特高(gāo)壓工程大(dà)規模建設，核心裝備是關鍵。爲促進特高(gāo)壓交流輸電技術的(de)進一步發展，對(duì)特高(gāo)壓交流變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)、串聯補償裝置和(hé)避雷器等關鍵裝備的(de)最新技術發展進行了(le)總結和(hé)展望。結果表明(míng)：特高(gāo)壓變壓器應選擇局部放電概率爲1‰時(shí)的(de)電場(chǎng)強度允許值作爲許用(yòng)場(chǎng)強；采用(yòng)器身端部磁屏蔽、油箱電屏蔽、油箱磁屏蔽、采用(yòng)不導磁鋼闆等漏磁控制措施可(kě)有效降低1500MVA大(dà)容量特高(gāo)壓變壓器的(de)漏磁和(hé)溫升；特高(gāo)壓斷路器的(de)開斷能力可(kě)達63kA，采用(yòng)基于“三回路法”的(de)合成試驗回路可(kě)突破試驗設備限制，完成1100kV斷路器開斷試驗；明(míng)确了(le)通(tōng)過在“立式”隔離開關靜觸頭側安裝阻尼電阻來(lái)限制VFTO的(de)幅值和(hé)頻(pín)率；提出了(le)從持續運行電壓的(de)角度出發，特高(gāo)壓避雷器的(de)額定電壓降低到780kV是安全的(de)。未來(lái)特高(gāo)壓交流輸變電裝備應在高(gāo)可(kě)靠性、大(dà)容量、新工作原理(lǐ)和(hé)性能參數優化(huà)等方面進行深入研究。

特高(gāo)壓氣體絕緣金屬封閉開關設備發展

我國的(de)特高(gāo)壓變電站均采用(yòng)特高(gāo)壓GIS，由斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器和(hé)母線等設備構成。前期，國内制造企業和(hé)國外企業合作研發了(le)特高(gāo)壓GIS，額定短路開斷電流爲50kA，于2009年在晉東南(nán)—南(nán)陽—荊門特高(gāo)壓交流試驗示範工程成功投入運行。2011年後，國内開始著(zhe)手特高(gāo)壓GIS國産化(huà)和(hé)技術提升工作，研制出短路開斷能力63kA的(de)産品，投入特高(gāo)壓交流試驗示範工程擴建工程運行。随後，實現了(le)特高(gāo)壓斷路器操動機構、盆式和(hé)支撐絕緣子的(de)國産化(huà)，在皖電東送和(hé)浙福特高(gāo)壓交流輸電工程中大(dà)量應用(yòng)，技術參數達到國際領先水(shuǐ)平。

特高(gāo)壓GIS研制過程中，特高(gāo)壓斷路器、隔離開關、盆式絕緣子等部件的(de)研發，以及大(dà)短路電流開斷、特快(kuài)速瞬态過電壓（VFTO）抑制和(hé)高(gāo)絕緣設計等是關鍵難題，下(xià)面進行分(fēn)别介紹。

1特高(gāo)壓斷路器

特高(gāo)壓斷路器電壓高(gāo)，短路開斷電流大(dà)，直流分(fēn)量衰減時(shí)間常數達120ms，開斷困難；需建立等效實際開斷工況的(de)試驗回路，對(duì)開斷試驗提出了(le)更高(gāo)要求，需要開展絕緣、短路開斷和(hé)試驗技術研究。國内對(duì)斷路器的(de)絕緣性能、開斷能力和(hé)試驗技術等開展了(le)深入研究，研制出雙斷口/四斷口、開斷能力63kA的(de)特高(gāo)壓斷路器。

1）絕緣性能

根據斷路器内部結構，結合SF6、環氧樹脂、陶瓷等材質不同介電常數，建立了(le)電場(chǎng)仿真模型，對(duì)絕緣特性進行了(le)分(fēn)析計算(suàn),見圖6。滅弧室斷口的(de)計算(suàn)條件爲一端施加2400kV雷電沖擊電壓，另一端施加反極性峰值爲635kV的(de)工頻(pín)電壓，即900kV，這(zhè)是最爲苛刻的(de)條件。根據電場(chǎng)要求對(duì)産品結構進行優化(huà)設計，試驗驗證滿足了(le)絕緣要求。

2）開斷能力

在開斷能力50kA斷路器的(de)基礎上，對(duì)滅弧室結構進行優化(huà)設計。綜合考慮分(fēn)閘速度、壓氣室容積、噴口形狀及開斷電流等條件的(de)影(yǐng)響，對(duì)斷路器開斷63kA短路電流過程中的(de)氣體壓力進行了(le)仿真計算(suàn)分(fēn)析，氣壓分(fēn)布見圖7，壓氣室和(hé)噴口處獲得(de)了(le)較高(gāo)的(de)、理(lǐ)想的(de)氣壓。通(tōng)過斷路器樣機進行的(de)性能驗證試驗，對(duì)分(fēn)閘速度、燃弧時(shí)間、燃弧區(qū)間、預擊穿時(shí)間等參數進行了(le)改進設計。型式試驗結果表明(míng)，研制的(de)特高(gāo)壓斷路器具有優越的(de)大(dà)短路電流開斷能力。

