特高压盘曲之路：治理四大技术难题

2014年05月15日02:16

特高压盘曲之路：治理四大技术难题

赵忆宁

1880年12月，美国纽约提供了真正意义上的公用照明电力任事，由Brush ElectricCompwhhadvertisementverhas开发的输电线路，供电距离在曼哈顿的几条街道之间，唯有3.2公里；1889年，俄勒冈波特兰通用电气创办了14公里的输电距离，额外运输功率4千瓦，创办其时世界规模电力传输的“高压”事业。

125年后的此日，在中国，河南仍旧始末一条800千伏特高压直流输电通道与新疆相连，每年重新疆不妨接受370亿千瓦时的电量，其线路总长2192公里，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南六省(区)。自2009年以来，国度电网仍旧先后建成投运2条交换与3条直流特高压输电工程。

电力迷信家们怎样从输电距离3.2公里纵深到2000公里以上？或者另日的5000公里？技术诀要是提拔输电电压。为此，迷信家们为进步既看不见也摸不着的输电电压等级不懈全力：电网开发历史记实，百年来运输电压从10千伏、35千伏、110千伏、220千伏、330千伏、500千伏、750千伏，直到1000千伏。

但是，每一次进步电压都面临电力传输技术的障碍。钢芯铝绞线有哪些型号。交换输电电压凡是分为高压、超高压和特高压，国际上高压通常指35-220千伏的电压；超高压通常指330千伏及以上、1000千伏以下的电压；特高压指1000千伏及以上的电压。每进步一个输电压等级，都面临技术极限的冲破与离间。

难题之一：进步电压与抑遏电压

陈维江是特高压输电研究领域的专家，是国度电网公司交换开发部副主任，同时也是中国武汉特高压交换尝试基地的严重开发者，在特高压输电重大关键技术的研究中阐述了重要作用。当记者在国度电网办公大楼的一间会议室问及特高压技术冲破的最大难点是什么时，他回复：“首要攻克的是治理电压限定难题”。

特高压，望文生义就是传输初等级的电压，迷信家们久有用意进步电压传输等级，为何首要思量的却是如何限定电压？“电压限定”是输电技术领域的重要概念，是指电源电压高出其额外值时的电压限定，学习钢芯铝绞线和钢绞线。包括三种方面：第一是运转电压限定，第二是外部过电压限定(包括一时过电压、操作过电压以及特火速瞬态过电压)，第三是雷击过电压限定(外部过电压)。

当电网一般运转时，线路50赫兹正弦波的电压是运转电压，譬喻1000千伏特高压线路，一般运转的线电压是1000千伏，500千伏超高压线路，运转电压就是500千伏，运转电压也被称为稳态电压；而过电压则是一种瞬态电压，只在某个刹时猛然出现，而不像正弦波那样屡次不变。过电压要比运转电压高很多，假使以声响设备比喻，播放一般音量时可视为运转电压，而当插拔信号线刹时收回的砰砰巨响不妨视为过电压。为什么用钢芯铝绞线。电网里日常的线路、变压器、并联电抗器的投切、分合闸，乃至线路妨碍等都会惹起线路的过电压，统称为外部过电压。而线路、杆塔、地线避雷线遭到天然雷击惹起的过电压称为雷击过电压。

从超高压500千伏到特高压1000千伏，电压等级翻了一番，限定电压的首肯值是容易的倍数干系吗？陈维江说“不是的”。他先容：现实上，特高压首肯运转电压降低的过电压裕量反而变小了。以运营电压做基础是1倍，在110千伏、220千伏时过载电压有3倍的裕度，当电压为500千伏时是2.0倍，750千伏是1.8倍，到1000千伏特高压时唯有1.6倍的裕度。裕度，是指留有必定余地的水平。

“需求是要进步电压的传输等级，由于特高电压运输的能量大、距离长；但是从技术的央浼上看，越是高电压等级，操作过电压首肯的倍数越小，意味电压限定加倍艰难，”陈维江说。

操纵什么手段抑遏特高压外部过电压与雷击过电压呢？从2004年起头，中国电力迷信研究院先后有几十位科研人员做1000千伏特高压交换输电体例过电压的研究，学习钢芯铝绞线单价。研究课题包括法度典范电压选拔、过电压与绝缘结婚、防雷防护、同塔双回路体例断路器瞬态、稳态过电压与电磁暂态优化等十多项研究。这些工程急需的科技功劳，特别是相关参数经过仿真计算以及尝试考证后，无力支柱了特高压设备研发与选型。

