交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)研究

國網(wǎng)山西送變電工程有限公司 侯宵曉

隨著城市化建設(shè)的深入，用電需求量也日漸提升，為保證電能安全穩(wěn)定傳輸，交流特高壓輸電線路逐漸成為現(xiàn)階段電力行業(yè)發(fā)展過程中關(guān)注的焦點。交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)要點準(zhǔn)確把握，有利于提高對其關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用水平，降低交流特高壓輸電線路運行過程中故障問題發(fā)生概率，以增強線路運輸穩(wěn)定性，保障電能安全運輸。如何準(zhǔn)確把握交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)要點，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問題。

1 交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)要點

1.1 過電壓限制技術(shù)

現(xiàn)階段，國內(nèi)針對交流特高壓輸電線路的設(shè)計與應(yīng)用，主要是為了滿足長距離傳輸電能的需求。通過應(yīng)用交流特高壓輸電線路完成長距離電力運輸，因運輸距離相對較長，必然會使后期電能傳輸維護(hù)成本增加，為實現(xiàn)電能傳輸經(jīng)濟效益最大化目的，必須減少交流特高壓輸電線路運行過程中，因非全相工頻諧振導(dǎo)致電壓過高等問題發(fā)生，加強過電壓操控技術(shù)熟練應(yīng)用尤為關(guān)鍵，在一定程度上也能起到有效控制交流特高壓輸電線路建設(shè)成本的作用。

在設(shè)計交流特高壓輸電線路架設(shè)階段，其中線路獲得的電壓要控制在塔頭間隙電壓50%的范圍內(nèi)，并結(jié)合實際情況開展1：1真型試驗，確定交流特高壓輸電線路的塔頭尺寸設(shè)計參數(shù)，該試驗主要包括試驗曲線及試驗數(shù)據(jù)計算，以保證塔頭尺寸設(shè)計合理性。綜合考慮交流特高壓輸電線路長距離運輸電能的需求，電力傳輸距離越長，也會導(dǎo)致線路空氣間隙不斷增加，致使后期需要投入大量資金用于維護(hù)交流特高壓輸電線路[1]。因此，需要在保證交流特高壓輸電線路輸電穩(wěn)定性、安全性的前提下選擇合適的方式控制線路電壓，使線路上的過電壓一直保持非飽和狀態(tài)，以保障交流特高壓輸電線路電力運輸安全?？梢岳肒a=1/（1.0-mH/10000）公式對桿構(gòu)架空氣間隙雷電沖擊及工頻海拔校正因數(shù)進(jìn)行計算，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”。

以電網(wǎng)系統(tǒng)實際運營情況為依據(jù)，開展交流特高壓輸電線路桿塔設(shè)計工作，以保證該線路的塔頭尺寸設(shè)計合理性，能夠起到適當(dāng)降低線路電壓的作用。結(jié)合不同塔頭尺寸對應(yīng)空氣間隙試驗結(jié)果，確定交流特高壓輸電線路不同過電壓條件下對應(yīng)的孔隙間隙實際距離。

表1 交流特高壓輸電線路不同過電壓條件下對應(yīng)的孔隙間隙實際距離

1.2 外絕緣特性技術(shù)

通過對目前交流特高壓輸電線路設(shè)計與應(yīng)用情況的調(diào)研與分析，由于在設(shè)計前期，將線路建設(shè)位置定位過高，極易導(dǎo)致交流特高壓輸電線路運行期間，因雷雨天氣而導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)無法正常進(jìn)行電力運輸，并降低線路運輸穩(wěn)定性與安全性。為解決惡劣環(huán)境下交流特高壓輸電線路頻繁發(fā)生故障問題，應(yīng)在交流特高壓輸電線路設(shè)計階段，加強對該類型線路防雷電性能提升的重視，減少惡劣環(huán)境因素對交流特高壓輸電線路運輸穩(wěn)定性的干擾影響。

因此，可合理應(yīng)用外絕緣特性技術(shù)，并借助絕緣子串自動調(diào)節(jié)當(dāng)交流特高壓輸電線路受到雷電干擾時，所出現(xiàn)的桿塔空隙電壓異常問題，以保證交流特高壓輸電線路遭遇雷雨等惡劣天氣時，也能維持安全穩(wěn)定的電力運輸。其中，絕緣子串能夠?qū)⒗纂妼涣魈馗邏狠旊娋€路正常運行，所產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行有效削弱，降低由于雷電天氣引發(fā)線路故障情況發(fā)生的概率。以某地區(qū)的交流特高壓輸電線路項目建設(shè)為例，在應(yīng)用外絕緣性技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展1：1真型試驗，以試驗的方式確定間隙放電曲線，以及獲取準(zhǔn)確的放電電壓海拔修正系數(shù)。通過對空間間隙與絕緣子串強度進(jìn)行利用，以達(dá)到交流特高壓輸電線路絕緣性得到有效增強的目的，從而有效提高該線路的防雷能力，保障交流特高壓輸電線路電力運輸安全性與穩(wěn)定性。

