浅谈特高压输电工程关键技术

范晓茵

（驻马店农业学校 机电工程系，河南 驻马店 463002）

浅谈特高压输电工程关键技术

范晓茵

（驻马店农业学校 机电工程系，河南 驻马店 463002）

文章通过对特高压的发展历程、国内外特高压关键技术及已投运的特高压的运行管理情况的介绍，进一步明确了未来特高压的发展方向，为洲际能源互联，全球能源互联网的实现奠定基础。

特高压交流；特高压直流；输电线路；试验基地

根据中国的能源分布可知，能源消耗与地域能源资源呈逆向分布。相对于其他形式的能量传输而言，电力能源的传输外送具有无可比拟的优势。在发展特高压电网的过程中，目前面临的能源分布和电力能源的传输的局面亟待解决。随着国民经济持续不断的发展，能源消费日益增长，建设以特高压为骨干的电网输电系统已成为我国电网发展的必然趋势［1］。特高压电网除具有大容量和远距离传输的优势，还具有较高的安全性、可靠性、灵活性、运行维护方便等优点。但同时也有一个不可规避的问题，随着电网电压等级的不断提高，同时也需要较高的技术来支撑［2］。最近几年来已经批准的特高压工程的建成并成功投运，标志着我国特高压技术已经走在世界的前列。本文就国内外特高压发展的大环境，重点介绍中国特高压的发展情况，包括前期的技术论证、试验研究等。

1 特高压技术的发展历程

欧美、日本和巴西等国在20世纪就相继开展特高压输电技术的研究，同时也建立了相应的试验基地和平台，并取得了一定的成果［3］。在特高压交流输电方面，前苏联于20世纪80年代着手建设特高压工程，当时全球范围内还未有特高压工程，由此前苏联是全世界第一个有特高压工程的国家。后来受其国内经济水平的影响，降压至500 kV 运行。其他国家如日本和意大利也相应开展过特高压工程的计划，但是由于当时国内和国际经济大环境的不景气，计划项目也就取消了，建成投运的工程也只能降压运行。除了我国特高压交流是世界范围内运行电压等级最高之外，我国已建成投运的±800 kV级的直流输电工程也处于世界先进的行列。

特高压输电技术的实现较大程度上优化了资源配置的能力，节约了输电走廊，达到了环保的目的［4］。随着经济的发展，环境不同程度地遭到破坏，南部特别是西南地区水电的外送也会遇到高海拔、覆冰严重的问题，由此可知气候条件和输电线路所处的环境对特高压关键技术研究攻关的影响与其他国家在进行研究时的条件等影响因素有较大不同，所取得的相关成果和经验数据也很难得到成熟应用。最为重要的是，我国的±800 kV特高压直流输电工程具有其特殊性和开拓性，其电压等级、输送容量、输送距离在国际上都是最高的等级水平，此项工程的完全实现一定要符合我国的基本国情及其具体的影响因素的要求。

从20世纪90年代后期开始，中国特高压技术（直流和交流）的研究工作都已经陆续展开，期间相继在特高压交、直流输电领域开展了最高电压等级、输送距离、绝缘水平等研究工作，特高压的输电系统在面临系统过电压时的耐压水平，输电线路的电磁对线路周边环境的影响，以及配套的设备及设施的选型论证等方面获得了一定的成果［5］。特高压工程的日益增多，由此也会造成输电线路走廊日益紧张的局面，进而带来新问题［6］。同时，环保要求也在逐步提高，国家相关部门对电磁方面的管理也较为严格，因此在做设计工作的时候要充分考虑相关的环保标准和法律法规的严格要求。一个完整特高压工程的建成，必不可少的前期阶段有特高压试验的研究、配套设备的研制及配套设备运行的考核等。而相关的试验基地的建设是特高压技术研究的基础。

为满足特高压研究的需求，国网公司特高压直流试验基地奠基于北京。该基地功能全面、高效实用，且基地符合我国特高压直流工程的实际情况。同年，国网公司特高压交流试验基地于武汉奠基。该试验基地的试验线段部分与已经投运建成的晋—南—荆试验示范工程大体上保持一致。试验基地的建成标志着国网特高压试验研究对特高压工程大发展的促进作用进入新阶段。

2 特高压关键技术综述

在特高压的研究中，过电压的研究是其中一项关键的研究，在工程投运之后即将面临多种因素造成的过电压，比如运行人员的误操作引起的过电压，电力系统发生，以及雷雨闪电天气中的雷电冲击形成的过电压。在特高压过电压的标准方面，我国的技术研究还未涉及，无相关成熟经验可以参考借鉴。基于以上考虑选择，在进行过电压研究的同时也把绝缘考虑进去，同时进行试验研究，形成技术相对可行且经济成本低的运行方式，用来使设备的过电压得到有效抑制，绝缘水平得到相应的提高，同时系统的安全性得到有效提升。