以抑遏一时过电压为例，最严重的设备就是电抗器，想知道钢芯铝绞线单价。它也是特高压最

重要的设备之一，由于线路在妨碍或不妨碍环境下甩负荷而惹起电压猛然降低，其幅值是按秒计算的，只能始末大容量的特高压电抗器有用限制工频过电压的幅值。在西安，(3.45.-0.08.-2.27%)团体公司副总经理、总工程师宓传龙的办公室，他向记者先容了研制出产电抗器的进程，宓传龙取得2012年度国度迷信技术前进特等奖，排名第三。

制造电抗器是西电的强项。宓传龙毫不遮盖西电的技术上风，上个世纪他们曾为三峡工程研制了±500千伏直流输电换流变压器和平波电抗器，收场了中国该类电工大型装置依赖入口的地步。2008年，西电衔接为中国首条特高压交换尝试示范工程研制1000千伏级320Mvar、240Mvar(兆乏，是无功抵偿装置的抵偿容量单位)特高压并联电抗器。

“电抗器也叫电感器，严重起保证线路运输的最大功率，限制电网电压渐变和操作过电压惹起的电流冲击的作用。由于电抗器的额外电压是1100千伏，听听钢芯铝绞线技术参数。与变压器额外电压1000千伏角力较量商量，特高压电抗器的绝缘水平比特高压变压器高出5%左右”，他先容说。

西电研制国际首台特高压电抗器的进程特殊顺遂：首先制定了计划严重计划和决定相关参数，之后是制定电气计划、构造计划。在制定计划的进程中，如何考证参数？譬喻重绝缘参数？他们按比例制作了小模型，始末波峰丈量实验模仿产品冲击波，丈量每个线圈的重绝缘电场是怎样散布的。之后摒挡数据和计算值举行角力较量商量，看其好像度是若干？哪个场合电压差异角力较量商量多。之后再做实验，再考证。当屡次角力较量商量后没有出现太大的梯度(陡度)时，基础证明计划没有题目了。“这个进程大意多长时间？”宓传龙回复：“严重是做模型的时间，真正做实验半个月就完成了”。

特高?钢芯铝绞线技术参数 压曲折之路解决四大技术难题

2008年6月30日，一列D26B落下孔自承式载重火车，载着单台分量近百吨的庞然大物，经过31个小时的旅程，最终驶向国度电网特高压1000千伏南阳开关站。这是中国西电团体为中国首个特高压工程—晋西北—南阳—荆门特高压交换尝试示范工程运送的特高压大件设备——特高压电抗器。之后，重达200吨的西变1000千伏320Mvar特高压电抗器又运抵晋西北变电站……

难题之二：腌臜环境下外绝缘子的配置

环境的好转，对那个行业影响最大？假使说是电网并不夸大。我国大气净化的日益严重，工业出产排出的含盐废气，包括钠、钾、钙等，实时对输电线路绝缘举行攻击。

假使注意观察，在高压输电塔上悬挂一串串多盘伞状的绝缘子，它的下端就拴着高压线。积少成多飘落在绝缘子上的腌臜灰尘，当遇到水分，包括雾、积雪熔解和毛毛雨时，灰尘溶解刹时变成了导电体，想知道钢芯铝绞线是绝缘的吗。在电力场作用下出现激烈的放电现象，此时电网容易出现短路事故。绝缘子短路招致电网断电的重要情由，不是绝缘子自己被“击穿”，而是高压电沿着绝缘子外貌的气氛被“击穿”，电学称为“闪络”，俗称“污闪”。上世纪90年代北京办亚运会前，华北500千伏电网就曾发生过大面积污闪事故。

为了确保线路的安然僻静运转，以往国际上通常采用停电取消拂拭、不停电取消拂拭和带电水冲洗技巧。以200千伏以上高压输电线路为例，据美国动力新闻署(EIA)统计，2012年美国200千伏以上高压输电线路唯有30.7万公里，而中国抵达51.4万公里，是美国的1.68倍。假定以高压输电两塔之间档距50米预算，约有1000万个输电塔须要酬劳每每取消拂拭。上世纪80年代奉陪气氛净化的减轻，电力迷信家摸索到一种叫硅油的憎水性涂料，钢芯铝绞线有哪些型号。把它涂到陶瓷绝缘子外貌，以增加绝缘子的憎水性。

