輸變電工程設(shè)計施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢研究

王 星

（國網(wǎng)陜西電力公司，陜西西安 710048）

輸變電工程設(shè)計施工與環(huán)保技術(shù)包括輸變電工程設(shè)計基礎(chǔ)理論和方法研究和電磁兼容、節(jié)能環(huán)保等子領(lǐng)域。隨著科技的進步，特高壓交直流工程在我國得到了快速發(fā)展，技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先的地位。國家電網(wǎng)公司在“十二五”期間對特高壓交/直流輸電的電磁環(huán)境與噪聲控制進行了研究，并取得了一定的成果，但仍需對相關(guān)理論和方法進一步完善以適應(yīng)更高電壓等級的要求[1-3]。

近年來，我國受霧霾影響日趨嚴重。東中部地區(qū)霧霾問題突出的重要原因之一是當(dāng)?shù)卮笠?guī)模集中建設(shè)煤電。另一方面，在我國，集中分布在西部和北部的清潔能源很難就地消納，若不依托大電網(wǎng)技術(shù)，大力開發(fā)的結(jié)果將導(dǎo)致嚴重的棄水棄風(fēng)棄光等問題[4-5]。因此有必要對輸變電工程的設(shè)計施工以及節(jié)能環(huán)保技術(shù)進行梳理和優(yōu)化，滿足智能電網(wǎng)清潔高效的發(fā)展需求。

1 輸變電工程設(shè)計施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

1）輸變電工程設(shè)計基礎(chǔ)理論和方法研究現(xiàn)狀

在輸變電工程設(shè)計基礎(chǔ)理論和方法研究領(lǐng)域，國家電網(wǎng)公司在“十二五”期間實現(xiàn)了特高壓輸變電工程的系統(tǒng)集成。對工程各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化配置，保障工程安全、可靠、經(jīng)濟運行，是工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難點。另外，由于特高壓工程具有導(dǎo)線分裂數(shù)多、鐵塔高、相關(guān)設(shè)備尺寸較大等特點，安裝和調(diào)試具有較大的難度。為此，國家電網(wǎng)公司提出了特高壓輸變電工程在設(shè)計、施工、運行、調(diào)試等方面的全套設(shè)計和施工方法并形成技術(shù)規(guī)范，在此基礎(chǔ)上建成了示范工程[6-8]。

基于以上輸變電工程設(shè)計基礎(chǔ)理論和方法研究，我國目前已建和在建的特高壓交直流輸電示范工程如表1所示。

表1 我國特高壓交直流輸電工程Tab.1 China’s ultra-high voltage ac and dc transmission projects

2）電磁兼容研究現(xiàn)狀

在電磁兼容領(lǐng)域，通過對特高壓交流輸電的電磁環(huán)境研究，在解析電場分布規(guī)律的基礎(chǔ)上提出了特高壓系統(tǒng)電磁環(huán)境控制技術(shù)，從而特高壓工程滿足環(huán)保要求，達到環(huán)境友好型的目標。目前國家電網(wǎng)公司在±800 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制方面，開展了全電壓真型試驗，結(jié)合理論研究，確定了中國±800 kV直流線路導(dǎo)線型式、導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度，并得到了不同季節(jié)、氣候環(huán)境、和極間距下，各電磁環(huán)境因子的橫向分布及變化規(guī)律，與樹木之間的最小距離，確保工程對林業(yè)生態(tài)的環(huán)境友好。基于特高壓直流電暈籠試驗，首次獲得中國自主知識產(chǎn)權(quán)的特高壓直流線路可聽噪聲預(yù)測公式，比國際上其他公式的適用范圍更廣，提出了±800 kV換流站采用面對面布置的優(yōu)化方案。

3）節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究現(xiàn)狀

在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面，電網(wǎng)是電能輸送消費的物理渠道，大力發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸?shù)奶馗邏弘娋W(wǎng)，改變污染物的排放地點，選擇資源豐富、環(huán)境承載能力和消納能力強的地區(qū)建議電廠，以輸電替代輸煤，提高外受電比例，讓“電從遠方來”，從而極大改善中東部地區(qū)的霧霾困擾[9-11]。圖1表示以輸電代替輸煤示意圖。

2 輸變電工程設(shè)計施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展趨勢研究

輸變電工程設(shè)計施工與環(huán)保技術(shù)的發(fā)展是與輸變電理論技術(shù)相輔相成的，隨著特高壓交直流輸電和新型輸電技術(shù)的突破與創(chuàng)新，特高壓及新型輸電技術(shù)在示范工程中的應(yīng)用與實踐并探索輸變電工程設(shè)計施工與環(huán)保技術(shù)的豐富和拓展，是輸變電工程設(shè)計施工與環(huán)保技術(shù)的發(fā)展方向。

圖1 輸電代替輸煤示意圖Fig.1 Schematic diagram of transmission of electricity to replace coal

