1.特高壓直流輸電線路基本情況介紹

問：直流輸電線路有哪些基本類型?

答：就其基本結構而言，直流輸電線路可分為架空線路、電纜線路以及架空——電纜混合線路三種類型。直流架空線路因其結構簡單、線路造價低、走廊利用率高、運行損耗小、維護便利以及滿足大容量、長距離輸電要求的特點，在電網建設中得到越來越多運用。因此直流輸電線路通常采用直流架空線路，只有在架空線線路受到限制的場合才考慮采用電纜線路。

問：建設特高壓直流輸電線路需要研究哪些關鍵技術問題?

答：直流架空線路與交流架空線路相比，在機械結構的設計和計算方面，并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點，需要進行專門研究。對于特高壓直流輸電線路的建設，尤其需要重視以下三個方面的研究：

1. 電暈效應。直流輸電線路在正常運行情況下允許導線發生一定程度的電暈放電，由此將會產生電暈損失、電場效應、無線電干擾和可聽噪聲等，導致直流輸電的運行損耗和環境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設計不當，其電暈效應可能會比超高壓工程的更大。通過對特高壓直流電暈特性的研究，合理選擇導線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電暈效應，減少運行損耗和對環境的影響。

2. 絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對工程的投資和運行水平有極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應”，絕緣子的積污和污閃特性與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴重，合理選擇直流線路的絕緣配合對于提高運行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在世界上尚屬首例，國內外現有的試驗數據和研究成果十分有限，因此有必要對特高壓直流輸電的絕緣配合問題進行深入的研究。

3. 電磁環境影響。采用特高壓直流輸電，對于實現更大范圍的資源優化配置，提高輸電走廊的利用率和保護環境，無疑具有十分重要的意義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導線大、鐵塔高、單回線路走廊寬等特點，其電磁環境與±500千伏直流線路的有一定差別，由此帶來的環境影響必然受到社會各界的關注。同時，特高壓直流工程的電磁環境與導線型式、架線高度等密切相關。因此，認真研究特高壓直流輸電的電磁環境影響，對于工程建設滿足環境保護要求和降低造價至關重要。

問：什么是直流的“靜電吸塵效應”?

答：在直流電壓下，空氣中的帶電微粒會受到恒定方向電場力的作用被吸附到絕緣子表面，這就是直流的“靜電吸塵效應”。由于它的作用，在相同環境條件下，直流絕緣子表面積污量可比交流電壓下的大一倍以上。隨著污穢量的不斷增加，絕緣水平隨之下降，在一定天氣條件下就容易發生絕緣子的污穢閃絡。因此，由于直流輸電線路的這種技術特性，與交流輸電線路相比，其外絕緣特性更趨復雜。

問：直流輸電線路的絕緣配合設計要解決哪些問題?

答：直流輸電線路的絕緣配合設計就是要解決線路桿塔和檔距中央各種可能的間隙放電，包括導線對桿塔、導線對避雷線、導線對地、以及不同極導線之間的絕緣選擇和相互配合，其具體內容是：針對不同工程和大氣條件等選擇絕緣子型式和確定絕緣子串片數、確定塔頭空氣間隙、極導線間距等，以滿足直流輸電線路合理的絕緣水平。

問：直流輸電線路的絕緣子片數是如何確定的?

答：由于直流線路的靜電吸附作用，直流線路的污穢水平要比同樣條件下的交流線路的高，所需的絕緣子片數也比交流的多，其絕緣水平主要決定于絕緣子串的污穢放電特性。因此，目前在選擇絕緣子片數時主要有兩種方法：1.按照絕緣子人工污穢試驗采用絕緣子污耐受法，測量不同鹽密下絕緣子的污閃電壓，從而確定絕緣子的片數。2. 按照運行經驗采用爬電比距法，一般地區直流線路的爬電比距為交流線路的兩倍。兩種方法中，前者直觀，但需要大量的試驗和檢測數據，且試驗檢測的結果分散性大。后者簡便易行，但性較差。實際運用中，通常將兩者結合進行。

問：如何進行特高壓直流輸電線路導線型式的選擇?

