特高压交流试验基地的建设

国家电网公司特高压交流试验基地的建设是我国交流特高压输变电试验示范工程的重要组成部分。为了给我国特高压输电系统工程提供有力的技术支持和服务,介绍了特高压交流试验基地的总体规划、技术要求、主要试验功能和建设中的技术难点。特高压交流试验基地占地14万m2,由220kV电源系统、1km特高压单回试验线段和1km特高压同塔双回试验线段、特高压设备带电考核场、大电流升流装置、电磁环境参数测试场及屏蔽室、环境气候试验室、特高压电晕试验笼以及辅助设施等组成,其中重点就1000kV单回和同塔双回试验线段、特高压设备长期带电考核场、环境气候试验室、电磁环境测量和电晕试验笼的优化设计等进行了讨论。

750kV输变电技术研究

针对“西北电网750kV输变电工程关键技术的研究”的重点课题,介绍了750kV系统过电压及绝缘配合、外绝缘特性及海拔修正、电磁环境影响和750kV带电作业方式的研究成果,给出了750kV输变电工程系统过电压和设备的绝缘水平、各种电压下杆塔的间隙放电特性曲线、电磁环境所要求的限制和带电作业方式的最小间隙和组合间隙,研究成果已直接用于西北电网750kV输变电工程的设计。西北电网750kV输变电工程关键技术的研究和工程的顺利投运,对促进我国特高压电网的建设和研究具有积极意义。

交流特高压避雷器的带电考核与工程投运

1 000 kV交流特高压瓷套型金属氧化物避雷器(1 000 kV AC ultra high voltage porcelain-housed metaloxide surge arrester,UHV MOA)是近几年国内避雷器研究最重要的成果,在中国特高压示范工程之前,国内外尚无特高压避雷器长期带电运行的先例。由于其采用四柱电阻片并联结构且其总高达十几米,其性能要求、试验方法以及运行参数与传统750 kV及以下MOA有很大不同。带电考核是为验证产品设计能否满足技术规范要求长期稳定运行的重要试验。笔者全面介绍了国家电网1 000 kV交流特高压示范工程用UHV MOA带电考核以及工程投运中的运行情况以及存在的问题,在分析问题的基础上提出了一些合理化建议。

高压测量不确定度

根据有关标准的要求 ,介绍了在高压测量中不确定度的评定方法 ,给出了计算实例。

外绝缘试验电压与校正因数

介绍并分析了电气设备外绝缘耐受电压的海拔校 正及实际试验电压大气条件校正中易混淆的概念,给出了校 正计算实例。

冲击电压标准装置的建立

介绍了建立冲击电压标准装置的意义和本文研制的装置构成并讨论、分析了测量系统的不确定度。该装置包括冲击过电压波源、测定系统及相应的测量不确定度保证体系;系统测量不确定度则来自电阻分压器、低压测量仪和计算软件。国际比对确认所建冲击电压标准装置不确定度≯1%,可以开展对冲击电压测量系统的认证。

紧凑型输电线路及其优越性简介

紧凑型输电线路是指缩小常规线路尺寸而又使线路的输送容量提高的一种新型结构的输电线路。按其提高输送容量的幅度来分,紧凑型输电线路又分为常规紧凑型输电线路和大功率紧凑型输电线路。常规紧凑型输电线路的导线及其分裂方式一般和常规输电线路一样,只是采用V型绝缘子串减小导线的摆动幅度,去除相间的接地构架以减小塔身对相间绝缘的影响,以及档距中央采用相间绝缘间隔棒等措施,从而达到缩小线路尺寸的目的,使线路充分紧凑。常规紧凑型输电线除减小了线路走廊宽度之外,同时也增加了线路输送容量。

330kV 紧凑型线路塔头尺寸及结构型式的研究

结合导线的优化排列计算、相间绝缘配合和绝缘子悬挂方式等的研究，对３３０ｋＶ紧凑型线路的塔头尺寸及结构型式进行了研究，所提出的３３０ｋＶ紧凑型输电线路方案与常规３３０ｋＶ输电线路相比，提高自然输送功率６０％以上，节省线路走廊约５０％。

