范曉茵

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

文章通過對(duì)特高壓的發(fā)展歷程、國(guó)內(nèi)外特高壓關(guān)鍵技術(shù)及已投運(yùn)的特高壓的運(yùn)行管理情況的介紹，進(jìn)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(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

特高壓交流；特高壓直流；輸電線路；試驗(yàn)基地

根據(jù)中國(guó)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(duì)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(shì)。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(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)不斷的發(fā)展，能源消費(fèi)日益增長(zhǎng)，建設(shè)以特高壓為骨干的電網(wǎng)輸電系統(tǒng)已成為我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)［1］。特高壓電網(wǎng)除具有大容量和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，還具有較高的安全性、可靠性、靈活性、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也有一個(gè)不可規(guī)避的問題，隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高，同時(shí)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(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)特高壓技術(shù)已經(jīng)走在世界的前列。本文就國(guó)內(nèi)外特高壓發(fā)展的大環(huán)境，重點(diǎn)介紹中國(guó)特高壓的發(fā)展情況，包括前期的技術(shù)論證、試驗(yàn)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(guó)在20世紀(jì)就相繼開展特高壓輸電技術(shù)的研究，同時(shí)也建立了相應(yīng)的試驗(yàn)基地和平臺(tái)，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(shí)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(gè)有特高壓工程的國(guó)家。后來受其國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的影響，降壓至500 kV 運(yùn)行。其他國(guó)家如日本和意大利也相應(yīng)開展過特高壓工程的計(jì)劃，但是由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)和國(guó)際經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的不景氣，計(jì)劃項(xiàng)目也就取消了，建成投運(yùn)的工程也只能降壓運(yùn)行。除了我國(guó)特高壓交流是世界范圍內(nèi)運(yùn)行電壓等級(jí)最高之外，我國(guó)已建成投運(yùn)的±800 kV級(jí)的直流輸電工程也處于世界先進(jìn)的行列。

特高壓輸電技術(shù)的實(shí)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(dá)到了環(huán)保的目的［4］。隨著經(jīng)濟(jì)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(huì)遇到高海拔、覆冰嚴(yán)重的問題，由此可知?dú)夂驐l件和輸電線路所處的環(huán)境對(duì)特高壓關(guān)鍵技術(shù)研究攻關(guān)的影響與其他國(guó)家在進(jìn)行研究時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)也很難得到成熟應(yīng)用。最為重要的是，我國(guó)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(jí)、輸送容量、輸送距離在國(guó)際上都是最高的等級(jí)水平，此項(xiàng)工程的完全實(shí)現(xiàn)一定要符合我國(guó)的基本國(guó)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(guó)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(jí)、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(shí)的耐壓水平，輸電線路的電磁對(duì)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(huì)造成輸電線路走廊日益緊張的局面，進(jìn)而帶來新問題［6］。同時(shí)，環(huán)保要求也在逐步提高，國(guó)家相關(guān)部門對(duì)電磁方面的管理也較為嚴(yán)格，因此在做設(shè)計(jì)工作的時(shí)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(gè)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(yàn)的研究、配套設(shè)備的研制及配套設(shè)備運(yùn)行的考核等。而相關(guān)的試驗(yàn)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(guó)網(wǎng)公司特高壓直流試驗(yàn)基地奠基于北京。該基地功能全面、高效實(shí)用，且基地符合我國(guó)特高壓直流工程的實(shí)際情況。同年，國(guó)網(wǎng)公司特高壓交流試驗(yàn)基地于武漢奠基。該試驗(yàn)基地的試驗(yàn)線段部分與已經(jīng)投運(yùn)建成的晉—南—荊試驗(yàn)示范工程大體上保持一致。試驗(yàn)基地的建成標(biāo)志著國(guó)網(wǎng)特高壓試驗(yàn)研究對(duì)特高壓工程大發(fā)展的促進(jìn)作用進(jìn)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(xiàng)關(guān)鍵的研究，在工程投運(yùn)之后即將面臨多種因素造成的過電壓，比如運(yùn)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(guó)的技術(shù)研究還未涉及，無相關(guān)成熟經(jīng)驗(yàn)可以參考借鑒。基于以上考慮選擇，在進(jìn)行過電壓研究的同時(shí)也把絕緣考慮進(jìn)去，同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)研究，形成技術(shù)相對(duì)可行且經(jīng)濟(jì)成本低的運(yùn)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(shí)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(shí)絕緣子串的類型和塔頭間隙類別較超高壓線路也相對(duì)較多。特高壓輸電線路由于能源分布的特點(diǎn)需跨越高海拔地區(qū)，因此應(yīng)該按海拔高度進(jìn)行梯度劃分，對(duì)每一梯度內(nèi)的空氣間隙放電特性進(jìn)行劃分歸類研究。在研究普通情況下的項(xiàng)目的同時(shí)，進(jìn)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(duì)其進(jìn)行人工條件下模擬自然條件的試驗(yàn)處理的外絕緣試驗(yàn)。在特高壓前期結(jié)案的研究中，由于高電壓等級(jí)的污穢電源的生成很難實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)還不能完成相關(guān)的配套試驗(yàn)，因此特高壓交直流線路的長(zhǎng)串絕緣子的試驗(yàn)只能在國(guó)外有條件的國(guó)家進(jìn)行。