1.3 導(dǎo)地線技術(shù)

導(dǎo)地線技術(shù)是交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的重要組成部分，發(fā)揮著提升線路電能傳輸安全性與穩(wěn)定性的關(guān)鍵性作用。從該項關(guān)鍵技術(shù)的實際應(yīng)用情況來看，雖然對輸電線路運輸過程中所產(chǎn)生的能量損耗具有一定的降低效果，但由于影響交流特高壓輸電線路穩(wěn)定運行的因素較多，某種程度上也會限制導(dǎo)地線技術(shù)的應(yīng)用效果，并伴隨導(dǎo)地線開裂等問題發(fā)生。

例如，針對此方面問題的處理，優(yōu)先選擇大截面面積、低電阻水平的導(dǎo)地線，既能滿足交流特高壓輸電線路運輸過程中節(jié)能降耗的需求，又能起到提高導(dǎo)地線應(yīng)用效果的作用。此外，為保證交流特高壓輸電線路電力運輸安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)用導(dǎo)地線技術(shù)時，要充分考慮以下內(nèi)容：明確電磁對交流特高壓輸電線路所產(chǎn)生的干擾影響，在此基礎(chǔ)上將導(dǎo)地線的機械強度適當(dāng)增加，以保證輸電線路的負(fù)載力被控制在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，為電能高效穩(wěn)定傳輸提供基礎(chǔ)保障；明確外部環(huán)境溫度對交流特高壓輸電線路所產(chǎn)生的干擾影響，一般情況下，在架設(shè)輸電線路時，最低環(huán)境溫度不超過-9℃，最高環(huán)境溫度不超過43℃。

1.4 綜合防雷技術(shù)

交流特高壓輸電線路項目建設(shè)過程中，綜合防雷技術(shù)的應(yīng)用，能夠降低惡劣環(huán)境對交流特高壓輸電線路正常穩(wěn)定運行的干擾影響，該項技術(shù)與上述外絕緣特性技術(shù)應(yīng)用原理相差不多。綜合防雷技術(shù)應(yīng)用則是以最大限度減小線路保護(hù)角為核心，并選擇合適的避雷手段，達(dá)到改善交流特高壓輸電線路防雷性能的效果。交流特高壓輸電線路的保護(hù)角減小，可以使輸電線路的屏蔽弧得到最大限度地增加，同時將暴露弧的面積適當(dāng)縮減，確保交流特高壓輸電線路在遭受雷擊時，也能實現(xiàn)安全穩(wěn)定地傳輸電能。

針對綜合防雷技術(shù)的應(yīng)用，具體操作流程如下：根據(jù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，完成避雷線統(tǒng)一設(shè)置，適當(dāng)增加絕緣子串?dāng)?shù)量，將交流特高壓輸電線路的設(shè)施高度合理增加，實現(xiàn)輸電線路的保護(hù)角有效減小，降低雷電等惡劣環(huán)境對交流特高壓輸電線路安全穩(wěn)定運行的負(fù)面影響；在避雷線路與輸電線路的設(shè)置高度合理確定后，縮減避雷線路與輸電線路之間的水平距離，達(dá)到將輸電線路的保護(hù)角最大限度縮小的目的。

1.5 交流特高壓輸電線路耐污閃特性技術(shù)

建設(shè)交流特高壓輸電線路項目期間，要綜合考慮絕緣子型式、所經(jīng)地區(qū)的污穢程度以及污穢耐受電壓目標(biāo)值等因素對輸電線路耐污閃特性的影響，在此基礎(chǔ)上針對性開展耐污閃設(shè)計。此過程中所涉及的絕緣子串類型使用，其特點主要表現(xiàn)在以下幾方面。

因交流特高壓輸電線路所使用的導(dǎo)線為“八分裂”導(dǎo)線，在一定程度上致使絕緣子串可承受的機械載荷增加，并可能會出現(xiàn)所承受機械載荷超過交流特高壓輸電線路承受機械載荷的情況?；诖?，應(yīng)選用2～4串并聯(lián)的方式布置絕緣子串。相較于單串絕緣子的污閃電壓比，并聯(lián)絕緣子串明顯比前者略低，進(jìn)而要以試驗的方式對其污閃電壓進(jìn)行確定；雖然具有高強度、大盤徑特性的絕緣子較常應(yīng)用于交流特高壓輸電線路項目建設(shè)中，但仍是缺少與污閃特性相關(guān)的研究數(shù)據(jù)；交流特高壓輸電線路項目建設(shè)所涉及使用的絕緣子串，其長度設(shè)置均超過10m，致使沿絕緣子串的積污與電位呈現(xiàn)不均勻分布的特點，如較輕的污穢程度，其污耐壓特性呈一定的非線性特性。因此，要以真型試驗的方式對單片絕緣子的污耐壓值進(jìn)行確定。

