特高壓工程大規(guī)模建設(shè)，核心裝備是關(guān)鍵。為促進(jìn)特高壓交流輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對特高壓交流變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)、串聯(lián)補(bǔ)償裝置和避雷器等關(guān)鍵裝備的最新技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和展望。
結(jié)果表明：特高壓變壓器應(yīng)選擇局部放電概率為1‰時的電場強(qiáng)度允許值作為許用場強(qiáng)；采用器身端部磁屏蔽、油箱電屏蔽、油箱磁屏蔽、采用不導(dǎo)磁鋼板等漏磁控制措施可有效降低1500MVA大容量特高壓變壓器的漏磁和溫升；特高壓斷路器的開斷能力可達(dá)63kA，采用基于“三回路法”的合成試驗回路可突破試驗設(shè)備限制，完成1100kV斷路器開斷試驗；明確了通過在“立式”隔離開關(guān)靜觸頭側(cè)安裝阻尼電阻來限制VFTO的幅值和頻率；提出了從持續(xù)運(yùn)行電壓的角度出發(fā)，特高壓避雷器的額定電壓降低到780kV是安全的。未來特高壓交流輸變電裝備應(yīng)在高可靠性、大容量、新工作原理和性能參數(shù)優(yōu)化等方面進(jìn)行深入研究。
特高壓交流變壓器、開關(guān)設(shè)備、串補(bǔ)裝置和避雷器是特高壓交流輸電工程的主要核心裝備，本次將重點(diǎn)對這4類設(shè)備的最新技術(shù)發(fā)展進(jìn)行梳理和總結(jié)。
特高壓串補(bǔ)裝置發(fā)展
特高壓串補(bǔ)裝置主要解決了應(yīng)用串補(bǔ)對系統(tǒng)特性影響、串補(bǔ)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化選取、控制保護(hù)和測量系統(tǒng)的強(qiáng)抗電磁干擾能力、超大容量電容器組的設(shè)計和保護(hù)、串補(bǔ)火花間隙的通流能力及動作可靠性、限壓器的壓力釋放能力及均流性能、旁路開關(guān)的快速開合能力以及阻尼裝置、光纖柱、電流互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)問題。攻克了特高壓、超大電流、超大容量條件下，串補(bǔ)主設(shè)備多項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到性能極限的難題，研制出特高壓串補(bǔ)一次設(shè)備，并全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
電容器組
串補(bǔ)用電容器組是實現(xiàn)串補(bǔ)功能的基本物理元件，是串補(bǔ)裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。單套特高壓串補(bǔ)電容器數(shù)量多達(dá)2500臺，為500kV串補(bǔ)的3-4倍，面臨大補(bǔ)償容量下電容器單元的大量串并聯(lián)難題。國內(nèi)提出了雙H橋保護(hù)方案，結(jié)合花式接線技術(shù)，解決了電容器不平衡電流檢測靈敏性和注入能量控制之間的配合難題，同時解決了串聯(lián)電容器組可能群爆的技術(shù)難題，串補(bǔ)用電容器組的實體圖和接線原理圖如圖12和圖13所示。
限壓器
針對特高壓串補(bǔ)提出的極為苛刻的可靠性要求，專門優(yōu)化了電阻片的配片方法，實現(xiàn)了每相限壓器近百柱電阻片柱并聯(lián)（每個電阻片柱由30片電阻片串聯(lián)）后柱間分流系數(shù)從超高壓串補(bǔ)的1.10降至1.03。采用特殊設(shè)計的壓力釋放結(jié)構(gòu)，在瓷外套限壓器單元高度達(dá)2.2m、內(nèi)部無隔弧筒的情況下，壓力釋放能力達(dá)到了63kA/0.2s。
