特高壓輸電技術(shù)

特高壓輸電技術(shù)第1頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六目錄一.特高壓基本理論二.實現(xiàn)特高壓的關(guān)鍵理論與技術(shù)三.目前特高壓技術(shù)的應用四.我國特高壓的現(xiàn)狀與發(fā)展展望第2頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六一.特高壓基本理論第3頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六特高壓基本理論1.1前言1.2特高壓的界定1.3特高壓電壓等級的選擇1.4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素1.5特高壓交流輸電的系統(tǒng)特性1.6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性第4頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-1前言大功率遠距離輸電的需要歐姆定律統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)第5頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

高壓（HV）：1KV～220KV，包括：10KV，20kV,35KV，110KV，220KV

超高壓（EHV）：330～1000KV，包括：330KV，500KV，750KV

特高壓（UHV）：1000KV及以上交流系統(tǒng)直流系統(tǒng)

超高壓（EHV）:±500KV±660KV

特高壓（UHV）：±800KV1-2特高壓的界定第6頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-3特高壓電壓等級的選擇

不同的輸電電壓等級組成的輸電網(wǎng)有不同的輸電能力。在規(guī)劃未來的電網(wǎng)電壓等級時，通常用自然功率來粗略地比較其的輸電能力。自然功率--在輸電線路末端接上相當于的波阻抗負荷時，線路所輸送的功率。其中L0是輸電線路的單位長度的串聯(lián)電感，C0是線路單位長度的電容。自然功率P0≈U2/ZC。不同電壓等級的超高壓和特高壓單回線路的自然功率輸送能力如下表；第7頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-3特高壓電壓等級的選擇

更高一級電壓等級系指在現(xiàn)有電網(wǎng)之上覆蓋一個新的更高電壓輸電網(wǎng)。應滿足其投入之后20—30年大功率輸電的需求。與新覆蓋的地理區(qū)域范圍、電力系統(tǒng)的規(guī)模相一致的原則；與現(xiàn)有超高壓電壓等級的經(jīng)濟合理配合的原則；與電網(wǎng)的平均輸電容量（能力）和輸電距離相適應的原則；選擇特高壓電壓等級的基本原則第8頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-3特高壓電壓等級的選擇普遍認為：超高壓電網(wǎng)更高一級電壓標稱值應高出現(xiàn)有電網(wǎng)最高電壓1倍及以上。這樣能做到簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少重復容量，容易進行潮流控制，減少線路損耗，有利于安全穩(wěn)定運行。

目前，已經(jīng)形成兩個超高壓-特高壓電網(wǎng)電壓等級系列：

330（345）kV--750kV；500kV–1000（1100）kV第9頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素

用電負荷增長是促進超高壓電網(wǎng)向特高壓電網(wǎng)發(fā)展的最主要因素，還有如下因素：發(fā)電機和發(fā)電廠規(guī)模經(jīng)濟性與電廠廠址不斷增長的用電需求促進發(fā)電技術(shù)，包括火力、水力和核電發(fā)電技術(shù)向造價低、效率高的大型、特大型發(fā)電機組發(fā)展。從超高壓和特高壓各電壓等級的輸電能力可看出，大型和特大型機組及相應的大容量電廠的建設(shè)更增加了特高壓輸電的需求。第10頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素燃料、運輸成本和發(fā)電能源的可用性未來的燃料和運行成本以及各種燃料的可用性，對電源的總體結(jié)構(gòu)和各種發(fā)電電源在地域上的布局有重要影響。燃料運輸成本上升，運力受制約而使燃料的保證率變差，運送燃料的經(jīng)濟性不如輸電，便促進在燃料產(chǎn)地建設(shè)大容量規(guī)模的發(fā)電廠，以特高壓向負荷中心地區(qū)輸電。

第11頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素發(fā)電能源與用電負荷地理分布不均衡經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，用電需求增長快，往往缺乏一次能源；具有豐富一次能源，如礦物燃料，水電資源的地區(qū)，用電增長相對較慢或人均用電水平較低。加拿大、美國、俄羅斯、巴西和中國等國都存在這種不平衡情況。這種不平衡情況增加了遠距離大容量輸電和電網(wǎng)互聯(lián)的需求。第12頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素網(wǎng)損和短路電流水平在電壓等級不變的情況下，遠距離輸電意味著線路電能耗損的增加。當輸送的功率給定時，提高輸電電壓等級，將減少輸電線通過的電流，從而減少有功和電能損耗，提高遠距離輸送大功率的能力。

第13頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素生態(tài)環(huán)境輸電線路和變電站的生態(tài)環(huán)境影響主要表現(xiàn)在土地的利用、電暈所引起的通信干擾、可聽噪聲，工頻電、磁場對生態(tài)的相互作用等方面。在地區(qū)電力負荷密度小、輸電線路和變電站數(shù)量少的年代，生態(tài)環(huán)境不會成為問題。當輸電線和變電站隨用電增加而數(shù)目增多時，環(huán)境問題可能成為影響輸電網(wǎng)發(fā)展的突出問題。第14頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-4特高壓電網(wǎng)發(fā)展的影響因素一方面，特高壓輸電由于其輸送功率大，可大大減少線路走廊占用土地，從而減少對生態(tài)環(huán)境的影響而受到青睞。另一方面特高壓輸電的電、磁場對生態(tài)環(huán)境的相互作用和電暈產(chǎn)生的干擾問題也受到社會廣泛關(guān)注。這是發(fā)展特高壓輸電需深入研究和解決的問題。解決問題的目標是既滿足未來預期的電力增長需求又做到對生態(tài)環(huán)境影響最小。

第15頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性主要是輸電線路的串聯(lián)電抗（Xl）、電阻（Rl）和并聯(lián)電納（Bl）、電導（Gl）和變壓器串聯(lián)電抗（XT）、電阻（RT）和并聯(lián)的勵磁電抗（Xu）的特性，和包括特高壓輸電線路或電網(wǎng)在內(nèi)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性特性。遠距離輸電線路的輸電能力與輸電電壓平方成正比，與線路阻抗成反比。一般來說，1000kV（或1100kV）的輸電能力為500kV輸電能力的4倍以上，產(chǎn)生的容性無功約為500kV輸電線路的4.4倍以上.第16頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性特高壓輸電線路參數(shù)特性

輸電線路的基本電氣參數(shù)是電阻（R）、電感（L）、電容（C）和電導（G），它們決定了輸電線路和電網(wǎng)的特性。電阻主要影響線路的功率損耗。電導代表絕緣子的泄漏電阻和電暈損失，也要影響功率損耗，泄漏和電暈功率損耗與電阻功率損耗相比，通常要小得多。電感是決定電網(wǎng)潮流，即有功和無功分布的主要因素，影響輸電線路的電壓降落和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。線路電容（線間電容和線對地電容）在交流電壓作用下使線路產(chǎn)生交流充電和放電電流，稱為電容電流。輸電線的電容電流不僅影響輸電線的電壓降落，也影響輸電效率和電力系統(tǒng)的有功和無功分布。第17頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性在超高壓、特高壓輸電線中，通常采用分裂導線。目的是為了減少電暈對環(huán)境的影響，使電流在導線內(nèi)盡可能均勻分布，充分利用導線截面，降低線路電阻。導線分裂結(jié)構(gòu)特高壓輸電線路電抗和容抗的影響見下表。第18頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性導線分裂結(jié)構(gòu)對輸電線路電抗的影響

注：相間距離GD=14m。子導線數(shù)總截面（mm2）分裂間距（cm）分裂導線直徑（cm）XLΩ/kmXL標幺值１２５１５０．５５６１．００２２５４４４５４５０．４３３０．７８３２６２５４５５２０．３９００．７０４２５４４４５６５０．３５７０．６４６２３９２９２０．３１９０．５７８２４００１０２０．２５８０．４７１２２５３９１２７０．２１５０．３９第19頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性導線分裂結(jié)構(gòu)對輸電線路容抗的影響