随着各国的输电网向特高压、大容量、远距离运输方向的发展，保守绝缘子面临着庞大的离间，操纵复合质料绝缘子，不但抗污闪本能机能好，也可减小塔头尺寸，同时减轻线路运转保卫的职责量和停电次数，为电网带来庞大的经济效益。

在湖北武汉特高压交换尝试基地户外尝试场，记者看到地上摆放包括陶瓷、玻璃与复合质料三种不同材质的绝缘子。陈维江对记者说：“在低电压等级的时辰，陶瓷、玻璃、复合质料的都不妨用，我们叫‘三分天下’，但是到了特高压不能再大批操纵瓷绝缘子，一方面由于输电线路经过的绝大局部地域面临难以治理腌臜的题目，另一方面沿用瓷绝缘子增加片数会增加塔的承重”。

操纵复合绝缘子在超高压、特高压输电线路上的运转，看着曲折。国外积聚一些体味，譬喻加拿大、美国、前苏联均在高电压等级电线路局部采用了复合绝缘子。中国开发特高压电网，工程技术人员也瞄准了具有高抗张强度和高抗冲击性且分量轻的硅胶复合绝缘质料。但是，在特高压电网操纵复合质料绝缘子，最大的管束条件是环境净化对绝缘子的影响，这是上述国度没有遇到的，也是中国的国情。

武汉特高压交换尝试基地邬雄主任向记者先容，根据现实取样考核，中国不同地域的净化水平分为四个等级，一级绝对角力较量商量清洁，级别越高、净化水平越高。我国第一条晋西北—南阳—荆门特高压交换尝试示范工程，全线环境评价为二级起步，最严重的区域达四级-重度净化，该线起始于山西境内的长治变电站。

“我们的环境条件与日本和俄罗斯有很大的辨别，他们的参数不能套用”，学会高导电率钢芯铝绞线。邬雄说。我国1000千伏交换输变电工程，绝缘子在整个工程造价中约占7%，在计划和设备选型阶段，绝缘子腌臜外绝缘配置题目是输电线路计划的重大题目之一。

时间回到2008年，在武汉特高压尝试基地庞大的环境气候实验室，工程技术人员遵循室外真实型环境摆设，按比例配成腌臜物并刷在绝缘子上，经过枯燥后的绝缘子串被高高挂起。之后，压曲折之路：解决四大技术难题。大小不同颗粒的冷雾、热雾轮番吹拂绝缘子外貌，对其举行雨、雾、腌臜特性尝试，取得了包括绝缘子串长与酬劳腌臜耐受电压的干系、不同串型下的污耐压特性以及附灰密度、高低外貌不平均积污对耐压影响等重要的实验数据。或者说，是取得了在确保线路安然僻静运转同时，实行线路绝缘子的不取消拂拭或者少取消拂拭的重要参数。

武汉特高压交换尝试基地是目前世界抢先的实验室，钢芯铝绞线和钢绞线。齐备包括1000米单回特高压尝试线段、1000米同塔双回特高压尝试线段、电磁环境实验室、环境气候实验室等尝试装置的特高压交换尝试手段。截至目前，实验基地共举行了31万多组尝试，取得有用数据约7万组，完成特高压研究专项课题5项，为特高压交换尝试示范工程的开发和运转提供了急需的迷信数据。

目前，我国新建输电线路中，高导电率钢芯铝绞线。复合绝缘子的操纵比例抵达了43.7%，在特高压线路中，这一比例高达2/3。复合绝缘子为我国大电网的开发和运转提供了实在保证，技术处于世界抢先水平。

难题之三：限定电磁环境与限定电场

假想一下，假使一条上千公里的特高压输电线全线出处发生频闪的蓝色晕光，并奉陪收回“嘶嘶”的声响，会是个什么情形？

蓝色晕光被称为电晕，英文词是Corona，与日冕共用，与日冕发作低温和辐射同理，发生电晕会出现放电现象，它发作的高频脉冲电流以及多高次谐波，将对无线电通讯形成滋扰。输电线路所经之地，无线信号汲取质量下降，尤其在雨、雪、雾天状况下会惹起电晕斲丧，形成电能的极大糜掷。你看之路。所以，限定导线导体外貌的电场，抑遏发作电晕，成为开发高电压等级输电网的第三个难题。

