1000kV交流特高压输电技术的研究与应用

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第36期   作者:路蕙源 田佳雨 边江 单江
[导读] 摘要:交流特高压输电技术应用中,过电压、污闪特性、防雷特性、运行维护等方面是关乎1000kV交流特高压输电线路建设与运行的关键技术。
        (辽宁省送变电工程有限公司  辽宁沈阳  110021)
        摘要:交流特高压输电技术应用中,过电压、污闪特性、防雷特性、运行维护等方面是关乎1000kV交流特高压输电线路建设与运行的关键技术。本文将着重介绍1000kV交流特高压输电线路的关键技术,旨在为特高压工程的建设提供有价值的技术参数,通过为特高压线路的安全可靠运行提供理论基础。
        关键词:1000kv交流特高压;输电技术;研究
        1、特高压输电的优缺点
        1.1特高压输电的优点:一是电能输送的距离远,输送的容量大。二是电能输送的成本低,有良好的经济性。三是线路的占用面积小,走廊的宽度变窄。
        1.2特高压输电的缺点:首先,特高压输电过程中影响系统的稳定性。其次,系统的可靠程度也显得比较突出。最后一点是,特高压输电所带来的环境干扰也较大。
        2、1000kv交流特高压关键技术分析
        2.1操作过电压的限制
        我国的交流特高压输电线路的距离较长,为了能够限制工频暂时过电压,又为了能够避免发生非全相工频谐振过电压以及过高的恢复电压,在线路上实施具备高补偿度特征的高压并联电抗器的安装是必要的。通过计算分析而知,晋南荆线的交流1000kV输电试验示范工程,其补偿度在85%左右,晋东南侧的高抗配置是960Mvar,南阳和荆门侧配置分别是720Mvar和600Mvar,可以将线路侧TOV限制在1.4pu以下。与此同时,交流特高压输电线路的潜供电流大,其恢复电压偏高,潜供电弧不容易熄灭,这就直接对单相重合闸无电流间歇时间以及成功率产生了一定的影响。为了能够使潜供电弧尽快熄灭,日本通过利用高速接地开关,但其造价偏高,操作程度也不低。通过计算并且深入研究,根据晋南荆线的特点,采取并联电抗器中性点小电抗,能够将最大的潜供电流限制在12A,最大的恢复电压梯度限制在7.6kV/m,单相重合闸无电流间歇的时间限制在1s左右,可以不安装高速接地开关。
        操作过电压对于塔头的绝缘设计起到了决定性的作用,应当针对塔型的结构经过试验研究出塔头间隙的50%放电电压,并结合操作过电压的相关计算结果和试验曲线对塔头间隙尺寸进行确定。试验结果说明:当间隙的距离超过7~8m时,操作冲击放电电压会伴随着距离的增加出现“饱和”趋势。特高压输电线路的运行电压较高,如果过电压的倍数较大,那么将要大幅度的增加塔头的空气间隙距离,所以,尽量的降低过电压的水平,将操作过电压有效控制在非饱和区范围内,对降低输电线路甚至是整个工程的造价会起到积极重要的作用。
        2.2污闪特性
        交流特高压线路应当结合所经地区的污秽程度、污秽耐受的电压目标值、绝缘子型式以及的绝缘子串的布置方式等,从多个角度实施耐污闪的设计。在污秽绝缘设计层面上,交流特高压线路所用的绝缘子串具备的特点有下面几个。首先,交流特高压线路一般来讲运用的是高强度的大盘径绝缘子,现有的污闪试验数据不多;其次,交流特高压输电线路运用8分裂导线,绝缘子串所能承受的机械载荷相对于超高压线路而言大幅增加,要通过采取2~4串并联的绝缘子串布置方式。由于并联绝缘子串的污闪电压相对于单串绝缘子来讲偏低,所以需要经过试验而确定其污闪的电压。交流特高压输电线路的绝缘子串长度超过10m以上,沿绝缘子串的具有的积污分布和电位分布呈现出不均匀状态,在轻污秽时污耐压特性出现一定的非线性特点。需要采取真型试验对单片绝缘子的污耐压值实施进一步的确定。
        研究关键技术的过程中,应用百万伏级的人工污秽实验室进行绝缘子串长与50%人工污秽工频耐受电压试验,对两者的关系进行探究,试验结果得出了污耐压特性曲线。考虑到特高压输电线路所需要经过地区的污秽程度数据并结合试验的结果,展开了特高压线路的耐污闪设计。