2.1 更高電壓等級的輸變電工程設(shè)計施工方法研究

隨著我國±1 100 kV特高壓直流的理論研究逐步深入，在輸變電工程設(shè)計基礎(chǔ)理論和方法研究領(lǐng)域，國家電網(wǎng)公司要在“十二五”期間取得成果的基礎(chǔ)上，進一步探索±1 100 kV特高壓直流輸電工程的工程設(shè)計施工方法。要確保工程各單元和設(shè)備的配置方案，綜合考慮安全性、可靠性、先進性和經(jīng)濟性。因此要提出±1 100 kV輸變電工程整套設(shè)計和施工方法、設(shè)備現(xiàn)場試驗方案，進而形成±1 100 kV特高壓輸變電工程設(shè)計、施工、調(diào)試、運行的全套技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)更高電壓等級特高壓直流示范工程的建立。

2.2 特高壓輸電的電磁兼容和節(jié)能環(huán)保技術(shù)的深入研究

在電磁兼容領(lǐng)域，要結(jié)合我國特高壓發(fā)展方向，考慮更高電壓等級輸電線路的電磁兼容情況，確定更高電壓等級輸電線路的導(dǎo)線型式、導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度，并對噪聲影響進行分析。

基于特高壓輸電在轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，治理大氣污染等方面所取得的成果，結(jié)合我國環(huán)境保護的迫切需要，深入評估特高壓輸電對節(jié)能減排和環(huán)境保護，特別是霧霾天氣治理等方面的積極作用。

3 輸變電工程設(shè)計施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)重點研究方向

±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)、±1 100 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制研究、繼續(xù)大力發(fā)展特高壓輸電推動節(jié)能減排和環(huán)境保護這三個方向?qū)⑹潜绢I(lǐng)域發(fā)展的重點。

1）±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)

特高壓直流輸電工程在長距離、大功率輸電方面具有不可替代的優(yōu)勢，我國已建成投運多條±800 kV特高壓直流輸電工程。世界上電壓等級最高、輸送距離最遠的直流輸電工程，準東～華東±1 100 kV特高壓直流輸電工程預(yù)計將于2018年建成。需進一步積極推進±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)，從電磁環(huán)境參數(shù)計算、導(dǎo)線及分裂型式選擇、對地及交叉跨越距離、絕緣配合、桿塔型式、防雷、投資估算與分析等方面對±1 100 kV直流輸電線路的難點及關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究與探討，進而促進國內(nèi)外電力行業(yè)設(shè)計水平的提高，為建設(shè)“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”堅強電網(wǎng)提供技術(shù)支撐。

2）±1 100 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制研究

開展±1 100 kV直流輸電線路全電壓真型試驗，結(jié)合理論研究，確定中國±1 100 kV直流線路導(dǎo)線型式、導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度，對不同季節(jié)、氣候環(huán)境、和極間距下，各電磁環(huán)境因子的橫向分布及變化規(guī)律進行分析。進行直流輸電線路對臨近樹木影響的全尺寸全電壓試驗，得出±1 100 kV直流輸電線路與樹木之間的最小距離，確保工程對林業(yè)生態(tài)的環(huán)境友好。通過試驗給出±1 100 kV直流線路鄰近民房時，民房對地面合成電場、可聽噪音和無線電干擾的屏蔽效果及直流線路對無線電和電視接收影響的分析結(jié)果，提出±1 100 kV直流輸電工程電磁環(huán)境限值標準。進行單回垂直排列±1 100 kV直流線路的電磁環(huán)境真型試驗，推薦電磁環(huán)境最優(yōu)的極導(dǎo)線布置方式。基于特高壓直流電暈籠試驗，得到±1 100 kV特高壓直流線路可聽噪聲預(yù)測公式。提出±1 100 kV換流站采用面對面布置的優(yōu)化方案。采取措施有效降低換流站對周圍環(huán)境的影響，確保±1 100 kV噪聲滿足環(huán)保標準。另外，對于交直流同走廊的區(qū)域，建立平行交直流線路電磁耦合系統(tǒng)模型，提出±1 100 kV直流線路與1 000 kV交流線路同走廊架設(shè)時的導(dǎo)線最小高度和最小走廊寬度。

3）繼續(xù)大力發(fā)展特高壓輸電推動節(jié)能減排和環(huán)境保護

預(yù)計2017年我國將建成“三縱三橫”特高壓同步電網(wǎng)，到2020年將建成“五縱五橫”特高壓網(wǎng)架。大力發(fā)展特高壓電網(wǎng)建設(shè)，不僅可以對中東部地區(qū)嚴重的霧霾問題有所緩解，進一步推進區(qū)域經(jīng)濟的高速發(fā)展，優(yōu)化能源轉(zhuǎn)換方式，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，為節(jié)能減排和環(huán)境保護做出巨大貢獻。

4 結(jié)論

本文在對輸變電工程設(shè)計施工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行分析的基礎(chǔ)上，對該技術(shù)的發(fā)展趨勢進行預(yù)測和展望，進而確定了未來該技術(shù)領(lǐng)域在±1 100 kV特高壓直流輸電示范工程的建設(shè)、±1 100 kV直流輸電系統(tǒng)電磁環(huán)境與噪聲控制研究、繼續(xù)大力發(fā)展特高壓輸電推動節(jié)能減排和環(huán)境保護這3個方面的發(fā)展重點，對于提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平以及促進我國電力系統(tǒng)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。

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