注：相間距離GD=14m。子導線數(shù)總截面（mm2）分裂間距（cm）分裂導線直徑（cm）XLΩ/kmXL標幺值１２５１５０．１８８８１．００２２５４４４５４５０．１４９６０．７９３２６２５４５５２０．１３５６０．７２４２５４４４５６５０．１２５２０．６６６２３９２９２０．１１１４０．５９８２４００１０２０．１０５６０．５６１２２５３９１２７０．０９６０．５１第20頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性分裂導線參數(shù)對特高壓輸電能力的影響

分裂導線按照電暈特性及其限制條件選取,特高壓輸電能力幾乎不受導線截面積的影響。每相子導線的數(shù)目，分裂導線直徑，子導線間距和相間距離直接決定電抗和容抗的大小，因而非常明顯地影響特高壓輸電能力。改變分裂導線參數(shù)，計算線路波阻抗，可以算出各種參數(shù)下的自然功率輸電能力。第21頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性

分裂導線的直徑從0.8m到1.2m，輸電線輸電能力增加10%左右；子導線數(shù)從6增加到10，輸電能力可增加5%左右；相間距離從25m減少到15m，其他保持不變，輸電能力可增加12%以上?？傮w來看，調(diào)整分裂導線的3個參數(shù)在合理的范圍，輸電能力可增加大約25%。第22頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性特高壓輸電線路輸電特性特高壓輸電線路的功率損耗和電壓降落

超高壓-特高壓輸電線路功率損耗比較

P=I2R=U2/R

1000kV級輸電線路每km電阻值約為500kV的20%。兩個電壓等級的輸電線路流過相同電流，1100kV輸電線路電阻功率損耗僅為500kV線路的20%。

1100kV線路波阻抗約為500kV線路的85%左右。在滿足穩(wěn)定條件下，單回1000kV輸電線輸送功率通常為500kV輸電線路的4倍以上。采用特高壓輸電能特別明顯地降低輸電線路電阻功率損耗。第23頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性特高壓輸電的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)的屬性，是電力系統(tǒng)中各同步發(fā)電機在受到擾動后保持或恢復同步運行的能力。電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性可分為靜態(tài)穩(wěn)定，暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定。

靜態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到小的干擾后，不發(fā)生非同期性的失步，自動恢復到起始運行狀態(tài)的能力。

暫態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到大的干擾后，各發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的平衡狀態(tài)或恢復到原來穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力，通常指第一或第二振蕩周期不失步。

動態(tài)穩(wěn)定指的是電力系統(tǒng)受到小的或大的干擾后，不發(fā)生振幅不斷增大的振蕩而失步。第24頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-5特高壓電網(wǎng)的系統(tǒng)特性和經(jīng)濟性電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)在給定的運行條件下，遭受擾動后，系統(tǒng)中所有母線電壓能繼續(xù)保持在可接受的水平的能力。核心問題是輸電電網(wǎng)在傳輸有功功率和無功功率時，在線路電抗上要產(chǎn)生電壓降落。第25頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓輸電包括特高壓交流輸電和特高壓直流輸電兩種形式。特高壓輸電中，交流為1000kV，直流為800kV。特高壓交流輸電中間可以落點，具有網(wǎng)絡(luò)功能，可以根據(jù)電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構(gòu)成特高壓骨干網(wǎng)架。特高壓交流電網(wǎng)的突出優(yōu)點是：輸電能力大、覆蓋范圍廣、網(wǎng)損小、輸電走廊明顯減少，能靈活適合電力市場運營的要求。適應“西電東送、南北互供”電力流的變化。特高壓直流輸電系統(tǒng)中間不落點，點對點、大功率、遠距離直接將電力送往負荷中心。在送受關(guān)系明確的情況下，采用特高壓直流輸電，實現(xiàn)交直流并聯(lián)輸電或非同步聯(lián)網(wǎng)，電力流向清晰，網(wǎng)間相互影響小。

第26頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性兩端直流輸電系統(tǒng)可分為單極系統(tǒng)（正極或負極）、雙極系統(tǒng)（正、負兩極）和背靠背直流系統(tǒng)（無直流輸電線路）三種類型。第27頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性雙極系統(tǒng)圖1-4

圖中：1-換流變壓器；2-換流器；3-平波電抗器；4-交流濾波器；5-靜電電容器；6-直流濾波器；7-控制保護系統(tǒng)；8-接地極線路；9-接地極；10-遠動通信第28頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性單極系統(tǒng)圖1-5單極直流輸電系統(tǒng)接線示意圖(a)單級大地回線方式（b）單級金屬回線方式1-換流變壓器；2-換流器；3-平波電抗器；4-直流輸電線路；5-接地極系統(tǒng)；6-兩端的交流系統(tǒng)第29頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性背靠背直流系統(tǒng)圖1-6背靠背換流站原理接線第30頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電的優(yōu)點

直流輸電架空線路只需正負兩極導線，桿塔結(jié)構(gòu)簡單，線路走廊窄，造價低，損耗小。

直流線路的輸送能力強，一回士500kV的直流線路可輸送3000～3500MW，士800kV則可輸送4800～6400MW；

直流線路無電容電流，沿線的電壓分布均勻，不需裝設(shè)并聯(lián)電抗器。

第31頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電的優(yōu)點

直流電纜線路耐受電壓高、輸送容量大、輸電密度高、損耗小、壽命長，且輸送距離不受電容電流的限制。遠距離跨海送電和地下電纜送電大多采用直流電纜線路。第32頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電的優(yōu)點

直流輸電兩端的交流系統(tǒng)無需同步運行，其輸送容量由換流閥電流允許值決定，輸送容量和距離不受兩端的交流系統(tǒng)同步運行的限制，有利于遠距離大容量輸電。

不增加被聯(lián)接電網(wǎng)的短路容量，不需要因短路容量問題而更換被聯(lián)接電網(wǎng)的斷路器以及對電纜采取限流措施；

被聯(lián)電網(wǎng)可以是額定頻率不同（50Hz和60Hz),有利于運行和管理。第33頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電的優(yōu)點

直流輸電輸送的有功和換流器吸收的無功均可方便快速地控制，可利用這種快速控制改善交流系統(tǒng)的運行性能。直流輸電可利用大地（或海水）為回路，省去一極的導線，同時大地電阻率低、損耗小。對于雙極直流系統(tǒng)，大地回路通常作為備用導線，當一極故障時，可自動轉(zhuǎn)為單極方式運行，提高了輸電系統(tǒng)的可靠性。

第34頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性

高壓直流輸電的優(yōu)點

直流輸電可方便地進行分期建設(shè)和增容擴建，有利于發(fā)揮投資效益。

第35頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電的缺點

直流輸電換流站比交流變電所結(jié)構(gòu)復雜、造價高、運行費用高。換流站造價比同等規(guī)模交流變電所要高出數(shù)倍。換流器運行時在交流側(cè)和直流側(cè)產(chǎn)生一系列的諧波，為降低諧波的影響，在兩側(cè)需分別裝設(shè)交流濾波器和直流濾波器，使得換流站的占地面積、造價和運行費用均大幅度提高。晶閘管換流閥將吸收大量的無功，除交流濾波器提供的無功外，有時還需裝設(shè)靜電電容器、調(diào)相機或靜止無功補償器。第36頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性高壓直流輸電的缺點直流斷路器沒有電流過零點可利用，滅弧問題難以解決。直流輸電利用大地（或海水）為回路將帶來接地極附近地下金屬構(gòu)件、管道等埋設(shè)物的電腐蝕、直流電流通過中性點接地變壓器使變壓器飽和、以及對通信系統(tǒng)和航海磁羅盤的干擾等問題。由于直流電的靜電吸附作用，使直流輸電線路和換流站設(shè)備的污穢問題比交流輸電嚴重，給外絕緣問題帶來困難，這也是特高壓直流輸電需要研究的重點問題。第37頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性

