交流特高压输电线路关键技术的研究及应用

2020-02-03赵杰

电子技术与软件工程 2020年14期

赵杰

（上海国孚电力设计工程股份有限公司济南分公司山东省济南市 250101）

现阶段电力行业所应用的500kV 高压输电线路，已经无法有效满足日益增大的电能传输需求，因此特高压输电线路已成为电力行业关注发展的重点。交流特高压输电线路主要以1000kV 特高压交流输电线路为主，交流特高压输电线路关键技术的应用能力对于我国电力分布均衡性有着极大的影响。交流特高压输电线路所具备的输电容量大、覆盖范围广、节省输电线路走廊、损耗低的传输特征，让交流特高压输电线路实现长距离大量电能传输目标得以实现。因此对于交流特高压输电线路的外绝缘特性、防雷以及过电压等关键技术的有效应用已成为电力行业亟待解决的主要问题。为了确保交流特高压输电线路的应用安全性，电力企业专业技术人员需要加强自身的交流特高压输电线路关键技术应用水平，严格把控交流特高压输电线路的应用操作要点，为交流特高压输电线路安全运行提供保障。

1 交流特高压输电线路

现如今我国的电力输变系统中，交流特高压输电线路的电压应用等级为1000kV，因此在整个电力传输系统中，交流特高压输电线路能够实现跨地区电能输送以及新能源二次配置的应用需求。

交流特高压输电线路的杆塔结构设置特征：交流特高压输电线路在运行期间需要合理设置间距以及间隙，因此设计人员需要根据实际情况设置杆塔，同时将绝缘子串的高度保持在1m 以上，交流特高压输电线路对地的距离则保持在26m 以上。由于交流特高压输电线路所设置的杆塔高度大多数设置在50m 以上，杆塔长度设置在80m 以上，在进行杆塔强度设计期间，设计人员需要以杆塔塔高以及杆塔应力为基础进行方案设计，由于特高压导线的重量较大、杆塔的设计高度在50m 以上，因此杆塔的使用应力极高，设计的1000kV 电压等级交流特高压输电线路杆塔强度是传统500kV线路杆塔设计强度的四倍以上。

交流特高压输电线路的导线结构设置特征：大多数情况下交流特高压输电线路的导线设计应用结构为八分裂，线路导线的设计间距在40m 以上，导线边相与中相设计的距离在20m 以上。而地线的设计间距则控制在30m 以上，交流特高压输电线路所应用的子导线需使用阻尼间隔棒。

交流特高压输电线路的特高压金具设置特征：交流特高压输电线路导线所具备的横截面积大、分裂数量多的特征，特高压金具需要承受的荷载力巨大，因此需要应用机械强度极高、工艺质量佳、应用尺寸大以及应用结构较为复杂的线路金具。

交流特高压输电线路的杆塔基础设置特征：交流特高压输电线路经过区域的地质环境特殊、地理环境复杂，因此交流特高压输电线路的杆塔基础形式繁多，根据不同区域应用挖孔桩原状土基础、灌桩式基础以及岩石锚桩类基础等，继而确保交流特高压输电线路的运行安全。

2 交流特高压输电线路关键技术的应用

2.1 外绝缘特性技术

图1：交流特高压输电线路

大多数交流特高压输电线路的设计的建设位置相对较高，因此一旦遭遇雷雨等恶劣的天气环境时，将会给电网系统的电力正常性运输造成影响，为了确保交流特高压输电线路运输的稳定性，避免恶劣环境下发生线路故障问题，设计人员需合理应用关键技术提升交流特高压输电线路的防雷电性能。而外绝缘特性技术的提出应用，便是为了强化交流特高压输电线路的防雷性特征，借助绝缘子串来削弱雷电对于交流特高压输电线路运行的影响，确保交流特高压输电线路不会由于雷电事故发生线路故障问题。外绝缘特性技术的应用原理为，在交流特高压输电线路遭受雷电干扰的情况下，可借助绝缘子串来对导线以及杆塔空隙发生的电压异常问题进行自动调节，降低雷电环境对于交流特高压输电线路的负面干扰。

