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特高压交流输电技术发展现状研究薛思雨

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：刘放薛思雨

[导读] 摘要：输电技术的提出，改变了传统输电方案布设模式，标志着我国输电研究迈进了新的台阶。

        (国网冀北电力有限公司检修分公司北京市 102488)
        摘要：输电技术的提出，改变了传统输电方案布设模式，标志着我国输电研究迈进了新的台阶。特高压交流输电技术作为输电技术的一种，支持远距离输送，输送容量较大，节省输电线路占地面积，在各大输电工程中应用较多。为了深入理解此项技术，本文对技术特点及应用现状进行分析。通过对比特高压交流输电技术和超高压交流输电技术应用中输电能力和成本控制情况，提出特高压交流输电技术应用要点及未来应用方向。
        关键词：特高压交流输电；容量；成本；远距离输送
        新能源的开发及可再生能源的开发，解决了我国资源有限问题，从风力发电到火力发电，再到太阳能发电，将大自然可再生资源与科学技术融为一体，创造能源，以满足能源使用需求。目前，我国在能源开发中已经做出了一定成绩，如果可以提高能源利用率，便可以推进能源开发应用研究的前进步伐。特高压交流输电技术支持远距离电能传输，容量较大，满足供电需求，且损耗较低，为了充分发挥此项技术作用，为技术改进提供参考依据，本文对技术发展现状展开分析。
        一、特高压输电线路总体特点
        （1）杆塔结构
        特高压输电的电气间隙和间距要比普通输电线路大，杆塔要更高，一般电线离地至少26m。绝缘子串的长度要超过10m，另外考虑到电线的下垂，水平排列的杆塔呼称高度要大于50m，三角排列的杆塔呼称高度要大于60m，同杆并架杆塔要大于80m。杆塔支撑强度大，杆塔的强度要求主要是由塔高和使用应力决定的。特高压输电线路的使用应力是500kV杆塔的两倍，故其杆塔强度是500kV线路杆塔的四倍。杆塔根开很大，特高压线路的杆塔根开大约是15m×15m，这样的设计是为了优化杆塔设计，节省材料。
        （2）导线结构
        交流的特高压线路使用八分裂结构的导线，边相导线之间的距离在40m之上，地线之间的距离在30m之上，三角排列的杆塔上中相导线和边相导线的距离在20m之上，子导线之间则采用高阻尼的间隔棒来保持绝缘性。
        （3）杆塔基础
        特高压输电线路一般应用在长距离和超长距离输电网，线路所经地区地势起伏，山河相间，地貌条件恶劣，线路时而穿山越岭，时而横越峡谷，在山崖上建塔。因此，塔基也多种多样，这给施工带来了很大的不便，给运行维护带来很大的困难。
        （4）绝缘子类型和组串形式
        目前特高压线路主流使用的绝缘子有瓷质、盘形钢化玻璃以及棒形复合这三种类型。其中瓷质和钢化玻璃使用在耐张串场合；复合绝缘子则使用在直线串场合。另外线路使用的金具也较普通线路结构复杂、机械强度高、尺寸大，也是为了承受足够大的荷载压力。
        二、交流特高压线路的运行维护特点
        1、环境特点
        特高压线路由于输送距离大，线路长，大多贯穿南北或东西，沿线经过地区的地形、地貌复杂，气候多变，气象条件恶劣，许多地区为事故多发区（如山西、河南、湖北、湖南、江西等地均属于我国输电线路冰害和舞动的易发区，华北为污闪事故区等）；加之途经的高海拔山区具有明显的立体气候特征，微地形、微气象条件复杂，在一个小范围内，由于地形变化，气候会有很大差异，从而给特高压线路部分区段带来复杂的运行工况。
        2、故障特点
        （1）雷击故障。由于特高压线路的本身绝缘水平很高，雷击避雷线或塔顶而发生反击闪络的可能性较低，但特高压输电线路杆塔高度高，导线上工作电压幅值很大，比较容易从导线上产生向上先导，相当于导线向上伸出的导电棒，从而引起避雷线屏蔽性能变差。使得雷云绕过避雷线，直击导线的概率将显著增加。理论分析和运行情况均表明，特高压输电线路雷击跳闸的主要原因是避雷线屏蔽失效，雷电绕击导线造成的。
        （2）覆冰故障。特高压线路大多经过重冰区，其导线截面较大，导线分裂数较多，覆冰重量也会较大，因此覆冰超载事故、不均匀覆冰及不同期脱冰事故容易发生，特别是脱冰引起较大幅度的跳跃对特高压线路的影响更为严重。
        （3）污闪故障。特高压线路电压等级高，且线路路径长，途经不同类型污秽地区，加之近年来，我国大气环境日趋恶劣，大范围雾霾天气时有发生，使得特高压线路防污闪问题更加突出；对于重污区、冰区重叠地带，还有可能在融冰过程中引发冰闪。因此，特高压线路绝缘子的防污闪特性提出了更高的可靠性要求。