高壓直流輸電的缺點

在電網(wǎng)建設(shè)中，經(jīng)過嚴格的技術(shù)經(jīng)濟論證，采用直流輸電相對比較有利的場合有以下幾種：遠距離大容量輸電；電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；直流電纜送電；輕型直流輸電的應用。從1954年到2000年，世界上共有63項直流輸電工程投入運行，其中架空線路17項，電纜線路8項，架空和電纜混合線路12項，背靠背直流工程26項。其中單項架空線路的最高電壓和最大輸送容量為士600kV，3150MW（巴西伊泰普直流工程）。士500kV，輸送容量（3000MW）最大的工程在中國有三個。

第38頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六1-6特高壓直流輸電的系統(tǒng)特性特高壓直流輸電的現(xiàn)狀從1987年到2004年，我國己有7項直流輸電工程投入運行，見下表。圖1-7我國已運行的直流輸電工程序號工程名稱功率（MW）電壓（kV）距離（km）投運時間（年）架空線電纜1舟山直流工程（單級）50-100421219872葛洲壩、南橋直流工程1200士5001045/19893天生橋、廣州直流工程1800士500960/20004三峽、常州直流工程3000士100860/20025三峽、廣州直流工程3000士100940/20046貴州、廣州直流工程3000士100880/20047向家壩上海直流工程士80019072009第39頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六二.實現(xiàn)特高壓的關(guān)鍵

理論與技術(shù)第40頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六實現(xiàn)特高壓的關(guān)鍵理論與技術(shù)同國外相比較，我國特高壓技術(shù)的研究狀況仍需進一步加強。

1000kV級交流有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗可以參照，但考慮到我國的實際情況（高海拔、重污穢等），不宜照搬國外的建設(shè)經(jīng)驗，應加強自主研發(fā)能力，特別是針對我國特有的問題進行技術(shù)攻關(guān)。

±800kV級直流國際上沒有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗可循，以往的研究工作都是基于試驗室進行的，工程實施過程中必然會遇到一些技術(shù)問題，尤其是下列關(guān)鍵技術(shù)值得深入探討，以期促進工程的順利實施。第41頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六實現(xiàn)特高壓的關(guān)鍵理論與技術(shù)2-1特高壓電網(wǎng)內(nèi)部過電壓2-2特高壓電網(wǎng)雷電過電壓2-3特高壓電網(wǎng)的絕緣與絕緣配合2-4特高壓輸電線路的電暈與環(huán)境問題2-5特高壓設(shè)備的相關(guān)問題第42頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓是指由于電力系統(tǒng)故障和/或者開關(guān)操作而引起電網(wǎng)中電磁能量的轉(zhuǎn)化，從而造成瞬時或持續(xù)時間較長的髙于電網(wǎng)額定允許電壓并對電氣裝置造成威脅的電壓升髙。內(nèi)部過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓兩大類。2-1-1電網(wǎng)內(nèi)部過電壓的定義第43頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-2過電壓的分類非線性（鐵磁）過電壓電力系統(tǒng)過電壓雷電過電壓內(nèi)部過電壓直擊雷過電壓感應雷過電壓操作過電壓（幾十ms）暫時過電壓（0.1s~數(shù)小時）工頻過電壓諧振過電壓線性過電壓參數(shù)過電壓第44頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六操作過電壓：由斷路器及刀閘操作和系統(tǒng)故障引起的暫態(tài)過渡過程。特快速暫態(tài)過電壓（VeryFastTransientOver-voltage,VFTO）是一種波頭很陡、頻率很高，在六氟化硫（SF6）氣體絕緣的變電站（GIS）中出現(xiàn)的操作過電壓。工頻過電壓的頻率為工頻或者接近工頻。工頻過電壓產(chǎn)生的原因包括空載長線路的電容效應、不對稱接地故障引起的正常相電壓升高、負荷突變等。諧振過電壓電力系統(tǒng)中的電感，包括線性電感、非線性電感（如高壓電抗器和變壓器的勵磁電抗）和周期性變化的電感，當系統(tǒng)發(fā)生故障或操作時，這些電感可能與其串聯(lián)或并聯(lián)的電容（如線路電容和串、并聯(lián)補償電容）產(chǎn)生諧振而引發(fā)諧振過電壓。

2-1-3過電壓的分類第45頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-1-4工頻過電壓對電力系統(tǒng)的影響它的大小直接影響操作過電壓的幅值；它是決定避雷器額定電壓的重要依據(jù)，進而影響系統(tǒng)的過電壓保護水平；可能危及設(shè)備及系統(tǒng)的安全運行。第46頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-1-5潛供電流及其恢復電壓潛供電流不屬于過電壓，但它是單相重合閘過程中產(chǎn)生的一種需要重視的電磁暫態(tài)現(xiàn)象。在超、特高壓系統(tǒng)中普遍采用單相自動重合閘消除單相瞬時性故障，當線路由于雷擊閃絡(luò)等原因發(fā)生單相瞬時接地，故障相線路兩側(cè)斷路器分閘后，由于健全相與故障相的電容和電感耦合，孤道中仍然流過一定的感應電流，稱為潛供電流（或稱作二次電流）。潛供電流是影響單相重合閘成功率的重要因素。330KV及以上等級的系統(tǒng)電壓高、線路長、輸送容量大，使得潛供電弧持續(xù)燃燒時間較長，有時甚至不能自熄，造成重合閘失敗，因此需要采取措施限制潛供電流及其恢復電壓。第47頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-1-6潛供電流及其恢復電壓潛供電流的機理圖2-1潛供電流示意圖

第48頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-7特高壓輸電系統(tǒng)過電壓問題特高壓輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)和過電壓問題與超高壓系統(tǒng)有相似之處，但由于特高壓系統(tǒng)線路輸送容量大、距離可能更長，而自身的無功功率很大，可能造成如下一些問題。在甩負荷時可能導致嚴重的暫時過電壓。在正常運行負荷變化時將給無功調(diào)節(jié)、電壓控制以及單相重合閘潛供電弧熄滅等造成一系列問題。在特高壓系統(tǒng)研究設(shè)計中，面臨的重大問題之一是使電磁暫態(tài)過電壓等限制在一個合理的水平。第49頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-8特高壓輸電系統(tǒng)過電壓問題隨著電網(wǎng)標稱電壓的升高，從高壓、超高壓到特高壓，內(nèi)部過電壓對輸變電設(shè)備絕緣設(shè)計的影響越來越大。一方面，過電壓的基值隨標稱電壓的升高而增大，即使過電壓倍數(shù)一樣，過電壓的幅值也隨之增大。另一方面，隨標稱電壓的升高，設(shè)備絕緣受電壓的影響越來越敏感。特別是對特高壓電網(wǎng)中的外絕緣，其耐受內(nèi)過電壓的水平出現(xiàn)了飽和現(xiàn)象，即放電電壓與間隙距離成非線性關(guān)系。操作過電壓是影響絕緣設(shè)計的關(guān)鍵因素，從高壓、超高壓到特高壓，逐步降低過電壓倍數(shù)至關(guān)重要。工頻過電壓是選擇金屬氧化物避雷器額定電壓的基礎(chǔ)，從而決定著絕緣配合，一定要限制到合適的水平。