前苏联是世界上最早开展特高压输电技术研究的国度之一，也是迄今为止世界上独一有特高压输电工程运转体味的国度。1985年8月，技术参数。世界上第一条1150千伏线路埃基巴斯图兹——科克契塔夫——库斯坦奈在额外职责电压下带负荷运转，但是，放电声和电晕光环平素搅扰耽溺信家。前苏联特高压输电线路自开发初始，可听噪声与电晕目标就稍高于划定规矩值，但由于线路大局部处于地广人稀地段，譬喻送端埃基巴斯图兹，加之厥后降压到500千伏运转，现实上特高压的电磁环境限定，是个尚未被攻克的难题。

中国与前苏联经济资源地舆散布形态不同，中国特高压线路的运输终端是内地工业兴旺发财与人口绸密地域，假使不能有用限制在高电压与大电流作用下发作的强电磁环境，不但仅是高频脉冲电流对无线信号的滋扰，所发作的臭氧和氮氧化物将严重净化环境，压曲折之路：解决四大技术难题。最大的题目是工频磁场对人体、植物乃至植物的危害。在高压输电线路上如何限制电晕惹起的能量斲丧和电磁波对无线电的滋扰，成为中国开发特高压输电网技术创新的另一个战场。

国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)与电气和电子工程师协会(IEEE)划定规矩了工频电场和磁场的限制值：工频电场强度的限制值，线下最大电场强度为10-15千伏/米，民众活动区或附近民房电场强度小于5千伏/米；工频磁场不得高出100微特斯拉(工频磁场磁感应强度单位)。钢芯铝绞线技术参数。当中国开发特高压尝试工程的时辰，上述两个目标仍是空白，此前，唯有对500千伏以下输电网的限制值法度典范。在中国特高压电网参数目标计划阶段，你看技术。中国选拔了国际的通行限制值法度典范。

陈维江对记者先容说：“高压架空线路在其周边发作的工频电场强度严重取决于线路电压等级的高卑，随电压等级的进步，周边电场强度呈递减现象，在特高压输电线路的计划阶段，怎样有用的限定电磁环境，抑遏电晕现象，导线构造、对地高度和金具优化计划是十分重要的”。

迷信家们花了两年的时间，始末大批的仿真计算得出结论：在其他参数不变的环境下，随导线截面的增大，输电线路的外貌场强减小，电晕失掉也相应削减，无线滋扰与乐音净化也大大下降。迷信家们始末剖析1000千伏交换输电线路不同决裂形式和不同子导线直径的导线外貌电位梯度、导线起晕电压、导线电晕斲丧、无线电滋扰和可听噪声，角力较量商量了各种导线计划的优劣，最终连结工程提出了知足电气本能机能和机械特性央浼、适宜于我国特高压输电的导线截面及决裂形式，900平方毫米大截面钢芯铝绞线和扩径线最终研制乐成。

假使留心观察特高压输电塔上的导线，这种超大截面的导线被巩固在有8个孔径的距离棒中，初等级电压正是始末八决裂的导线传输电流。到2020年，钢芯铝绞线技术参数。我国规划将开发2万多公里特高压线路，为今后特高压输电线路更大运输容量思量，国度电网正在举行更大截面1000、1050、1120平方毫米的架空导线选型计划的研究。新型导线产品的研制仍旧成为特高压输电工程开发中紧迫须要治理的题目。

难题之四：特高压设备的研制

在武汉，记者敬仰了两个变电站：其一是建于1982年的凤凰山变电站，这是我国第一座500千伏变电站；其二是荆门变电站，它是我国首个1000千伏特高压交换尝试示范工程三个变电站之一。仅就感官上体验，两个变电站输电等级相差一倍，但在特高压荆门变电站设备场地，只能听到薄弱的电磁声，丈量乐音分贝值是36分贝，而凤凰山变电站的场地乐音是60分贝。荆门特高压变电站总共的设备为中国制造，而凤凰山变电站严重设备都是从日本入口。

