特高壓交流輸電技術研究與試驗基地建設目錄特高壓交流輸電技術研究外絕緣特性過電壓與絕緣配合電磁環(huán)境電暈特性雷電防護帶電作業(yè)特高壓交流試驗基地建設特高壓交流

輸電技術研究概況

武高院自1985年起，不斷了解、跟蹤國際上特高壓輸電技術的研究和應用狀況?！捌呶濉逼陂g，承擔了國務院重大辦和電力部立項的特高壓輸電前期研究、特高壓外絕緣特性研究等項目。編譯、出版《特高壓輸電技術資料匯編》13冊，400余萬字，為我國掌握和深入開展特高壓輸電技術研究打下堅實的基礎特高壓交流

輸電技術研究概況

“八五”期間由國務院重大辦立項，開展了“遠距離輸電方式和電壓等級論證”項目的研究。

論證了我國特高壓輸電的必要性、可行性以及開展特高壓輸電研究的迫切性。

特高壓交流

輸電技術研究概況“九五”期間，由國家科委立項，開展了“特高壓輸電的前期論證”項目。

論證了我國特高壓輸變電設備國產化問題以及建設特高壓工業(yè)性試驗研究線路的可能性。

特高壓交流

輸電技術研究概況1994年電力部立項1996年在武漢高壓研究院戶外試驗場建成了我國第一條百萬伏級試驗研究線段線段長200m特高壓真型拉V塔桿塔高度47m呼稱高度40m三相導線水平排列導線采用8分裂導線截面400mm分裂直徑1.04m。分裂直徑1.04m。特高壓交流

輸電技術研究概況2003年，國家電網公司立項，開展了“特高壓輸電技術和經濟可行性研究”項目

2005年，國家電網公司下達特高壓輸電關鍵技術研究課題10項

1000kV交流特高壓課題7項

±800kV直流特高壓課題3項

2006年，承擔特高壓交流課題15項

20多年潛心研究，武漢高壓研究院是我國特高壓輸電技術的積極倡導者和實踐者。

外絕緣特性

研究內容

工頻、操作和雷電沖擊放電電壓特性研究交流絕緣子串污耐壓特性研究放電電壓的海拔校正設備空氣間隙典型分裂耐熱擴徑軟導（母）線及分裂導線、管型母線基于不同間隙絕緣子串污閃電壓；污穢度對絕緣子污閃電壓的影響；不均勻污穢和灰密對污閃電壓的影響；給出1000kV級交流輸變電工程設備外絕緣工程設計的計算或選擇方法。間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污耐壓特性四分裂導線對構架布置管型母線對構架布置導線相間試驗布置

環(huán)對環(huán)相間試驗布置外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性試品布置絕緣子人工污穢試驗布置V型絕緣子串布置外絕緣特性試品布置間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性八分裂導線貓頭塔中相試驗國內最大的污穢實驗室（霧室24ⅹ24ⅹ26m)四分裂導線管型母線均壓環(huán)構架橫梁構架立柱雷電沖擊電壓操作沖擊電壓工頻電壓相對地間隙結果:50％放電電壓與間隙的關系曲線外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性

★四分裂導線對構架橫梁的試驗結果

雷電沖擊操作沖擊外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性★四分裂導線對構架立柱的試驗結果

雷電沖擊操作沖擊工頻電壓（峰值）外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性★沖擊波前時間對放電電壓的影響

四分裂導線至構架立柱間隙距離為5.5m時，施加操作波的波前時間分別為1.2μs、100μs、250μs、500μs、750μs和5000μs進行了試驗。導線至構架立柱間隙50%放電電壓與波前時間的關系外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性50%放電電壓與沖擊電壓波前時間的關系呈“U”曲線。波前時間為120～250μs時的放電電壓最低。長波前時間（5000μs）的操作沖擊50%放電電壓比250μs的操作沖擊50%放電電壓提高約21%；比750μs的操作沖擊50%放電電壓提高約8.5%左右。外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性四分裂導線均壓環(huán)均壓環(huán)四分裂導線管型母線管型母線相間間隙相間操作沖擊α=0.5，0.4操作沖擊放電電壓與相間距的關系曲線外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性相間操作沖擊的試驗結果均壓環(huán)對均壓環(huán)四分裂導線對四分裂導線1—α=0.52—α=0.4外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性

電壓分配系數α對相間絕緣的U50有影響相間絕緣的U50隨著α增大而增加

α=0.5的相間50%放電電壓比α=0.4的50%放電電壓提高約3.5%—5.3%。外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性海拔校正塔構架空氣間隙的雷電沖擊及工頻的海拔校正因數，在所研究的間隙距離范圍內，可以按以下公式計算。

