交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用

趙杰

（上海國(guó)孚電力設(shè)計(jì)工程股份有限公司濟(jì)南分公司 山東省濟(jì)南市 250101）

現(xiàn)階段電力行業(yè)所應(yīng)用的500kV 高壓輸電線路，已經(jīng)無(wú)法有效滿足日益增大的電能傳輸需求，因此特高壓輸電線路已成為電力行業(yè)關(guān)注發(fā)展的重點(diǎn)。交流特高壓輸電線路主要以1000kV 特高壓交流輸電線路為主，交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用能力對(duì)于我國(guó)電力分布均衡性有著極大的影響。交流特高壓輸電線路所具備的輸電容量大、覆蓋范圍廣、節(jié)省輸電線路走廊、損耗低的傳輸特征，讓交流特高壓輸電線路實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離大量電能傳輸目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)于交流特高壓輸電線路的外絕緣特性、防雷以及過(guò)電壓等關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用已成為電力行業(yè)亟待解決的主要問(wèn)題。為了確保交流特高壓輸電線路的應(yīng)用安全性，電力企業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員需要加強(qiáng)自身的交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用水平，嚴(yán)格把控交流特高壓輸電線路的應(yīng)用操作要點(diǎn)，為交流特高壓輸電線路安全運(yùn)行提供保障。

1 交流特高壓輸電線路

現(xiàn)如今我國(guó)的電力輸變系統(tǒng)中，交流特高壓輸電線路的電壓應(yīng)用等級(jí)為1000kV，因此在整個(gè)電力傳輸系統(tǒng)中，交流特高壓輸電線路能夠?qū)崿F(xiàn)跨地區(qū)電能輸送以及新能源二次配置的應(yīng)用需求。

交流特高壓輸電線路的桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)置特征：交流特高壓輸電線路在運(yùn)行期間需要合理設(shè)置間距以及間隙，因此設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置桿塔，同時(shí)將絕緣子串的高度保持在1m 以上，交流特高壓輸電線路對(duì)地的距離則保持在26m 以上。由于交流特高壓輸電線路所設(shè)置的桿塔高度大多數(shù)設(shè)置在50m 以上，桿塔長(zhǎng)度設(shè)置在80m 以上，在進(jìn)行桿塔強(qiáng)度設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員需要以桿塔塔高以及桿塔應(yīng)力為基礎(chǔ)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，由于特高壓導(dǎo)線的重量較大、桿塔的設(shè)計(jì)高度在50m 以上，因此桿塔的使用應(yīng)力極高，設(shè)計(jì)的1000kV 電壓等級(jí)交流特高壓輸電線路桿塔強(qiáng)度是傳統(tǒng)500kV線路桿塔設(shè)計(jì)強(qiáng)度的四倍以上。

交流特高壓輸電線路的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)設(shè)置特征：大多數(shù)情況下交流特高壓輸電線路的導(dǎo)線設(shè)計(jì)應(yīng)用結(jié)構(gòu)為八分裂，線路導(dǎo)線的設(shè)計(jì)間距在40m 以上，導(dǎo)線邊相與中相設(shè)計(jì)的距離在20m 以上。而地線的設(shè)計(jì)間距則控制在30m 以上，交流特高壓輸電線路所應(yīng)用的子導(dǎo)線需使用阻尼間隔棒。

交流特高壓輸電線路的特高壓金具設(shè)置特征：交流特高壓輸電線路導(dǎo)線所具備的橫截面積大、分裂數(shù)量多的特征，特高壓金具需要承受的荷載力巨大，因此需要應(yīng)用機(jī)械強(qiáng)度極高、工藝質(zhì)量佳、應(yīng)用尺寸大以及應(yīng)用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的線路金具。

交流特高壓輸電線路的桿塔基礎(chǔ)設(shè)置特征：交流特高壓輸電線路經(jīng)過(guò)區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境特殊、地理環(huán)境復(fù)雜，因此交流特高壓輸電線路的桿塔基礎(chǔ)形式繁多，根據(jù)不同區(qū)域應(yīng)用挖孔樁原狀土基礎(chǔ)、灌樁式基礎(chǔ)以及巖石錨樁類(lèi)基礎(chǔ)等，繼而確保交流特高壓輸電線路的運(yùn)行安全。

2 交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

2.1 外絕緣特性技術(shù)