如以晋东南-荆门的交流特高压输电项目在进行外绝缘性技术应用设计期间，采用了1:1 的真型试验，在具体试验期间研究人员研究并设置间隙放电曲线以及放电电压海拔修正系数，同时也对交流特高压线路的绝缘子人工污秽试验中，对绝缘子的串型开展技术试验研究，在进行高海拔对绝缘子污耐压带来的影响进行分析时，可采用公式来反应气压以及海拔高度对污闪电压的影响程度。最终得出以下试验结论：外绝缘特性技术主要是利用空间间隙以及绝缘子串强度实现交流特高压输电线路绝缘性的强化，因此可有效提升交流特高压输电线路的防雷能力，为交流特高压输电线路在雷电干扰环境下的安全稳定运输提供保障。

2.2 过电压限制技术

国内设计并应用的交流特高压输电线路主要开展长距离的电能传输，由于交流特高压输电线路的电力运输距离较长，因此电力企业在电能传输维护方面投入的资金相对较多，为了实现电能传输资金投入成本的有效管控，最大化提升电能传输经济效益，减少非全相工频谐振导致交流特高压输电线路电压过高等问题的发生，电力企业技术人员需全面掌握并灵活应用过电压操控技术。在进行线路架设设计期间，需确保交流特高压输电线路的获得电压不会超过塔头间隙电压的50%，交流特高压输电线路的塔头尺寸设计数据可经由试验曲线以及试验数据计算获得。因此需要结合1:1 真型试验的实际情况，经由试验曲线以及试验数据计算获得交流特高压输电线路的塔头尺寸设计数据。由于交流特高压输电线路的电力传输距离相对较长，因此在电压倍数的影响下线路空气间隙将会大幅度增加，致使电力企业为了维护交流特高压输电线路电压投入大量的资金，为此电力企业为了维护自身的经济利益，需以交流特高压输电线路的实际情况为基础适当降低线路电压，确保交流特高压输电线路上的过电压处于非饱和区域，维护线路电力运输安全。在进行杆构架空气间隙雷电冲击以及工频海拔校正因数设计期间，可利用公式进行计算，而塔构架空气间隙的操作冲击海拔校正因数可按照公式进行计算，其中“m”为操作冲击海拔校正因数的修正因子操作冲击电压“MV”。

可通过开展1:1 的真型试验工作确保交流特高压输电线路应用塔头尺寸设计的规范性。设计人员可按照电网系统的具体运营其概况进行特高压输电线路杆塔设计，根据塔头所需空气间隙试验结果为基础，继而总结出交流特高压输电线路不同过电压所需要的标准空气间隙。

（1）500m 海拔下，串型为边相的交流特高压输电线路过电压，所需求的空气间隙距离为5.9m；串型为中相的交流特高压输电线路过电压，所需求的空气间隙距离为6.7m。

（2）1000m 海拔下，串型为边相的交流特高压输电线路过电压，所需求的空气间隙距离为6.2m；串型为中相的交流特高压输电线路过电压，所需求的空气间隙距离为7.2m。

（3）1500m 海拔下，串型为边相的交流特高压输电线路过电压，所需求的空气间隙距离为6.4m；串型为中相的交流特高压输电线路过电压，所需求的空气间隙距离为7.7m。

2.3 综合防雷技术

综合防雷技术应用的最终目的为，确保交流特高压输电线路不会受到雷电等恶劣环境的干扰，因此综合防雷技术与外绝缘特性技术从某一角度来看存在一定的相似性。综合防雷技术的工作原理为，由技术人员减少线路保护角以及架设避雷针等手段提升交流特高压输电线路的防雷能力。减小交流特高压输电线路的保护角，可将最大化增加输电线路的屏蔽弧，有效缩减暴露弧的面积，继而降低雷电对于交流特高压输电线路的影响程度。

