特高壓輸變電技術(shù)的現(xiàn)狀分析和發(fā)展趨勢

孫會(huì)喜

(國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司檢修分公司±800 千伏錫盟換流站，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

引言

特高壓輸電是一個(gè)技術(shù)非常復(fù)雜的工程，有許多問題有待解決。我國對(duì)這一技術(shù)的研究，既要考慮難度，又要把握發(fā)展方向，應(yīng)吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，積極研究新技術(shù)、新工藝，縮短與國外技術(shù)的差距。

一、特高壓輸變電技術(shù)的現(xiàn)狀分析

（一）特高壓輸變電工程建設(shè)管理現(xiàn)狀

特高壓輸變電工程建設(shè)項(xiàng)目屬于社會(huì)公益事業(yè)，在前期開發(fā)階段，國家有關(guān)管理部門對(duì)其重視程度不夠，對(duì)電網(wǎng)投資較少，造成電網(wǎng)建設(shè)過程中存在許多不足。盡管這幾年加大了對(duì)電網(wǎng)的投資和建設(shè)力度，加強(qiáng)了對(duì)電網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，但在建設(shè)過程中還是難以滿足當(dāng)今社會(huì)人們的需求，導(dǎo)致工期都十分緊張。所以在電網(wǎng)建設(shè)施工過程中，還需要制定科學(xué)、合理的項(xiàng)目管理方案。伴隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國有關(guān)管理部門加大了對(duì)電網(wǎng)的投資，科學(xué)技術(shù)的不斷更新，傳統(tǒng)的工程建設(shè)管理方式已不能適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，因此，要加強(qiáng)對(duì)特高輸變電工程建設(shè)管理的研究，以適應(yīng)社會(huì)需求，促進(jìn)電力行業(yè)的快速發(fā)展。

（二）特高壓輸電技術(shù)概述

我國首次采用特高壓輸電技術(shù)是在上個(gè)世紀(jì)80 年代，當(dāng)時(shí)我國把特高壓輸電技術(shù)作為國家重點(diǎn)攻克的技術(shù)項(xiàng)目。其原因在于當(dāng)時(shí)社會(huì)發(fā)展到一定階段，東西部電力分布不均的問題也逐漸顯現(xiàn)出來。工業(yè)集中、人口眾多的東部沿海地區(qū)，其基本資源尤其是能源，如煤炭儲(chǔ)量相對(duì)較少，這也在很大程度上導(dǎo)致我國的技術(shù)、能源和發(fā)展需求之間的不匹配，迫切需要某種解決辦法，把西部的資源轉(zhuǎn)化為東部的能源。此外，我國西部的煤炭資源主要集中在蒙西、山西等地區(qū)，因此，二者的跨度也較大。雖然煤炭資源仍可找到運(yùn)輸方法，但水力資源的輸送必須依賴于遠(yuǎn)距離的電力傳輸，這也是發(fā)展特高壓輸電技術(shù)的一個(gè)重要背景。在這一背景下，我國從上世紀(jì)80 年代就開始研究特高壓輸電技術(shù)，并取得了一些進(jìn)展。這些問題無論線損、特高壓輸電技術(shù)的穩(wěn)定性還是可靠性都得到了一定程度的解決。

二、特高壓輸電技術(shù)發(fā)展分析

（一）特高壓輸電技術(shù)特點(diǎn)

1.桿塔結(jié)構(gòu)

對(duì)于桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的桿塔間隙較小，而特高壓輸電技術(shù)在傳輸過程中間隙和高度均遠(yuǎn)大于一般桿塔，同時(shí)為了提高其穩(wěn)定性，將大量絕緣子填充到桿塔內(nèi)部，有效地提高桿塔的絕緣性能。此外，與一般500 KV線路相比，特高壓輸電線路所用導(dǎo)線的強(qiáng)度也有了很大提高，至少是500 KV 線路的兩倍多。此外，對(duì)于桿塔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，則至少是4 倍，否則就無法保證其施工安全。

2.導(dǎo)線結(jié)構(gòu)

電線結(jié)構(gòu)方面，特高壓輸電線采用八分線傳輸方式，與普通500 KV 線路相比，其穩(wěn)定性更強(qiáng)，不易發(fā)生斷路和安全事故。邊線到相導(dǎo)線的距離也要大于20 米，這種時(shí)間子線都是以高強(qiáng)度的間隔型作為支撐，采用了時(shí)間子線。

3.桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于特高壓輸電技術(shù)與傳統(tǒng)輸電技術(shù)相比，其施工區(qū)域均為偏遠(yuǎn)山區(qū)，因此在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)往往需要跨越河流和山脈，因此在施工過程中需要更多優(yōu)化設(shè)計(jì)元素，同時(shí)也需要投入更多成本。長距離輸電工程中，輸電內(nèi)容非常復(fù)雜，地高不同，桿塔基礎(chǔ)要求也不盡相同。一般而言，首先要做好地形勘探工作，找出地形地貌的特點(diǎn)，然后進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，充分模擬，充分考慮各種影響因素。

