直流輸電工程建設(shè)參考，同時工程建設(shè)也會促進關(guān)鍵技術(shù)得到逐步發(fā)展。關(guān)鍵技術(shù)的突破為構(gòu)建特高壓電網(wǎng)的跨區(qū)互聯(lián)、洲際互聯(lián)乃至全球能源互聯(lián)打下堅實的基礎(chǔ)。

［1］劉振亞.特高壓電網(wǎng)［M］.北京：中國經(jīng)濟出版社，2005.

［2］張文亮，吳維寧，胡毅.特高壓輸電技術(shù)的研究與我國電網(wǎng)的發(fā)展［J］.高電壓技術(shù)，2003（9）：16-18，31.

［3］萬啟發(fā).淺談我國交流特高壓輸電前景［J］.高電壓技術(shù)，1999（2）：30-31，34.

［4］吳桂芳，陸家榆，邵方殷.特高壓等級輸電的電磁環(huán)境研究［J］.中國電力，2005（6）：24-27.

［5］劉振亞.特高壓直流輸電技術(shù)研究成果專輯［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［6］張文亮，于永清，李光范，等.特高壓直流技術(shù)研究［J］.中國電機工程學(xué)報，2007（22）：1-7.

Discussion on the key technology of UHV transmission engineering

Fan Xiaoyin

（Mechanical and Electrical Engineering Department of Zhumadian Agriculture School，Zhumadian 463002，China）

This paper describes the development history of UHV and key technology at home and abroad of UHV engineering and management situation of UHV which has been put into operation，which further defines its future direction of development and lays the foundation for the implementation of intercontinental energy network and global energy internet.

UHV AC；UHV DC；transmission line；test base

范曉茵（1986—），女，安徽阜陽；研究方向：機電工程教學(xué)，電網(wǎng)建設(shè)。