圖1：交流特高壓輸電線路

大多數(shù)交流特高壓輸電線路的設(shè)計(jì)的建設(shè)位置相對(duì)較高，因此一旦遭遇雷雨等惡劣的天氣環(huán)境時(shí)，將會(huì)給電網(wǎng)系統(tǒng)的電力正常性運(yùn)輸造成影響，為了確保交流特高壓輸電線路運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性，避免惡劣環(huán)境下發(fā)生線路故障問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需合理應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)提升交流特高壓輸電線路的防雷電性能。而外絕緣特性技術(shù)的提出應(yīng)用，便是為了強(qiáng)化交流特高壓輸電線路的防雷性特征，借助絕緣子串來(lái)削弱雷電對(duì)于交流特高壓輸電線路運(yùn)行的影響，確保交流特高壓輸電線路不會(huì)由于雷電事故發(fā)生線路故障問(wèn)題。外絕緣特性技術(shù)的應(yīng)用原理為，在交流特高壓輸電線路遭受雷電干擾的情況下，可借助絕緣子串來(lái)對(duì)導(dǎo)線以及桿塔空隙發(fā)生的電壓異常問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低雷電環(huán)境對(duì)于交流特高壓輸電線路的負(fù)面干擾。

如以晉東南-荊門(mén)的交流特高壓輸電項(xiàng)目在進(jìn)行外絕緣性技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)期間，采用了1:1 的真型試驗(yàn)，在具體試驗(yàn)期間研究人員研究并設(shè)置間隙放電曲線以及放電電壓海拔修正系數(shù)，同時(shí)也對(duì)交流特高壓線路的絕緣子人工污穢試驗(yàn)中，對(duì)絕緣子的串型開(kāi)展技術(shù)試驗(yàn)研究，在進(jìn)行高海拔對(duì)絕緣子污耐壓帶來(lái)的影響進(jìn)行分析時(shí)，可采用 公式來(lái)反應(yīng)氣壓以及海拔高度對(duì)污閃電壓的影響程度。最終得出以下試驗(yàn)結(jié)論：外絕緣特性技術(shù)主要是利用空間間隙以及絕緣子串強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)交流特高壓輸電線路絕緣性的強(qiáng)化，因此可有效提升交流特高壓輸電線路的防雷能力，為交流特高壓輸電線路在雷電干擾環(huán)境下的安全穩(wěn)定運(yùn)輸提供保障。

2.2 過(guò)電壓限制技術(shù)

國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)并應(yīng)用的交流特高壓輸電線路主要開(kāi)展長(zhǎng)距離的電能傳輸，由于交流特高壓輸電線路的電力運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，因此電力企業(yè)在電能傳輸維護(hù)方面投入的資金相對(duì)較多，為了實(shí)現(xiàn)電能傳輸資金投入成本的有效管控，最大化提升電能傳輸經(jīng)濟(jì)效益，減少非全相工頻諧振導(dǎo)致交流特高壓輸電線路電壓過(guò)高等問(wèn)題的發(fā)生，電力企業(yè)技術(shù)人員需全面掌握并靈活應(yīng)用過(guò)電壓操控技術(shù)。在進(jìn)行線路架設(shè)設(shè)計(jì)期間，需確保交流特高壓輸電線路的獲得電壓不會(huì)超過(guò)塔頭間隙電壓的50%，交流特高壓輸電線路的塔頭尺寸設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可經(jīng)由試驗(yàn)曲線以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。因此需要結(jié)合1:1 真型試驗(yàn)的實(shí)際情況，經(jīng)由試驗(yàn)曲線以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算獲得交流特高壓輸電線路的塔頭尺寸設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。由于交流特高壓輸電線路的電力傳輸距離相對(duì)較長(zhǎng)，因此在電壓倍數(shù)的影響下線路空氣間隙將會(huì)大幅度增加，致使電力企業(yè)為了維護(hù)交流特高壓輸電線路電壓投入大量的資金，為此電力企業(yè)為了維護(hù)自身的經(jīng)濟(jì)利益，需以交流特高壓輸電線路的實(shí)際情況為基礎(chǔ)適當(dāng)降低線路電壓，確保交流特高壓輸電線路上的過(guò)電壓處于非飽和區(qū)域，維護(hù)線路電力運(yùn)輸安全。在進(jìn)行桿構(gòu)架空氣間隙雷電沖擊以及工頻海拔校正因數(shù)設(shè)計(jì)期間，可利用 公式進(jìn)行計(jì)算，而塔構(gòu)架空氣間隙的操作沖擊海拔校正因數(shù)可按照 公式進(jìn)行計(jì)算，其中“m”為操作沖擊海拔校正因數(shù)的修正因子操作沖擊電壓“MV”。

