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——張北可再生能源柔性直流電網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，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，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，被形容為電力運輸的“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因芯體性能不佳導致內部缺陷、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應力開裂現象。

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，一旦開裂將導致換流閥傾覆，造成嚴重的大停電事故。經過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網工程”宜昌換流站等多個超/特高壓工程上實現掛網應用，運行情況良好，有力支撐我國超/特高壓工程建設。(張曄)