輸變電工程設(shè)計(jì)施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)研究

王 星

（國(guó)網(wǎng)陜西電力公司，陜西西安 710048）

輸變電工程設(shè)計(jì)施工與環(huán)保技術(shù)包括輸變電工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和方法研究和電磁兼容、節(jié)能環(huán)保等子領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步，特高壓交直流工程在我國(guó)得到了快速發(fā)展，技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先的地位。國(guó)家電網(wǎng)公司在“十二五”期間對(duì)特高壓交/直流輸電的電磁環(huán)境與噪聲控制進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果，但仍需對(duì)相關(guān)理論和方法進(jìn)一步完善以適應(yīng)更高電壓等級(jí)的要求[1-3]。

近年來(lái)，我國(guó)受霧霾影響日趨嚴(yán)重。東中部地區(qū)霧霾問(wèn)題突出的重要原因之一是當(dāng)?shù)卮笠?guī)模集中建設(shè)煤電。另一方面，在我國(guó)，集中分布在西部和北部的清潔能源很難就地消納，若不依托大電網(wǎng)技術(shù)，大力開發(fā)的結(jié)果將導(dǎo)致嚴(yán)重的棄水棄風(fēng)棄光等問(wèn)題[4-5]。因此有必要對(duì)輸變電工程的設(shè)計(jì)施工以及節(jié)能環(huán)保技術(shù)進(jìn)行梳理和優(yōu)化，滿足智能電網(wǎng)清潔高效的發(fā)展需求。

1 輸變電工程設(shè)計(jì)施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

1）輸變電工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和方法研究現(xiàn)狀

在輸變電工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和方法研究領(lǐng)域，國(guó)家電網(wǎng)公司在“十二五”期間實(shí)現(xiàn)了特高壓輸變電工程的系統(tǒng)集成。對(duì)工程各環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化配置，保障工程安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。另外，由于特高壓工程具有導(dǎo)線分裂數(shù)多、鐵塔高、相關(guān)設(shè)備尺寸較大等特點(diǎn)，安裝和調(diào)試具有較大的難度。為此，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了特高壓輸變電工程在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、調(diào)試等方面的全套設(shè)計(jì)和施工方法并形成技術(shù)規(guī)范，在此基礎(chǔ)上建成了示范工程[6-8]。

基于以上輸變電工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和方法研究，我國(guó)目前已建和在建的特高壓交直流輸電示范工程如表1所示。

表1 我國(guó)特高壓交直流輸電工程Tab.1 China’s ultra-high voltage ac and dc transmission projects

2）電磁兼容研究現(xiàn)狀

在電磁兼容領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)特高壓交流輸電的電磁環(huán)境研究，在解析電場(chǎng)分布規(guī)律的基礎(chǔ)上提出了特高壓系統(tǒng)電磁環(huán)境控制技術(shù)，從而特高壓工程滿足環(huán)保要求，達(dá)到環(huán)境友好型的目標(biāo)。目前國(guó)家電網(wǎng)公司在±800 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制方面，開展了全電壓真型試驗(yàn)，結(jié)合理論研究，確定了中國(guó)±800 kV直流線路導(dǎo)線型式、導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度，并得到了不同季節(jié)、氣候環(huán)境、和極間距下，各電磁環(huán)境因子的橫向分布及變化規(guī)律，與樹木之間的最小距離，確保工程對(duì)林業(yè)生態(tài)的環(huán)境友好。基于特高壓直流電暈籠試驗(yàn)，首次獲得中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特高壓直流線路可聽噪聲預(yù)測(cè)公式，比國(guó)際上其他公式的適用范圍更廣，提出了±800 kV換流站采用面對(duì)面布置的優(yōu)化方案。

3）節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究現(xiàn)狀

在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面，電網(wǎng)是電能輸送消費(fèi)的物理渠道，大力發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶馗邏弘娋W(wǎng)，改變污染物的排放地點(diǎn)，選擇資源豐富、環(huán)境承載能力和消納能力強(qiáng)的地區(qū)建議電廠，以輸電替代輸煤，提高外受電比例，讓“電從遠(yuǎn)方來(lái)”，從而極大改善中東部地區(qū)的霧霾困擾[9-11]。圖1表示以輸電代替輸煤示意圖。

2 輸變電工程設(shè)計(jì)施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

輸變電工程設(shè)計(jì)施工與環(huán)保技術(shù)的發(fā)展是與輸變電理論技術(shù)相輔相成的，隨著特高壓交直流輸電和新型輸電技術(shù)的突破與創(chuàng)新，特高壓及新型輸電技術(shù)在示范工程中的應(yīng)用與實(shí)踐并探索輸變電工程設(shè)計(jì)施工與環(huán)保技術(shù)的豐富和拓展，是輸變電工程設(shè)計(jì)施工與環(huán)保技術(shù)的發(fā)展方向。

圖1 輸電代替輸煤示意圖Fig.1 Schematic diagram of transmission of electricity to replace coal