3）操動機構特高(gāo)壓斷路器采用(yòng)大(dà)功率液壓操動機構，對(duì)操作特性及穩定性提出了(le)很高(gāo)要求。在開斷能力50kA的(de)特高(gāo)壓斷路器用(yòng)液壓機構基礎上，按照(zhào)模塊化(huà)設計，增大(dà)機構輸出功率，采用(yòng)大(dà)流量快(kuài)動閥、集成式多(duō)級緩沖系統及格來(lái)圈、斯特封形式的(de)密封結構，通(tōng)過優化(huà)各結構參數，獲得(de)了(le)優異的(de)機械特性，同時(shí)具有操作速度可(kě)調的(de)優點。

4）短路開斷試驗技術

我國特高(gāo)壓斷路器的(de)短路開斷試驗采用(yòng)電流引入合成試驗方法，試驗時(shí)适當調整電壓源的(de)引入電流和(hé)頻(pín)率以滿足零區(qū)考核等價性的(de)要求。當額定電壓高(gāo)于800kV時(shí)，電流引入法的(de)試驗設備達到極限，不能滿足特高(gāo)壓斷路器的(de)整極試驗要求。爲此，提出了(le)一種“三回路法”的(de)合成試驗回路，試驗接線見圖8。在大(dà)電流階段，通(tōng)過試品的(de)電流由電流源提供，過零開斷前适當時(shí)刻第1套電壓回路投入，被試斷路器中流過由電流源和(hé)第1套電壓回路共同提供的(de)電流；試品過零開斷後，由第1套電壓回路在斷路器一端提供TRV起始的(de)部分(fēn)，在此TRV上升到一定階段時(shí)，第2套電壓回路投入，同時(shí)施加在斷路器另一端與外殼，兩套電壓回路的(de)電壓疊加，共同構成施加在試品兩端的(de)恢複電壓，且滿足對(duì)殼體的(de)全電壓考核；回路切換中，應确保電流零區(qū)的(de)等價性要求。“三回路法”合成試驗回路等價性好、安全性高(gāo)，成功完成了(le)1100kV斷路器的(de)T100s和(hé)T100a的(de)整機開斷試驗。

2隔離開關

特高(gāo)壓設備絕緣可(kě)靠性要求高(gāo)，操作過電壓抑制更加重要，隔離開關操作引起的(de)特快(kuài)速瞬态過電壓（VFTO），具有幅值高(gāo)、上升時(shí)間短和(hé)連續多(duō)次脈沖等特點，對(duì)絕緣威脅較大(dà)，需采取合理(lǐ)措施限制。特高(gāo)壓GIS隔離開關主要有兩種結構型式。“立式”隔離開關操作速度較快(kuài)，産生的(de)VFTO幅值較高(gāo)。“立式”隔離開關在靜觸頭側安裝VFTO阻尼電阻，如圖9所示，隔離開關分(fēn)合閘過程中，阻尼電阻被串入放電回路，有效抑制觸頭間隙重複擊穿過程中的(de)高(gāo)頻(pín)振蕩，從而限制VFTO幅值和(hé)頻(pín)率。“卧式”隔離開關操作速度較慢(màn)，産生的(de)VFTO幅值較低，未安裝阻尼電阻。

3盆式絕緣子

盆式絕緣子給高(gāo)壓導體提供絕緣支撐并分(fēn)割氣室，是特高(gāo)壓GIS的(de)關鍵絕緣部件。近年來(lái)開展了(le)特高(gāo)壓盆式絕緣子的(de)國産化(huà)及質量提升，通(tōng)過分(fēn)析盆式絕緣子産生缺陷的(de)類型和(hé)原因，對(duì)盆式絕緣子進行了(le)結構優化(huà)設計，電場(chǎng)分(fēn)布如圖10，應力分(fēn)布如圖11所示。對(duì)生産工藝進行了(le)完善、調整，使得(de)盆式絕緣子的(de)機械和(hé)電氣綜合性能達到了(le)較高(gāo)的(de)水(shuǐ)平。從試驗檢測方法（型式試驗、材料試驗、出廠試驗）和(hé)工藝控制（嵌件處理(lǐ)、澆注、固化(huà)工藝等）兩個(gè)方面提出了(le)明(míng)确的(de)質量控制技術手段。尤其是提出了(le)采用(yòng)5支試品分(fēn)别順序進行若幹項試驗，覆蓋生産、運輸、運行過程的(de)各種工況，兼顧産品技術水(shuǐ)平、綜合性能和(hé)工藝穩定性的(de)考核。大(dà)幅提升了(le)特高(gāo)壓盆式絕緣子的(de)制造水(shuǐ)平和(hé)質量穩定性，産品在皖電東送和(hé)浙福特高(gāo)壓交流輸電工程得(de)到了(le)應用(yòng)。

目前我國已成功研制出短路開斷能力達63kA的(de)特高(gāo)壓斷路器，解決了(le)VFTO抑制問題，實現了(le)盆式絕緣子的(de)質量提升和(hé)特高(gāo)壓GIS國産化(huà)，技術性能達到國際領先水(shuǐ)平，實現了(le)大(dà)規模工程應用(yòng)。未來(lái)電網發展對(duì)特高(gāo)壓GIS提出了(le)更高(gāo)要求，特高(gāo)壓GIS将向高(gāo)性能參數、環境适用(yòng)性和(hé)環保化(huà)等方向發展，如額定開斷電流爲80kA的(de)特高(gāo)壓斷路器，适應極端環境（極寒、高(gāo)熱(rè)和(hé)風沙等）的(de)絕緣介質、密封件、潤滑脂和(hé)液壓油等材料與元件，采用(yòng)SF6替代介質的(de)新型GIS等，同時(shí)進一步提升設備的(de)運行可(kě)靠性。