答：在特高壓直流輸電工程中，線路導線型式的選擇除了要滿足遠距離安全傳輸電能外，還必須滿足環境保護的要求。其中，線路電磁環境限值的要求成為導線選擇的最主要因素。同時，從經濟上講，線路導線型式的選擇還直接關系到工程建設投資及運行成本。因此特高壓直流導線截面和分裂型式的研究，除了要滿足經濟電流密度和長期允許載流量的要求外，還要在綜合考慮電磁環境限值以及建設投資、運行損耗的情況下，通過對不同結構方式、不同海拔高度下導線表面場強和起暈電壓的計算研究，以及對電場強度、離子流密度、可聽噪聲和無線電干擾進行分析，從而確定最終的導線分裂型式和子導線截面。對于±800千伏特高壓直流工程，為了滿足環境影響限值要求，尤其是可聽噪聲的要求，應采用6×720平方毫米及以上的導線結構。

問：如何確定特高壓直流輸電線路的走廊寬度和線路鄰近民房時的房屋拆遷范圍?

答：特高壓直流輸電線路的走廊寬度主要依據兩個因素確定：1. 導線更大風偏時保證電氣間隙的要求;2.滿足電磁環境指標(包括電場強度、離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲)限值的要求。根據線路架設的特點，在檔距中央影響最為嚴重。研究表明，對于特高壓直流工程，線路鄰近民房時，通過采取拆遷措施，保證工程建成后的電氣間隙和環境影響滿足規定的要求。通常工程建設初期進行可行性研究時就要計算電場強度、離子流密度、無線電干擾和可聽噪聲的指標，只有這些指標滿足相關規定時，工程才具備核準條件。

2.交流特高壓電網的過電壓保護和絕緣配合

問：交流特高壓電網電氣設備的絕緣有什么特點，其影響因素是什么?

答：現代電網應具有安全不間斷的基本功能。實踐表明，在全部停電事故中，輸電線路和變電站電氣設備的絕緣閃絡或擊穿是最主要的原因。因此，為了保證電網具有一個可接受的可靠性指標，科學合理地選擇電氣裝置的絕緣水平至關重要。

電氣設備的絕緣在運行中會受到以下幾種電壓的作用：工作電壓、暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓和陡波過電壓。電氣裝置的絕緣強度一般以在上述各種電壓的作用下的放電電壓來表征。

交流特高壓設備絕緣的主要特點：一是運行電壓高。為了降低設備尺寸和造價，通過采用大容量高性能的避雷器等措施，降低過電壓水平和設備試驗絕緣水平，運行電壓與試驗水平的比值同超高壓相比有顯著增加。二是設備的重要性提高。特高壓線路輸送容量可達500千瓦，單組變壓器容量為300千瓦，要求設備具有更高的可靠性。三是設備尺寸比較大。由于設備尺寸增大，雜散分布電容和局部發熱等因素對絕緣的長期穩定運行形成威脅。

特高壓輸電線路的絕緣可以分為兩類：一類是導線與桿塔或大地之間的空氣間隙，另一類則是絕緣子。由于電壓等級的提高，特高壓輸電工程對絕緣子提出了更高的要求，如高機械強度、防污閃、提高過電壓耐受能力和降低無線電干擾等。

問：什么是內部過電壓?交流特高壓電網的內部過電壓與超高壓電網相比，有哪些相同點和不同點?

答：內部過電壓是由于電力系統故障，或開關操作而引起的電網中能量的轉化，從而造成瞬時或持續高于電網額定允許電壓，并對電氣裝置可能造成威脅的電壓升高。內部過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓兩大類，其中在故障或操作時瞬間發生的稱為操作過電壓，其持續時間一般在幾十毫秒之內;在暫態過渡過程結束以后出現的，持續時間大于0.1秒甚至數小時的持續性過電壓稱為暫時過電壓。暫時過電壓又可以分為工頻過電壓和諧振過電壓。