特高壓交流輸電技術(shù)在國(guó)外的研究相對(duì)較多，國(guó)外的1 150 kV的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)本可以用來參考借鑒。不巧的是，我國(guó)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(guó)外的技術(shù)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)因?yàn)椴痪哂嗅槍?duì)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(guó)外相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)可知，該線路對(duì)絕緣子的要求相對(duì)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?yàn)椴煌N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(jī)械性能等彼此之間都有很大的不同，所以以下4個(gè)方面是影響特高壓輸電工程外絕緣設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(diǎn)研究課題［3-4］。特高壓輸電線路的電磁環(huán)境的評(píng)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(guó)內(nèi)外對(duì)此的研究卻相當(dāng)匱乏。對(duì)于國(guó)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(yàn)基地人為創(chuàng)造的模擬自然條件的測(cè)試環(huán)境和條件的試驗(yàn)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(xiàng)的挑戰(zhàn)。

目前，國(guó)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(shí)相對(duì)應(yīng)的電磁環(huán)境對(duì)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(jì)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(chǎng)、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(shí)踐應(yīng)用，但如何更加有效減小影響的方法和手段還需進(jìn)一步深入研究。

3 特高壓電網(wǎng)的運(yùn)行與管理

特高壓電網(wǎng)建設(shè)之前的論證和部署，是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)工程，建成之后的投運(yùn)及維護(hù)也至關(guān)重要，其中的相關(guān)設(shè)備在經(jīng)過較長(zhǎng)一段符合要求的時(shí)間段內(nèi)帶電測(cè)試之后是否符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于系統(tǒng)的安全可靠意義重大。在我國(guó)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(duì)特高壓設(shè)備的絕緣等級(jí)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(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和維護(hù)檢修技術(shù)的水平對(duì)特高壓的安全運(yùn)行至關(guān)重要。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)，特別是在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地預(yù)測(cè)安全事故的發(fā)生，對(duì)運(yùn)維水平的提高有重要意義。然而我國(guó)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的研究還不夠成熟，故對(duì)目前在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的考核和評(píng)價(jià)，應(yīng)選擇可靠性較強(qiáng)的狀態(tài)檢測(cè)與檢修技術(shù)，對(duì)相應(yīng)的技術(shù)內(nèi)容提出符合我們要求的意見。面對(duì)電網(wǎng)存在的風(fēng)險(xiǎn)需從強(qiáng)化安全穩(wěn)定控制措施、優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、優(yōu)化運(yùn)行方式、重視風(fēng)險(xiǎn)管理4個(gè)方面提高特高壓電網(wǎng)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力。

4 結(jié)語

為了建好特高壓輸電工程，特高壓試驗(yàn)研究和設(shè)備考核測(cè)試工作是必須進(jìn)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(yàn)。國(guó)網(wǎng)特高壓基地的建立為我國(guó)特高壓工程提供了一流的試驗(yàn)及測(cè)試平臺(tái)，為特高壓的發(fā)展奠定了試驗(yàn)基礎(chǔ)。截止到目前，我國(guó)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(jìn)步，在基地進(jìn)行試驗(yàn)所獲得的部分試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果可用于我國(guó)特高壓交、直流輸電工程建設(shè)參考，同時(shí)工程建設(shè)也會(huì)促進(jìn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］劉振亞.特高壓電網(wǎng)［M］.北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)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(guó)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(guó)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(jí)輸電的電磁環(huán)境研究［J］.中國(guó)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(guó)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(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，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(jī)電工程教學(xué)，電網(wǎng)建設(shè)。