谈六大创新突破 我国攻克交流特高压输电世界级难题
发布时间：2013-1-24 20:48
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1月18日，“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”荣获国家科学技术进步奖特等奖。该项目通过产、学、研、用协同攻关，在电压控制、外绝缘配置、电磁环境控制、成套设备研制、系统集成、试验能力6大方面实现创新突破。 创新点1 电压控制 让电压乖乖地待在1000千伏～1100千伏范围内，既不太高也不太低，还不能瞬间发脾气。 电压控制项目研究确定了特高压交流输电标准电压，创新形成了稳态电压控制技术、瞬态过电压抑制和潜供电弧抑制技术。 电压控制包括稳态电压控制和瞬态过电压抑制两个方面。 稳态电压控制的目标是使特高压系统电压运行在1000千伏～1100千伏范围内。特高压输电线路的充电功率很大，约为500千伏输电线路的4～5倍。特高压输电线路沿线电压分布也不均匀，分布特性与特高压输送功率水平紧密相关。特高压输送功率较大时，变电站母线电压随输送功率的变化较大。特高压交流试验示范工程的无功电压特性决定其无功电压控制难度大。 瞬态过电压抑制方面，特高压系统由于开关操作等产生的瞬态过电压幅值很高，对设备绝缘影响显著。受到绝缘材料本身特性的限制，设备内绝缘的绝缘水平进一步提高难度很大。特高压系统的过电压限制比超高压系统更为严格，难度更大。 电压控制项目研究最终完成了这一几乎不可能完成的任务！它提出了稳态电压控制方法，高性能避雷器、高压电抗器及断路器合闸电阻有机组合的系统过电压抑制方法，以及潜供电弧计算方法及抑制方案等，成功实现了稳态电压优化控制和瞬态过电压深度抑制。 创新点2 外绝缘配置 让特高压带电的导线不会对周围的人和物放电，成为一条安全的线路。 外绝缘配置项目揭示了复杂环境下特高压系统外绝缘非线性放电特性，研发了空气间隙、绝缘子配置和雷电防护技术。 空气间隙和绝缘子是特高压交流线路高压导线与杆塔钢架之间外绝缘的基本手段，但其尺寸大小会直接影响杆塔的体积和重量：设计过大，会提高杆塔成本，而设计偏小，又会使高压导线对杆塔放电，提高线路运行故障率。所以。科研人员通过试验和理论分析相结合，提出合理尺度的外绝缘配置，在保证运行安全的前提下，尽量降低建设成本，这是特高压交流输电的一项关键技术，也是一个难点。 在这项技术研究中，由于特高压线路电压等级高，运行电压和设备操作产生的脉冲过电压幅值，比超高压线路显著提升，需要绝缘间隙变大。而且，受到工程沿线不同海拔、大气污染、雷电活动规律不一、杆塔结构差异等因素的影响，外绝缘特性进一步复杂化，难以掌握其总体规律。为攻克该难题，公司研制了大容量长波前冲击电压发生装置、人工气候试验系统等试验设施，通过建立外绝缘电气仿真模型和开展真型试验，创新获得了大量第一手数据，解决了该技术难题，满足了工程设计需要。 创新点3 成套设备研制 让中国特高压拥有一颗跳动的“心脏”，拥有一个健康的体魄。 成套设备研制是指，在特高压工程建设过程中，立足自主创新，成功研制出了代表世界最高水平的一系列适用于特高压工程的输变电相关设备。如特高压变压器、开关、串联补偿装置等一系列关键设备。 特高压成套设备的研制，涉及领域多，专业面广，集成了电气、机械、电力电子、通信测量和自动控制等技术，代表了电力科技的前沿水平。其研制难点主要体现在设备的设计及优化、生产工艺实现、可靠性及其评估等方面。 特高压设备的成功研制，创造了一大批世界纪录，让我国掌握了核心技术，形成了批量生产能力，提升了设备检测能力，实现了国内电工装备制造的产业升级，在国际特高压设备制造领域形成了相对技术优势和竞争优势。 创新点4 电磁环境控制 让特高压成为“环保使者”，产生的电场、磁场对环境完全无害。 项目摸清了复杂多导体系统的电场分布规律，创新形成了特高压系统电磁环境控制技术。 有了电荷，就会产生电压，有了电压就会产生电场。电荷如果定向移动，就会产生电流，就会产生磁场。特高压复杂多导体系统是指线路和变电站架构尺度大、结构复杂，构成了多导体系统。这种带电导体表面及附近空间的电场强度显著增大，容易引发强烈电晕放电。 复杂多导体系统工频电场，研究难度极大。本项目采用全场域电场分析方法，建立了特高压复杂多导体系统工频电场计算模型，掌握了特高压复杂多导体系统的电场分布规律。据此，研究者提出了导线型式和布置方案、金具电晕控制方法、线路对无线台站、邻近输油输气管道的电磁影响防护措施等，使得特高压工程电磁环境各项指标与500千伏工程相当，实现了“环境友好”。其中，线路走廊边沿实测工频电场强度小于每米4千伏，严于世界卫生组织推荐的国际标准。 创新点5系统集成 让各种先进的软硬件设备像搭积木一样顺利组装，变成特高压巨人。 项目提出了特高压输变电工程整套设计和施工方法、设备现场实验方案，研制出线路带电作业工器具和实验设备等，形成了工程设计、施工、调试、运行全套技术规范。 特高压工程是复杂的系统工程，在我国为首次建设，其科研设计、设备选型、施工安装、调试运行等多个环节紧密关联、相互约束。如何优化协调工程各单元和设备的配置方案，实现安全性、先进性和经济性的高度统一，是工程建设的突出难题。特高压工程远距离传输大容量电能，技术要求高、投资规模大，如何使工程各单元和设备的配置方案做到技术经济的优化平衡，实现安全性、可靠性、先进性和经济性的有机统一，是工程设计的突出难题。特高压线路铁塔高、导线分裂数多，组立、架设难度大，变电设备尺寸大、重量大、参数高、现场环境复杂，安装和调试试验难度大。 本项目提出了特高压输变电工程整套设计和施工方法、设备现场试验方案，研制出线路带电作业工器具和试验装备等。形成了特高压工程设计、施工、调试、运行全套技术规范。 创新点6 试验能力 让特高压施工中可能遇到的难题提前在实验室内解决，减少事故发生。 特高压试验技术属于复杂环境条件下的高电压试验技术范畴，但电压等级更高（接近或超过特高压等级），输变电设备的设备尺寸更大，因此实现难度更高。复杂环境是指特高压线路所穿越地区能遇到的气候和环境，如空气重污染、覆冰、大风、浓雾、毛毛雨、大雨、高海拔等等，以及上述条件互相组合的条件。 实现模拟复杂环境条件下的特高压试验技术要同时能模拟复杂环境和实现特高压试验能力方能完成。为什么难？因为：特高压试验电源设备电压等级超过特高压，研制无标准可循，试验电源的电压等级国际上最高；特高压设备试品本身尺寸较大，试验所需空间大；模拟复杂环境需要研制大型高原综合环境模拟设备，其总体设计参数超出现有国家标准，其设计需要考虑多种因素；环境模拟舱内空间大且封闭，因此在研制过程中要考虑气流、温度的控制问题，以在试验过程中对其进行组织和调节，模拟真实环境。 具备特高压试验能力后，就能够在实验室实现模拟真实环境下，真型特高压输变电带电设备遇到的各种情况，从而提出合理的绝缘设计方案，在满足安全运行要求的条件下降低成本，减少事故发生。（国家电网报） |
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