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日本特高压输电技术的研究与实践

来源:中国电力报 日期:2010年3月3日 14:52

    上世纪70年代,日本经济发展很快,致使日本每年的电力负荷增长率高达6%~10%。随着负荷的增长、系统的加强以及远离负荷地区的大容量核电站的建设,仅有500千伏输电系统将难以满足输电容量的要求,且系统稳定和短路电流的问题也将更加严重,再加上日本国土狭窄、输电走廊问题突出,使得当时特高压大容量输电技术的开发成为日本电力发展的当务之急。

  试验研究

     日本从1972年启动了特高压输电技术的研究开发计划,确定对特高压输电技术进行研究的工作分为基础研究、开发研究和工业考核三个阶段。1978年11月,特高压输电特别委员会正式成立,形成了包含中央电力研究所、东京电力公司以及制造、院校和官方人员参加的全国性组织。

     为了系统地开展特高压输电技术的试验研究,以日本电力中央研究所为核心,完成了盐原、赤诚等特高压试验研究基地的建设。盐原试验场主要试验设备有:两套冲击电压发生器(10兆伏,0.75兆焦和12兆伏,1.8兆焦);3台350千伏试验变压器,串联后最高电压可达到1050千伏;1台1360千伏,1安的直流电压发生器。试验场建有总长约1500米的试验线段,试验线段的对地高度可调。试验场还配备了尺寸为8米×8米×24米的电晕笼,笼中可安装单根、双分裂至12分裂的试验导线。赤城特高压交流试验场于1980年建成投运,主要用于特高压交流输电线路的机械和电气特性试验。赤城试验场建有600米长的同杆双回试验线段,共三基铁塔,两个档距,每档300米,在试验线段一个档距中央的下方设有电磁环境测量场。试验场配有3台单相20千伏╱1400千伏升压变压器,升压变压器与试验线段直接连接,中间没有开关等设备。

     在日本特高压技术研究过程中,盐原试验场主要承担了利用电晕笼开展噪声和无线电干扰等电磁环境影响的试验、输电线相间操作冲击试验、杆塔空气间隙试验、试验线段在直流下的离子流测量等方面的研究工作。赤城试验场主要完成了地震和强风对铁塔和导线强度影响的研究、特高压输电线路的无线电干扰水平及预测公式的校核、特高压输电线路的地面电场水平测量、特高压输电线路的导线的风噪声测量和特高压输电线路铁塔对景观的影响等研究工作。另外,日本电力中央研究所还系统地进行了长串绝缘子污秽特性的试验、特高压系统特性、特高压系统过电压与绝缘配合、特高压防雷技术等方面的研究。

     通过全面系统的试验研究,对8分裂导线结构所产生的电晕噪声、无线电和电视干扰、电视重影、风噪声、电晕损失以及对生态环境的影响进行了实测,掌握了不同气象条件下的测量方法和对测量结果评价,提出了满足日本国家电磁环境要求的电磁环境参数的限制,以及敏感区域的控制措施,得到了可用于工程设计的大量的试验数据和试验曲线,为特高压输电线路的设计提供了可靠的技术支撑。

  工程实践

    在完成大量试验研究工作的基础上,东京电力公司于1988年开始建设柏崎—西群马—东山梨南北向特高压输电线路,长度约190千米,该1000千伏输电线路于1993年以500千伏电压投入运行;紧接着于1992年又开始建设南磐城—东群马—西群马东西向特高压输电线路,长度约240千米,该线路于1999年建成,并同样以500千伏电压投入使用。按原计划两条特高压输电线路准备在21世纪初升压到1000千伏运行,但由于从20世纪80年代中期开始,日本电力负荷的增长趋缓,核电站的建设步伐减慢,无负荷需求,因此,建成的两条特高压线路投入运行至今,一直以500千伏降压运行。

