|
1月18日，“特高壓交流輸電關鍵技術、成套設備及工程應用”榮獲國家科學技術進步獎特等獎。該項目通過產、學、研、用協同攻關，在電壓控制、外絕緣配置、電磁環境控制、成套設備研制、系統集成、試驗能力6大方面實現創新突破。 創新點1 電壓控制 讓電壓乖乖地待在1000千伏～1100千伏范圍內，既不太高也不太低，還不能瞬間發脾氣。 電壓控制項目研究確定了特高壓交流輸電標準電壓，創新形成了穩態電壓控制技術、瞬態過電壓抑制和潛供電弧抑制技術。 電壓控制包括穩態電壓控制和瞬態過電壓抑制兩個方面。 穩態電壓控制的目標是使特高壓系統電壓運行在1000千伏～1100千伏范圍內。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。特高壓輸送功率較大時，變電站母線電壓隨輸送功率的變化較大。特高壓交流試驗示范工程的無功電壓特性決定其無功電壓控制難度大。 瞬態過電壓抑制方面，特高壓系統由于開關操作等產生的瞬態過電壓幅值很高，對設備絕緣影響顯著。受到絕緣材料本身特性的限制，設備內絕緣的絕緣水平進一步提高難度很大。特高壓系統的過電壓限制比超高壓系統更為嚴格，難度更大。 電壓控制項目研究最終完成了這一幾乎不可能完成的任務！它提出了穩態電壓控制方法，高性能避雷器、高壓電抗器及斷路器合閘電阻有機組合的系統過電壓抑制方法，以及潛供電弧計算方法及抑制方案等，成功實現了穩態電壓優化控制和瞬態過電壓深度抑制。 創新點2 外絕緣配置 讓特高壓帶電的導線不會對周圍的人和物放電，成為一條安全的線路。 外絕緣配置項目揭示了復雜環境下特高壓系統外絕緣非線性放電特性，研發了空氣間隙、絕緣子配置和雷電防護技術。 空氣間隙和絕緣子是特高壓交流線路高壓導線與桿塔鋼架之間外絕緣的基本手段，但其尺寸大小會直接影響桿塔的體積和重量：設計過大，會提高桿塔成本，而設計偏小，又會使高壓導線對桿塔放電，提高線路運行故障率。所以。科研人員通過試驗和理論分析相結合，提出合理尺度的外絕緣配置，在保證運行安全的前提下，盡量降低建設成本，這是特高壓交流輸電的一項關鍵技術，也是一個難點。 在這項技術研究中，由于特高壓線路電壓等級高，運行電壓和設備操作產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、雷電活動規律不一、桿塔結構差異等因素的影響，外絕緣特性進一步復雜化，難以掌握其總體規律。為攻克該難題，公司研制了大容量長波前沖擊電壓發生裝置、人工氣候試驗系統等試驗設施，通過建立外絕緣電氣仿真模型和開展真型試驗，創新獲得了大量第一手數據，解決了該技術難題，滿足了工程設計需要。 創新點3 成套設備研制 讓中國特高壓擁有一顆跳動的“心臟”，擁有一個健康的體魄。 成套設備研制是指，在特高壓工程建設過程中，立足自主創新，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設備。如特高壓變壓器、開關、串聯補償裝置等一系列關鍵設備。 特高壓成套設備的研制，涉及領域多，專業面廣，集成了電氣、機械、電力電子、通信測量和自動控制等技術，代表了電力科技的前沿水平。其研制難點主要體現在設備的設計及優化、生產工藝實現、可靠性及其評估等方面。 特高壓設備的成功研制，創造了一大批世界紀錄，讓我國掌握了核心技術，形成了批量生產能力，提升了設備檢測能力，實現了國內電工裝備制造的產業升級，在國際特高壓設備制造領域形成了相對技術優勢和競爭優勢。 創新點4 電磁環境控制 讓特高壓成為“環保使者”，產生的電場、磁場對環境完全無害。 項目摸清了復雜多導體系統的電場分布規律，創新形成了特高壓系統電磁環境控制技術。 有了電荷，就會產生電壓，有了電壓就會產生電場。電荷如果定向移動，就會產生電流，就會產生磁場。特高壓復雜多導體系統是指線路和變電站架構尺度大、結構復雜，構成了多導體系統。這種帶電導體表面及附近空間的電場強度顯著增大，容易引發強烈電暈放電。 復雜多導體系統工頻電場，研究難度極大。本項目采用全場域電場分析方法，建立了特高壓復雜多導體系統工頻電場計算模型，掌握了特高壓復雜多導體系統的電場分布規律。據此，研究者提出了導線型式和布置方案、金具電暈控制方法、線路對無線臺站、鄰近輸油輸氣管道的電磁影響防護措施等，使得特高壓工程電磁環境各項指標與500千伏工程相當，實現了“環境友好”。其中，線路走廊邊沿實測工頻電場強度小于每米4千伏，嚴于世界衛生組織推薦的國際標準。 創新點5系統集成 讓各種先進的軟硬件設備像搭積木一樣順利組裝，變成特高壓巨人。 項目提出了特高壓輸變電工程整套設計和施工方法、設備現場實驗方案，研制出線路帶電作業工器具和實驗設備等，形成了工程設計、施工、調試、運行全套技術規范。 特高壓工程是復雜的系統工程，在我國為首次建設，其科研設計、設備選型、施工安裝、調試運行等多個環節緊密關聯、相互約束。如何優化協調工程各單元和設備的配置方案，實現安全性、先進性和經濟性的高度統一，是工程建設的突出難題。特高壓工程遠距離傳輸大容量電能，技術要求高、投資規模大，如何使工程各單元和設備的配置方案做到技術經濟的優化平衡，實現安全性、可靠性、先進性和經濟性的有機統一，是工程設計的突出難題。特高壓線路鐵塔高、導線分裂數多，組立、架設難度大，變電設備尺寸大、重量大、參數高、現場環境復雜，安裝和調試試驗難度大。 本項目提出了特高壓輸變電工程整套設計和施工方法、設備現場試驗方案，研制出線路帶電作業工器具和試驗裝備等。形成了特高壓工程設計、施工、調試、運行全套技術規范。 創新點6 試驗能力 讓特高壓施工中可能遇到的難題提前在實驗室內解決，減少事故發生。 特高壓試驗技術屬于復雜環境條件下的高電壓試驗技術范疇，但電壓等級更高（接近或超過特高壓等級），輸變電設備的設備尺寸更大，因此實現難度更高。復雜環境是指特高壓線路所穿越地區能遇到的氣候和環境，如空氣重污染、覆冰、大風、濃霧、毛毛雨、大雨、高海拔等等，以及上述條件互相組合的條件。 實現模擬復雜環境條件下的特高壓試驗技術要同時能模擬復雜環境和實現特高壓試驗能力方能完成。為什么難？因為：特高壓試驗電源設備電壓等級超過特高壓，研制無標準可循，試驗電源的電壓等級國際上最高；特高壓設備試品本身尺寸較大，試驗所需空間大；模擬復雜環境需要研制大型高原綜合環境模擬設備，其總體設計參數超出現有國家標準，其設計需要考慮多種因素；環境模擬艙內空間大且封閉，因此在研制過程中要考慮氣流、溫度的控制問題，以在試驗過程中對其進行組織和調節，模擬真實環境。 具備特高壓試驗能力后，就能夠在實驗室實現模擬真實環境下，真型特高壓輸變電帶電設備遇到的各種情況，從而提出合理的絕緣設計方案，在滿足安全運行要求的條件下降低成本，減少事故發生。（國家電網報） |
