特高压输变电技术的现状分析和发展趋势研究

李孟 王海磊

摘 要：輸变电技术属于电力系统中的一项重要环节，具有投资大、技术要求高等特点。在智能电网中，特高压输变电技术是主要输电技术，包含高压交流输变电和直流输变电两种类型。随着科技水平的不断发展，输变电技术也不断发生着变革，以此来满足经济建设与社会发展中电力使用需求。总的来说，对特高压输电技术现状和发展趋势进行研究，有利于促进电力系统的稳定发展。

关键词：特高压；输变电技术；研究现状；发展趋势；发展重点

1 特高压输变电技术的发展现状

1.1 特高压交变输电技术的国内外发展现状

1.1.1 系统研究

在特高压交变电输电技术系统研究过程中，我国十二五期间成功设计并生产了世界上电压等级最高的交流输变电工程。该项工程的出现，突破了电网规划和运行技术安全稳定的技术难题，并确保特高压电网的实时稳定。另外，特高压交流设计工程与互联电网之间的关系十分紧密，而特高压交变电输电技术系统的研究，可为互联电网的运行提供稳定环境，在优化资源配置的同时，增强了电网事故处理的支援能力。

1.1.2 电压控制

为了对特高压交流输电控制标准进行合理确定，人们对电压抑制技术以及电压控制技术等进行了深入研究，并在国际上举行了首次特高压系统中的电压优化控制研究，确保在瞬态控制中将过电压的数值保持在1.5倍以下，并将稳态电压也控制在合理范围之内，避免对整个特高压输变电技术产生影响。

1.1.3 外绝缘特性的分析和配置情况

在一些环境十分复杂的条件下，对特高压系统中的外绝缘非线性放电过程进行研究，可实现对外绝缘特性规律的良好揭示，并研制出绝缘子配置技术以及雷电防护技术等。在上述技术得到创新之后，也可以让整个世界实现复杂环境下特高压系统外绝缘配置的合理优化。

1.2 特高压直流输变电技术的国内外发展现状

特高压直流输变电技术显得十分复杂，尤其是在接线形式以及运行方式等上面存在很多差异。在我国研究过程中，首次确定了每极双12脉动换流器串联、电压平均分配的主回路方案。该方案在使用过程中可对设备制造过程、零件运输过程等因素进行分析，对每极中的换流器选择进行综合比对，最终确定利用±800kV特高压直流输电系统采用每极2换流器方式来实现电压的稳定提升。当±800kV直流输电体系的换电站出现问题时，可根据水平仿真系统进行研究和分析。另外，还可以根据双12脉动换流器对过电仿真结果进行仔细分析，并以此为基础，人们提出了避雷器布置、避雷参数优化等一系列措施，将平波电抗器中性母线进行平局分散，并对±800kV直流输电参数系统进行合理优化。基于上述理论和研究成果，我国在经过多年的自主研究之后，于2010年成功研制了输电距离最长、技术最先进的直流特高压工程——向家坝±800kV特高压直流输电示范性工程。在国外相关项目的研究中，主要集中在了试验研究上。以加拿大水电局±1800kV的直流系统电晕试验为代表，并对±600～±1200kV的直流输电线路的电晕、电场等进行了深入研究，以4、6、8导线分裂为基础，实现了空气风洞的有效测量。

2 特高压输变电技术的发展趋势

2.1 采用新型输电技术减少输电走廊对土地的占用

随着中国工农业的发展，土地资源日益紧缺。为了减少输电走廊对土地的占用，降低电能输送的成本，提高输电效率，特高压输电采用同塔多回输电方式是一条有效途径；紧凑型输电技术具有提高土地利用率、提升输送容量、减小线路走廊等优势，是特高压输变电技术的重要发展方向。

2.2 进一步降低特高压输电损耗

对中国已建成的特高压交流工程进行经济技术分析。从最基本的建设投资和运行损耗分析入手，对特高压交流系统导线的经济电流密度水平进行分析，得出了初步的结论。研究指出，特高压交流工程应研发更大扩径比的新型扩径导线，以降低建设投资，提高综合经济效益。