     东京电力公司对特高压设备可靠性研究十分重视,从设备的结构设计到工艺选择,从设备监造到例行试验、型式试验和特殊试验,均进行了认真细致的研究工作,最后特高压设备由日本的东芝、三菱和日立三家公司分别开发生产成功。在建成南北、东西两条特高压输电线路后,于1995年将东芝、三菱和日立三家开发生产的特高压成套设备,每家一相,安装在新臻名变电所特高压试验场,建成了一个完整的GIS特高压变电站,并随即以1000千伏电压投入带电考核。由于新臻名特高压变电站未接送出线路,因此只能称为带电考核,不是实际运行。为了模拟全工况条件,特高压变电站除了对变压器、GIS至GIS出线套管只施加额定工作电压外,还安装了一套大电流升流器(升流器由多只绕有励磁绕组的环形线圈叠装而成,可产生8000安电流),对GIS一部分组件(包括断路器、隔离开关和一段母线)组成的闭合回路施加电流,模拟实际运行状态,使特高压变电站的部分设备在未接送出线路,即不输送负荷的情况下,相当于在额定电压和额定电流下运行。

     从1996年至今,新臻名变电站的变压器、GIS及GIS出线套管长期施加额定电压考核,并对GIS中的断路器、隔离开关和一段母线定期施加大电流8000安,年施加电流的时间不少于7天。另外,还定期对断路器和隔离开关进行操作试验,测量并记录操作产生的过电压(包括VFTO),对特高压变电站的各种设备周期性进行局部放电、温度及其他特征参数进行在线监测。在长期的带电考核过程中,确实发现了一些问题,如变压器油流带电造成内绝缘击穿问题,后经改进内部连接导线的多屏障及支撑绝缘的设计,问题得以解决。长期带电考核的结果表明,特高压设备是可靠的,能满足可靠性运行的要求。应该指出的是,新臻名试验场是一个为验证设备可靠性、工程可行性和开发新技术为目的而建设的试验站,许多设备的功能要求和参数要求均高于实际工程可行性研究的要求。

  讨论

     综上所述,日本在特高压输电关键技术研究和特高压设备研制方面开展了前瞻性、基础性和实用性的试验研究工作,取得了一大批世界水平的重要成果,为特高压输电技术的工程应用奠定了坚实的基础。日本特高压同塔双回线路虽未以1000千伏电压运行,但其铁塔、导线、绝缘子和金具的机械特性通过多年的运行已得到充分的考核。日本制造的特高压成套设备在新臻名特高压变电站进行了长期带电考核,部分设备还经受了全电压全电流条件下的“运行”。日本方面的研究和实践表明,采用特高压输电不仅技术上可行,完全满足电磁环境的要求,而且特高压设备的制造及其可靠性可以得到保证。

     日本特高压线路工程建成后,一直以500千伏运行,并未按原计划于本世纪初升 压到1000千伏运行的主要原因是,国内经济增长趋缓,电力负荷增长缓慢,无负荷需求,而并不是技术原因和设备运行可靠性问题所致。这也说明特高压输电的发展进程由大容量输电的需求所决定,主要取决于用电负荷的增长情况。据日本方面介绍,日本目前计划在2015年左右,配合福岛地区核电站的建设和扩建,将现有的特高压输电线路升压至1000千伏运行,输送容量可达1300万千瓦,升压运行后在满足送电要求的同时,考虑将原来的500千伏系统部分开环运行,以有效抑制500千伏系统的短路电流。

      我国特高压交流试验示范工程正在紧锣密鼓地进行之中,各项科研项目经认真细致的试验研究,得到的研究结论一方面验证了日本方面的研究结论的正确性,更重要的是为我国特高压工程的实施提供了科学的、符合国情的、强有力的技术支撑。完全有理由相信,有日本方面的研究与实践的经验作参考,有国内电力科技人员认真细致地研究,有制造行业专家的刻苦攻关和为设备国产化努力拼搏的精神,我国特高压交流试验示范工程一定能高水平、高质量的建成,为世界高压输电领域作出应有的贡献。

所属类别: 电力系统的发展和最新技术

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