火花間隙
特高壓串補(bǔ)用火花間隙的額定電壓達(dá)到120kV，遠(yuǎn)高于超高壓串補(bǔ)用火花間隙的80kV；電流承載能力達(dá)到63kA/0.5s（峰值170kA），是超高壓間隙的2.5倍。研制的火花間隙具有精確、可控、穩(wěn)定的觸發(fā)放電電壓以及足夠的故障電流承載能力（63kA，0.5s），百微秒級觸發(fā)放電時延，主絕緣快速恢復(fù)能力（在通過50kA/60ms電流后，間隔650ms時恢復(fù)電壓標(biāo)幺值達(dá)2.17）、強(qiáng)抗電磁干擾能力等性能。表4是特高壓串補(bǔ)用火花間隙與500kV串補(bǔ)用火花間隙主要參數(shù)對比表。圖14記錄了短路試驗時間隙可靠動作的情況。
串補(bǔ)平臺
設(shè)計了緊湊化、大載荷、高抗震等級的特高壓串補(bǔ)平臺，形成了國際獨(dú)有的特高壓串補(bǔ)真型試驗研究能力；建立了復(fù)雜多設(shè)備三維力學(xué)和場強(qiáng)分析模型，提出了一體化、大包圍結(jié)構(gòu)的3段母線式平臺設(shè)備緊湊化布置和支撐方案，解決了超重平臺(200t）的抗震、絕緣配合及電磁環(huán)境控制等難題；建設(shè)了特高壓串補(bǔ)真型試驗平臺，形成了串補(bǔ)平臺大尺度外絕緣配合、電暈及空間場強(qiáng)、平臺上弱電設(shè)備電磁兼容等試驗?zāi)芰?，填補(bǔ)了特高壓串補(bǔ)試驗研究的空白，如圖15所示。
旁路開關(guān)和旁路隔離開關(guān)
研制了大容量滅弧室和高速操作機(jī)構(gòu)，解決了10m超長絕緣拉桿在高速動作下的導(dǎo)向和機(jī)械強(qiáng)度難題，研制出首臺T型結(jié)構(gòu)SF6瓷柱式旁路開關(guān)，額定電流達(dá)6300A，合閘時間≤30ms，機(jī)械壽命10000次；提出了主觸頭加裝輔助真空斷路器，由主導(dǎo)電桿操作開合轉(zhuǎn)換電流的方法，研制出首臺敞開式旁路隔離開關(guān)，轉(zhuǎn)換電流開合能力大幅提升至7kV/6300A。
平臺上弱電設(shè)備的電磁兼容
攻克了特高壓串補(bǔ)平臺上暫態(tài)過電壓控制及弱電設(shè)備在高電位、強(qiáng)干擾下的電磁兼容等技術(shù)難題，研制出具有極強(qiáng)抗電磁干擾能力的串補(bǔ)平臺測量系統(tǒng)、火花間隙觸發(fā)控制箱。圖16是特高壓串補(bǔ)裝置現(xiàn)場圖。2011?12?16，中國電科院自主研制的國際首套特高壓固定串補(bǔ)裝置在特高壓交流試驗示范工程擴(kuò)建工程中成功投運(yùn)，裝置額定電流達(dá)5080A、額定容量達(dá)1500MVA(無功)，主要技術(shù)指標(biāo)居世界第一，將特高壓試驗示范工程輸送能力提高了100萬kW，實現(xiàn)了單回特高壓線路穩(wěn)定輸送500萬kW的目標(biāo)，至今保持安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
隨著電氣新材料的迅速發(fā)展，更高儲能密度的電容器有望應(yīng)用在串補(bǔ)中，可以顯著減少串補(bǔ)電容器的串、并聯(lián)數(shù)量?，F(xiàn)有限壓器閥片的能量密度為300J/cm3，隨著閥片技術(shù)的進(jìn)步，更高能量密度閥片的限壓器有望應(yīng)用于串補(bǔ)裝置中。新型電容器和采用高能量密度閥片的限壓器可以大幅度節(jié)約串補(bǔ)平臺的空間，從而降低串補(bǔ)工程的整體造價。同時，現(xiàn)有特高壓串補(bǔ)用火花間隙為敞開式強(qiáng)制觸發(fā)型空氣間隙，外界環(huán)境對其運(yùn)行可靠性有一定影響，而基于新型工作原理如等離子體觸發(fā)、全密封結(jié)構(gòu)的快速旁路裝置的研究，有望能進(jìn)一步提高串補(bǔ)間隙的運(yùn)行可靠性。