Ka=1/(1.0-H/10000)

外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性

塔構架空氣間隙的操作沖擊海拔校正因數按公式Ka=1/(1.0-mH/10000)計算，并提出了海拔校正因數的修正因子m的計算公式：

m=1(U＜0.838)m=1.803-0.9587U(0.838≤U≤1.568)m=0.3(U＞1.568)

式中，m為操作沖擊的海拔校正因數的修正因子；為操作沖擊電壓，MV。

外絕緣特性間隙放電特性試驗海拔修正絕緣子污穢特性

長串污穢特性試驗研究

絕緣子串片數20，30，35，40，48CA590-EZCA887-EZ絕緣子型號鹽密/灰密0.06/0.150%污閃電壓與絕緣子串片數的關系曲線50%污閃電壓與不同鹽密的關系曲線鹽密/灰密0.06/0.10.1/0.50.15/0.5單串V串雙串FC300/195外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性不同絕緣子片數人工污穢50%耐受電壓試驗結果

（SDD=0.06mg/cm2)

CA590-EZFC300/195外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性50%人工污穢工頻耐受電壓有非線性趨勢，與線性外推比較，U50%相差1.6%~10.2%

輕污穢下，采用短串絕緣子的試驗結果來選擇長串絕緣子片數是不合適的外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

48片單懸垂串在不同人工污穢下

50%耐受電壓試驗結果

序號絕緣子型式片數(片)SDD(mg/cm2)U50%(kV/unit)σ

(%)1CA-590EZ480.0612.48.12480.111.27.73480.1510.37.24CA-596EZ480.0613.77.95480.112.77.46480.1511.47.37FC-300/195480.0611.54.38480.110.74.89480.159.64.4注：NSDD為0.5mg/cm2海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

不同型式絕緣子的污耐壓與SDD的成負指數冪關系，其指數范圍：-0.195~-0.202

美國研究結果，指數范圍為-0.112~-0.267

日本，指數約為-0.199

我們的數據與國外研究情況具有可比性外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

雙傘型較普通型瓷絕緣子單I串污耐壓值提高約5%（美國試驗結果表明:雙傘型較普通型絕緣子污耐壓提高約7%）雙傘型瓷絕緣子V型串較單I串提高約13%

普通型瓷絕緣子雙I串較單I串的污耐壓值降低約6%

外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性傘型及布置對污耐壓影響：

不同灰密下的50%污穢耐受電壓試驗結果

序號絕緣子型號片數(片)NSDDmg/cm2U50%kV/unitσ(%)1FC-400/205480.512.96.821.011.87.232.010.67.144.09.86.9注：SDD為0.1mg/cm2

導電物為商業(yè)純NaCl，不溶物為硅藻土。外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

絕緣子U50%隨著NSDD的增加呈負指數冪關系，其指數約為-0.1341

日本電中研的研究結果為-0.12，與本結果近似外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

上下表面不均勻積污下的50%污穢耐受電壓試驗結果序號型號串長(片)SDD/NSDD(mg/cm2)上下表面不均勻積污比（T/D）U50%(kV/unit)σ(%)Umax(kV/unit)1FC-400/205480.1/1.01：111.87.210.921：312.47.511.431：513.06.912.141：1013.37.312.3注：導電物為商業(yè)純NaCl，不溶物為硅藻土。外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

絕緣子U50%隨著上下表面不均勻積污比的增加而增加上下表面不均勻積污比校正系數滿足K=Ut/U0=1-Nln(T/D),N為常數。對于普通型絕緣子，N為0.046~0.062。外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性

外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性污穢等級ESDD（mg/cm2）

普通型

雙傘型

CA-590EZ

CA-596EZ

FC-300/195

CA-887EZ

單I單V雙I單I單V雙I單I單V雙I單I單V雙IⅠ

0.06545258494752585662524655Ⅱ

0.10595763535157646168575060Ⅲ

(0.15)0.25647161676875576355606167687564717279616754606572Ⅳ0.35757179676471797684716376注：1)ESDD為等值附鹽密度，（）內為1000kV工程設計要求值；

2)按20%CaSO4修正后的片數進行選取。

不同污穢等級下推薦片數單位：片

外絕緣特性海拔修正間隙放電特性試驗絕緣子污穢特性污穢等級結構高度爬電距離III975025250IV1053030300V形串復合絕緣子串長與單I串串長相同，其結構高度和爬電距離如下。