接地装置冲击特性研究分析

为研究接地装置的雷电冲击特性,以火花效应和电感效应的研究为主线探讨了土壤的放电特性、接地装置的高频响应及土壤电气参数的变化规律;比较了电路理论、电磁场理论以及动态建模等3种暂态建模方法;评析了目前接地装置冲击试验的进展。通过归纳与分析,指出了这一研究领域中迫切需要解决的技术问题及初步解决方法:利用X射线胶片或高速成像仪器采集土壤放电图像以研究土壤的放电形式及放电区域的尺寸;确定土壤的临界击穿场强及残余电阻率,并用于暂态建模中;区分火花效应与土壤电气参数频变性以及火花效应与电感效应的影响范围;建议分别采用分布参数电路模型、集中参数电路模型、电磁场模型分析伸长接地体、复杂接地装置及接地装置的频域特征;采用高电压、大容量冲击电流试验系统研究高幅值、波前时间短的冲击电流作用下接地装置的冲击特性,并用于指导冲击接地电阻的现场实测。

配电技术概况及发展趋势

对电力系统的各种研究中有关配电系统的内容占有相当大的比例,但我国由于对配电网的投资长期不足,专门研究配电网的机构很少,较全面系统阐述配电网问题的文章也很少。为了使更多的研究及工程技术人员关注配电网问题,同时为我院新成立的配电研究所发展方向和定位目标进行论证,在归纳近年学术刊物及会议有关配电系统研究有关论文的基础上,总结了我国配电系统的现状、发展趋势及研究热点问题,对配电系统的问题进行梳理,对其中最值得关注和有待研究的问题作一概述,可见配电网规划、负荷预测日显重要,配电网自动化仍是国内研究热点,电能质量及定制电力技术发展声速,分布式发电和微电网研究将是新的研究热点。

1000kV级特高压交流电晕笼设计关键问题探讨

为了合理选择1000kV特高压交流电晕笼的截面和长度,确保其满足特高压设计的要求,介绍了特高电晕笼的基本原理和结构,对特高压电晕笼的截面和长度等关键参数的设计原则进行了细致的计算和校验,并合国外特高压电晕笼的调研情况探讨了电晕笼设计的关键问题。为了保证电晕效应测量结果的准确性,建议我特高压交流电晕笼采用8m×8m的方形截面,测量段和防护段的长度分别为25m和5m。

接地装置冲击大电流试验系统研制及杆塔接地冲击特性测试

为模拟真实雷电冲击电流在接地装置及其周围土壤中的散流过程,准确掌握接地装置的冲击特性,研制了接地装置的冲击大电流试验系统。在大量仿真计算和系统方案论证的基础上,提出了围绕直径40m圆环形回流电极均匀对称布置的4台分体式冲击大电流发生器的技术方案,其中单台冲击电流发生器的充电电压可达1 000kV,该系统可在负载大于4Ω的情况下产生峰值为100kA、波形为8μs/20μs的标准雷电冲击电流。测量得到的地表、回流电极地电位升分布均匀,证实了试验冲击电流地中分布与真实雷电流地中分布的等效性。针对该系统提出了工频、冲击接地电阻的修正公式。通过试验得到了典型杆塔接地装置在8μs/20μs、2.6μs/50μs冲击电流作用下的冲击特性曲线。该曲线表明在低电阻率土壤中该装置的冲击接地电阻随冲击电流峰值的变化并不显著。

柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计

重点探讨了柔性直流电缆绝缘料及电缆的结构设计。分析指出,空间电荷问题是柔性直流电缆绝缘急需解决的难题,电缆绝缘空间电荷测量装置的研制及空间电荷陷阱能量分布的测量均有助于空间电荷问题的研究。添加纳米填料抑制交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中空间电荷时,可以通过表面物理或化学修饰等改性手段解决纳米粒子与XLPE的相容性问题。文中指出,柔性直流XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率取决于温度和场强。由于受到空间电荷的影响,运行中柔性直流电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键因素。最后,提出了开发高载流90℃工作温度绝缘料,并设计出绿色环保的高压、超高压陆地和海底电缆结构。

特高压交流输电线路电晕效应的预测方法,Ⅰ:可听噪声

电晕效应问题是特高压输电关键技术问题之一,是特高压输电线路导线选型的决定性因素。为此,利用特高压电晕笼开展了13种导线的可听噪声试验,获得了单位长不同导线的可听噪声产生功率,分析了导线表面场强、子导线线径、分裂间距和分裂数等因素对导线电晕可听噪声的影响规律。结果表明:导线电晕可听噪声与导线表面场强的负倒数呈线性关系;在相同的导线表面场强下,可听噪声产生功率与子导线线径和分裂数呈线性递增关系,而分裂间距对导线电晕可听噪声水平影响不大。通过多元回归分析方法对试验数据进行统计分析,回归方程和相关系数的显著性分析结果表明回归方程高度显著,且逼近效果好,回归方程各系数也是高度显著的,可对可听噪声产生功率进行有效的预测。最终初步提出了适合我国实际导线情况的导线电晕可听噪声预测公式,为我国特高压输电线路导线选型设计提供参考。

