特高压输电关键技术研究(1)

引言

我国地域辽阔，能源储备和电力负荷分布极不均衡。在电网建设中，能源分布和电力传输始终是一个需要综合考虑的问题。随着经济的发展，建立长距离、大容量、低损耗的输电系统已成为我国电网发展的必然[1]。特高压交、直流输电网除了能实现电能大规模和远距离输送的需求外，还可以大幅度提高电网自身的安全性、可靠性、灵活性和经济性，具有显著的社会、经济效益。然而电网的运行电压等级越高，相应的技术要求也就越高[2]。随着四川复龙至上海南汇±800kV特高压直流示范工程、晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程相继由国家发展改革委员会核准建设，我国的特高压交、直流输电技术研究及其基础实验设施亟待完善。国家电网公司特高压交流试验基地和直流试验基地的建设和逐步投付使用，将使我国具备可靠的试验和测试平台，同时可以为我国特高压交、直流输电技术在工程设计和建设方面起到重大的支撑作用。本文针对我国的国情，对特高压输电技术若干关键问题的进行研究。

1.特高压输电技术研究现状

1.1国外特高压输电现状

美国、日本、前苏联、意大利和巴西等国于20世纪60年代末和70年代初相继开始了特高压交、直流输电技术的研究，并建设了相应的试验室及短距离试验线路[3]。在特高压交流输电方面，前苏联于20世纪80年代着手建设联接西伯利亚、哈萨克斯坦和乌拉尔联合电网的1150kV输电工程，成为世界上第一个 (也是唯一的)具有成熟特高压输电运行经验的国家。进入20世纪90年代，受其国内经济形势及电力需求变化的影响，该工程降压至500kV运行。日本、意大利等国家也曾经展开过特高压交流输电工程计划，但由于世界经济发展速度减缓以及国际大环境变化而导致上述国家的电力需求停滞甚至衰退，特高压输电工程纷纷下马，已经建成的高压输电线路也只能以低电压等级运行。在特高压直流输电方面，目前世界上运行电压等级最高的是巴西伊泰普±600kV级直流输电工程，而这一电压等级与我国建设的±800kV级的直流输电工程仍具有较大差距。

1.2我国特高压输电技术研究现状

采用特高压输电，对实现更大范围的资源优化配置、提高输电走廊的利用率和保护环境，都具有十分重要的意义[1]。我国大气污染严重，“西南水电”的送出又带来高海拔、覆冰等问题，因此气候和地理环境对电磁环境指标及外绝缘特性的影响与国外研究机构的试验环境和试验条件有较大差异，国外的研究结论很难应用。更重要的是，我国建设的800kV特高压直流输电工程是世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最长的直流输电工程，该工程的实现必须要基于我国实际情况而开展。

我国特高压输电技术研究始于1986年，在过去的20多年里，我国的科研机构在特高压交、直流输电领域相继开展了“远距离输电方式和电压等级论证”、“特高压输电前期论证”和“采用交流百万伏特高压输电的可行性”等研究，在特高压输电系统过电压水平、绝缘配合、输电线路对环境影响以及设备、线路、铁塔、典型变电站(换流站)的选择与论证方面，取得了初步成果。

随着我国电网建设的发展，输电线路数量不断增多，输电线路走廊将日益紧张，由此必将带来交直流输电线路同走廊、直流输电线路导线多种排列方式、多回直流输电线路同杆架设等新问题。同时，国家环保部门对电磁环境方面的管理越来越严格，特高压工程的设计必须要满足相关管理制度、法律、法规的要求。特高压输电工程的建设需要经过特高压试验研究、特高压设备研制、特高压设备试运行的考核等几个阶段，而特高压交流试验基地和直流试验基地的建设是特高压输电技术研究的基础。为满足特高压输电工程相关研究的需求，2006年8月，国家电网公司特高压直流试验基地奠基于北京中关村科技园区昌平园东区，该基地功能全面完整、高效实用，基地的建设紧密结合我国±800kV特高压直流输电工程实际。2006年10月，国家电网公司特高压交流试验基地奠基于武汉500kV凤凰山变电站西侧。该试验基地的试验线段部分包括单回路和双回路各一条(目前均已实现带电运行)，杆塔布置均为耐-直-直-耐方式，试验线段在导线、地线的选用上，与晋-南-荆试验示范工程保持一致。建成后的国家电网公司特高压试验基地将为我国特高压交流试验示范工程和直流示范工程的建设和运行提供强有力的技术支持。

2.特高压试验基地研究项目

2.1过电压与绝缘配合

在特高压输电系统运行过程中，将承受操作冲击、故障冲击、雷电冲击等引起的过电压。由于目前我国尚无特高压过电压标准，因此，对过电压与绝缘配合进行研究，选择正确和经济的方式降低设备的过电压水平和绝缘水平，对系统安全运行是十分重要的。

由于特高压输电工程的特殊性，导线的布置方式有多种选择，绝缘子串型和塔头间隙种类较超高压线路多，如同杆并架，导线水平排列、垂直排列，绝缘子I串、V串甚至Y串等。

我国特高压输电线路跨越高海拔地区的国情还决定必需对不同海拔条件下的空气间隙放电电压特性进行研究。因此，在常规研究项目基础上，研究不同条件下空气间隙的放电特性对于指导特高压输电工程的设计更具深远意义。