特高壓工程中有沒有不帶電的設備?不僅有，它的作用還很關鍵!

近日，備受矚目的北京2022年冬奧會新建場館之一的“雪如意”——國家跳臺滑雪中心基本完工，其它冬奧會場館也在緊鑼密鼓地建設之中，這些場館都將用上綠色清潔電能。

清潔電能將從世界首個柔性直流電網(wǎng)——張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程源源不斷地輸向冬奧會場館，在該工程的北京換流站內(nèi)，1500余支“大長腿”支撐起核心設備換流閥，讓535千伏的直流電轉換為380伏交流電。

這些“大長腿”就是南瑞集團研發(fā)的高抗彎大直徑站用支柱復合絕緣子。在去年10月中國電機工程學會的鑒定中，專家一致認為該絕緣子具有良好的機械強度、抗震性能，滿足了國家重大工程需求，項目成果整體達到國際領先水平。

每一條特高壓線路都有絕緣子的身影

在北京換流站內(nèi)，記者看到這些高度超過5米的絕緣子，就像一根根“筷子”矗立在地面：兩端是金屬制成的金具，中間是環(huán)氧玻纖制成的芯棒，外表一圈圈的則是硅橡膠傘裙。

對于普通人來說，可能不太明白什么是絕緣子，以及絕緣子在特高壓工程中起什么作用。

武漢南瑞襄陽絕緣子研發(fā)部主任田正波告訴科技日報記者，絕緣子是安裝在不同電位的導體之間或導體與地電位構件之間，能夠耐受電壓和機械應力作用的器件。

它不僅可以支撐起沉重而精密的電力設備，還能防止電流在不同電位的導體之間流動。

過去，絕緣子大多采用陶瓷制造，后來出現(xiàn)玻璃絕緣子。20世紀80年代，我國開始研究復合絕緣子。目前，我國掛網(wǎng)運行的復合絕緣子已超過500萬支，居世界首位。

如今，電力系統(tǒng)采用的復合絕緣子種類越來越多，已從單一的線路復合絕緣子發(fā)展到站用復合絕緣子及各類電氣設備用套管。

近年來，我國超/特高壓及柔性輸電工程快速發(fā)展。特高壓具有遠距離、大容量、低損耗、少占地等優(yōu)勢，被形容為電力運輸?shù)?ldquo;直飛航班”。

目前，我國的800kV以上超/特高壓工程的變電站、換流站中，管母、換流閥、電容器、電抗器、斷路器等關鍵核心裝置都會大量用到站用支柱絕緣子。其抗彎、抗震、絕緣等性能，可以大幅減少污閃等事故發(fā)生，保障能源輸送安全穩(wěn)定。

但是，在使用中復合絕緣子也出現(xiàn)因芯體性能不佳導致內(nèi)部缺陷、金具與護套界面密封不良、傘裙與芯棒粘接不良、運行中絕緣子故障無法及時發(fā)現(xiàn)等問題，帶來新的安全隱患。

抗8級地震能在線監(jiān)測的“大長腿”

在張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程中，風電、光伏等清潔能源電力通過輸電線路進入張北、康保、豐寧和北京4座換流站。

換流站的核心設備換流閥，由大量晶體芯片組成，就像一臺臺高壓運行的計算機，它對穩(wěn)定、絕緣有極高的要求，“工程設計要求單根絕緣子的高度誤差不超過2毫米，安裝后水平誤差不超過1毫米。”田正波說道。

武漢南瑞襄陽絕緣子研發(fā)團隊遇到的首個問題就是芯棒開裂。傳統(tǒng)站用復合絕緣子的成型溫度大于約150℃，在高溫下，大直徑芯棒極易出現(xiàn)應力開裂現(xiàn)象。

在特高壓工程中，站用復合絕緣子的直徑遠大于普通絕緣子，一旦開裂將導致?lián)Q流閥傾覆，造成嚴重的大停電事故。經(jīng)過40多次試驗，團隊研發(fā)出新型“中溫硫化硅橡膠”，將其成型溫度控制在120℃左右，從而避免了開裂問題。

這些絕緣子不僅要站得住還要立得穩(wěn)。為了確保絕緣子的機械性能，科研人員采用冷流道減壓注射及大直徑芯棒高可靠組合式裝配技術，解決了中溫膠注射過程易硫化、芯棒與傘裙粘接界面及端部密封等問題，使絕緣子的抗彎負荷大于50千牛。“也就是說，豎立的絕緣子可以承受5噸橫向載荷，抗8級地震。”田正波告訴記者。

在特高壓電站中，絕緣子如果出現(xiàn)升溫、應力變化等故障，是無法用肉眼觀察的。科研人員創(chuàng)新地在芯棒中植入光纖光柵傳感器，填補了絕緣子在線監(jiān)測的國內(nèi)外空白。

截止2020年12月底，南瑞集團研制的超一千萬支絕緣子，在全國32個省市區(qū)和海外40多個國家、地區(qū)的應用，最長時間超過20年。高抗彎大直徑站用支柱復合絕緣子已在“張北柔直工程”北京換流站、“滇西北—廣東±800千伏特高壓直流工程”新松換流站、“渝鄂柔性直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程”宜昌換流站等多個超/特高壓工程上實現(xiàn)掛網(wǎng)應用，運行情況良好，有力支撐我國超/特高壓工程建設。(張曄)