2.3 更高电压等级直流输电系统的研究

在继承原有创新基础上，中国特高压工程在更高电压等级上11 100 kV直流输电方面进行进一步研究，对土1 100 kV直流输电的主回路方案及主设备参数、线路及杆塔设计、过电压与绝缘配合进行深入研究。

2.4 特高压直流接入特高压交流的方案研究

特高压直流由于输送容量巨大，在受端对接入的交流电网产生了较大影响，为了实现电能的消纳和为换流站提供必要支撑，必须建设相关的配套交流线路。提出了特高压直流接人1 000 kV特高压交流的的技术方案，主要包括直接接入 1 000 kV方案、组合式变压器连接方案、分层接入方案。

3 特高压输变电技术的发展重点

3.1 特高压同塔多回输电技术

同塔多回输电方式的应用，可有效降低特高压输电中输电走廊的土地占用面积，实现输电成本的有效降低，提高相关企业的经济效益。例如，在皖电东送工程项目中，该项技术便得到了很好的应用。在实际研究过程中，研究人员可以建立一个相关的实验线段，将I型串和V型串间隙中的工频电压、冲击电压等进行收集，并对其放电特性进行综合研究，最终实现杆塔间隙中放电特性的有效掌握。另外，研究人员还可以针对回路中导线之间的安全问题，对长波操作进行适当模拟，了解不同间隙之间的不同电极与电压配比下的相间绝缘规律。根据相关工程实际情况，在平原和丘陵线路设计中，应安装地线保护角装置。经过不断的设计与优化，伞型塔设计效果最为明显，也会降低企业的投资数量。

3.2 特高压紧奏型输电技术

紧凑型输电线路主要将三相导线放置在同一个塔窗之内，实现线路走廊宽度的有效降低，从而增加整体的走廊电流输送量。截止到目前，我国在高压紧奏型线路建设上已经超过了数千公里，电压范围主要在220～500kV之间，经过多年的运行之后，呈现出了良好的经济效益。我国对该方面技术研究十分深入，并在国际上首次开展了特高压单回紧奏型杆塔空气间隙与相间空气间隙的放电特性实验研究，并对电路中的电磁环境、过电压等进行了全面研究，确定了电磁运行环境的满足标准以及导线结构布置方式，同时还制定出了很多带电作业技术参数。但与常规线路和超高压紧凑线路的对比下，特高压紧凑线路存在明显的电容量增加问题，长此以往，将会引发一系列安全问题，同时也增加了导线的舞动控制难度。因此，在后续研究过程中，需要针对上述问题对特高压紧凑型线路进行进一步研究。

3.3 特高压扩径导线技术

在特高压交流输电线路中，电晕损失主要来源于导线表面的场强过大和天气因素。根据相关绝缘要求，如果可以对其中的相间距离进行明确，则导线表面的场强只能受到分裂数、分裂间距等因素的影响。随着分裂数的不断增加，表面场强也会变得越来越小。在扩径导线制作过程中，可利用支撑铝蔬绕的方式对导线外径进行有效扩大，实现导线表面电场强度的有效降低，也可以在一定程度上降低输变电技术的无线电干扰。在导线得到扩径之后，与常规导线会呈现出明显区别，如重量减轻、永久变形能力较小等，在制造成本上也会大大降低。因此，特高压扩径导线技术也是特高压输变电技术中的一大重点发展内容。

结束语

综上所述，随着科技的不断发展，人们对特高压输变电技术的研究越来越深入，并在原有研究基础上对该项技术的发展趋势进行了预测，从而为我国未来电力系统的发展提供方向。在此基础上，相关研究人员应根据我国经济的整体发展方向，确定人们在未来对电力系统需求会出现哪些变化，并积极对新技术进行开发和研究，为我国经济实现可持续发展提供动力保障。

参考文献

[1] 田昊洋，林敏，黄华，等.特高压电抗器振动加速度传感器位置优化研究[J].电力电子技术，2017，51（10）：98-101.

[2] 范建明.输变电技术在智能电网中的应用[J].山东工业技术，2017（16）：217.

（作者单位：国网新疆电力有限公司电力科学研究院）