可通過(guò)開(kāi)展1:1 的真型試驗(yàn)工作確保交流特高壓輸電線路應(yīng)用塔頭尺寸設(shè)計(jì)的規(guī)范性。設(shè)計(jì)人員可按照電網(wǎng)系統(tǒng)的具體運(yùn)營(yíng)其概況進(jìn)行特高壓輸電線路桿塔設(shè)計(jì)，根據(jù)塔頭所需空氣間隙試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，繼而總結(jié)出交流特高壓輸電線路不同過(guò)電壓所需要的標(biāo)準(zhǔn)空氣間隙。

（1）500m 海拔下，串型為邊相的交流特高壓輸電線路過(guò)電壓，所需求的空氣間隙距離為5.9m；串型為中相的交流特高壓輸電線路過(guò)電壓，所需求的空氣間隙距離為6.7m。

（2）1000m 海拔下，串型為邊相的交流特高壓輸電線路過(guò)電壓，所需求的空氣間隙距離為6.2m；串型為中相的交流特高壓輸電線路過(guò)電壓，所需求的空氣間隙距離為7.2m。

（3）1500m 海拔下，串型為邊相的交流特高壓輸電線路過(guò)電壓，所需求的空氣間隙距離為6.4m；串型為中相的交流特高壓輸電線路過(guò)電壓，所需求的空氣間隙距離為7.7m。

2.3 綜合防雷技術(shù)

綜合防雷技術(shù)應(yīng)用的最終目的為，確保交流特高壓輸電線路不會(huì)受到雷電等惡劣環(huán)境的干擾，因此綜合防雷技術(shù)與外絕緣特性技術(shù)從某一角度來(lái)看存在一定的相似性。綜合防雷技術(shù)的工作原理為，由技術(shù)人員減少線路保護(hù)角以及架設(shè)避雷針等手段提升交流特高壓輸電線路的防雷能力。減小交流特高壓輸電線路的保護(hù)角，可將最大化增加輸電線路的屏蔽弧，有效縮減暴露弧的面積，繼而降低雷電對(duì)于交流特高壓輸電線路的影響程度。

綜合防雷技術(shù)的具體應(yīng)用步驟為：

（1）由電力技術(shù)人員設(shè)置統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的避雷線，借助絕緣子串?dāng)?shù)量增加的方法來(lái)提升交流特高壓輸電線路的設(shè)施高度，繼而達(dá)到線路保護(hù)角縮小的目的，最大程度降低交流特高壓輸電線路被雷擊的幾率。

（2）由電力技術(shù)人員在確定避雷線路以及輸電線路的固定高度后，實(shí)現(xiàn)避雷線路與輸電線路之間水平距離的縮減，最大程度縮小交流特高壓輸電線路的保護(hù)角。

2.4 導(dǎo)地線技術(shù)

確保交流特高壓輸電線路能夠安全穩(wěn)定傳輸電能的關(guān)鍵技術(shù)之一就是導(dǎo)地線技術(shù)。雖然導(dǎo)地線技術(shù)的應(yīng)用能夠降低輸電線路運(yùn)輸過(guò)程中的能量損耗，但由于交流特高壓輸電線路電池所涉及到的影響內(nèi)容較多，因此對(duì)于導(dǎo)地線技術(shù)的應(yīng)用成效有著一定的影響。針對(duì)導(dǎo)地線開(kāi)裂問(wèn)題，電力技術(shù)人員可選用截面面積大、電阻水平低的導(dǎo)低線，不僅能夠滿足導(dǎo)地線應(yīng)用效果改善的目的，同時(shí)也能降低交流特高壓輸電線路的能量損耗。

導(dǎo)地線技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)為：

（1）交流特高壓輸電線路架設(shè)的環(huán)境溫度需在-9℃至43℃范圍以內(nèi)，且周邊環(huán)境的年平均溫度達(dá)到21℃。

（2）由于交流特高壓輸電線路極易受到電磁干擾，因此需要適當(dāng)增加到導(dǎo)地線的機(jī)械強(qiáng)度，確保輸電線路能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)制度下的負(fù)載力，繼而高效穩(wěn)定完成電能傳輸工作。

