特高压输电线路的关键技术分析

辛忠国 孟凡辉 曲朝辉 王伟

摘要：主要研究了特高压输电线路中的三个关键，即电晕效应、过电压、电磁场。在满足电网运行需要的基础上，特高压输电线路还要考虑诸多生态、安全和影响问题。通过对这些问题的研究和借鉴先进经验，分析了特高压输电线路的设计和建设中如何在解决这些问题。

关键词：特高压；输电线路；电晕；过电压

中图分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号：

0 引言由于电能无法大规模储存的特点，电能的生产、输送、使用必须在同一时间完成，这就决定了电能输送的重要性。遵循欧姆定律，为了降低输送过程中的损耗，一方面是降低电阻，另一个方面便是提高电压。由于我国资源分布和经济发展的不平衡，导致我国电网的发展，不得不采取大规模远距离输电，因此特高压输电成为了我国电网发展的必然选择[1]。本文以特高压输电线路为分析研究对象，介绍特高压输电中的关键技术。

1 特高压输电的问题

在我国，特高压输电是指交流1000kV和直流±800kV的输电工程及技术。特高压输电是为了满足远距离、大容量输电的需求而产生的，其技术基础是已经成熟应用的超高压输电技术。根据超高压输电的运行、设计经验，已经目前已经应用的特高压工程与技术，高电压应用与发展必须深入研究和解决三个关键问题,即电晕效应、绝缘要求、电磁场及其影响[2-4]。

1）电晕问题。在天气不好的情况下，特高压导线表面的电场强度超过临界值后，将会使周围空气分子电离，形成正、负带电粒子，离子碰撞和复合过程，会产生光子和电晕放电。电晕放电的危害有功率损耗、噪声和信号干扰。由于电压等级更高，特高压线路电晕现象比超高压线路更为严重，因此需要合理的选择导线数目、导线结构等，使电晕放电的影响尽量降低。

2）电磁场问题。输电线路会在周围和地面产生工频电场和磁场。由于电压高、电流大，特高压输电线路的电磁场影响成为了公众关心的关键问题，特别是对周围的建筑、人员生产生活的影响等方面。

3）过电压问题。过电压问题，指的是有雷击导致的感应过电压、直击雷过电压以及各种操作引起的过电压。特高压电网的各种过电压在现象上与超高压电网相类似，但特性上有较大差异。特高压电网中的过电压将决定绝缘水平和绝缘系统的设计，而这些将直接影响到建设的成本和运行的可靠性。

2 特高压电网研究的主要结论

在对三大关键问题进行深入研究的基础上，得到了大量的结论，主要有以下几方面。

1）在提高输送能力和减少线路阻抗的基础上，如何降低可听噪声、满足环境要求成为特高压线路设计应考虑的关键因素。应该按照可听噪声标准进行线路设计，对信号（无线电和电视信号）的干扰水平应达到满意的结果，并尽量降低电晕功率损失。

2）工频过电压和操作过电压成为选择和设计绝缘系统的关键。因此，如何限制工频过电压成为了特高压输电的一个重要问题，通过并联电抗器，避雷器，分合闸电阻，线路分段等方法，可以限制操作过电压水平。

3）可以将特高压输电线路下以及线路走廊边缘的地面工频电场强度设计为与超高压线路在同一水平，按照可听噪声标准进行设计的输电线路，将形成与超高压线路相类似的电场强度，其环境影响也与超高压线路在同一水平。因此电磁场问题不再成为线路设计的关键，但应当考虑生态方面的不利影响以及公众的接受程度。

3 特高压输电线路的关键技术

为了解决特高压电网存在的重要问题，在大量的研究、试验的基础上，特高压电网进行了建设和运行工作，在运行工作中，部分问题得到了进一步解决，成为了特高压电网运行的关键，现在就输电线路方面的关键问题进行分析。