復合絕緣子結構高度和爬電距離單位：mm

研究內容

1）研究1000kV級交流輸電線路的無線電干擾，電、磁場分布以及不同線路結構、相序排列對導線周圍電磁環(huán)境影響。

2）研究確定導線及母線型式、桿塔及變電站構架高度。

電磁環(huán)境3）研究1000kV級變電站內及周邊環(huán)境的電磁和可聽噪聲的影響，提出滿足站內外電磁和噪聲環(huán)境要求的技術措施。4）研究1000kV交流輸電系統在正常運行和故障狀態(tài)下對通信、電視等信號的電磁影響及防護措施。電磁環(huán)境

在鄰近民房時房屋所在位置4kV/m；線路跨越公路處為7kV/m；其他地區(qū)，為10kV/m；非大眾活動區(qū)域或偶爾有人經過的區(qū)域，可放寬至12～15kV/m；

線路環(huán)境參數控制值工頻場強電磁環(huán)境線路環(huán)境參數控制值邊導線20m處均按55dB控制邊導線20m處均按58dB控制可聽噪聲無線電干擾工頻磁感應強度按500kV線路的0.1mT控制電磁環(huán)境單回線路塔形同塔雙回線路塔形電磁環(huán)境單回同塔雙回IVI串VVV串I串V串不同導線形式和排列方式、對地高度地面場強無線電干擾可聽噪聲磁場電磁環(huán)境參數限值導線形式和排列方式、對地高度

計算

確定

線路電磁環(huán)境的研究電磁環(huán)境不同最大地面場強要求的導線最小對地高度最大地面電場強度（kV/m）471012單回路最小對地高度（m）41272118雙回路最小對地高度（m）37252018電磁環(huán)境VVV塔水平排列地面的電場分布雙回路I串逆相序排列電磁環(huán)境單回路不同塔型線路下最大場強與導線高度的關系曲線同塔雙回不同塔型電磁環(huán)境1000kV線路的工頻磁場線路的工頻磁場主要由線路參數和電流決定。各種情況下計算的工頻磁感應強度不超過35μT，而且同塔雙回低于單回路。電磁環(huán)境

我國現有國家標準GB15707-1995規(guī)定了高壓交流架空送電線無線電干擾限值（0.5MHz），限值的參考距離是邊相導線投影20m電磁環(huán)境1000kV線路的無線電干擾特高壓線路的無線電干擾要滿足58dB（μV/m）的要求，當導線對地最小高度在15m以上時：架設方式單回雙回同序排列雙回逆序排列無線電干擾滿足58dB時采用的導線8×LGJ-500及以上截面8×LGJ-630及以上截面8×LGJ-800及以上截面電磁環(huán)境

特高壓線路可聽噪聲要滿足55dB（A），當導線最小高度在15m以上時，線路采用的最小截面導線如下。架設方式單回雙回同序排列雙回逆序排列噪聲滿足55dB（A）時采用的導線8×LGJ-500及以上截面8×LGJ-500及以上截面8×LGJ-800及以上截面電磁環(huán)境1000kV級變電站的電磁環(huán)境（1）變電站內電場試驗測量采用1000kV斷路器和單根母線，按變電站最簡單的母線加一個間隔方式布置，測量了地面的電場。試驗時母線高度21m，設備高度13～14m。測量地面的電場小于15kV/m。電磁環(huán)境

若1000kV變電站電場要保持500kV變電站的水平，即10kV/m，設備對地距離18m，母線相間距離15m，計算的母線對地最小高度應為30m。（2）站外電場為獲得變電站圍墻外的電場水平，建立了1：15的簡單變電站模型，進行了模擬試驗。試驗結果表明與母線平行的圍墻外，小部分區(qū)域范圍內(距圍墻6m)的電場超過4kV/m，其余測量區(qū)的場強均小于4kV/m。電磁環(huán)境電磁環(huán)境

主要研究內容高壓電抗器配置方案和容量選擇研究過電壓研究

工頻暫時過電壓（TOV）潛供電流和恢復電壓

MOA的參數選擇操作過電壓變電所和開關站雷電侵入波過電壓研究絕緣配合過電壓與絕緣配合輸電線路桿塔空氣間隙距離建議值工頻間隙：2.8m。

操作沖擊間隙：邊相6.5m，中相7.3m。雷電沖擊間隙：按0級污區(qū)絕緣子串的放電電壓的0.8倍來選擇。雷電過電壓下的空氣間隙距離可相應地選為6.4m（I串）和5.9m（V串）。