第50頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-9各電壓等級過電壓倍數(shù)高壓、超高壓、特高壓電網(wǎng)的過電壓倍數(shù)：操作過電壓倍數(shù)1.0p.u.=

10.15.66kV中性點非有效接地110kV.220kV330kV500kV750kV1000kV4.03.02.22.01.81.6（1.7）10.15.66kV中性點非有效接地110kV.220kV330kV500kV750kV1000kV1.31.3/1.41.3/1.41.3/1.41.3/1.4操作過電壓倍數(shù)1.0p.u.=第51頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-10各國特高壓系統(tǒng)過電壓水平圖2-2各國特高壓系統(tǒng)過電壓水平國別

前蘇聯(lián)日本意大利最高工作電壓(kV)120011001050工頻過電壓（p.u.）

1.41.41.35操作過電壓（p.u.）

1.6-1.81.6-1.71.7第52頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-11我國特高壓系統(tǒng)過電壓的參考限值

工頻過電壓：限制在1.3p.u.以下，在個別情況下線路側(cè)可短時（持續(xù)時間不大于0.3s）允許在1.4p.u.以下。相對地統(tǒng)計操作過電壓（出現(xiàn)概率為2%的操作過電壓）：對于變電站、開關(guān)站設(shè)備應限制在1.6p.u.以下。對于長線路的線路桿塔部分限制在1.7p.u.以下。相間統(tǒng)計操作過電壓：對于變電站、開關(guān)站設(shè)備應限制在2.6p.u.以下。對于長線路的線路桿塔部分限制在2.8p.u.以下。其中:第53頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-12影響工頻過電壓的主要因素空載長線路的電容效應及系統(tǒng)阻抗的影響；線路甩負荷效應；線路單相接地故障；甩負荷后，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增加及自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）和調(diào)速器也會對工頻過電壓有所影響。第54頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-13限制工頻過電壓的可能措施限制工頻過電壓的可能措施使用高壓并聯(lián)電抗器補償特高壓線路電容使用可控高抗或可調(diào)節(jié)高抗使用良導體地線(或光纖復合架空地線OPGW)使用線路兩端聯(lián)動跳閘或過電壓繼電保護使用大容量金屬氧化物避雷器選擇合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式第55頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-1-14潛供電流的限制措施特高壓系統(tǒng)主要采取以下兩種措施加快電網(wǎng)潛供電流熄滅措施：在裝有高壓并聯(lián)電抗器的線路加裝小電抗。使用快速接地開關(guān)（HSGS）。第56頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-1-15高壓并聯(lián)電抗器加裝小電抗該方法通過補償線路相間電容和相對地電容，特別是使相間接近全補償，即使相間阻抗接近無窮大，以減小潛供電流的電容分量；另外還可以加大對地阻抗，以減小潛供電流的電感分量。此方法在我國500kV系統(tǒng)廣泛使用。圖2-3電抗器中性點接小電抗

第57頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-16使用快速接地開關(guān)（HSGS）限制潛供電流圖2-4快速接地開關(guān)示意圖

第58頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-17快速接地開關(guān)限流原理圖2-5快速接地開關(guān)的動作順序

1、在故障相線路兩側(cè)開關(guān)跳開后，先快速合上故障線路兩側(cè)的HSGS，將接地點的潛供電流轉(zhuǎn)移到電阻很小的兩側(cè)閉合的接地開關(guān)上，以促使接地點潛供電流熄滅；2、然后打開HSGS，利用開關(guān)的滅弧能力將其電弧強迫熄滅。3、最后再重合故障相線路。第59頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-18操作過電壓及其限制措施限制特高壓系統(tǒng)操作過電壓主要措施金屬氧化物避雷器（MOA）斷路器合閘電阻限制合閘過電壓使用控制斷路器合閘相角方法降低合閘過電壓使用斷路器分閘電阻限制甩負荷分閘過電壓的可行性選擇適當?shù)倪\行方式以降低操作過電壓

相當一部分限制操作過電壓是建立在限制工頻過電壓基礎(chǔ)上。為了將特高壓的合閘和重合閘操作過電壓限制在上述目標內(nèi)，除了第一講中采用的限制工頻過電壓措施外，主要還考慮上述可能的措施。第60頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-1-19斷路器合閘電阻限制合閘過電壓

斷路器合閘電阻示意圖如圖5所示。合閘時，輔助觸頭先合上，經(jīng)過一段時間（稱之為合閘電阻接入時間），主觸頭合上。以此達到限制合閘過電壓目的。圖2-6斷路器合/分閘電阻示意圖第61頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-1雷電過電壓架空線路的雷擊過電壓直擊雷：雷擊桿塔塔頂；雷擊避雷線檔距中央感應雷繞擊雷發(fā)電廠變電站的雷擊過電壓入侵波：架空輸電線路傳來繞擊反擊：空中反擊；地下反擊第62頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-2架空線路的雷擊過電壓圖2-7有避雷線線路的雷擊過電壓第63頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-3特高壓架空輸電線路的

雷電繞擊與保護由于特高壓輸電桿塔高度很高，導線上工作電壓幅值很大，比較容易由導線上產(chǎn)生向上先導。這些因素會使避雷線屏蔽性能變差。舉例一：前蘇聯(lián)的1150kV特高壓架空輸電線路在不長運行期間（3000km?a）內(nèi)發(fā)生雷擊跳閘21次，跳閘率高達0.7/100km?a。這些跳閘的基本原因是在耐張轉(zhuǎn)角塔處雷電繞擊導線。提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施是采用更小的避雷線對導線的保護角。舉例二：日本1000kV特高壓架空輸電線路東西線所在地區(qū)年雷暴日數(shù)為25，在以500kV運行期間雷擊跳閘率卻高達0.9/100km?a。盡管采用了負保護角，但線路桿塔過高，在遭到線路側(cè)面雷擊導線時引起了絕緣子閃絡(luò)。第64頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-5幾種塔形的研究結(jié)果

對我國擬建的交流1000kV特高壓輸電線路的避雷線屏蔽性能進行的初步研究結(jié)果

1.塔型：3V型水平，3V型三角，M型水平，M型三角。圖2-91000kV特高壓輸電線路直線桿塔型式左邊是3V型水平排列，右邊是3V型三角排列第65頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-5幾種塔形的研究結(jié)果圖2-101000kV特高壓輸電線路直線桿塔型式左邊是M型水平排列，右邊是M型三角排列第66頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-6幾種塔形的研究結(jié)果塔型－導線排列保護角繞擊閃絡(luò)率（％）M型水平9.230.51M型三角5.920.113V型水平9.722.193V型三角6.621.21表2-111000kV輸電線路繞擊閃絡(luò)率

M型與3V型比較，在相近的保護角下前者的繞擊閃絡(luò)率比后者要小。

M型與3V型各自的導線三角排列與水平排列相比時，三角排列的繞擊閃絡(luò)比水平排列的要小。四種塔型的繞擊閃絡(luò)率以3V型水平排列最大，為最小的M型水平排列的19.9倍，達2.19‰。第67頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-2-7特高壓架空輸電線路的

雷擊反擊與保護特高壓架空輸電線路由于采用避雷線且絕緣子串和空氣間隙的雷電沖擊放電電壓很高，雷擊塔頂或其附近避雷線反擊時的雷電流幅值大，出現(xiàn)概率小，一般無需采取其他措施加以保護。雷擊塔頂或其附近避雷線出現(xiàn)反擊閃絡(luò)的雷電流與桿塔高度關(guān)系很大。桿塔接地電阻也是影響反擊耐雷水平的一個因素。前蘇聯(lián)的特高壓架空輸電線路采用水平拉線V型桿塔，桿塔高度約46m。而日本特高壓架空輸電線路采用同塔雙回路、三相導線垂直排列的自立式桿塔，塔高88～148m。從防止雷電繞擊或反擊來說，同塔雙回路自立式桿塔是不利的。