4.絕緣強(qiáng)度要求

與一般輸電技術(shù)相比，特高壓輸電對(duì)絕緣材料的技術(shù)要求也更高。當(dāng)前我國特高壓輸電線路均選用高強(qiáng)度玻璃絕緣子，并與其他絕緣子相搭配，以有效地提高其整體絕緣性能，避免因絕緣性能不佳而發(fā)生漏電、短路等問題。

（二）創(chuàng)新情況

1.外絕緣配合

鑒于本工藝工作環(huán)境電壓較大，隨著氣隙的增大，耐壓逐漸增大，達(dá)到飽和后，大幅增加了外絕緣難度。此外，我國環(huán)境污染比較嚴(yán)重，輸電套管不能覆蓋污物，導(dǎo)致線路絕緣性能下降。為了解決這一問題，我們從電壓操縱入手，通過抑制過電壓操縱，使耐電壓偏離空隙中的飽和區(qū)域，改善線路絕緣性。從觀測外絕緣數(shù)值變化可以看出，這一創(chuàng)新思路有利于提高輸電線路外絕緣性能。對(duì)污穢組分的處理，主要是通過提高套管的耐絕緣性來解決，應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，套管的絕緣率提高很大，在一定程度上可以提高線路運(yùn)行的安全性。

2.潛供電流控制

針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，潛供電流較大，不利于電網(wǎng)的正常運(yùn)行，易引起電網(wǎng)故障，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。針對(duì)這一問題，引入特高壓電抗器抑制潛供電流，使線路電流恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，除此之外，還可在輸電線路上安裝小型特高壓電抗器，以達(dá)到抑制電流的目的，根據(jù)輸電線路的實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)置設(shè)備的數(shù)量，并采取串并聯(lián)融合的方式配置。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該方案的提出，對(duì)潛供電流控制有很大幫助，使線路電流恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（三）特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.采用新型輸電技術(shù)減少輸電走廊對(duì)土地的為了減少輸電走廊對(duì)土地的占用，降低電能輸送的成本，提高輸電效率，特高壓輸電采用同塔多回輸電方式是一條有效途徑；緊湊型輸電技術(shù)具有提高土地利用率、提升輸送容量、減小線路走廊等優(yōu)勢，是特髙壓輸變電技術(shù)的重要發(fā)展方向。

2.進(jìn)一步降低特高壓輸電損耗。輸電損耗是影響特高壓輸電工程經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一電損耗包括變電站（或換流站）損耗和輸電線路損耗2部分。其中輸電線路損耗主要由電暈損耗和電阻損耗2部分組成。

對(duì)中國已建成的特高壓交流工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。從最基本的建設(shè)投資和運(yùn)行損耗分析人手，對(duì)特高壓交流系統(tǒng)導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度水平進(jìn)從而提高單位走廊的輸送容量%截止到目前，我國已有數(shù)千公里的200-500kV 超高壓緊湊型線路成功運(yùn)行多年，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.更高電壓等級(jí)直流輸電系統(tǒng)的研究。在繼承原有創(chuàng)新基礎(chǔ)上，中國特高壓工程在更高電壓等級(jí)上±1100kV 直流輸電方面進(jìn)行進(jìn)一步研究，對(duì)±±1100kV 直流輸電的主回路方案及主設(shè)備參數(shù)、線路及桿塔設(shè)計(jì)、過電壓與絕緣配合進(jìn)行深入研究。

三、特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展趨勢

（一）新型技術(shù)的使用

新型技術(shù)的使用，可以對(duì)走廊對(duì)土地的占用問題進(jìn)行緩解。隨著我國工農(nóng)業(yè)的不斷進(jìn)步，土地資源顯得十分緊張。為了降低輸電走廊的占地面積，對(duì)輸電成本進(jìn)行合理降低，特高壓輸電可以采用多回輸電方式。另外，緊湊型輸電也是不錯(cuò)的選擇，該技術(shù)可提升對(duì)土地資源的利用率，并對(duì)走廊線路進(jìn)行降低，是特高壓輸變電技術(shù)發(fā)展的主要發(fā)展趨勢之一。

（二）降低特高壓輸電的耗損情況

輸電耗損對(duì)我國電力行業(yè)的影響十分嚴(yán)重，輸電耗損的內(nèi)容主要包括換流站耗損、輸電線路之間的損耗兩部分。其中，在輸電線路耗損過程中，主要包括電暈和電阻耗損兩方面。我國在已經(jīng)建成的特高壓交流工程中已經(jīng)投入了很多先進(jìn)技術(shù)，從基本的建材和運(yùn)行耗損入手，對(duì)特高壓交流系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行深入分析，并得到了初步結(jié)論。研究表明，特高壓交流工程需要進(jìn)一步對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行擴(kuò)徑改革，以此來降低人們在建設(shè)過程中的投資數(shù)額，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（三）直流輸電系統(tǒng)的研究

