特高压交流输变电装备最新技术发展—特高压串补装置

特高压工程大规模建设，核心装备是关键。为促进特高压交流输电技术的进一步发展，对特高压交流变压器、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、串联补偿装置和避雷器等关键装备的最新技术发展进行了总结和展望。结果表明：特高压变压器应选择局部放电概率为1‰时的电场强度允许值作为许用场强；采用器身端部磁屏蔽、油箱电屏蔽、油箱磁屏蔽、采用不导磁钢板等漏磁控制措施可有效降低1500MVA大容量特高压变压器的漏磁和温升；特高压断路器的开断能力可达63kA，采用基于“三回路法”的合成试验回路可突破试验设备限制，完成1100kV断路器开断试验；明确了通过在“立式”隔离开关静触头侧安装阻尼电阻来限制VFTO的幅值和频率；提出了从持续运行电压的角度出发，特高压避雷器的额定电压降低到780kV是安全的。未来特高压交流输变电装备应在高可靠性、大容量、新工作原理和性能参数优化等方面进行深入研究。

特高压交流变压器、开关设备、串补装置和避雷器是特高压交流输电工程的主要核心装备，本次将重点对这4类设备的最新技术发展进行梳理和总结。

特高压串补装置发展

特高压串补装置主要解决了应用串补对系统特性影响、串补关键技术参数的优化选取、控制保护和测量系统的强抗电磁干扰能力、超大容量电容器组的设计和保护、串补火花间隙的通流能力及动作可靠性、限压器的压力释放能力及均流性能、旁路开关的快速开合能力以及阻尼装置、光纤柱、电流互感器的结构设计等关键技术问题。攻克了特高压、超大电流、超大容量条件下，串补主设备多项关键技术指标达到性能极限的难题，研制出特高压串补一次设备，并全部实现了国产化。

电容器组

串补用电容器组是实现串补功能的基本物理元件，是串补装置的关键设备之一。单套特高压串补电容器数量多达2500台，为500kV串补的3-4倍，面临大补偿容量下电容器单元的大量串并联难题。国内提出了双H桥保护方案，结合花式接线技术，解决了电容器不平衡电流检测灵敏性和注入能量控制之间的配合难题，同时解决了串联电容器组可能群爆的技术难题，串补用电容器组的实体图和接线原理图如图12和图13所示。

限压器

针对特高压串补提出的极为苛刻的可靠性要求，专门优化了电阻片的配片方法，实现了每相限压器近百柱电阻片柱并联（每个电阻片柱由30片电阻片串联）后柱间分流系数从超高压

串补的1.10降至1.03。采用特殊设计的压力释放结构，在瓷外套限压器单元高度达2.2m、内部无隔弧筒的情况下，压力释放能力达到了63kA/0.2s。

火花间隙

特高压串补用火花间隙的额定电压达到120kV，远高于超高压串补用火花间隙的80kV；电流承载能力达到63kA/0.5s（峰值170kA），是超高压间隙的2.5倍。研制的火花间隙具有精确、可控、稳定的触发放电电压以及足够的故障电流承载能力（63kA，0.5s），百微秒级触发放电时延，主绝缘快速恢复能力（在通过50kA/60ms电流后，间隔650ms时恢复电压标幺值达2.17）、强抗电磁干扰能力等性能。表4是特高压串补用火花间隙与500kV串补用火花间隙主要参数对比表。图14记录了短路试验时间隙可靠动作的情况。

串补平台

设计了紧凑化、大载荷、高抗震等级的特高压串补平台，形成了国际独有的特高压串补真型

试验研究能力；建立了复杂多设备三维力学和场强分析模型，提出了一体化、大包围结构的3段母线式平台设备紧凑化布置和支撑方案，解决了超重平台(200t）的抗震、绝缘配合及电磁环境控制等难题；建设了特高压串补真型试验平台，形成了串补平台大尺度外绝缘配合、电晕及空间场强、平台上弱电设备电磁兼容等试验能力，填补了特高压串补试验研究的空白，如图15所示。

旁路开关和旁路隔离开关

研制了大容量灭弧室和高速操作机构，解决了10m超长绝缘拉杆在高速动作下的导向和机械强度难题，研制出首台T型结构SF6瓷柱式旁路开关，额定电流达6300A，合闸时间≤30ms，机械寿命10000次；提出了主触头加装辅助真空断路器，由主导电杆操作开合转换电流的方法，研制出首台敞开式旁路隔离开关，转换电流开合能力大幅提升至7kV/6300A。

平台上弱电设备的电磁兼容

攻克了特高压串补平台上暂态过电压控制及弱电设备在高电位、强干扰下的电磁兼容等技术难题，研制出具有极强抗电磁干扰能力的串补平台测量系统、火花间隙触发控制箱。图16是特高压串补装置现场图。2011−12−16，中国电科院自主研制的国际首套特高压固定串补装置在特高压交流试验示范工程扩建工程中成功投运，装置额定电流达5080A、额定容量达1500MVA(无功)，主要技术指标居世界第一，将特高压试验示范工程输送能力提高了100万kW，实现了单回特高压线路稳定输送500万kW的目标，至今保持安全稳定可靠运行。

随着电气新材料的迅速发展，更高储能密度的电容器有望应用在串补中，可以显著减少串补电容器的串、并联数量。现有限压器阀片的能量密度为300J/cm3，随着阀片技术的进步，更高能量密度阀片的限压器有望应用于串补装置中。新型电容器和采用高能量密度阀片的限压器可以大幅度节约串补平台的空间，从而降低串补工程的整体造价。同时，现有特高压串补用火花间隙为敞开式强制触发型空气间隙，外界环境对其运行可靠性有一定影响，而基于新型工作原理如等离子体触发、全密封结构的快速旁路装置的研究，有望能进一步提高串补间隙的运行可靠性。