第68頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-2-7特高壓架空輸電線路的

雷擊反擊與保護塔型塔高（m）導線排列單回閃絡(luò)雙回閃絡(luò)拉線V型46水平1.6×10-4——自立塔73.3水平（M串）4.7×10-4——自立塔雙回88—148雙回垂直3.9×10-33.4×10-4表2-12特高壓雷電反擊閃絡(luò)率

由表2-12可見,隨著線路高度增加,雷電反擊閃絡(luò)率也相應變大.第69頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-2-7特高壓架空輸電線路的

雷擊反擊與保護塔型下列Td下的跳閘次數(shù)204080拉線V型2.3×10-45.7×10-41.4×10-3自立塔8.3×10-42.0×10-35.0×10-3自立塔雙回0.06/0.0050.15/0.0130.37/0.033表2-13特高壓架空輸電線路100km每年的雷電反擊跳閘次數(shù)表中分子/分母對應單回線/雙回線由表2-13見,拉線V型塔雷電反擊跳閘次數(shù)最低,其次是水平排列的自立塔,雷電反擊跳閘次數(shù)是前者的3.6倍。但從總體上來說，還是比較低的，它在雷暴日40的地區(qū)，雷電反擊跳閘次數(shù)為2.0×10-3，比我國500kV輸電線路的運行統(tǒng)計值0.14小的多。自立雙回塔的雷電反擊跳閘次數(shù)是比較高的。若采用此種塔型，需要良好的防雷設(shè)計。第70頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-8特高壓變電站的防雷保護一、特高壓變電站高壓配電裝置的直擊雷保護特高壓變電站采用避開式高壓配電裝置（AIS）、敞開式電氣設(shè)備時，可直接在特高壓變電站構(gòu)架上安裝避雷針或避雷線作為直擊雷保護裝置。特高壓變電站采用半封閉組合電器（HGIS）或全封閉式組合電器（GIS），則其GIS部分的引入、引出套管尚需保護裝置保護。而GIS本身僅將其外殼接至變電站接地網(wǎng)即可。

第71頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-8特高壓變電站的防雷保護二.特高壓變電站電氣設(shè)備的雷電侵入波過電壓保護與高壓、超高壓變電站一樣，特高壓變電站電氣設(shè)備也需考慮由特高壓架空線傳入的雷電侵入波過電壓保護。1.根本措施：在變電站內(nèi)適當位置安裝金屬氧化物（MOA）。為了限制線路上操作過電壓，在變電站線路斷路器的線路側(cè)安裝MOA；變壓器回路安裝避雷器，保護變壓器；變電站母線上是否要安裝金屬氧化物避雷器以及避雷器距被保護設(shè)備的距離則要通過數(shù)字仿真確定。第72頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-2-8特高壓變電站的防雷保護2.變電站耐雷指標－雷害事故重現(xiàn)期（年）一般按變電站進線2km處因雷擊桿塔反擊在導線上出現(xiàn)直角電壓波后向變電站傳播，波頭變緩，且不引起變電站內(nèi)電氣設(shè)備絕緣損壞來要求。雷害事故重現(xiàn)期（年）可由2km進線段導線上每年出現(xiàn)雷直擊和反擊次數(shù)之和的倒數(shù)來求得。前蘇聯(lián)提出，220、500kV和1150kV的變電站耐雷指標應分別為400～600、800～1000年和1200～1500年。

第73頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-3-1特高壓電網(wǎng)的絕緣與絕緣配合

電力電網(wǎng)主要事故:

電網(wǎng)電氣裝置的絕緣閃絡(luò)或擊穿。過電壓的類型：工作過電壓；暫時過電壓；操作過電壓；雷電過電壓。

絕緣配合的概念根據(jù)電氣設(shè)備所在系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種電氣應力（工頻電壓和各種電壓），并考慮保護裝置的保護性能和絕緣的電氣特性，適當選擇設(shè)備的絕緣水平，使之在各種電氣應力的作用下，絕緣故障率和事故損失均處于經(jīng)濟上和運行上都能接受的合理范圍內(nèi)。包括：A：架空線路與變電所之間的絕緣配合

B：同桿架設(shè)的雙回路線路之間的絕緣配合

C：各種外絕緣之間的絕緣配合

D：被保護絕緣與保護裝置之間的絕緣配合第74頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

2-3-2特高壓輸電絕緣的電氣特性一、特高壓輸電絕緣的分類

1.特高壓架空輸電線路絕緣的分類

A：絕緣子

B：空氣間隙⑴導線對桿塔之間的空氣間隙⑵導線之間的空氣間隙⑶檔距中間導線對地的空氣間隙⑷檔距中間導線對地面上運輸工具或傳動

機械間的空氣間隙第75頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2.特高壓變電站絕緣的分類

GIS（GasInsulatedSubstation）

SF6氣體絕緣，內(nèi)部絕緣子，引入和引出套管絕緣

AIS（AirInsulatedSubstation）

A.絕緣子

B.非自恢復絕緣設(shè)備（油紙絕緣）

C.空氣絕緣⑴帶電部分對接地部分之間的空氣間隙（Ａ１）⑵不同相的帶電部分之間的空氣間隙（Ａ２）2-3-2特高壓輸電絕緣的電氣特性第76頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六二、特高壓架空輸電線路的絕緣子性能要求1.高機械負荷能力由于其懸掛的相導線根數(shù)多，截面大，覆冰等極為苛刻的運行條件，因此必須有足夠大的機械負荷力。2.防污閃3.提高過電壓耐受能力（L0，H）

L0：爬電距離，與承受的工作電壓相關(guān)

H：結(jié)構(gòu)高度，與承受的操作過電壓相關(guān)一般L0/H大于等于34.降低無線電干擾由于無線電干擾的要求，對于特高壓絕緣子球頭，鋼腳及其間的距離和鋼帽邊緣的形狀和加工的粗糙度等均應精心的設(shè)計和處理。

2-3-2特高壓輸電絕緣的電氣特性第77頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六5.復合絕緣子及其存在問題優(yōu)點：重量輕，機械性能好，電氣絕緣性能好，耐電弧能力強存在問題：由于特高壓輸電線路采用大噸位復合絕緣子，玻璃鋼芯棒直徑需相應擴大。因此認為采用單節(jié)結(jié)構(gòu)為宜；另一種觀點認為單支絕緣子太長，會帶來制造，運輸和安裝等問題，且其對柔性要求高，芯棒易被損傷，因此采用兩支絕緣子可能更好。前景：為適應工程需要，我國目前正在對特高壓架空輸電線路復合絕緣子進行研發(fā)。

2-3-2特高壓輸電絕緣的電氣特性第78頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六三、特高壓架空輸電線路空氣間隙放電特性

空氣是超/特高壓輸電工程中重要的絕緣介質(zhì)之一50%放電電壓影響空氣間隙的放電電壓的因素作用的電壓種類；極性（操作/雷電過電壓）；波形（操作過電壓的波頭長度）；構(gòu)成空氣間隙電極的形狀，距離；所在地區(qū)的空氣氣象參數(shù)。沖擊電壓波形的確定研究表明，線路上全部過電壓中，有90%以上的波頭大于1000us?？紤]到這些數(shù)據(jù)，前蘇聯(lián)學者推薦試驗沖擊電壓的波頭長度等于1000us。當沖擊波波頭在1000~5000us范圍內(nèi)變化時，長空氣間隙的試驗結(jié)果基本是相同的。2-3-2特高壓輸電絕緣的電氣特性第79頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六一、絕緣子串形選擇應考慮的因素絕緣子串形選擇與桿塔的型式和三相導線布置的形式（三角或水平）有關(guān)。目前國外特高壓線路桿塔的絕緣子串主要為V串和I串。其中較多的桿塔中相使用可減小塔窗寬度的V串，兩邊相使用I串，此種線路絕緣子串懸掛方式也被稱為M形。二、選擇絕緣子串長應考慮的因素

