特高压工程中也有不带电的设备

特高压工程中有没有不带电的设备？不仅有，它的作用还很关键！

近日，备受瞩目的北京2022年冬奥会新建场馆之一的“雪如意”——国家跳台滑雪中心基本完工，其它冬奥会场馆也在紧锣密鼓地建设之中，这些场馆都将用上绿色清洁电能。

清洁电能将从世界首个柔性直流电网——张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程源源不断地输向冬奥会场馆，在该工程的北京换流站内，1500余支“大长腿”支撑起核心设备换流阀，让535千伏的直流电转换为380伏交流电。

高抗弯大直径站用支柱复合绝缘子在张北柔直工程换流阀塔应用

这些“大长腿”就是南瑞集团研发的高抗弯大直径站用支柱复合绝缘子。在去年10月中国电机工程学会的鉴定中，专家一致认为该绝缘子具有良好的机械强度、抗震性能，满足了国家重大工程需求，项目成果整体达到国际领先水平。

每一条特高压线路都有绝缘子的身影

在北京换流站内，记者看到这些高度超过5米的绝缘子，就像一根根“筷子”矗立在地面：两端是金属制成的金具，中间是环氧玻纤制成的芯棒，外表一圈圈的则是硅橡胶伞裙。

对于普通人来说，可能不太明白什么是绝缘子，以及绝缘子在特高压工程中起什么作用。

武汉南瑞襄阳绝缘子研发部主任田正波告诉科技日报记者，绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间，能够耐受电压和机械应力作用的器件。

它不仅可以支撑起沉重而精密的电力设备，还能防止电流在不同电位的导体之间流动。

过去，绝缘子大多采用陶瓷制造，后来出现玻璃绝缘子。20世纪80年代，我国开始研究复合绝缘子。目前，我国挂网运行的复合绝缘子已超过500万支，居世界首位。

如今，电力系统采用的复合绝缘子种类越来越多，已从单一的线路复合绝缘子发展到站用复合绝缘子及各类电气设备用套管。

近年来，我国超/特高压及柔性输电工程快速发展。特高压具有远距离、大容量、低损耗、少占地等优势，被形容为电力运输的“直飞航班”。

目前，我国的800kV以上超/特高压工程的变电站、换流站中，管母、换流阀、电容器、电抗器、断路器等关键核心装置都会大量用到站用支柱绝缘子。其抗弯、抗震、绝缘等性能，可以大幅减少污闪等事故发生，保障能源输送安全稳定。

但是，在使用中复合绝缘子也出现因芯体性能不佳导致内部缺陷、金具与护套界面密封不良、伞裙与芯棒粘接不良、运行中绝缘子故障无法及时发现等问题，带来新的安全隐患。

抗8级地震能在线监测的“大长腿”

在张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程中，风电、光伏等清洁能源电力通过输电线路进入张北、康保、丰宁和北京4座换流站。

换流站的核心设备换流阀，由大量晶体芯片组成，就像一台台高压运行的计算机，它对稳定、绝缘有极高的要求，“工程设计要求单根绝缘子的高度误差不超过2毫米，安装后水平误差不超过1毫米。”田正波说道。

武汉南瑞襄阳绝缘子研发团队遇到的首个问题就是芯棒开裂。传统站用复合绝缘子的成型温度大于约150℃，在高温下，大直径芯棒极易出现应力开裂现象。

在特高压工程中，站用复合绝缘子的直径远大于普通绝缘子，一旦开裂将导致换流阀倾覆，造成严重的大停电事故。经过40多次试验，团队研发出新型“中温硫化硅橡胶”，将其成型温度控制在120℃左右，从而避免了开裂问题。

这些绝缘子不仅要站得住还要立得稳。为了确保绝缘子的机械性能，科研人员采用冷流道减压注射及大直径芯棒高可靠组合式装配技术，解决了中温胶注射过程易硫化、芯棒与伞裙粘接界面及端部密封等问题，使绝缘子的抗弯负荷大于50千牛。“也就是说，竖立的绝缘子可以承受5吨横向载荷，抗8级地震。”田正波告诉记者。

在特高压电站中，绝缘子如果出现升温、应力变化等故障，是无法用肉眼观察的。科研人员创新地在芯棒中植入光纤光栅传感器，填补了绝缘子在线监测的国内外空白。

截止2020年12月底，南瑞集团研制的超一千万支绝缘子，在全国32个省市区和海外40多个国家、地区的应用，最长时间超过20年。高抗弯大直径站用支柱复合绝缘子已在“张北柔直工程”北京换流站、“滇西北—广东±800千伏特高压直流工程”新松换流站、“渝鄂柔性直流背靠背联网工程”宜昌换流站等多个超/特高压工程上实现挂网应用，运行情况良好，有力支撑我国超/特高压工程建设。