就絕緣子串長與50%人工污穢工頻耐受電壓二者關(guān)系研究進(jìn)行試驗，目的是獲取相應(yīng)的污耐壓特性曲線。同時，結(jié)合交流特高壓輸電線路項目建設(shè)所經(jīng)地區(qū)的污穢程度調(diào)查結(jié)果與試驗結(jié)果，針對性開展交流特高壓輸電線路的耐污閃設(shè)計。例如，針對懸垂串配置，假設(shè)交流特高壓輸電線路項目建設(shè)所經(jīng)過的地區(qū)，存在Ⅱ級和Ⅲ級污區(qū)以及部分Ⅳ級污區(qū)，可以選用爬電比距法和污耐壓法，分別設(shè)計不同污區(qū)的懸垂絕緣子片數(shù)，再以導(dǎo)線荷載情況為依據(jù)，確定絕緣子的強度等級以及組裝形式。

表2 懸垂串配置方案

針對耐張串配置，因交流特高壓輸電線路設(shè)計與應(yīng)用目的是滿足長距離電力運輸需求，由于運輸距離相對較長，致使線路建設(shè)要橫跨多個地區(qū)，受到各地區(qū)降雨條件不同影響，在確定耐張串絕緣子片數(shù)時，可忽略其清潔能力，同樣依據(jù)上述懸垂串絕緣子片數(shù)進(jìn)行配置即可。

表3 耐張串配置方案

2 提高交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用效果的措施

2.1 智能監(jiān)測輸電線路運行狀態(tài)

在線智能監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，有利于提高交流特高壓輸電線路運行穩(wěn)定性，并減少各方面因素對輸電線路正常運行的負(fù)面影響，在一定程度上也方便技術(shù)人員對交流特高壓輸電線路的實際運行情況及時掌握，進(jìn)而為線路正常穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)保障。同時，發(fā)揮在線智能監(jiān)測系統(tǒng)的功能作用，對輸電線路運輸過程中的氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度、桿塔斜率等重要信息變化進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生交流特高壓輸電線路故障時，即可通過分析在線智能監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)控到的信息，對存在線路故障問題的位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，實現(xiàn)在最短的時間內(nèi)快速解決線路故障問題。

2.2 做好輸電線路運行巡線工作

輸電線路維護(hù)保障工作，是提高交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用效果的重要支撐，為實時掌握交流特高壓輸電線路運行狀態(tài)，并在輸電系統(tǒng)中導(dǎo)地線設(shè)施、絕緣子設(shè)施等其他設(shè)施的應(yīng)用性能檢測工作開展提供方便，技術(shù)人員可通過利用無人機輔助開展針對輸電線路的巡線工作，及時發(fā)現(xiàn)上述設(shè)施是否存在應(yīng)用性能降低等情況，并對各類設(shè)施應(yīng)用性能的檢測過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，方便后續(xù)及時向相關(guān)部門報告，解決傳統(tǒng)維保工作模式下，交流特高壓輸電線路故障處置延遲的問題。

此外，根據(jù)實際情況，靈活運用特高壓暫態(tài)保護(hù)裝置，該裝置能夠?qū)涣魈馗邏狠旊娋€路的故障問題進(jìn)行精準(zhǔn)識別，當(dāng)故障發(fā)生時，將其及時切除，加上特高壓暫態(tài)保護(hù)裝置具有較強的抗干擾能力，能夠減少系統(tǒng)振蕩、過渡電阻等因素對交流特高壓輸電線路正常運行的干擾影響，使輸電線路的電能供應(yīng)更加穩(wěn)定的同時，又能實現(xiàn)全方位預(yù)控交流特高壓輸電線路在電力運輸過程中的各種潛在風(fēng)險，從而將其功能作用與應(yīng)用價值最大限度發(fā)揮。

3 結(jié)語

在實際項目建設(shè)過程中，準(zhǔn)確把握交流特高壓輸電線路關(guān)鍵技術(shù)要點，有利于進(jìn)一步增強輸電運行安全性與穩(wěn)定性，最大限度地滿足日益提升的用電需求。綜合分析導(dǎo)致交流特高壓輸電線路故障問題發(fā)生的各方面因素，在此基礎(chǔ)上合理制定關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用方案，使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建設(shè)中所存在的問題得到有效解決的同時，又能將交流特高壓輸電線路的應(yīng)用價值最大限度地發(fā)揮，從而助推我國電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。