国际上对特高压输电线路可听乐音的限值是50-60分贝，日本对环境央浼庄敬，限值为50分贝，美国、意大利等国可听乐音限值处于50-60分贝之间。

毫无疑问，相比看特高。变电站乐音来自变电站的各种设备，包括特高压变压器、并联电抗器、关闭开关以及特高压避雷器、电压互感器、高压绝缘子等等。为什么1000千伏变电站环境乐音低于500千伏变电站，独一诠释唯有一个：中国电工制造技术仍旧抵达世界抢先水平。

宓传龙指挥记者在西电团体出产车间观看电抗器的出产现场：电抗器外部是一个中心套有线圈，核心用钢片做成饼状围起来的柱子，一块块大理石把铁饼隔开，专业术语叫“器隙”。“由于铁芯是断开的，增加了磁路的磁阻，根据磁路定律，电感发作很大的漏磁现象，而漏磁会惹起过热，带来的题目就是振动和乐音，以至会烧坏设备”。

如何治理漏磁与振动乐音呢？他们变换750千伏和500千伏电抗器的构造，把单柱变成两柱。与一个柱子角力较量商量，每个单柱容量小了，看着钢芯铝绞线单价。有用地限定了漏磁。为了限定乐音，特别研制了紧缩弹簧，始末强无力的螺杆压紧铁芯。事实是50赫兹的交换电，铁芯之间压得再紧还是有乐音和振动，钢芯铝绞线技术参数。于是，他们采取了进一步的减震的措施，譬喻加减震垫、减震弹簧等等。宓传龙高傲地说：“电抗器构造上磁分路、磁屏蔽、电场屏蔽，我不知道解决。以及两个柱子串联、绝缘以及乐音减震，都是我们的创新”。

2008年2月13日，西电研制乐成我国自主计划、自主制造的首台1000千伏、240Mvar高压并联电抗器，一次性始末实验，局放量30PC(扣除背景乐音后为零局放)；最大振动32微米。而俄罗斯32千伏安的电抗器，乐音高出80分贝，西电同等型号的电抗器乐音唯有40分贝。应当说，中国出产的特高压电抗器抵达了世界最高水平。

在西电庞大的实验室里，记者看到特高压最关键的设备变压器。当原告知这是一台1700千伏特高压电力变压器时，遭到庞大恐惧。人所共知，当下中国特高压输电网操纵的只是1000千伏变压器！当没有喘过气来的时辰，巨浪再一次涌来，西电仍旧研制乐成另一台2000千伏的变压器！

宓总说：1700千伏和2000千伏的变压器是为电抗器实验而研制的。由于变压器不妨始末其他工频变压器做实验，而电抗器的实验须要高电压以及大负荷，所以实验变压器的电压必需高于电抗器以及大容量，始末超高压变压器对电抗器举行电流抵偿。我们要做好抗电器，首先是要做好实验变压器。特高。

这个时间节点更令人受惊：1700千伏实验变压器的初度尝试是2007年过年的小岁首?年月二。做实验时气氛特殊紧急，以至宓传龙不敢到现场，他惦记：会不会放炮？尝试电压升到1100千伏连接了2个小时，当尝试电压在10秒钟内上涨到1340千伏并稳定后起头计时，尝试进程连接了一分钟。看着四大。

宓传龙强调说，这两台实验变压器是遵循工程央浼制作的，凡是来讲，实验变压器比工程变压器的央浼更高。当记者问道，为什么还要做2000千伏变压器？他回复道：我们正在研制±1100千伏的特高压直流输电，相比看为什么用钢芯铝绞线。另日的电压有可能降低到1500-1600千伏，寄托什么对设备举行实验呢？所以我们必须要先行一步。

此前，中国500千伏输电网设备须要入口大容质变压器、电抗器等，而目前中国企业已建成世界同行中产能最大、水平进步前辈、主辅配绝对完善的交直流输变电成套设备制造体系，这是输变电设备制造业近十年来剧变，特高压设备制造处于世界抢先的名望。

相关数据透露，目前，国际企业已攻陷我国输变电设备市场主导名望，并进军国际市场，实行了高端产品入口零的冲破。国际企业在高端产品市场(500千伏及以上)份额，已从2005～2008年的42%上涨至2009～2010年的63%。2009年以来，在国际金融危机的晦气影响下，特高压主设备制造企业入口不降反升，500千伏以上产品的入口总额达100亿元、年增加率高出50%。特高压开发不但提拔了我国高端装置制造产业-电工制造的水平，也进步了全国乃至全球市场的竞赛力。