六大創(chuàng)新 我國攻克交流特高壓輸電世界級難題

1月18日，“特高壓交流輸電關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎特等獎。該項目通過產(chǎn)、學(xué)、研、用協(xié)同攻關(guān)，在電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、成套設(shè)備研制、系統(tǒng)集成、試驗?zāi)芰?大方面實現(xiàn)創(chuàng)新突破。

創(chuàng)新點1　電壓控制

讓電壓乖乖地待在1000千伏～1100千伏范圍內(nèi)，既不太高也不太低，還不能瞬間發(fā)脾氣。

電壓控制項目研究確定了特高壓交流輸電標準電壓，創(chuàng)新形成了穩(wěn)態(tài)電壓控制技術(shù)、瞬態(tài)過電壓抑制和潛供電弧抑制技術(shù)。

電壓控制包括穩(wěn)態(tài)電壓控制和瞬態(tài)過電壓抑制兩個方面。

穩(wěn)態(tài)電壓控制的目標是使特高壓系統(tǒng)電壓運行在1000千伏～1100千伏范圍內(nèi)。特高壓輸電線路的充電功率很大，約為500千伏輸電線路的4～5倍。特高壓輸電線路沿線電壓分布也不均勻，分布特性與特高壓輸送功率水平緊密相關(guān)。特高壓輸送功率較大時，變電站母線電壓隨輸送功率的變化較大。特高壓交流試驗示范工程的無功電壓特性決定其無功電壓控制難度大。

瞬態(tài)過電壓抑制方面，特高壓系統(tǒng)由于開關(guān)操作等產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓幅值很高，對設(shè)備絕緣影響顯著。受到絕緣材料本身特性的限制，設(shè)備內(nèi)絕緣的絕緣水平進一步提高難度很大。特高壓系統(tǒng)的過電壓限制比超高壓系統(tǒng)更為嚴格，難度更大。

電壓控制項目研究最終完成了這一幾乎不可能完成的任務(wù)！它提出了穩(wěn)態(tài)電壓控制方法，高性能避雷器、高壓電抗器及斷路器合閘電阻有機組合的系統(tǒng)過電壓抑制方法，以及潛供電弧計算方法及抑制方案等，成功實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)電壓優(yōu)化控制和瞬態(tài)過電壓深度抑制。

創(chuàng)新點2　外絕緣配置　　

讓特高壓帶電的導(dǎo)線不會對周圍的人和物放電，成為一條安全的線路。

外絕緣配置項目揭示了復(fù)雜環(huán)境下特高壓系統(tǒng)外絕緣非線性放電特性，研發(fā)了空氣間隙、絕緣子配置和雷電防護技術(shù)。

空氣間隙和絕緣子是特高壓交流線路高壓導(dǎo)線與桿塔鋼架之間外絕緣的基本手段，但其尺寸大小會直接影響桿塔的體積和重量：設(shè)計過大，會提高桿塔成本，而設(shè)計偏小，又會使高壓導(dǎo)線對桿塔放電，提高線路運行故障率。所以�？蒲腥藛T通過試驗和理論分析相結(jié)合，提出合理尺度的外絕緣配置，在保證運行安全的前提下，盡量降低建設(shè)成本，這是特高壓交流輸電的一項關(guān)鍵技術(shù)，也是一個難點。

在這項技術(shù)研究中，由于特高壓線路電壓等級高，運行電壓和設(shè)備操作產(chǎn)生的脈沖過電壓幅值，比超高壓線路顯著提升，需要絕緣間隙變大。而且，受到工程沿線不同海拔、大氣污染、雷電活動規(guī)律不一、桿塔結(jié)構(gòu)差異等因素的影響，外絕緣特性進一步復(fù)雜化，難以掌握其總體規(guī)律。為攻克該難題，公司研制了大容量長波前沖擊電壓發(fā)生裝置、人工氣候試驗系統(tǒng)等試驗設(shè)施，通過建立外絕緣電氣仿真模型和開展真型試驗，創(chuàng)新獲得了大量第一手數(shù)據(jù)，解決了該技術(shù)難題，滿足了工程設(shè)計需要。

創(chuàng)新點3　成套設(shè)備研制

讓中國特高壓擁有一顆跳動的“心臟”，擁有一個健康的體魄。

成套設(shè)備研制是指，在特高壓工程建設(shè)過程中，立足自主創(chuàng)新，成功研制出了代表世界最高水平的一系列適用于特高壓工程的輸變電相關(guān)設(shè)備。如特高壓變壓器、開關(guān)、串聯(lián)補償裝置等一系列關(guān)鍵設(shè)備。

特高壓成套設(shè)備的研制，涉及領(lǐng)域多，專業(yè)面廣，集成了電氣、機械、電力電子、通信測量和自動控制等技術(shù)，代表了電力科技的前沿水平。其研制難點主要體現(xiàn)在設(shè)備的設(shè)計及優(yōu)化、生產(chǎn)工藝實現(xiàn)、可靠性及其評估等方面。

特高壓設(shè)備的成功研制，創(chuàng)造了一大批世界紀錄，讓我國掌握了核心技術(shù)，形成了批量生產(chǎn)能力，提升了設(shè)備檢測能力，實現(xiàn)了國內(nèi)電工裝備制造的產(chǎn)業(yè)升級，在國際特高壓設(shè)備制造領(lǐng)域形成了相對技術(shù)優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢。

創(chuàng)新點4　電磁環(huán)境控制

讓特高壓成為“環(huán)保使者”，產(chǎn)生的電場、磁場對環(huán)境完全無害。

項目摸清了復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)的電場分布規(guī)律，創(chuàng)新形成了特高壓系統(tǒng)電磁環(huán)境控制技術(shù)。

有了電荷，就會產(chǎn)生電壓，有了電壓就會產(chǎn)生電場。電荷如果定向移動，就會產(chǎn)生電流，就會產(chǎn)生磁場。特高壓復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)是指線路和變電站架構(gòu)尺度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)成了多導(dǎo)體系統(tǒng)。這種帶電導(dǎo)體表面及附近空間的電場強度顯著增大，容易引發(fā)強烈電暈放電。

復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)工頻電場，研究難度極大。本項目采用全場域電場分析方法，建立了特高壓復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)工頻電場計算模型，掌握了特高壓復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)的電場分布規(guī)律。據(jù)此，研究者提出了導(dǎo)線型式和布置方案、金具電暈控制方法、線路對無線臺站、鄰近輸油輸氣管道的電磁影響防護措施等，使得特高壓工程電磁環(huán)境各項指標與500千伏工程相當(dāng)，實現(xiàn)了“環(huán)境