2.5 無(wú)功平衡技術(shù)

由于交流特高壓輸電線路傳輸?shù)碾娏鞔蟆⑦\(yùn)輸線路長(zhǎng)、線路電壓高，因此在輸電線路運(yùn)行期間無(wú)功平衡問(wèn)題常常發(fā)生，電力技術(shù)人員可借助高低壓電抗器以及可控電抗器等設(shè)備的安裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)功沖擊抵消，實(shí)現(xiàn)輸電線路系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)功平衡運(yùn)行的發(fā)展需求。

3 交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用保障要點(diǎn)

3.1 做好輸電線路運(yùn)行的直升機(jī)巡線工作

為了確保交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用，電力技術(shù)人員需重視維護(hù)保障技術(shù)的有效應(yīng)用。為此電力企業(yè)可組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員開(kāi)展直升機(jī)巡線作業(yè)工作，借助直升機(jī)自帶的紅紫外線成像功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流特高壓輸電線路實(shí)際運(yùn)輸情況的有效檢測(cè)，同時(shí)也能對(duì)交流特高壓輸電線路運(yùn)輸系統(tǒng)中導(dǎo)地線設(shè)施、絕緣子設(shè)施以及避雷針設(shè)施的應(yīng)用性能進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)安全設(shè)備發(fā)生應(yīng)用性能或是應(yīng)用質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，立刻上報(bào)給相關(guān)部門(mén)，在短時(shí)間對(duì)交流特高壓輸電線路開(kāi)展維保工作。

3.2 做好輸電線路運(yùn)行的在線智能監(jiān)測(cè)工作

在線智能監(jiān)測(cè)技術(shù)是保障交流特高壓輸電線路正常運(yùn)行的重要運(yùn)行保障技術(shù)，在線智能監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠幫助運(yùn)行保障技術(shù)人員迅速了解輸電線路的運(yùn)行情況，為線路的平穩(wěn)運(yùn)行提供良好的技術(shù)運(yùn)行保障。此外由于在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)涣魈馗邏狠旊娋€路運(yùn)輸過(guò)程中的氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度以及桿塔傾斜率等多種運(yùn)行信息全方位監(jiān)察，幫助運(yùn)行保障技術(shù)人員迅速找出交流特高壓輸電線路運(yùn)行系統(tǒng)故障的具體位置，制定科學(xué)化的問(wèn)題解決方案，最大程度提升交流特高壓輸電線路的檢修效率，降低交流特高壓輸電線路運(yùn)輸潛在故障風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的影響。

3.3 做好輸電線路運(yùn)行的特高壓暫態(tài)保護(hù)工作

為了避免交流特高線輸電系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障，電力技術(shù)人員常常應(yīng)用距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等多種措施，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)輸系統(tǒng)的繼電保護(hù)工作。繼電保護(hù)系統(tǒng)主要是利用系統(tǒng)濾波原理，消除交流特高壓輸電線路運(yùn)行期間的暫態(tài)高頻分量噪聲，繼而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的工頻量維護(hù)，系統(tǒng)繼電保護(hù)模式將會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)始終處于帶電作業(yè)狀態(tài)，對(duì)高壓電力系統(tǒng)運(yùn)行造成負(fù)面影響，因此需借助特高壓暫態(tài)保護(hù)方式來(lái)消除特高壓交流輸電運(yùn)行故障。特高壓暫態(tài)保護(hù)裝置是以故障提取為工作核心，直接忽略系統(tǒng)濾波環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)特高壓線路的故障識(shí)別，最終達(dá)到故障有效切除的效果。由于特高壓暫態(tài)保護(hù)工作的自我抗干擾能力極強(qiáng)，因此能夠排除過(guò)渡電阻以及系統(tǒng)震蕩等因素帶來(lái)的影響，全面提升特高壓輸電系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，交流特高線輸電線路關(guān)鍵技術(shù)是確保輸電運(yùn)行安全的重要保障因素，為了滿足社會(huì)不斷增加的用電需求量，電力技術(shù)人員需掌握并靈活應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，確保電能供應(yīng)的穩(wěn)定性。