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(duì)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(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度允許值作為許用場(chǎng)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(yàn)回路可突破試驗(yàn)設(shè)備限制，完成1100kV斷路器開斷試驗(yàn)；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(duì)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(duì)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(cè)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(jì)和保護(hù)、串補(bǔ)火花間隙的通流能力及動(dòng)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(jì)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
電容器組
串補(bǔ)用電容器組是實(shí)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(tái)，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(cè)靈敏性和注入能量控制之間的配合難題，同時(shí)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(shí)體圖和接線原理圖如圖12和圖13所示。
限壓器
針對(duì)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(shí)現(xiàn)了每相限壓器近百柱電阻片柱并聯(lián)（每個(gè)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(jì)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(jí)觸發(fā)放電時(shí)延，主絕緣快速恢復(fù)能力（在通過50kA/60ms電流后，間隔650ms時(shí)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(duì)比表。圖14記錄了短路試驗(yàn)時(shí)間隙可靠動(dòng)作的情況。
串補(bǔ)平臺(tái)
設(shè)計(jì)了緊湊化、大載荷、高抗震等級(jí)的特高壓串補(bǔ)平臺(tái)，形成了國際獨(dú)有的特高壓串補(bǔ)真型試驗(yàn)研究能力；建立了復(fù)雜多設(shè)備三維力學(xué)和場(chǎng)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(tái)設(shè)備緊湊化布置和支撐方案，解決了超重平臺(tái)(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(yàn)平臺(tái)，形成了串補(bǔ)平臺(tái)大尺度外絕緣配合、電暈及空間場(chǎng)強(qiáng)、平臺(tái)上弱電設(shè)備電磁兼容等試驗(yàn)?zāi)芰?，填補(bǔ)了特高壓串補(bǔ)試驗(yàn)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(zhǎng)絕緣拉桿在高速動(dòng)作下的導(dǎo)向和機(jī)械強(qiáng)度難題，研制出首臺(tái)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(shí)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(tái)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(tái)上弱電設(shè)備的電磁兼容
攻克了特高壓串補(bǔ)平臺(tái)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(tái)測(cè)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(chǎng)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(yàn)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(yàn)示范工程輸送能力提高了100萬kW，實(shí)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(chǔ)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(tái)的空間，從而降低串補(bǔ)工程的整體造價(jià)。同時(shí)，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(duì)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。