2.1 更高電壓等級(jí)的輸變電工程設(shè)計(jì)施工方法研究

隨著我國(guó)±1 100 kV特高壓直流的理論研究逐步深入，在輸變電工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論和方法研究領(lǐng)域，國(guó)家電網(wǎng)公司要在“十二五”期間取得成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索±1 100 kV特高壓直流輸電工程的工程設(shè)計(jì)施工方法。要確保工程各單元和設(shè)備的配置方案，綜合考慮安全性、可靠性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。因此要提出±1 100 kV輸變電工程整套設(shè)計(jì)和施工方法、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，進(jìn)而形成±1 100 kV特高壓輸變電工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行的全套技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)更高電壓等級(jí)特高壓直流示范工程的建立。

2.2 特高壓輸電的電磁兼容和節(jié)能環(huán)保技術(shù)的深入研究

在電磁兼容領(lǐng)域，要結(jié)合我國(guó)特高壓發(fā)展方向，考慮更高電壓等級(jí)輸電線路的電磁兼容情況，確定更高電壓等級(jí)輸電線路的導(dǎo)線型式、導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度，并對(duì)噪聲影響進(jìn)行分析。

基于特高壓輸電在轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，治理大氣污染等方面所取得的成果，結(jié)合我國(guó)環(huán)境保護(hù)的迫切需要，深入評(píng)估特高壓輸電對(duì)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)，特別是霧霾天氣治理等方面的積極作用。

3 輸變電工程設(shè)計(jì)施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)重點(diǎn)研究方向

±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)、±1 100 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制研究、繼續(xù)大力發(fā)展特高壓輸電推動(dòng)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)這三個(gè)方向?qū)⑹潜绢I(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。

1）±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)

特高壓直流輸電工程在長(zhǎng)距離、大功率輸電方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)已建成投運(yùn)多條±800 kV特高壓直流輸電工程。世界上電壓等級(jí)最高、輸送距離最遠(yuǎn)的直流輸電工程，準(zhǔn)東～華東±1 100 kV特高壓直流輸電工程預(yù)計(jì)將于2018年建成。需進(jìn)一步積極推進(jìn)±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)，從電磁環(huán)境參數(shù)計(jì)算、導(dǎo)線及分裂型式選擇、對(duì)地及交叉跨越距離、絕緣配合、桿塔型式、防雷、投資估算與分析等方面對(duì)±1 100 kV直流輸電線路的難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究與探討，進(jìn)而促進(jìn)國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)設(shè)計(jì)水平的提高，為建設(shè)“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)提供技術(shù)支撐。

2）±1 100 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制研究

開展±1 100 kV直流輸電線路全電壓真型試驗(yàn)，結(jié)合理論研究，確定中國(guó)±1 100 kV直流線路導(dǎo)線型式、導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度，對(duì)不同季節(jié)、氣候環(huán)境、和極間距下，各電磁環(huán)境因子的橫向分布及變化規(guī)律進(jìn)行分析。進(jìn)行直流輸電線路對(duì)臨近樹木影響的全尺寸全電壓試驗(yàn)，得出±1 100 kV直流輸電線路與樹木之間的最小距離，確保工程對(duì)林業(yè)生態(tài)的環(huán)境友好。通過(guò)試驗(yàn)給出±1 100 kV直流線路鄰近民房時(shí)，民房對(duì)地面合成電場(chǎng)、可聽噪音和無(wú)線電干擾的屏蔽效果及直流線路對(duì)無(wú)線電和電視接收影響的分析結(jié)果，提出±1 100 kV直流輸電工程電磁環(huán)境限值標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行單回垂直排列±1 100 kV直流線路的電磁環(huán)境真型試驗(yàn)，推薦電磁環(huán)境最優(yōu)的極導(dǎo)線布置方式?；谔馗邏褐绷麟姇灮\試驗(yàn)，得到±1 100 kV特高壓直流線路可聽噪聲預(yù)測(cè)公式。提出±1 100 kV換流站采用面對(duì)面布置的優(yōu)化方案。采取措施有效降低換流站對(duì)周圍環(huán)境的影響，確?！? 100 kV噪聲滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。另外，對(duì)于交直流同走廊的區(qū)域，建立平行交直流線路電磁耦合系統(tǒng)模型，提出±1 100 kV直流線路與1 000 kV交流線路同走廊架設(shè)時(shí)的導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度。

3）繼續(xù)大力發(fā)展特高壓輸電推動(dòng)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)

預(yù)計(jì)2017年我國(guó)將建成“三縱三橫”特高壓同步電網(wǎng)，到2020年將建成“五縱五橫”特高壓網(wǎng)架。大力發(fā)展特高壓電網(wǎng)建設(shè)，不僅可以對(duì)中東部地區(qū)嚴(yán)重的霧霾問(wèn)題有所緩解，進(jìn)一步推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，優(yōu)化能源轉(zhuǎn)換方式，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，為節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

本文在對(duì)輸變電工程設(shè)計(jì)施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和展望，進(jìn)而確定了未來(lái)該技術(shù)領(lǐng)域在±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)、±1 100 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制研究、繼續(xù)大力發(fā)展特高壓輸電推動(dòng)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)這3個(gè)方面的發(fā)展重點(diǎn)，對(duì)于提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平以及促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。

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