综合防雷技术的具体应用步骤为：

（1）由电力技术人员设置统一标准下的避雷线，借助绝缘子串数量增加的方法来提升交流特高压输电线路的设施高度，继而达到线路保护角缩小的目的，最大程度降低交流特高压输电线路被雷击的几率。

（2）由电力技术人员在确定避雷线路以及输电线路的固定高度后，实现避雷线路与输电线路之间水平距离的缩减，最大程度缩小交流特高压输电线路的保护角。

2.4 导地线技术

确保交流特高压输电线路能够安全稳定传输电能的关键技术之一就是导地线技术。虽然导地线技术的应用能够降低输电线路运输过程中的能量损耗，但由于交流特高压输电线路电池所涉及到的影响内容较多，因此对于导地线技术的应用成效有着一定的影响。针对导地线开裂问题，电力技术人员可选用截面面积大、电阻水平低的导低线，不仅能够满足导地线应用效果改善的目的，同时也能降低交流特高压输电线路的能量损耗。

导地线技术应用注意事项为：

（1）交流特高压输电线路架设的环境温度需在-9℃至43℃范围以内，且周边环境的年平均温度达到21℃。

（2）由于交流特高压输电线路极易受到电磁干扰，因此需要适当增加到导地线的机械强度，确保输电线路能够达到标准制度下的负载力，继而高效稳定完成电能传输工作。

2.5 无功平衡技术

由于交流特高压输电线路传输的电流大、运输线路长、线路电压高，因此在输电线路运行期间无功平衡问题常常发生，电力技术人员可借助高低压电抗器以及可控电抗器等设备的安装，实现对输电线路系统内部无功冲击抵消，实现输电线路系统内部无功平衡运行的发展需求。

3 交流特高压输电线路关键技术应用保障要点

3.1 做好输电线路运行的直升机巡线工作

为了确保交流特高压输电线路关键技术的有效应用，电力技术人员需重视维护保障技术的有效应用。为此电力企业可组织专业技术人员开展直升机巡线作业工作，借助直升机自带的红紫外线成像功能，实现对交流特高压输电线路实际运输情况的有效检测，同时也能对交流特高压输电线路运输系统中导地线设施、绝缘子设施以及避雷针设施的应用性能进行检查，一旦发现安全设备发生应用性能或是应用质量问题时，立刻上报给相关部门，在短时间对交流特高压输电线路开展维保工作。

3.2 做好输电线路运行的在线智能监测工作

在线智能监测技术是保障交流特高压输电线路正常运行的重要运行保障技术，在线智能监测技术能够帮助运行保障技术人员迅速了解输电线路的运行情况，为线路的平稳运行提供良好的技术运行保障。此外由于在线智能监测系统能够对交流特高压输电线路运输过程中的气象数据、环境温度以及杆塔倾斜率等多种运行信息全方位监察，帮助运行保障技术人员迅速找出交流特高压输电线路运行系统故障的具体位置，制定科学化的问题解决方案，最大程度提升交流特高压输电线路的检修效率，降低交流特高压输电线路运输潜在故障风险带来的影响。

3.3 做好输电线路运行的特高压暂态保护工作

为了避免交流特高线输电系统发生运行故障，电力技术人员常常应用距离保护、差动保护等多种措施，实现电力运输系统的继电保护工作。继电保护系统主要是利用系统滤波原理，消除交流特高压输电线路运行期间的暂态高频分量噪声，继而实现电力系统的工频量维护，系统继电保护模式将会导致电力系统始终处于带电作业状态，对高压电力系统运行造成负面影响，因此需借助特高压暂态保护方式来消除特高压交流输电运行故障。特高压暂态保护装置是以故障提取为工作核心，直接忽略系统滤波环节，实现特高压线路的故障识别，最终达到故障有效切除的效果。由于特高压暂态保护工作的自我抗干扰能力极强，因此能够排除过渡电阻以及系统震荡等因素带来的影响，全面提升特高压输电系统的运行安全。