3.1 电晕及其解决电晕问题中的可听噪声、无线电信号干扰、电晕损失都与线路表面电场强度关系密切。特高压输电线路的电压高，导线上的电荷量大，因此表面场强也大，为了控制导线表面场强，特高压输电线路的导线分裂数更多，子导线的直径也远大于超高压线路。在运行情况确定的条件下，影响导线表面场强的关键因素为线路结构和气候条件。其中线路结构包括导线结构、分裂数、子导线直径、相距、极面场强。而气候对于表面场强的影响非常复杂，一般需要试验进行研究。对于可听噪声，按照国家噪声标准，特高压输电线路的可听噪声不应超过55dB（A）。相当于GB3096-1993《城市区域环境噪声标准》中1类标准白天和2、3类标准夜晚的噪声限值。对于无线电干扰，同时适当选择导线分裂数和子导线直径，可以将特高压输电线路的干扰水平与超高压输电线路相当。特高压输电线路的电晕损失与诸多因素有关，其中最主要的是气象条件。由于电晕损失主要来自于坏天气，因此导线表面电场强度所产生的影响，也通过坏天气的损失表现出来。考虑到人们最关心的事年平均电晕损失和最大电晕损失，而坏天气的电晕损失又可能是好天气电晕损失的数百倍，而长距离输电线路上，各段的天气原因又可能各不相同，复杂多变，因此电晕损失的计算具有极大的分散性，因此电晕损失进行了多年的研究，至今没有一个国际公认的估算方法。

3.2 工频电场和磁场工频电场受输电线路布置形式、对地距离、相间距离、分裂根数、相序变换等多方面的影响。其中地线对电场的影响程度与地线离相导线的距离以及相导线离地地面的高度都有关系。导线距离地面越远，则地面的电场强度越低，当导线对地距离增加到一定程度，则能够降低的电场强度有限，而经济投入则会很大。相比之，减少分裂导线的根数，能够比较明显的减小地面场强，但同时会增大导线表面场强，增大无线电信号干扰和可听噪声。2.3过电压及其限制操作过电压是决定特高压输电线路绝缘水平的重要依据，主要考虑三种类型的操作过电压，即合闸、分闸、接地短路过电压。其中，对于接地短路时在正常相产生的过电压，唯一的解决办法就是在靠近线路两端采用金属氧化物避雷器（MOA）。因此，限制操作过电压的核心便是如何限制分合闸过程中过电压，其目标是将其限制在1.6~1.7pu水平以下。其主要方法有采用MOA、断路器合闸电阻、控制断路器合闸相角三种方法。近年来MOA制造水平不断提高，限制过电压的能力也不断增强，成为了当前限制操作过电压的主要手段。而断路器合闸电阻如图1所示，在合闸时，先将辅助触头和尚，经过一段时间（合闸电阻接入时间）后将主触头闭合，从而达到限制合闸过电压的目的。合闸相位控制技术是在电压过零点附近进行合闸，以降低合闸导致的操作过电压。图1 断路器分合闸电阻示意图

4 结语

本文主要研究了特高压输电线路中的三个关键，即电晕效应、过电压、电磁场及它们的影响和解决，应当注意到，特高压输电线路的问题远不止这些方面。如对于架空线路的安全性，需要考虑振动、张力等多方面的原因，再比如输电线路的结构形式，还需要考虑经济电流密度、发热条件等。在我国的特高压电网建设中，既借鉴了国外的先进经验，又结合我国国情和电力系统发展的特点，具有相当的特殊性。只有在长期的运行实践和进一步的深入研究的基础上，才能够将特高压电网的优势充分发挥出来。

辛忠国1961年9月19日出生 本科  生产管理工程师  现任 公主岭市农电有限公司经理

刘振亚．特高压电网[M]．北京，中国经济出版社，2005

【2】 杜玉清．日本1000kV特高压送点线路设计介绍[J]．华北电力技术，1993.7【3】 陈勇，万启发，谷莉莉等．关于我国特高压导线和杆塔结构的探讨[J]．高电压技术，2004,30（6），38-41【4】 R.Conti, A.Pigini, A. Giorgi. et al. Evaluation of possible impacts of the new limits for human exposure to magnetic fields under consideration in ITALY, CIGRE,2002 seseion, 369-106