六大創(chuàng)新 我國(guó)攻克交流特高壓輸電世界級(jí)難題

1月18日，“特高壓交流輸電關(guān)鍵技術(shù)、成套設(shè)備及工程應(yīng)用”榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目通過產(chǎn)、學(xué)、研、用協(xié)同攻關(guān)，在電壓控制、外絕緣配置、電磁環(huán)境控制、成套設(shè)備研制、系統(tǒng)集成、試驗(yàn)?zāi)芰?大方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破。

創(chuàng)新點(diǎn)1　電壓控制

讓電壓乖乖地待在1000千伏～1100千伏范圍內(nèi)，既不太高也不太低，還不能瞬間發(fā)脾氣。

電壓控制項(xiàng)目研究確定了特高壓交流輸電標(biāo)準(zhǔn)電壓，創(chuàng)新形成了穩(wěn)態(tài)電壓控制技術(shù)、瞬態(tài)過電壓抑制和潛供電弧抑制技術(shù)。

電壓控制包括穩(wěn)態(tài)電壓控制和瞬態(tài)過電壓抑制兩個(gè)方面。

穩(wěn)態(tài)電壓控制的目標(biāo)是使特高壓系統(tǒng)電壓運(yùn)行在1000千伏～1100千伏范圍內(nèi)。特高壓輸電線路的充電功率很大，約為500千伏輸電線路的4～5倍。特高壓輸電線路沿線電壓分布也不均勻，分布特性與特高壓輸送功率水平緊密相關(guān)。特高壓輸送功率較大時(shí)，變電站母線電壓隨輸送功率的變化較大。特高壓交流試驗(yàn)示范工程的無(wú)功電壓特性決定其無(wú)功電壓控制難度大。

瞬態(tài)過電壓抑制方面，特高壓系統(tǒng)由于開關(guān)操作等產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓幅值很高，對(duì)設(shè)備絕緣影響顯著。受到絕緣材料本身特性的限制，設(shè)備內(nèi)絕緣的絕緣水平進(jìn)一步提高難度很大。特高壓系統(tǒng)的過電壓限制比超高壓系統(tǒng)更為嚴(yán)格，難度更大。

電壓控制項(xiàng)目研究最終完成了這一幾乎不可能完成的任務(wù)！它提出了穩(wěn)態(tài)電壓控制方法，高性能避雷器、高壓電抗器及斷路器合閘電阻有機(jī)組合的系統(tǒng)過電壓抑制方法，以及潛供電弧計(jì)算方法及抑制方案等，成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)電壓優(yōu)化控制和瞬態(tài)過電壓深度抑制。

創(chuàng)新點(diǎn)2　外絕緣配置　　

讓特高壓帶電的導(dǎo)線不會(huì)對(duì)周圍的人和物放電，成為一條安全的線路。

外絕緣配置項(xiàng)目揭示了復(fù)雜環(huán)境下特高壓系統(tǒng)外絕緣非線性放電特性，研發(fā)了空氣間隙、絕緣子配置和雷電防護(hù)技術(shù)。

空氣間隙和絕緣子是特高壓交流線路高壓導(dǎo)線與桿塔鋼架之間外絕緣的基本手段，但其尺寸大小會(huì)直接影響桿塔的體積和重量：設(shè)計(jì)過大，會(huì)提高桿塔成本，而設(shè)計(jì)偏小，又會(huì)使高壓導(dǎo)線對(duì)桿塔放電，提高線路運(yùn)行故障率。所以。科研人員通過試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合，提出合理尺度的外絕緣配置，在保證運(yùn)行安全的前提下，盡量降低建設(shè)成本，這是特高壓交流輸電的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

在這項(xiàng)技術(shù)研究中，由于特高壓線路電壓等級(jí)高，運(yùn)行電壓和設(shè)備操作產(chǎn)生的脈沖過電壓幅值，比超高壓線路顯著提升，需要絕緣間隙變大。而且，受到工程沿線不同海拔、大氣污染、雷電活動(dòng)規(guī)律不一、桿塔結(jié)構(gòu)差異等因素的影響，外絕緣特性進(jìn)一步復(fù)雜化，難以掌握其總體規(guī)律。為攻克該難題，公司研制了大容量長(zhǎng)波前沖擊電壓發(fā)生裝置、人工氣候試驗(yàn)系統(tǒng)等試驗(yàn)設(shè)施，通過建立外絕緣電氣仿真模型和開展真型試驗(yàn)，創(chuàng)新獲得了大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)，解決了該技術(shù)難題，滿足了工程設(shè)計(jì)需要。

創(chuàng)新點(diǎn)3　成套設(shè)備研制

讓中國(guó)特高壓擁有一顆跳動(dòng)的“心臟”，擁有一個(gè)健康的體魄。

成套設(shè)備研制是指，在特高壓工程建設(shè)過程中，立足自主創(chuàng)新，成功研制出了代表世界最高水平的一系列適用于特高壓工程的輸變電相關(guān)設(shè)備。如特高壓變壓器、開關(guān)、串聯(lián)補(bǔ)償裝置等一系列關(guān)鍵設(shè)備。

特高壓成套設(shè)備的研制，涉及領(lǐng)域多，專業(yè)面廣，集成了電氣、機(jī)械、電力電子、通信測(cè)量和自動(dòng)控制等技術(shù)，代表了電力科技的前沿水平。其研制難點(diǎn)主要體現(xiàn)在設(shè)備的設(shè)計(jì)及優(yōu)化、生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)、可靠性及其評(píng)估等方面。

特高壓設(shè)備的成功研制，創(chuàng)造了一大批世界紀(jì)錄，讓我國(guó)掌握了核心技術(shù)，形成了批量生產(chǎn)能力，提升了設(shè)備檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)電工裝備制造的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在國(guó)際特高壓設(shè)備制造領(lǐng)域形成了相對(duì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

創(chuàng)新點(diǎn)4　電磁環(huán)境控制

讓特高壓成為“環(huán)保使者”，產(chǎn)生的電場(chǎng)、磁場(chǎng)對(duì)環(huán)境完全無(wú)害。

項(xiàng)目摸清了復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)的電場(chǎng)分布規(guī)律，創(chuàng)新形成了特高壓系統(tǒng)電磁環(huán)境控制技術(shù)。

有了電荷，就會(huì)產(chǎn)生電壓，有了電壓就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。電荷如果定向移動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生電流，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。特高壓復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)是指線路和變電站架構(gòu)尺度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)成了多導(dǎo)體系統(tǒng)。這種帶電導(dǎo)體表面及附近空間的電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增大，容易引發(fā)強(qiáng)烈電暈放電。

復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)工頻電場(chǎng)，研究難度極大。本項(xiàng)目采用全場(chǎng)域電場(chǎng)分析方法，建立了特高壓復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)工頻電場(chǎng)計(jì)算模型，掌握了特高壓復(fù)雜多導(dǎo)體系統(tǒng)的電場(chǎng)分布規(guī)律。據(jù)此，研究者提出了導(dǎo)線型式和布置方案、金具電暈控制方法、線路對(duì)無(wú)線臺(tái)站、鄰近輸油輸氣管道的電磁影響防護(hù)措施等，使得特高壓工程電磁環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)與500千伏工程相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了“環(huán)境