特高压工程导线的布置方式因其高电压的特殊性而有很多种选择，同时绝缘子串的类型和塔头间隙类别较超高压线路也相对较多。特高压输电线路由于能源分布的特点需跨越高海拔地区，因此应该按海拔高度进行梯度划分，对每一梯度内的空气间隙放电特性进行划分归类研究。在研究普通情况下的项目的同时，进行不同条件下空气间隙的放电特性研究，结合二者的共性和差异性可以更全面地分析和解决问题。一般情况下，污秽的绝缘研究包括绝缘子和套管两部分，对其进行人工条件下模拟自然条件的试验处理的外绝缘试验。在特高压前期结案的研究中，由于高电压等级的污秽电源的生成很难实现，国内还不能完成相关的配套试验，因此特高压交直流线路的长串绝缘子的试验只能在国外有条件的国家进行。

特高压交流输电技术在国外的研究相对较多，国外的1 150 kV的运行经验本可以用来参考借鉴。不巧的是，我国特高压工程因地域环境及所处地理气候条件的特殊性，国外的技术和运维经验因为不具有针对性不可以直接拿来使用。目前特高压交流输电线路采用的8分裂导线，从国外相关的经验可知，该线路对绝缘子的要求相对很高，据资料分析可知，300 kN以上的绝缘子才能满足要求。因为不同种类的绝缘子的考核指标比如积污情况、耐污闪能力、老化性能、机械性能等彼此之间都有很大的不同，所以以下4个方面是影响特高压输电工程外绝缘设计和选择的重要因素：（1）设备外绝缘的耐污闪能力；（2）复合外绝缘的性能及可靠性；（3）外绝缘的串长及串型选择；（4）高海拔和覆冰问题。

电磁环境问题是重大技术问题。目前此类相关问题在全球仍属于热点研究课题［3-4］。特高压输电线路的电磁环境的评估主要指标是线路的电晕特性，高原地带的情况比平原地区更为严重，遗憾的是国内外对此的研究却相当匮乏。对于国内而言，如何有效充分利用现有特高压交流和直流试验基地人为创造的模拟自然条件的测试环境和条件的试验室，开展的一系列相关的高原地区输电线路电磁环境的研究也是新一项的挑战。

目前，国内的±800 kV特高压直流输电技术全球位居首例，也无相关成熟的理论依据和技术手段可以参考使用，同时相对应的电磁环境对周围居民和大自然的影响，当然也无相关标准可参照设计并执行。除了特高压直流以外，特高压交流输电线路电磁环境问题，主要与工频电磁场、无线电干扰和可听噪声有很大关系，截至目前，即使已有部分成果在相应工程得到实践应用，但如何更加有效减小影响的方法和手段还需进一步深入研究。

3 特高压电网的运行与管理

特高压电网建设之前的论证和部署，是一项具有挑战性的系统工程，建成之后的投运及维护也至关重要，其中的相关设备在经过较长一段符合要求的时间段内带电测试之后是否符合标准对于系统的安全可靠意义重大。在我国的特殊情况下特高压电网所经地区环境气候恶劣，对特高压设备的绝缘等级和技术条件等都提出了更高的要求。

特高压设备承担着传递能源和信息的任务，其运行状态的检测和维护检修技术的水平对特高压的安全运行至关重要。设备的运行状态检测，特别是在线监测技术的应用能够有效地预测安全事故的发生，对运维水平的提高有重要意义。然而我国在线监测技术方面的研究还不够成熟，故对目前在线监测技术的考核和评价，应选择可靠性较强的状态检测与检修技术，对相应的技术内容提出符合我们要求的意见。面对电网存在的风险需从强化安全稳定控制措施、优化网架结构、优化运行方式、重视风险管理4个方面提高特高压电网应对风险的能力。

4 结语

为了建好特高压输电工程，特高压试验研究和设备考核测试工作是必须进行的前期工作，为后期的特高压工程的发展建设提供较为成熟的技术手段和理论研究经验。国网特高压基地的建立为我国特高压工程提供了一流的试验及测试平台，为特高压的发展奠定了试验基础。截止到目前，我国在特高压输电工程中的关键技术都获得了不同程度的进步，在基地进行试验所获得的部分试验和数据分析结果可用于我国特高压交、直流输电工程建设参考，同时工程建设也会促进关键技术得到逐步发展。关键技术的突破为构建特高压电网的跨区互联、洲际互联乃至全球能源互联打下坚实的基础。

［1］刘振亚.特高压电网［M］.北京：中国经济出版社，2005.

［2］张文亮，吴维宁，胡毅.特高压输电技术的研究与我国电网的发展［J］.高电压技术，2003（9）：16-18，31.

［3］万启发.浅谈我国交流特高压输电前景［J］.高电压技术，1999（2）：30-31，34.

［4］吴桂芳，陆家榆，邵方殷.特高压等级输电的电磁环境研究［J］.中国电力，2005（6）：24-27.

［5］刘振亚.特高压直流输电技术研究成果专辑［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［6］张文亮，于永清，李光范，等.特高压直流技术研究［J］.中国电机工程学报，2007（22）：1-7.

Discussion on the key technology of UHV transmission engineering

Fan Xiaoyin

（Mechanical and Electrical Engineering Department of Zhumadian Agriculture School，Zhumadian 463002，China）

This paper describes the development history of UHV and key technology at home and abroad of UHV engineering and management situation of UHV which has been put into operation，which further defines its future direction of development and lays the foundation for the implementation of intercontinental energy network and global energy internet.

UHV AC；UHV DC；transmission line；test base

范晓茵（1986—），女，安徽阜阳；研究方向：机电工程教学，电网建设。