特高壓輸變電技術(shù)的現(xiàn)狀分析和發(fā)展趨勢(shì)研究

李孟 王海磊

摘 要：輸變電技術(shù)屬于電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，具有投資大、技術(shù)要求高等特點(diǎn)。在智能電網(wǎng)中，特高壓輸變電技術(shù)是主要輸電技術(shù)，包含高壓交流輸變電和直流輸變電兩種類型。隨著科技水平的不斷發(fā)展，輸變電技術(shù)也不斷發(fā)生著變革，以此來(lái)滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展中電力使用需求?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)特高壓輸電技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，有利于促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：特高壓；輸變電技術(shù)；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)；發(fā)展重點(diǎn)

1 特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 特高壓交變輸電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 系統(tǒng)研究

在特高壓交變電輸電技術(shù)系統(tǒng)研究過(guò)程中，我國(guó)十二五期間成功設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了世界上電壓等級(jí)最高的交流輸變電工程。該項(xiàng)工程的出現(xiàn)，突破了電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行技術(shù)安全穩(wěn)定的技術(shù)難題，并確保特高壓電網(wǎng)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定。另外，特高壓交流設(shè)計(jì)工程與互聯(lián)電網(wǎng)之間的關(guān)系十分緊密，而特高壓交變電輸電技術(shù)系統(tǒng)的研究，可為互聯(lián)電網(wǎng)的運(yùn)行提供穩(wěn)定環(huán)境，在優(yōu)化資源配置的同時(shí)，增強(qiáng)了電網(wǎng)事故處理的支援能力。

1.1.2 電壓控制

為了對(duì)特高壓交流輸電控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理確定，人們對(duì)電壓抑制技術(shù)以及電壓控制技術(shù)等進(jìn)行了深入研究，并在國(guó)際上舉行了首次特高壓系統(tǒng)中的電壓優(yōu)化控制研究，確保在瞬態(tài)控制中將過(guò)電壓的數(shù)值保持在1.5倍以下，并將穩(wěn)態(tài)電壓也控制在合理范圍之內(nèi)，避免對(duì)整個(gè)特高壓輸變電技術(shù)產(chǎn)生影響。

1.1.3 外絕緣特性的分析和配置情況

在一些環(huán)境十分復(fù)雜的條件下，對(duì)特高壓系統(tǒng)中的外絕緣非線性放電過(guò)程進(jìn)行研究，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外絕緣特性規(guī)律的良好揭示，并研制出絕緣子配置技術(shù)以及雷電防護(hù)技術(shù)等。在上述技術(shù)得到創(chuàng)新之后，也可以讓整個(gè)世界實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下特高壓系統(tǒng)外絕緣配置的合理優(yōu)化。

1.2 特高壓直流輸變電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

特高壓直流輸變電技術(shù)顯得十分復(fù)雜，尤其是在接線形式以及運(yùn)行方式等上面存在很多差異。在我國(guó)研究過(guò)程中，首次確定了每極雙12脈動(dòng)換流器串聯(lián)、電壓平均分配的主回路方案。該方案在使用過(guò)程中可對(duì)設(shè)備制造過(guò)程、零件運(yùn)輸過(guò)程等因素進(jìn)行分析，對(duì)每極中的換流器選擇進(jìn)行綜合比對(duì)，最終確定利用±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)采用每極2換流器方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定提升。當(dāng)±800kV直流輸電體系的換電站出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可根據(jù)水平仿真系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析。另外，還可以根據(jù)雙12脈動(dòng)換流器對(duì)過(guò)電仿真結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)分析，并以此為基礎(chǔ)，人們提出了避雷器布置、避雷參數(shù)優(yōu)化等一系列措施，將平波電抗器中性母線進(jìn)行平局分散，并對(duì)±800kV直流輸電參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化?；谏鲜隼碚摵脱芯砍晒?，我國(guó)在經(jīng)過(guò)多年的自主研究之后，于2010年成功研制了輸電距離最長(zhǎng)、技術(shù)最先進(jìn)的直流特高壓工程——向家壩±800kV特高壓直流輸電示范性工程。在國(guó)外相關(guān)項(xiàng)目的研究中，主要集中在了試驗(yàn)研究上。以加拿大水電局±1800kV的直流系統(tǒng)電暈試驗(yàn)為代表，并對(duì)±600～±1200kV的直流輸電線路的電暈、電場(chǎng)等進(jìn)行了深入研究，以4、6、8導(dǎo)線分裂為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了空氣風(fēng)洞的有效測(cè)量。

2 特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 采用新型輸電技術(shù)減少輸電走廊對(duì)土地的占用

隨著中國(guó)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，土地資源日益緊缺。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(shì)，是特高壓輸變電技術(shù)的重要發(fā)展方向。

2.2 進(jìn)一步降低特高壓輸電損耗

對(duì)中國(guó)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)行損耗分析入手，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)行分析，得出了初步的結(jié)論。研究指出，特高壓交流工程應(yīng)研發(fā)更大擴(kuò)徑比的新型擴(kuò)徑導(dǎo)線，以降低建設(shè)投資，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 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(guó)特高壓工程在更高電壓等級(jí)上11 100 kV直流輸電方面進(jìn)行進(jìn)一步研究，對(duì)土1 100 kV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(guò)電壓與絕緣配合進(jìn)行深入研究。

2.4 特高壓直流接入特高壓交流的方案研究

特高壓直流由于輸送容量巨大，在受端對(duì)接入的交流電網(wǎng)產(chǎn)生了較大影響，為了實(shí)現(xiàn)電能的消納和為換流站提供必要支撐，必須建設(shè)相關(guān)的配套交流線路。提出了特高壓直流接人1 000 kV特高壓交流的的技術(shù)方案，主要包括直接接入 1 000 kV方案、組合式變壓器連接方案、分層接入方案。

3 特高壓輸變電技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)

3.1 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(guò)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(wèn)題，對(duì)長(zhǎng)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(guò)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。

3.2 特高壓緊奏型輸電技術(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(guó)在高壓緊奏型線路建設(shè)上已經(jīng)超過(guò)了數(shù)千公里，電壓范圍主要在220～500kV之間，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行之后，呈現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)對(duì)該方面技術(shù)研究十分深入，并在國(guó)際上首次開展了特高壓?jiǎn)位鼐o奏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(guò)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，同時(shí)還制定出了很多帶電作業(yè)技術(shù)參數(shù)。但與常規(guī)線路和超高壓緊湊線路的對(duì)比下，特高壓緊湊線路存在明顯的電容量增加問(wèn)題，長(zhǎng)此以往，將會(huì)引發(fā)一系列安全問(wèn)題，同時(shí)也增加了導(dǎo)線的舞動(dòng)控制難度。因此，在后續(xù)研究過(guò)程中，需要針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)特高壓緊湊型線路進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3.3 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(lái)源于導(dǎo)線表面的場(chǎng)強(qiáng)過(guò)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)也會(huì)變得越來(lái)越小。在擴(kuò)徑導(dǎo)線制作過(guò)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(chǎng)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(wú)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(yǔ)

綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)特高壓輸變電技術(shù)的研究越來(lái)越深入，并在原有研究基礎(chǔ)上對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，從而為我國(guó)未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展提供方向。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)研究人員應(yīng)根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展方向，確定人們?cè)谖磥?lái)對(duì)電力系統(tǒng)需求會(huì)出現(xiàn)哪些變化，并積極對(duì)新技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和研究，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力保障。

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[2] 范建明.輸變電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（16）：217.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院）