杆塔接地冲击特性的模拟试验研究

为研究输电线路杆塔接地体的冲击特性,获取大尺寸接地体冲击系数的试验数据,采用模拟试验的方法,得到了4种接地体的冲击系数随冲击电流峰值的变化曲线。冲击系数呈现出随冲击电流峰值增大而减小的变化规律;通过与其他学者研究结果的对比验证了模拟试验的有效性,并根据粘土与细沙的临界击穿场强差异揭示了土壤颗粒的尺寸和均匀性对冲击特性的影响机理,初步得出采用细沙模拟土壤的试验方法将高估冲击特性的结论。最后通过不同型式接地体试验结果的比较,建议在低电阻率地区优先选取方框射线型接地体。

特高压交流试验基地电晕噪声抑制

为了抑制特高压交流试验基地1000kV变电区域严重电晕放电及其产生的可听噪声,使试验基地可听噪声满足环境标准的要求,测量了1000kV变电区域的电晕可听噪声并观测了电晕放电的发生情况,得出了部分设备、金具设计不合理和施工存在一定缺陷导致严重电晕的结论。提出了诸如增大均压球直径、整理软母线、更换隔离刀闸导杆等措施以减轻电晕及可听噪声。测量结果显示,部分措施实施后,电晕放电得到了有效控制。局部区域的可听噪声降低了约10dB,验证了所提出的优化措施的有效性。同时指出,可听噪声将随基地运行时间的增加而日趋稳定,应深化对均压环电晕的研究。

负直流下绞线电晕起始电压分析

电晕放电是输电线路设计和运行中面临的突出问题,电晕放电产生的能量损耗和无线电干扰、可听噪声干扰是线路设计和运行中需要考虑的重要因素。为求解绞线负直流电晕起始电压,采用模拟电荷法计算绞线表面电场,并利用气体放电理论建立模型。绞线表面电场比同等半径的光滑导线要高,利用绞线模型计算电场更接近于实际导线。电晕起始电压计算模型将初始电子崩能否在阴极表面产生一个自由电子触发二次电子崩的发展作为电晕起始电压的判据。利用电晕起始电压计算模型研究了负直流电晕起始电压与气压的关系,电晕起始电压随气压下降减小,主要原因是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大。并研究了电晕起始电压与线路导线结构参数———导线半径、线路对地高度、导线分裂数、分裂间距等的关系。

1000kV特高压交流变电金具电晕特性及优化

1000kV特高压交流变电站运行电压很高而且相邻电场会相互影响,使得变电金具的设计比以往线路金具的设计要求更高、更复杂。为了让应用于特高压交流试验示范工程的变电金具拥有良好的高压电气特性,以国家电网公司特高压交流试验基地为样本,对变电站各种主要金具表面场强进行了仿真计算研究,对不同结构的金具进行了初步的优化设计,并采用科学的金具试验方法对各种优化后的不同结构的金具进行了电晕试验研究,根据试验结果提出了优化金具的建议意见,采纳该建议设计的试验示范工程变电站金具满足运行要求。

特高压电晕笼防护段的设计

为了克服特高压电晕笼设计中电晕笼两端部的电场畸变,确保电晕特性测试准确有效,需要增设一定长度的防护段。采用三维有限元方法精细计算了电晕笼内导线表面电场分布,分析了导线弧垂对防护段长度的影响并提出了新颖的电晕笼防护段设计方法。计算说明新型结构的防护段能有效平滑和抑制电晕笼端部附近导线表面电场的畸变,使电晕笼内导线表面电场更趋于一致,提高了电晕特性试验的准确性。

高海拔交流输电线路金具电晕放电特性

电晕特性是输电线路工程设计及运行必须考虑的重要方面。高海拔地区,金具电晕放电带来的电磁环境问题越来越受到关注,为获得高海拔输电线路金具电晕放电特性及海拔校正方法,在特高压交流试验基地环境气候实验室以及西藏高海拔试验基地,利用紫外成像仪对不同种类330kV交流输电线路金具开展起晕电压特性试验研究,获得模拟海拔以及实际海拔下典型金具起晕电压试验值。分析比较国内外多种海拔校正方法,给出了试验数据对应的校正误差。研究结果表明,金具起晕电压随海拔增高近似呈线性递减规律,受到电极结构影响,不同形式金具电晕放电特性有一定差异。同时,结合不同模拟海拔高度下试验数据拟合得到线性和指数形式海拔校正算式,两者校正误差小于现有标准推荐方法,校正误差绝对值可以控制在5%以内。