過電壓與絕緣配合1000kV變電所最小空氣間隙建議值(m)作用電壓類型A1值A2值A1′A1″工頻3.94.26.4操作沖擊5.6/6.06.1/6.59.0（8.5）雷電沖擊5.05.51.55p.u./1.6p.u，海拔1000m，（）平行導線過電壓與絕緣配合變電所主要設備絕緣水平設備雷電沖擊耐受電壓（kV）操作沖擊耐受電壓（kV）短時工頻耐受電壓（kV）變壓器、電抗器2250（截波2475）18001100斷路器、隔離開關240018001100CVT，CT240018001100縱絕緣2400＋9001675＋9001100＋635過電壓與絕緣配合

研究內容

對特高壓設備及設備用典型均壓環(huán)進行可見電暈模擬試驗研究。

1000kV級分裂耐熱擴徑軟導線及分裂導線、管型母起暈電壓的試驗。線路典型均壓環(huán)和絕緣子串起暈電壓的試驗研究。電暈特性典型結構布置下變電站無線電干擾水平、地面場強暈噪聲水平的試驗研究。選擇武漢和西寧對典型分裂導線形式進行可見電暈試驗，求取海拔校正因數。電暈特性特高壓試驗線段試品起暈電壓kV中相導線692邊相導線773中相線夾818邊相線夾700中相絕緣子串大于1000kV邊相絕緣子串大于1000kV中相間隔棒867邊相間隔棒856電暈特性Φ800mm球電極對地高度：21m熄滅電壓：1379kV電暈特性瓷支柱絕緣子屏蔽環(huán)環(huán)對地高度：14m熄滅電壓：543kV環(huán)對地高度：12.5m熄滅電壓：546kV電暈特性交流1100kVSF6斷路器屏蔽環(huán)可見電暈試驗環(huán)對地高度：14.2m熄滅電壓：737kV電暈特性復合絕緣子均壓環(huán)可見電暈試驗分段型1000kV級復合絕緣子整支型1000kV級復合絕緣子環(huán)對地高度：22m熄滅電壓：1014kV環(huán)對地高度：22m熄滅電壓：933kV電暈特性1000kV單I串絕緣子金具可見電暈試驗

環(huán)對地高度：22m熄滅電壓：1208kV電暈特性1000kV雙I串絕緣子金具可見電暈試驗環(huán)對地高度：22m熄滅電壓：1112kV電暈特性1000kV一字型耐張絕緣子串金具可見電暈試驗環(huán)對地高度：19m熄滅電壓：798kV電暈特性1000kV正方形耐張絕緣子串金具試驗環(huán)對地高度：18m熄滅電壓：726kV電暈特性帶引流線的耐張絕緣子串金具電暈特性LGJQT-1400導線外徑51mm組成的4分裂導線分裂間距400mm

JLHN58K-1600擴徑導線外徑70mm組成的4分裂導線分裂間距500mm

模擬分裂軟母線環(huán)對地高度：22m熄滅電壓：1298kV環(huán)對地高度：22m熄滅電壓：985kV電暈特性Φ200mm管母對地高度：22m熄滅電壓：1347kV電暈特性Φ250mm管型母線試品在西寧試驗的布置情況Φ250mm管型母線試品在武漢戶外布置對地高度：7.1m熄滅電壓：1176kV對地高度：7.1m熄滅電壓：810kV按GB/T16927修正值后，武漢1184kV,西寧1097kV,相差7％。電暈特性海拔高度（m）232261地點武漢西寧全線起暈電壓（kV）810566LGJ-500的8分裂導線起暈電壓的海拔影響按GB/T16927修正值后,武漢744kV西寧737kV,相差1％。起暈電壓的海拔影響可以按GB/T16927修正。電暈特性8分裂間隔棒對地高度：22m熄滅電壓：1171kV電暈特性8分裂防振錘對地高度：7.1m熄滅電壓：840kV電暈特性耐張塔硬跳線對地高度：14m熄滅電壓：679kV電暈特性無線電干擾試驗SF6斷路器無線電干擾測量布置圖電暈特性雙I絕緣子串無線電干擾測量布置圖電暈特性無線電干擾試驗4分裂導線無線電干擾測量布置圖

010203040506070635571508444381317254190kVdB電暈特性隔離開關下方地面場強測量布置圖電暈特性地面場強測量

特高壓線路的絕緣水平很高，雷擊避雷線或塔頂發(fā)生反擊閃絡的可能性很低。

特高壓線路桿塔高度很高、導線上工作電壓幅值很大,容易由導線上產生向上先導，使避雷線屏蔽性能變差,雷電繞擊問題突出。雷電防護

前蘇聯1150kV特高壓架空輸電線路在累計6年的運行期間，發(fā)生雷擊跳閘21次，跳閘率高達0.7/100km.a，跳閘的原因是在耐張轉角塔處雷電繞擊導線。我國500kV輸電線路雷擊跳閘率的運行統計為0.14/100km.a，主要是繞擊引起。日本1000kV特高壓架空輸電線路避雷線采用了負保護角，年雷暴日數為25，降壓至500kV運行，雷擊跳閘率高達0.9/100km.a。分析認為是雷電繞擊導線所致。