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        （4）振动故障。特高压线路具有档距大、挂点高、分裂数多、导线截面大等特点，给线路的防振、防舞带来了新的问题。虽然特高压线路分裂导线安装具有良好耗能减振作用阻尼间隔棒，但从高可靠性要求出发，对特高压线路仍需进行防振设计，当线路通过风速为6～25m/s，覆冰厚度在3～25mm，气温为-6～0℃，地形为平坦开阔地、江河湖面等雨凇地区时需进行防舞设计。
        （5）风偏故障。特高压线路的杆塔高度和超长的绝缘子串，使得线路发生风偏事故的可能性增加，特别是重污区的“I”型合成绝缘子因串长、重量轻，在微气象区的影响下，发生风偏故障的可能性较大，因此在线路途经局地强风带地区时，应进行防风偏设计并采取防风偏措施。
        3、检修特点
        （1）对检修工器具要求高。特高压架空线、杆塔、绝缘子、金具等结构尺寸大、载荷大，使得现有一般电压等级线路所用的检修工具在尺寸、承载能力、安全措施等方面无法胜任其检修作业要求，需要开发研制新的检修工器具或对现有检修工具进行结构改造。
        （2）绝缘子更换难度大。特高压线路中，直线塔大多数采用V型合成绝缘子串，而且串型多、串身长，使得绝缘子串（片）的更换难度较一般电压等级线路要困难许多。解决此类问题需要研制安全、高效，可靠的垂直荷载转移方案和相应的配套工器具，保证水平载荷转移过程中不出现断线的情况；同时还须研制适用于V型悬垂串与耐张串长度的承力检修工器具，制订合理有效的作业顺序方案等。
        （3）带电作业作为首选检修方式。为保证供电的可靠性和连续性，特高压线路的检修方式应以带电作业为主，研究试验安全有效的特高压带电作业方法（作业方式、操作规程、确定安全距离、有效绝缘长度等），制定科学、合理的安全保障措施以及研制性能优异、稳定的带电作业工具和防护用具是保证带电作业安全的重要内容。
        三、特高压输电线路运行维护的现状
        1、无人机、直升机巡航
        随着无人机地迅速发展，特高压运维也踏上了便车。在无人机上安装紫外、红外成像巡视设备，视频监控设备可以轻松地完成紫外探测、红外测温和肉眼可识别故障的鉴定工作。无人机巡线技术大大提升了传统人工巡线的效率，做好迅速、快捷，能及时发现问题，解决问题。在条件更好的地方，可以使用直升机巡航，这样更加便捷地完成检测工作，并能立即对问题作出处理，维护。
        2、智能化化监测技术应用
        智能化监测技术和智能化监控系统已经在气象参数、温度参数、覆冰监测、污闪监测、振动监测、杆塔承压监测、飞鸟监测等多种监测中得到良好地运用。该系统可提供基于三维可视化的在线监测显示和智能控制平台。我国的长南Ⅰ线1000kV线路使用智能化监测技术以来，共获取相关监测数据七十万条，给线路的运行维护提供了极大的帮助。
        3、紫外成像和红外测温技术的应用
        根据长南Ⅰ线（山西段）的记录显示，输电系统功率上升到467MW至4800MW时，金具温度会上升1～5℃，导线温度上升1～3℃，绝缘子温度上升1～4℃。这些数据的得来都依赖于先进的红外测温技术在特高压线路运维中的应用。紫外成像技术则应用在定位放电部位和查找放电部件。值得一提的是紫外成像技术会受到观测距离、海拔高度、线路污秽程度、气温气压的影响，有时成像效果不佳，这需要我们的工程师们继续努力研究。
        4、带电作业的应用
        我国自主研发生产的绝缘工具、屏电服已经能够满足1000kV以上输电线路带电作业的要求。目前国网电力科学院进行了不用特高电压、海拔、天气、气压环境下带电作业的实验，并总结出了作业时最小安全距离、绝缘工具的最小绝缘长度。有机构已经研制出了大吨位的瓷瓶卡具和六分裂的导线提线器，极大地方便了带电作业。
        四、结语
        目前我国在特高压输电领域研究取得一定成绩，但是仍有着许多实际难题需要解决。输电单位加强和相关科研机构，高校合作，提升运行维护能力将是后期特高压输电线路快速发展的关键。
        参考文献:
        [1]王玉珺.交流特高压输电线路运行维护现状综述[J].电子测试，2016，(23):135+137.
        [2]张峻宇，杨明伟，程玉洲，王玉竹，陈应龙.特高压输电线路运行维护技术研究现状分析[J].建材与装饰，2016，(38):221-222.