        (1)悬垂串配置。
        晋南荆线经过的地区大多是Ⅱ级和Ⅲ级污区,另外一部分还有IV级污区,根据爬电比距法和污耐压法对不同的污区的悬垂绝缘子片数实施设计。结合导线的荷载情况,主要选取强度为300、400(420)和550kN的绝缘子,其组装的型式有单联I串、双联I串、单联V串和双联V串,V串夹角基本在80°~110°之间。
        (2)耐张串配置。
        交流特高压输电的线路较长,横跨的地区也较多,降雨实际情况南北地区有很大区别,耐张串绝缘子片数的取值可以不考虑自清洁得能力,参考与悬垂串绝缘子片数一致的原则。
        2.3线路防雷
        特高压交流输电线路的杆塔高度和宽度相比较于超高压输电线路明显增加了许多,所以,线路的受雷击概率也加大了很多,1000kV特高压交流线路运行中的主要的故障防治重点将是防雷。交流特高压线路的绝缘水平一般较高,雷击避雷线或塔顶出现反击闪络的概率降低;但鉴于线路的杆塔较高,相对于超高压线路而言更容易出现绕击现象。通过计算研究特高压线路的雷击跳闸率,结果表明减小雷电绕击率的最有效措施就是缩小地线保护角。由计算的结果可以看出,绕击率与杆塔的高度、地线的保护角及地面的坡度成递增的函数关系。当塔高发生增加时,地面的屏蔽效应会减弱,绕击区会变大,而随着地面的坡度的增加,暴露的弧段也将增加。
        2.4线路电磁环境
        交流特高压线路所经历的电磁环境包含有:工频电场、无线电干扰和可听噪声、工频磁场几个方面,可利用改善导线的分裂方式、选择大截面的导线和增加导线的对地高度等方法进行优化。结合考虑“1000kV输电对电磁环境的影响不应超过现有500kV的影响”的相关原则,在交流特高压输电线路的环境控制限值方面:邻近民房情况下的工频电场的强度以及工频磁场的强度,限值分别是4kV/m和0.1mT;无线电干扰的限值是58dB(A);可听噪声的限值是55dB(A)。在深入的分析国内外相关的规范标准基础上,我国通过全面计算与实验交流特高压输电线路的电磁环境,通过对不同的导线分裂方式、不同的导线截面、不同导线的对地高度进行对比计算,结果表明,工频电场和可听噪声控制的限值对交流特高压线路的设计起到了主要的控制作用。
        3、特高压线路的运行与管理
        特高压电网建设需要经过论证和部署,因此这是一项项挑战性较强的系统性工程,但是,特高压输电线路建成后的运维管理也十分关键。在我国的特殊环境条件下,特高压输电线路所经地区的环境气候恶劣,对特高压设备的绝缘性能和技术条件等方面都有着更高的要求。特高压的主要设备在输电线路运行中主要用于传递能源和信息,其安全运行需要采取状态检测和维护检修技术的实施。设备通过状态检测,尤其是在线监测,可以提前预测事故发生,提升运维能力。但是,目前我国的在线监测技术尚不成熟,所以当前阶段在线监测技术的考核和评价,需要采取有效、可靠的状态检测与检修技术,并对相应的技术内容提出符合我们要求的意见。而针对电网运行的风险控制,需要以强化安全稳定措施、优化网架的结构、优化运行的方式、重视风险的管理为主,提升特高压线路的风险应对能力。
        结语:综上所述,1000kV交流特高压线路的电压等级高、输送的容量大、线路的杆塔高、绝缘子串长,研究其过电压与绝缘配合、耐污特性、防雷特性以及运行维护等方面有着重要的现实意义。我们可以参考与借鉴国外特高压的设计和建设经验,同时结合我国的特高压工程实际开展针对性的研究。
        参考文献:
        [1]王赛豪,占小猛,李良权.特高压交直流输电技术特点及应用场合浅析[J].中国设备工程,2017,(17):166-167.
        [2]王爱华,张燕燕,李陶波,张坤.特高压交流输电线路工频电场计算[J].国网技术学院学报,2017,20(02):1-4+31.
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