特高壓輸電技術的發展與現狀

任晨曦 詹穎威 陳臣 史博仁

摘要：從高參數、大容量火電機組到遠距離、特高壓交直流輸變電，從方興未艾的新能源到如火如荼的信息化建設，改變世界的創新之花在中國一次次綻放，贏得未來的創新激情在中國被一次次點燃。鑒于此，本文主要分析特高壓輸電技術的發展與現狀。

關鍵詞：特高壓輸電;輸電技術;發展

1、引言

特高壓既是工程建設，更是自主技術攻關。在特高壓交直流輸電工程設計中，中國能建規劃設計集團秉承設計革命和技術創新的設計理念，以“安全可靠、自主創新、經濟合理、環境友好、國際一流”為原則，在國內外沒有可供借鑒的成熟經驗和技術的前提下依靠自主研究、全面創新，開展了大量科研課題和設計專題研究。隨著特高壓建設的不斷推進，中國能建規劃設計集團依托工程建設，掌握了一批具有自主知識產權的特高壓核心技術和關鍵技術，形成了世界領先的特高壓研究能力，建立了世界上首個特高壓技術體系。

2、特高壓輸電的特點

特高壓交流輸電是指 1000kV 及以上的交流輸電，是目前世界上最高電壓等級的輸電。我國發展特高壓交流輸電技術，既面臨高電壓、強電流的電磁與絕緣技術世界級挑戰，又面臨重污穢、高海拔的嚴酷自然環境影響，而國際上沒有成熟適用的技術和成套設備，創新難度極大。在超高壓技術的成功應用基礎上，特高壓輸電是我國目前致力發展的重要項目。特高壓輸電技術的提出其根本目的就在于增強電路的輸電能力，減少電能在中途輸送過程中的浪費。同時使其能夠滿足特定環境下相互分隔的電力系統之間的聯通，實現大功率輸電。根據數據分析表明，特高壓線路的輸電量可以達到普通電壓多倍，這樣選擇特高壓輸電就可以大量減少導線等材料的電能使用量，節約了電力輸送的成本，為國家的電力發展提供了更為廣闊的空間，實現我國電力和電網的均衡發展，同時為國家的發展帶來了巨大的經濟效益。但是我國目前特高壓輸電的運營過程中除了具有巨大的優勢外還存在著一定的問題。特高壓輸電技術的實現為國家的電氣技術問題的解決提供了條件，在提高輸電區域經濟效益的同時也為其周邊的發展提供了方便，但是特高壓輸電對人體安全的影響目前尚未定論，同時特高壓輸電本身的技術水平尚不算先進，關于變壓器等安全設施的設計應值得商榷，總之，其安全問題尚處于探討階段。另外，我國特高壓輸電水平與發達國家相比存在一定的差距，技術上存在一定的缺陷，需要進一步的改善和發展。

3、特高壓輸電技術的現狀

3.1、受重視程度不斷加深

特高壓直流輸電技術出現之初并沒受到太多重視，因為更多的人處于觀察狀態，但隨著特高壓直流輸電項目不斷建成、數量不斷增多，人們逐漸認識到特高壓直流輸電的顯著優勢，其能有效解決能源資源和電力需求間距過大的問題。我國這一問題非常顯著，幅員遼闊、所需供電面積十分寬廣，因此解決這些問題是電力發展的重要里程碑。

3.2、大規模推廣應用逐漸開展

一方面，特高壓直流技術在國內獲得了較大規模的推廣和應用。尤其是在相關部門的支持下特高壓直流技術更是如魚得水，截止到2017年的統計數據顯示，±1000千伏的輸電線路數量為8條，±800千伏的輸電線路數量為10條，這18條輸電線路在運轉過程中都呈現出較強的技術優勢，因此在國內應用越來越廣泛;另一方面，特高壓直流技術在國外也獲得了一定規模的推廣和應用。隨著經濟全球化形勢的席卷，我國積極探索一帶一路等合作交流渠道和途徑，與其他國家間的合作和溝通也越來越多，我國也積極將先進的技術輸送到其他國家，其中巴西美麗山一期工程就是特高壓輸電技術在國外應用的一個顯著的例子，這一項目的建成也意味著我國的特高壓直流技術已發展較為成熟，也意味著在國外的推廣應用正式開啟，未來的應用范圍將更加廣泛。

3.3、相關科研初見成效

特高壓直流輸電技術的相關科研工作一直在穩步前進，一方面擁有政府方面的支持，為科研事業的開展提供了一系列的便利和幫助，另一方面擁有人才的不斷努力，越來越多的人才投入到特高壓直流輸電技術的研究中，不斷利用自己所學到的知識攻堅克難，提高技術的先進性。2004年我國已開始針對特高壓輸電技術開展了一系列的研發和論證工作，在接下來的10多年一直不間斷進行科技研究，同時結合實際情況不斷進行優化升級，研制出了特高壓輸電技術的核心設備和關鍵技術，如外絕緣配置技術串補裝置等。

4、特高壓輸電技術的發展

4.1、特高壓設備生產全過程數字化管理

工業互聯網是七大新型基礎設施建設內容之一，是中國制造智能化、信息化的重要手段，是中國制造業產業升級的推動力，加速“中國制造”向“中國智造”的產業轉型，最終提高中國的制造業水平，提高制造企業的經濟效益，進而推動中國經濟的高質量發展。在特高壓輸電工程中，關鍵設備主要為特高壓換流變壓器、大容量換流閥、大容量直流斷路器等，此類設備內部結構復雜、制造成本極高，提高特高壓關鍵設備的制造、管理水平，對原料采購、部件安裝、出廠檢測、售后跟蹤等生產全環節進行信息化建模與監管，可有效降低特高壓設備制造企業的生產成本，提高企業產能，助力中國特高壓工程又好又快發展。

4.2、高可靠性智能傳感技術應用

5G 通信與人工智能是本次新型基礎設施建設的主要內容，是“新基建”的“新”之所在。5G 通信技術可用于特高壓電力設備的狀態信息高速低功耗廣域傳輸，實現特高壓電力設備的實時感知;人工智能與大數據挖掘技術可用于特高壓電力設備的狀態評價與運維決策、電力系統的故障診斷與運行優化等，為特高壓輸電設備管理與電網運行提供新方法。

（1）換流變壓器。目前換流變壓器中采用的感知手段主要包括油中氣相色譜、局部放電識別與定位、繞組光纖測溫、鐵芯振動等，能較好地對變壓器內部存在的隱患、缺陷進行感知。然而，目前超特高壓換流變壓器中使用的套管設備市場幾乎被國外壟斷，由于套管故障導致的換流變壓器事故也曾發生，一方面中國需攻克換流變套管的制造技術，另一方面需要加強對換流變套管的全方位狀態感知，包括對電流、局放等電氣量與氣體、溫度、壓力等非電氣量進行高精度與高穩定性測量。

（2）輸電線路。特高壓輸電線路的傳統在線監測系統主要包括雷電在線測量系統、輸電線路環境監測系統、導線微風振動檢測系統及輸電線路視頻監控等，在線監測技術較為成熟。然而隨著無人機技術的廣泛應用，架空輸電線路及電纜隧道的帶電巡視技術也得到新的發展，傳統低效的人工巡視的主要內容，是“新基建”的“新”之所在。5G 通信技術可用于特高壓電力設備的狀態信息高速低功耗廣域傳輸，實現特高壓電力設備的實時感知;人工智能與大數據挖掘技術可用于特高壓電力設備的狀態評價與運維決策、電力系統的故障診斷與運行優化等，為特高壓輸電設備管理與電網運行提供新方法。

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