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講述特高壓:交換特高壓關鍵設備


江蘇中動電力設備有限公司 / 2018-05-19

19世紀60年代,隨著資產階級革命和改革完成帶來的經濟與科學快速發展,作為二次清潔能源的電能走上了歷史舞臺,因電能相比于之前使用的一次能源具有清潔高效、方便轉化、利用率高等優點,很快在社會中各個行業開始了廣泛使用,隨著電能利用的普及,第二次工業革命開始,電氣時代拉開了帷幕。

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世界經濟的快速發展,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,但是發電能源與負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題。

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直流輸電是人們最先嘗試的方法,但因輸送電壓低,導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意義。

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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。經過眾多科學家與工程師的不懈努力,在1885年5月1日的匈牙利布達佩斯國家博覽會上,一臺150V,70Hz單相交流發電機發出的電流經過75臺5kVA變壓器降壓,點亮了1067只愛迪生燈泡,標志著現代實用變壓器的誕生。至此,交流輸電設備快速發展,交流輸電迅速占領了統治地位。

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而今,伴隨著時代的發展,科技的進步,驚人的電能需求帶來了電壓等級的不斷增長,從而意味著對交流設備的更高要求,截至目前中國已建成了數條1000kV以上的交流特高壓線路,在這個過程中,中國特高壓人對特高壓交流設備的完善、創新、以及從中總結的經驗、建立的標準,無一不是智慧的結晶。

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基于《中國特高壓輸電技術的研究與應用》一文,本期講述特高壓為您帶來交流特高壓關鍵設備的研究成果。

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特高壓交流設備主要包括哪些?

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變壓器、并聯電抗器、開關、串聯補償裝置、互感器、電容器、避雷器、絕緣子、套管、導地線、金具和桿塔等。

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交流特高壓關鍵設備

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關鍵設備主要有特高壓變壓器、并聯電抗器、開關、串聯補償裝置。

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1變 壓 器

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中國攻克了特高壓變壓器全場域電場控制、無局放絕緣設計、減振降噪、溫升控制等技術難題,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,單臺總容量達到1000MVA。

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在成功解決單柱容量提升帶來的漏磁控制問題的基礎上,中國進一步研制出單柱容量為500MVA的1000MVA、1000kV變壓器(兩柱結構)和1500MVA、1000kV變壓器(三柱結構)。

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

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

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通過特高壓輸電工程實踐,中國逐步開發形成了較為完善的特高壓變壓器序列,滿足不同工程建設需求,表1給出了特高壓交流變壓器的部分性能參數,1500MVA特高壓變壓器實物圖見圖1。

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2并 聯 電 抗 器

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中國相繼成功研制了200Mvar、240Mvar和320Mvar特高壓并聯電抗器,其中320Mvar單體容量世界最大,性能參數見表2。

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為滿足電壓靈活調整的需要,中國還研制了1000kV/200MVA特高壓分級式可控高抗,性能參數見表3。

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3斷 路 器

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中國的特高壓變電站均采用氣體絕緣金屬封閉開關電器(GIS)設備。在攻克了雙/四斷口高效能滅弧室設計、大容量高可靠性分合閘電阻裝置研發、特大功率操作機構設計等技術難題的基礎上,中國先后成功研制了額定短路開斷電流為50 kA和63 kA 的GIS設備,性能參數見表4。

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基于對特快速瞬態過電壓抑制技術,操作過電壓柔性限制技術和混合絕緣氣體技術的深入研究,中國正在開展新一代特高壓GIS設備的研制和應用工作,進一步提升設備的可靠性和環保性。

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4串 聯 補 償 裝 置

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為進一步提升系統輸送能力,中國交流特高壓工程采用了串聯電容補償技術,解決了二次系統抗強電磁干擾、超大容量電容器組的設計和保護、火花間隙通流及動作可靠性、限壓器壓力釋放及均流、旁路開關快速開合以及阻尼裝置等關鍵技術問題,成功研制出特高壓串聯補償裝置。中國研制的特高壓串補裝置額定電流達5080A,額定容量達3000Mvar,現場運行圖片見圖2,設備火花間隙性能參數見表5。

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5其 他 設 備

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中國在特高壓交流輸電工程實踐過程中,成功研制出全系列交流特高壓輸變電設備。除了前述主要設備之外,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復合絕緣子,以及用于1000kV串補平臺的支柱絕緣子

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