在原有創(chuàng)新研究的基礎(chǔ)之上，我國在特高壓工程建設(shè)上還引入了很多新的技術(shù)，并對(duì)更高電壓等級(jí)上的直流輸電方面進(jìn)行深入研究，如±1100kV直流輸電等，并對(duì)主回路方案、主設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行專題探討，在確定好最佳參數(shù)和范圍之后，對(duì)直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)更高電壓等級(jí)的直流輸電系統(tǒng)建設(shè)，為輸變電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)。

（四）在特高壓直流中接入特高壓交流電的方案設(shè)計(jì)

特高壓直流可輸送較大容量的電流，可對(duì)接收端交流電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，為了將多余電流進(jìn)行徹底消納，以及為換流站的換流工作提供數(shù)據(jù)支撐，需要對(duì)交流線路的配套裝置進(jìn)行合理建立。在實(shí)際建設(shè)過程中，工作人員可以將1000kV 交流電直接接入到特高壓輸變電線路之中，還研究方案主要包括1000kV 直接接入方案、組合式變壓器連接以及分層接入。

四、特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)

（一）特高壓同塔多回輸電技術(shù)

同塔多回輸電方式的應(yīng)用，可有效降低特高壓輸電中輸電走廊的土地占用面積，實(shí)現(xiàn)輸電成本的有效降低，提高相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。例如，在皖電東送工程項(xiàng)目中，該項(xiàng)技術(shù)便得到了很好的應(yīng)用。在實(shí)際研究過程中，研究人員可以建立一個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)線段，將I 型串和V 型串間隙中的工頻電壓、沖擊電壓等進(jìn)行收集，并對(duì)其放電特性進(jìn)行綜合研究，最終實(shí)現(xiàn)桿塔間隙中放電特性的有效掌握。另外，研究人員還可以針對(duì)回路中導(dǎo)線之間的安全問題，對(duì)長波操作進(jìn)行適當(dāng)模擬，了解不同間隙之間的不同電極與電壓配比下的相間絕緣規(guī)律。根據(jù)相關(guān)工程實(shí)際情況，在平原和丘陵線路設(shè)計(jì)中，應(yīng)安裝地線保護(hù)角裝置。經(jīng)過不斷的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，傘型塔設(shè)計(jì)效果最為明顯，也會(huì)降低企業(yè)的投資數(shù)量。

（二）特高壓緊湊型輸電技術(shù)

緊湊型輸電線路主要將三相導(dǎo)線放置在同一個(gè)塔窗之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)線路走廊寬度的有效降低，從而增加整體的走廊電流輸送量。截止到目前，我國在高壓緊湊型線路建設(shè)上已經(jīng)超過了數(shù)千公里，電壓范圍主要在220～500kV 之間，經(jīng)過多年的運(yùn)行之后，呈現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國對(duì)該方面技術(shù)研究十分深入，并在國際上首次開展了特高壓單回緊湊型桿塔空氣間隙與相間空氣間隙的放電特性實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)電路中的電磁環(huán)境、過電壓等進(jìn)行了全面研究，確定了電磁運(yùn)行環(huán)境的滿足標(biāo)準(zhǔn)以及導(dǎo)線結(jié)構(gòu)布置方式。

（三）特高壓擴(kuò)徑導(dǎo)線技術(shù)

在特高壓交流輸電線路中，電暈損失主要來源于導(dǎo)線表面的場強(qiáng)過大和天氣因素。根據(jù)相關(guān)絕緣要求，如果可以對(duì)其中的相間距離進(jìn)行明確，則導(dǎo)線表面的場強(qiáng)只能受到分裂數(shù)、分裂間距等因素的影響。隨著分裂數(shù)的不斷增加，表面場強(qiáng)也會(huì)變得越來越小。在擴(kuò)徑導(dǎo)線制作過程中，可利用支撐鋁蔬繞的方式對(duì)導(dǎo)線外徑進(jìn)行有效擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度的有效降低，也可以在一定程度上降低輸變電技術(shù)的無線電干擾。在導(dǎo)線得到擴(kuò)徑之后，與常規(guī)導(dǎo)線會(huì)呈現(xiàn)出明顯區(qū)別，如重量減輕、永久變形能力較小等，在制造成本上也會(huì)大大降低。因此，特高壓擴(kuò)徑導(dǎo)線技術(shù)也是特高壓輸變電技術(shù)中的一大重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。

結(jié)束語

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高的今天，對(duì)輸變電設(shè)備智能化的要求也日益提高，智能配電網(wǎng)是一種能夠有效處理輸變電設(shè)備的技術(shù)，而如今各種計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、信息通信手段、電子控制技術(shù)等都在不斷提升，成為輸變電設(shè)備智能化的基本保障。要提高我國電力系統(tǒng)的質(zhì)量，必須對(duì)輸電網(wǎng)進(jìn)行合理的智能化改造。促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)社會(huì)全面進(jìn)步。