19世紀(jì)60年代，隨著資產(chǎn)階級(jí)革命和改革完成帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)與科學(xué)快速發(fā)展，作為二次清潔能源的電能走上了歷史舞臺(tái)，因電能相比于之前使用的一次能源具有清潔高效、方便轉(zhuǎn)化、利用率高等優(yōu)點(diǎn)，很快在社會(huì)中各個(gè)行業(yè)開(kāi)始了廣泛使用，隨著電能利用的普及，第二次工業(yè)革命開(kāi)始，電氣時(shí)代拉開(kāi)了帷幕。

世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電能需求量的逐漸增加，單一的本地能源供電消耗方式已不能滿足用電需求，但是發(fā)電能源與負(fù)荷中心的不均勻分布，電能的輸送成為研究者們急需解決的問(wèn)題。

直流輸電是人們最先嘗試的方法，但因輸送電壓低，導(dǎo)致輸送功率越高電流越大，巨大的線路熱損耗造成的低輸送效率，低壓直流輸電變得毫無(wú)意義。

提高輸送效率必然要減少線損，減少線損必然要提高輸送電壓，如何改變電壓成了需要解決的難題。經(jīng)過(guò)眾多科學(xué)家與工程師的不懈努力，在1885年5月1日的匈牙利布達(dá)佩斯國(guó)家博覽會(huì)上，一臺(tái)150V，70Hz單相交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)過(guò)75臺(tái)5kVA變壓器降壓，點(diǎn)亮了1067只愛(ài)迪生燈泡，標(biāo)志著現(xiàn)代實(shí)用變壓器的誕生。至此，交流輸電設(shè)備快速發(fā)展，交流輸電迅速占領(lǐng)了統(tǒng)治地位。

而今，伴隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，驚人的電能需求帶來(lái)了電壓等級(jí)的不斷增長(zhǎng)，從而意味著對(duì)交流設(shè)備的更高要求，截至目前中國(guó)已建成了數(shù)條1000kV以上的交流特高壓線路，在這個(gè)過(guò)程中，中國(guó)特高壓人對(duì)特高壓交流設(shè)備的完善、創(chuàng)新、以及從中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)、建立的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)一不是智慧的結(jié)晶。

基于《中國(guó)特高壓輸電技術(shù)的研究與應(yīng)用》一文，本期講述特高壓為您帶來(lái)交流特高壓關(guān)鍵設(shè)備的研究成果。

特高壓交流設(shè)備主要包括哪些?

變壓器、并聯(lián)電抗器、開(kāi)關(guān)、串聯(lián)補(bǔ)償裝置、互感器、電容器、避雷器、絕緣子、套管、導(dǎo)地線、金具和桿塔等。

交流特高壓關(guān)鍵設(shè)備

關(guān)鍵設(shè)備主要有特高壓變壓器、并聯(lián)電抗器、開(kāi)關(guān)、串聯(lián)補(bǔ)償裝置。

1變 壓 器

中國(guó)攻克了特高壓變壓器全場(chǎng)域電場(chǎng)控制、無(wú)局放絕緣設(shè)計(jì)、減振降噪、溫升控制等技術(shù)難題，在世界上率先研制出單相三柱式特高壓變壓器，單柱容量334 MVA，單臺(tái)總?cè)萘窟_(dá)到1000MVA。

在成功解決單柱容量提升帶來(lái)的漏磁控制問(wèn)題的基礎(chǔ)上，中國(guó)進(jìn)一步研制出單柱容量為500MVA的1000MVA、1000kV變壓器(兩柱結(jié)構(gòu))和1500MVA、1000kV變壓器(三柱結(jié)構(gòu))。

為滿足發(fā)電廠直接升壓需求，研制出400MVA、(1100/√3-4×1.25%)/27kV的特高壓升壓變壓器，并應(yīng)用于工程中。

為解決容量提升導(dǎo)致變壓器運(yùn)輸受限的問(wèn)題，分別成功研制了局部解體和全部解體式1500MVA特高壓變壓器，將單件運(yùn)輸重量在75t以內(nèi) 。

通過(guò)特高壓輸電工程實(shí)踐，中國(guó)逐步開(kāi)發(fā)形成了較為完善的特高壓變壓器序列，滿足不同工程建設(shè)需求，表1給出了特高壓交流變壓器的部分性能參數(shù)，1500MVA特高壓變壓器實(shí)物圖見(jiàn)圖1。

2并 聯(lián) 電 抗 器

中國(guó)相繼成功研制了200Mvar、240Mvar和320Mvar特高壓并聯(lián)電抗器，其中320Mvar單體容量世界最大，性能參數(shù)見(jiàn)表2。

為滿足電壓靈活調(diào)整的需要，中國(guó)還研制了1000kV/200MVA特高壓分級(jí)式可控高抗，性能參數(shù)見(jiàn)表3。

3斷 路 器

中國(guó)的特高壓變電站均采用氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)電器(GIS)設(shè)備。在攻克了雙/四斷口高效能滅弧室設(shè)計(jì)、大容量高可靠性分合閘電阻裝置研發(fā)、特大功率操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)難題的基礎(chǔ)上，中國(guó)先后成功研制了額定短路開(kāi)斷電流為50 kA和63 kA 的GIS設(shè)備，性能參數(shù)見(jiàn)表4。

基于對(duì)特快速瞬態(tài)過(guò)電壓抑制技術(shù)，操作過(guò)電壓柔性限制技術(shù)和混合絕緣氣體技術(shù)的深入研究，中國(guó)正在開(kāi)展新一代特高壓GIS設(shè)備的研制和應(yīng)用工作，進(jìn)一步提升設(shè)備的可靠性和環(huán)保性。

4串 聯(lián) 補(bǔ) 償 裝 置

為進(jìn)一步提升系統(tǒng)輸送能力，中國(guó)交流特高壓工程采用了串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)，解決了二次系統(tǒng)抗強(qiáng)電磁干擾、超大容量電容器組的設(shè)計(jì)和保護(hù)、火花間隙通流及動(dòng)作可靠性、限壓器壓力釋放及均流、旁路開(kāi)關(guān)快速開(kāi)合以及阻尼裝置等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，成功研制出特高壓串聯(lián)補(bǔ)償裝置。中國(guó)研制的特高壓串補(bǔ)裝置額定電流達(dá)5080A，額定容量達(dá)3000Mvar，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行圖片見(jiàn)圖2，設(shè)備火花間隙性能參數(shù)見(jiàn)表5。

5其 他 設(shè) 備

中國(guó)在特高壓交流輸電工程實(shí)踐過(guò)程中，成功研制出全系列交流特高壓輸變電設(shè)備。除了前述主要設(shè)備之外，還研制成功了1000kV罐式CVT，1000kV站用避雷器和線路避雷器，550kN大噸位的1000kV復(fù)合絕緣子，以及用于1000kV串補(bǔ)平臺(tái)的支柱絕緣子