污穢條件下絕緣子耐受工作電壓的能力決定了串長。2-3-3特高壓輸電絕緣子的選擇第80頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六四、變電站用絕緣子的污穢閃絡(luò)特性

日本在武山和能登試驗場對支柱絕緣子和瓷套進行了定期等值鹽密測量和快速污染測量，結(jié)果表明支柱絕緣子和瓷套表面的等值鹽密隨其平均直徑加大而減小，1000KV瓷套的鹽密比可以按照這種趨勢進行估算，但還需要通過現(xiàn)場試驗給予確認。前蘇聯(lián)通過改變污穢物的成分，得到了特高壓設(shè)備外絕緣的50%放電電壓與污穢表面電導的關(guān)系。日本使用等價霧中法獲得了不同有效長度瓷套的耐受電壓與鹽密的關(guān)系。目前我國應該開展全尺寸支柱絕緣子的人工污穢試驗研究和大型瓷套的人工污穢與霧閃的試驗研究，以滿足我國特高壓輸電的需要。2-3-3特高壓輸電絕緣子的選擇第81頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六一、工作電壓要求的導線對桿塔的空氣間隙輸電線路導線對桿塔空氣間隙的工頻50%放電電壓參照DL/T620——1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》二、操作過電壓下導線對桿塔的空氣間隙按統(tǒng)計法選擇的。三、雷電過電壓下導線對桿塔空氣間隙的選擇

1000KV特高壓架空輸電線路雷電反擊耐雷水平，主要是有絕緣子串決定的。鑒于目前長絕緣子串尚缺乏雷電沖擊放電電壓的數(shù)據(jù)，其50%雷電沖擊放電電壓暫按與等長度的空氣間隙相同考慮。在這一前提下，表2-15給出了特高壓架空輸電線路導線對桿塔的雷電電壓要求的空氣間隙，。

2-3-4特高壓輸電線路空氣間隙的選擇第82頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六綜合以上結(jié)果，表2-15給出了海拔高度1000m地區(qū)我國特高壓架空輸電線路導線對桿塔的空氣間隙要求值的一個匯總，為便于比較也列出國外的一些數(shù)據(jù)。國家工作電壓操作過電壓雷電過電壓V串I串V串I串中國3.06.55.07.46.4前蘇聯(lián)2.58.0-9.06.0-7.0————日本3.09———6.0——6.62

2-3-4特高壓輸電線路空氣間隙的選擇第83頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六變電站相導線對地/相對相導線的空氣間隙應能承受工作電壓，操作過電壓和雷電過電壓的作用。如本章第二節(jié)所述，變電站相導線對地/相對相導線的空氣間隙可按絕緣配合的半統(tǒng)計法加以選擇。2-3-4特高壓變電站空氣間隙的選擇第84頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六表2-16工作電壓下相對相空氣間隙的要求值海拔高度（m）10002000空氣間隙（m）6.06.22-3-4特高壓變電站空氣間隙的選擇第85頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六

表2-17相對相導線之間空氣間隙的推薦值。相—地空氣間隙（m）相—相空氣間隙（m）有風偏無風偏8.0/7.5-106.06.62-3-4特高壓變電站空氣間隙的選擇第86頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六相—地空氣間隙A1（m）相—相空氣間隙A2（m）有風偏無風偏6.06.68.52-3-4特高壓變電站空氣間隙的選擇表2-18雷電過電壓綜合以上結(jié)果，選取雷電過電壓下相對相空氣間隙為8.5m。第87頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六對于電氣設(shè)備絕緣配合方法，電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的耐受電壓是以避雷器的操作沖擊、雷電沖擊保護水平為基礎(chǔ)，同時乘以一配合系數(shù)（安全裕度），用慣用法加以確定的。參照IEC71—2（1996）《絕緣配合#第二部分使用導則》和DL/T620——1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》等有關(guān)標準，取絕緣配合系數(shù)如下：

2-3-5特高壓電氣設(shè)備的絕緣配合第88頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六設(shè)備最高電壓（KV，rms）雷電沖擊耐壓（KV）操作沖擊耐壓（KV）變壓器其他設(shè)備變壓器其他設(shè)備11002250240018001800

2-3-5特高壓電氣設(shè)備的絕緣配合圖2-19第89頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4特高壓輸電線路的電暈與環(huán)境問題電暈放電將產(chǎn)生無線電干擾、可聽噪聲和電暈損失等，對環(huán)境和運行會造成一定影響。從建設(shè)和運行成本以及保護環(huán)境等多方面考慮，合理設(shè)計導線，適度控制電暈效應，對發(fā)展特高壓輸電非常重要。

第90頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-1輸電線路的電暈現(xiàn)象

電暈放電

輸電線路工作時，導線（電極）附近存在電場。由于宇宙射線和其它作用，在空氣中存在大量自由電子，這些電子在電場作用下會受到加速，撞擊氣體原子。如果電場強度達到氣體電離的臨界值，自由電子在撞擊前積累的能量足以從氣體原子撞出電子，并產(chǎn)生新的離子。此時在導線附近一小范圍內(nèi)的空氣開始電離，如果導線附近電場強度足夠大，以致氣體電離加劇，將形成大量電子崩，產(chǎn)生大量的電子和正負離子.伴隨著電離，存在復合等過程，輻射出大量光子，在黑暗中可以看到在導線附近空間有藍色的暈光，同時還伴有咝咝聲，這就是電暈。這種特定形式的氣體放電稱為電暈放電。第91頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-1輸電線路的電暈現(xiàn)象

電暈效應伴隨著電離、復合等過程而有聲、光、熱等效應，表現(xiàn)為發(fā)出“咝咝”的聲音、藍色的暈光以及使周圍氣體溫度升高等。電暈會產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中還包含著許多高次諧波，會造成對無線電的干擾。在工頻電壓的每半周內(nèi)，電暈都要發(fā)生和熄滅一次，更會輻射出大量電磁波，一般來說，交流線路的無線電干擾比直流線路的大。高壓輸電線路的絕緣子和各種金具上較容易出現(xiàn)電暈，隨著輸電線路電壓的不斷提高，延伸范圍不斷擴大，線路上電暈造成的無線電干擾已成為輸電線路設(shè)計和運行中的一個很重要的需要注意限制的問題。

第92頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-1輸電線路的電暈現(xiàn)象

電暈效應電暈會發(fā)出人可聽到的噪聲，對人們會造成生理、心理上的影響。對于500kV及以下的電力系統(tǒng)，這個問題尚不嚴重；而對于1000kV及以上的電力系統(tǒng)，這個問題成為環(huán)境保護的重要內(nèi)容。由于特高壓輸電線路電壓高，要降低導線表面場強和可聽噪聲，將需要采用比超高壓輸電線分裂數(shù)更多、子導線更粗的導線，這是交流特高壓輸電線路設(shè)計和建設(shè)中的一個關(guān)鍵問題。電暈放電會產(chǎn)生能量損耗，在某些情況下，會達到可觀的程度。電暈放電會產(chǎn)生某些化學反應，如在空氣中產(chǎn)生臭氧、一氧化氮和二氧化氮等。