雷電防護對地線保護角的建議

1000kV線路的地線保護角度不要一刀切，要隨沿線地面傾斜角θ的變化而提出不同的要求：平原地區(qū)（θ≤10°），地線保護角α宜在10°以下山區(qū)（10°≤θ≤20°），地線保護角α宜在

5°（酒杯塔）以下，地面傾斜角θ更大時，宜選用更小的保護角雷電防護帶電作業(yè)中過電壓水平的計算分析帶電作業(yè)的安全距離和組合間隙研究絕緣工具最小有效絕緣長度研究帶電作業(yè)人員的安全防護研究帶電作業(yè)保護間隙的試驗研究帶電作業(yè)研究內容

在計算帶電作業(yè)工作中的操作過電壓水平時，不需考慮合空載線路過電壓。另外，也不必考慮單相重合閘過電壓。 帶電作業(yè)中，單相接地三相分閘過電壓水平及其概率密度是確定帶電作業(yè)最小安全距離和組合間隙的決定因素。

1.72p.u.帶電作業(yè)確定最小安全間隙（邊相）帶電作業(yè)安全距離研究帶電作業(yè)1.72p.u.1544.8kVU50=670d0.6海拔小于1000m6+0.5=6.5mKr,Ka1961.7kV帶電作業(yè)同樣，通過試驗，可確定中相海拔小于1000m最小安全距離為6.8+0.5=7.3m帶電作業(yè)

在海拔1000m及以下地區(qū)，當線路最大操作過電壓為1.72p.u.（無分閘電阻）時，邊相帶電作業(yè)最小安全距離為6.5m；中相最小安全距離為7.3m；耐張串為6.6m。帶電作業(yè)最小組合間隙試驗SC=S1＋S2帶電作業(yè)

中相試驗

耐張串試驗帶電作業(yè)在海拔1000m及以下地區(qū)，當線路最大操作過電壓為1.72P.U.（無分閘電阻）時，邊相帶電作業(yè)最小組合間隙為7.2m；中相最小組合間隙為7.4m；耐張串為7.7m帶電作業(yè)在海拔1000m及以下地區(qū)，當線路最大操作過電壓為1.72p.u.（無分閘電阻）時，支拉吊工、具操作工具最小有效絕緣長度為6.2m，為保證作業(yè)人員安全，規(guī)定操作工具最小有效絕緣長度應不小于6.8m絕緣工具最小有效絕緣長度研究帶電作業(yè)1.1000kV帶電作業(yè)用屏蔽服試驗2.屏蔽服內、外電場強度測量3.整套屏蔽服內流經人體電流測量4.生物進入等電位拉弧試驗5.模擬人進入等電位拉弧試驗及脈沖電流測量

1000kV輸電線路帶電作業(yè)人員的安全防護研究帶電作業(yè)帶電作業(yè)帶電作業(yè)

（1）研究結果表明，交流1000kV輸電線路帶電作業(yè)是可行的和安全的。（2）研制的1000kV帶電作業(yè)屏蔽服滿足我國交流1000kV輸電線路帶電作業(yè)安全防護要求，不需要進口國外屏蔽服。帶電作業(yè)邊相保護間隙照片中相保護間隙照片帶電作業(yè)保護間隙的研究帶電作業(yè)(1)加裝保護間隙后，帶電作業(yè)危險率明顯降低，從而大大提高了帶電作業(yè)的安全可靠性。

(2)加裝保護間隙后，帶電作業(yè)間隙將不成為線路塔頭設計的控制因素，為特高壓塔頭優(yōu)化設計提供了技術依據。帶電作業(yè)

特高壓交流試驗基地建設主要建設內容：

①特高壓試驗線段

②特高壓設備帶電考核場

③環(huán)境氣候實驗室

④電磁環(huán)境實驗室以及相應的附屬設備。特高壓交流試驗基地簡介

特高壓交流試驗基地簡介

特高壓交流試驗基地簡介

特高壓試驗線段1公里單回、1公里同塔雙回研究地面場強、可聽噪聲、無線電干擾帶電考核場

全電壓、大電流（8000A）

升流裝置特高壓交流試驗基地簡介

凈空尺寸直徑20m，高25m。世界上參數最高、結構最大的人工低氣壓實驗室特高壓交流試驗基地簡介

覆冰、高海拔、污穢條件下外絕緣特性研究