另外，在GIS變電站中，由于隔離刀閘操作，會產生波頭很陡、頻率很高的操作過電壓，其頻率達數百千周至幾十兆周，稱之為快速暫態過電壓(VFTO)。VFTO可能威脅到GIS及其相鄰設備的安全，特別是變壓器匝間絕緣的安全，也可能引發變壓器內部的高頻振蕩。

特高壓電網的過電壓問題與超高壓電網相比有相似之處，但由于特高壓系統線路輸送容量大、距離可能更長，而自身的無功功率很大，每100公里的1000千伏線路無功功率可達530兆乏左右，使得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節、電壓控制以及故障時單相重合閘潛供電流熄滅等造成一系列困難。同時高電壓長空氣絕緣的飽和、高海拔和電氣設備制造等方面的因素，給過電壓限制提出更高的要求。

問：交流特高壓電網的雷電過電壓有什么特點?有什么保護措施?

答：交流特高壓電網的雷電過電壓及其防護可以分為線路和變電站兩個方面。線路的雷電過電壓防護包括繞擊和反擊防護，變電站的雷電過電壓防護包括直擊雷和侵入波的防護。

1. 特高壓線路的雷電過電壓防護

由于特高壓輸電線路桿塔高度高，導線上工作電壓幅值很大，比較容易從導線上產生向上先導，相當于導線向上伸出的導電棒，從而引起避雷線屏蔽性能變差。這一點不但可從電氣幾何理論上得到解釋，運行情況也提供了佐證。前蘇聯的特高壓架空輸電線路運行期間內曾多次發生雷擊跳閘，基本原因是在耐張轉角塔處雷電繞擊導線。日本特高壓架空輸電線路在降壓運行期間雷擊跳閘率也很高，據分析是線路遭到側面雷擊引起了絕緣子閃絡。

理論分析和運行情況均表明，特高壓輸電線路雷擊跳閘的主要原因是避雷線屏蔽失效，雷電繞擊導線造成的。因此采用良好的避雷線屏蔽設計，是提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施。同時還應該考慮到特高壓輸電線路導線上工作電壓對避雷線屏蔽的影響。對于山區，因地形影響(山坡、峽谷)，避雷線的保護可能需要取負保護角。

2. 特高壓變電站的雷電過電壓保護

根據我國110～500千伏變電站多年來的運行經驗，如果特高壓變電站采用敝開式高壓配電裝置，可直接在變電站構架上安裝避雷針或避雷線作為直擊雷保護裝置;如果采用半封閉組合電器(HGIS)或全封閉組合電器(GIS)，進出線套管需設直擊雷保護裝置，而GIS本身僅將其外殼接至變電站接地網即可。

與超高壓變電站一樣，特高壓變電站電氣設備也需考慮由架空輸電線路傳入的雷電侵入波過電壓的保護，其根本措施在于在變電站內適當的位置設置避雷器。由于限制線路上操作過電壓的要求，在變電站出線斷路器的線路側和變壓器回路均需要安裝避雷器。至于變電站母線上是否要安裝避雷器，以及各避雷器距被保護設備的距離，則需通過數字仿真計算予以確定。

問：交流特高壓電網絕緣配合的特點是什么?與超高壓電網有什么區別?

答：絕緣配合技術是考慮運行環境和過電壓保護裝置特性的基礎上，科學合理地選擇電網中電氣裝置的絕緣水平。在此過程中，權衡設備造價、維修費用和故障損失，力求用合理的成本獲得較好的經濟利益。

交流特高壓電網中，由于空氣間隙的放電電壓在操作過電壓下呈現飽和特性，從而使得電網中電氣設備的絕緣占據電網設備總投資的份額愈來愈大;同時由于特高壓電網輸送容量巨大，絕緣故障的后果將非常嚴重，因此在特高壓電網中絕緣配合問題更值得關注，在特高壓的絕緣配合研究中需采用更的方法。例如對于操作過電壓作用下空氣間隙的選擇，宜采用長操作波頭(1000微秒)的試驗情況替代以往超高壓電網線路絕緣配合時采用標準操作波形(250微秒)。