第93頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-1輸電線路的電暈現(xiàn)象電暈效應在尖端或電極的某些突出處，電子和離子在局部強場的驅(qū)動下高速運動，與氣體分子交換動量，形成“電風”。當電極固定得剛性不夠時（例如懸掛著的導線等），氣體對“電風”的反作用會使電暈極振動或轉(zhuǎn)動。機械、電氣設(shè)計參數(shù)配合不佳的輸電線路在不良氣候下發(fā)生電暈時，對“電風”反作用力的積累，甚至會使某些檔距內(nèi)的導線作持續(xù)的大幅度的低頻舞動。直流線路的電暈放電會使極導線之間和極導線與大地之間充滿空間電荷，使線路附近對地絕緣較好的物體上積累電荷，其上的對地電壓會達到數(shù)千伏或更高。

第94頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-2影響輸電線路電暈放電的主要因素導線表面起暈場強

較小半徑導線的起暈場強比較大半徑導線的大；表面粗糙的導線的起暈場強比表面較光滑的導線的小。

導線表面狀況

影響導線表面狀況的有外在和“內(nèi)在”兩大類因素：外在因素主要有空中降落的物質(zhì)，如昆蟲、灰塵、蜘蛛網(wǎng)、植物、樹葉、鳥糞等。這些外來物附在導線上后，會影響導線表面場強分布，使局部場強增大，成為電暈源點.內(nèi)在”因素主要有新導線上的油脂、導線碰傷以及導線上的殘留金屬凸出物；一些新金具和新導線上的小毛刺等。這類因素可能會成為新線路的電暈放電點。又正是電暈放電作用，會逐漸燒掉這些東西，使其對電暈放電的作用逐漸變小。第95頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-2影響輸電線路電暈放電的主要因素導線上的水滴

雨水在導線上的流動狀況以及形成的水滴都直接影響導線表面電場。特別是水滴，會使表面電場發(fā)生較大畸變，使局部表面電場增強，電暈源點增多，電暈放電強度增加。對于交流輸電線路，雨天時的電暈放電強度比晴天時的大許多，由此引起的無線電干擾和可聽噪聲也大許多。第96頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-2影響輸電線路電暈放電的主要因素導線表面場強輸電線路電暈的主要效應包括無線電干擾、可聽噪聲和電暈損失，這些效應的程度主要取決于兩方面的因素：（1）線路結(jié)構(gòu)；（2）氣候條件。體現(xiàn)線路結(jié)構(gòu)的因素主要有：導線結(jié)構(gòu)，包括分裂數(shù)和子導線直徑；相導線間距（交流）和極導線間距（直流）；導線對地高度。影響導線電暈放電的最主要因素是導線表面場強。由于特高壓輸電線路的電壓比超高壓的高，導線電荷量比超高壓的大，為了使特高壓輸電線路的表面場強與超高壓線路的相當，需要導線的分裂數(shù)更多，子導線的截面更大。第97頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-3特高壓輸電線路的可聽噪聲

輸電線路的可聽噪聲是指導線周圍的電暈和火花放電所產(chǎn)生的一種能直接聽到的噪聲，屬于聲頻干擾。隨著輸電電壓等級的提高，特別是對于特高壓輸電線路，電暈放電引起的噪聲將會增大，如果處理不好，可能會影響特高壓輸電線路附近人員的正常生活和工作，因此，在發(fā)展特高壓輸電時，必須慎重對待。國內(nèi)外的研究結(jié)果表明：在電磁環(huán)境的幾項指標---工頻電場、工頻磁場、無線電干擾和電視干擾、電暈噪聲中，電暈噪聲是制約特高壓輸電線路設(shè)計的最關(guān)鍵因素。第98頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-5氣候?qū)旊娋€路可聽噪聲的影響

對于交流輸電線路，最重要的是考慮雨天情況。下雨的幾率比霧和雪大，尤其是毛毛雨或下小雨、中雨時，雨滴在導線上的碰撞與聚集，會產(chǎn)生大量沿導線隨機分布的電暈放電，每次放電均會爆發(fā)一次噪聲，所以通常根據(jù)雨期所產(chǎn)生的噪聲來估量噪聲的特性和限制水平。另一方面，由于雨天電暈噪聲的產(chǎn)生過程十分復雜，隨機因素多，分散性大，故很難從理論上推導一種精確預測電暈噪聲的公式。因此，各國對可聽噪聲的預測都是通過在電暈籠內(nèi)模擬或在試驗線段上長期實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析而演繹得出的。第99頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-6特高壓輸電線路可聽噪聲水平和降低可聽噪聲的措施采用對稱分布的子導線時，增加導線分裂數(shù)目和控制分裂導線間距，以減小導線表面場強。采取子導線非對稱分裂方式，盡可能使子導線分配的電荷均勻，以改善導線表面電場分布。在對稱分裂子導線束中附加子導線，以改善各子導線表面電荷分布和減小導線表面場強。在導線上涂抹憎水涂料等，減小雨天時導線下的水滴，從而減小電暈放電強度，以達到降低可聽噪聲的效果。第100頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-4-8工頻電場和磁場生態(tài)影響工頻電場對生態(tài)環(huán)境影響

工頻電場的短時生態(tài)影響工頻電場的長期生態(tài)影響工頻磁場對生態(tài)環(huán)境的影響

工頻磁場的短時生態(tài)環(huán)境影響工頻磁場的長期生態(tài)影響第101頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-5特高壓設(shè)備的相關(guān)問題特高壓系統(tǒng)中使用的電力設(shè)備國產(chǎn)化，是發(fā)展特高壓的一個重要環(huán)節(jié)。隨著對設(shè)備技術(shù)要求的研究和國內(nèi)制造長研發(fā)能力的提高，國內(nèi)制造特高壓設(shè)備的能力正在不斷提高。

國內(nèi)特高壓變壓器的制造能力

現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)的1000KV變壓器已通過形式實驗并投入實際運行。第102頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-5特高壓設(shè)備的相關(guān)問題國內(nèi)特高壓并聯(lián)電抗器的制造能力

國內(nèi)的制造廠，已經(jīng)為我國的500KV和330KV的電網(wǎng)生產(chǎn)了大量容量固定（非可控）的線性并聯(lián)電抗器。最近，為西北電網(wǎng)研制的750KV電抗器也將投入運行。國內(nèi)特高壓開關(guān)設(shè)備的制造能力

根據(jù)了解，已經(jīng)有廠家研制了500KV、50KA的一口罐式斷路器，準備掛網(wǎng)試運行。對支柱式斷路器，在國內(nèi)已有500KV雙斷口瓷柱式斷路器。第103頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六2-5特高壓設(shè)備的相關(guān)問題國內(nèi)特高壓避雷器和套管的制造能力國產(chǎn)的500KV及以下電壓等級的無間隙金屬氧化避雷器以大量在我國電網(wǎng)中運行。750KV用的避雷器也已有兩個廠家生產(chǎn)，即將投入運行。國內(nèi)特高壓互感器的制造能力國內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)了大量的500KV及以下電壓等級的電容式電壓互感器，750KV的電容式電壓互感器使用國內(nèi)生產(chǎn)的硅橡膠復合套管，也即將投入運行。500KV及以下電壓等級的電流互感器，也主要是國產(chǎn)供應。好幾個制造廠均具備生產(chǎn)特高壓CVT的能力。第104頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六三.目前特高壓技術(shù)的應用

3-1特高壓技術(shù)的發(fā)展歷程3-2特高壓輸電技術(shù)研究3-3特高壓研究基本結(jié)論3-4國外特高壓技術(shù)應用現(xiàn)狀3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備3-6輸電線路導線、金具與桿塔第105頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-1特高壓技術(shù)的發(fā)展歷程—背景隨著用電負荷的日益快速增長和遠距離、大容量輸電需求的增加。經(jīng)濟發(fā)達國家的電網(wǎng)從50年代開始在以高壓電網(wǎng)為主的基礎(chǔ)上，逐漸形成330kV、345kV以及500kV超高壓電網(wǎng)。前蘇聯(lián)、美國和加拿大等國逐漸建成了750kV和765kV等電壓等級的最高的超高壓電網(wǎng)。

第106頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六高壓、超高壓輸電線和變電站的數(shù)目日益增多，環(huán)境問題變得日益突出，特別是輸變電用地的約束條件限制了超高壓輸電的發(fā)展。3-1特高壓技術(shù)的發(fā)展歷程—背景第107頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-1特高壓技術(shù)的發(fā)展歷程—背景特高壓大容量輸電將實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，減少網(wǎng)損，避免輸電設(shè)備的重復容量，確保電力系統(tǒng)的可靠性，使輸電線路對環(huán)境的影響降至最小。特高壓輸電將是提高線路輸電能力的主要途徑。并能解決建設(shè)更多超高壓線路與環(huán)境保護突出的矛盾。第108頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-1特高壓技術(shù)的發(fā)展歷程—背景基于上述幾個方面的預測，美國的美國電力公司（AEP）、BPA電力公司、日本東京電力公司、前蘇聯(lián)、意大利和巴西等國的公司，于20世紀60年代末或70年代初開始進行特高壓可行性研究。

第109頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-2特高壓輸電技術(shù)研究遠距離、大容量輸電的需求帶動了特高壓輸電技術(shù)的研究。特高壓輸電技術(shù)是在超高壓輸電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的輸電技術(shù)。根據(jù)超高壓輸電的設(shè)計和運行經(jīng)驗，以及特高壓輸電建設(shè)和運行的經(jīng)濟和環(huán)境保護要求，除了電氣設(shè)備的攻關(guān)研制外，高電壓技術(shù)方面的三大關(guān)鍵技術(shù)問題必須進行深入研究。它們是：（1）特高壓電暈效應（2）特高壓絕緣及要求（3）工頻電、磁場及其影響。第110頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-3特高壓研究的基本結(jié)論可聽噪聲特性和環(huán)境要求是特高壓線路設(shè)計應考核的主要因素，按滿足可接受的可聽噪聲標準進行線路設(shè)計，對無線電和電視的干擾水平可得到滿意的結(jié)果，電暈功率損耗可降至最小。特高壓輸電電網(wǎng)的工頻過電壓和操作過電壓是選擇和設(shè)計絕緣系統(tǒng)的決定性因素。根據(jù)工頻過電壓和操作過電壓確定的絕緣水平能滿足雷電過電壓的絕緣水平要求。

第111頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六特高壓輸電線下和輸電走廊邊緣的地面工頻電場強度可以做到與超高壓線路相同的水平。特高壓線路電流產(chǎn)生的磁場，與超高壓線路沒有根本的差異，不會成為影響線路設(shè)計的重要問題。特高壓的環(huán)境效應按超高壓輸電線路原則設(shè)計，對生態(tài)不會有不良的效果，公眾應當而且可以接受。3-3特高壓研究的基本結(jié)論第112頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六從20世紀70年代開始的特高壓技術(shù)研究，大多數(shù)研究項目和任務，包括主要設(shè)備的原型試驗在1983年—1986年幾乎已近完成。在前蘇聯(lián)，世界第一條1150kV特高壓輸電線路和戶外變電站于1985年投入商業(yè)運營國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）組織來自特高壓輸電研究和建設(shè)的國家的專家成立38·04工作組，對特高壓技術(shù)進行了評估，于1988年以38委員會的名義提出報告，并確認：特高壓交流輸電技術(shù)的實際應用已經(jīng)成熟；根據(jù)現(xiàn)有的知識和經(jīng)驗，±800kV是特高壓直流輸電確實和有把握的可行電壓等級。3-3特高壓研究的基本結(jié)論第113頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六經(jīng)過各國特高壓技術(shù)的研究和試驗，技術(shù)問題已不是特高壓輸電發(fā)展的限制性因素。發(fā)展特高壓電網(wǎng)在經(jīng)濟上是有吸引力的。特高壓電網(wǎng)出現(xiàn)和發(fā)展的進程由大容量輸電的需求所決定，主要取決于用電負荷的增長情況。3-3特高壓研究的基本結(jié)論第114頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-4國外特高壓輸電現(xiàn)狀美國BPA電力公司、美國電力公司和意大利電力公司20世紀70年代規(guī)劃的特高壓輸電工程早已擱置。前蘇聯(lián)規(guī)劃的特高壓輸電工程，除已建的兩條1150kV線路運行6年后降壓500kV運行外，其他工程也已擱置。為特高壓技術(shù)試驗研究建設(shè)的試驗線段已不再試驗運行。日本的特高壓輸電線路計劃于2010年左右開始1000kV商業(yè)運行。其他各國尚未規(guī)劃新的特高壓輸電工程及其進度安排。在特高壓輸電技術(shù)基本成熟可用的情況下，發(fā)達國家的特高壓輸電工程擱置或規(guī)劃延遲，根本原因是沒有大容量、遠距離的輸電需求。

第115頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備

日本特高壓試驗性變電站的電氣主接線

第116頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備意大利特高壓試驗性變電站的電氣主接線

第117頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓變電站配電裝置1.屋外敞開式配電裝置2.屋外氣體絕緣金屬封閉配電裝置（GIS）國外的試驗和運行的特高壓配電裝置日本東京電力公司的試驗性特高壓配電裝置

第118頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備敞開式

GIS

意大利國家電力公司（ENEL）的試驗性特高壓配電裝置

第119頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓電力變壓器特高壓變壓器的特點有：容量很大，一般三相容量都在1000MVA以上，甚至達到幾千MVA。絕緣水平高?；鶞式^緣水平（雷電沖擊絕緣水平）高，一般在1950kV～2250kV之間或更高。由于容量大和絕緣水平高，其重量與體積必然很大。設(shè)計和制造時需要考慮運輸?shù)臈l件，一般為單相結(jié)構(gòu)。第120頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備保定天威保變集團生產(chǎn)的1000kV變壓器第121頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備日本試驗性變電站的東芝公司變壓器芯體結(jié)構(gòu)示意圖

意大利試驗性變壓器內(nèi)部繞組結(jié)構(gòu)

第122頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備美國電力公司試驗場的特高壓變壓器外形圖第123頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓的高壓并聯(lián)電抗器特高壓并聯(lián)電抗器中性點接小電抗的原理圖

第124頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備容量固定線性電抗器可控并聯(lián)電抗器

A．晶閘管控制變壓器(TCT)的可控電抗器接線圖1-高壓繞組，2-控制繞組，3-補償繞組B．磁閥式可控電抗器接線圖

兩種可控電抗器的接線圖

第125頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓斷路器

兩種型式的六氟化硫斷路器

支柱瓷瓶式

落地罐式

第126頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備日本特高壓GIS中帶有分合閘電阻的雙斷口斷路器第127頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓隔離開關(guān)

垂直伸縮式

水平伸縮式

第128頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備前蘇聯(lián)特高壓屋外敞開型變電站中的PT3－1150/4000型隔離開關(guān)

第129頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備日本特高壓試驗變電站GIS中的隔離開關(guān)

外形圖

內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

第130頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓的高速接地開關(guān)

日本的高速接地開關(guān)第131頁，共182頁，2023年，2月20日，星期六3-5特高壓變電站與電氣設(shè)備特高壓氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)

三相共箱型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)結(jié)構(gòu)內(nèi)部示意圖

1一母線;2－隔離開關(guān);3－接地開關(guān);4－斷路器;5－電流互感器;6一電壓互感器;7一電纜終端第132頁，共182頁，2023年，