特高壓工程大規(guī)模建設，核心裝備是關鍵。為促進特高壓交流輸電技術的進一步發(fā)展，對特高壓交流變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)、串聯(lián)補償裝置和避雷器等關鍵裝備的最新技術發(fā)展進行了總結(jié)和展望。
結(jié)果表明：特高壓變壓器應選擇局部放電概率為1‰時的電場強度允許值作為許用場強；采用器身端部磁屏蔽、油箱電屏蔽、油箱磁屏蔽、采用不導磁鋼板等漏磁控制措施可有效降低1500MVA大容量特高壓變壓器的漏磁和溫升；特高壓斷路器的開斷能力可達63kA，采用基于“三回路法”的合成試驗回路可突破試驗設備限制，完成1100kV斷路器開斷試驗；明確了通過在“立式”隔離開關靜觸頭側(cè)安裝阻尼電阻來限制VFTO的幅值和頻率；提出了從持續(xù)運行電壓的角度出發(fā)，特高壓避雷器的額定電壓降低到780kV是安全的。未來特高壓交流輸變電裝備應在高可靠性、大容量、新工作原理和性能參數(shù)優(yōu)化等方面進行深入研究。
特高壓交流變壓器、開關設備、串補裝置和避雷器是特高壓交流輸電工程的主要核心裝備，本次將重點對這4類設備的最新技術發(fā)展進行梳理和總結(jié)。
特高壓串補裝置發(fā)展
特高壓串補裝置主要解決了應用串補對系統(tǒng)特性影響、串補關鍵技術參數(shù)的優(yōu)化選取、控制保護和測量系統(tǒng)的強抗電磁干擾能力、超大容量電容器組的設計和保護、串補火花間隙的通流能力及動作可靠性、限壓器的壓力釋放能力及均流性能、旁路開關的快速開合能力以及阻尼裝置、光纖柱、電流互感器的結(jié)構(gòu)設計等關鍵技術問題。攻克了特高壓、超大電流、超大容量條件下，串補主設備多項關鍵技術指標達到性能極限的難題，研制出特高壓串補一次設備，并全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
電容器組
串補用電容器組是實現(xiàn)串補功能的基本物理元件，是串補裝置的關鍵設備之一。單套特高壓串補電容器數(shù)量多達2500臺，為500kV串補的3-4倍，面臨大補償容量下電容器單元的大量串并聯(lián)難題。國內(nèi)提出了雙H橋保護方案，結(jié)合花式接線技術，解決了電容器不平衡電流檢測靈敏性和注入能量控制之間的配合難題，同時解決了串聯(lián)電容器組可能群爆的技術難題，串補用電容器組的實體圖和接線原理圖如圖12和圖13所示。
限壓器
針對特高壓串補提出的極為苛刻的可靠性要求，專門優(yōu)化了電阻片的配片方法，實現(xiàn)了每相限壓器近百柱電阻片柱并聯(lián)（每個電阻片柱由30片電阻片串聯(lián)）后柱間分流系數(shù)從超高壓串補的1.10降至1.03。采用特殊設計的壓力釋放結(jié)構(gòu)，在瓷外套限壓器單元高度達2.2m、內(nèi)部無隔弧筒的情況下，壓力釋放能力達到了63kA/0.2s。
火花間隙
特高壓串補用火花間隙的額定電壓達到120kV，遠高于超高壓串補用火花間隙的80kV；電流承載能力達到63kA/0.5s（峰值170kA），是超高壓間隙的2.5倍。研制的火花間隙具有精確、可控、穩(wěn)定的觸發(fā)放電電壓以及足夠的故障電流承載能力（63kA，0.5s），百微秒級觸發(fā)放電時延，主絕緣快速恢復能力（在通過50kA/60ms電流后，間隔650ms時恢復電壓標幺值達2.17）、強抗電磁干擾能力等性能。表4是特高壓串補用火花間隙與500kV串補用火花間隙主要參數(shù)對比表。圖14記錄了短路試驗時間隙可靠動作的情況。
串補平臺
設計了緊湊化、大載荷、高抗震等級的特高壓串補平臺，形成了國際獨有的特高壓串補真型試驗研究能力；建立了復雜多設備三維力學和場強分析模型，提出了一體化、大包圍結(jié)構(gòu)的3段母線式平臺設備緊湊化布置和支撐方案，解決了超重平臺(200t）的抗震、絕緣配合及電磁環(huán)境控制等難題；建設了特高壓串補真型試驗平臺，形成了串補平臺大尺度外絕緣配合、電暈及空間場強、平臺上弱電設備電磁兼容等試驗能力，填補了特高壓串補試驗研究的空白，如圖15所示。
旁路開關和旁路隔離開關
研制了大容量滅弧室和高速操作機構(gòu)，解決了10m超長絕緣拉桿在高速動作下的導向和機械強度難題，研制出首臺T型結(jié)構(gòu)SF6瓷柱式旁路開關，額定電流達6300A，合閘時間≤30ms，機械壽命10000次；提出了主觸頭加裝輔助真空斷路器，由主導電桿操作開合轉(zhuǎn)換電流的方法，研制出首臺敞開式旁路隔離開關，轉(zhuǎn)換電流開合能力大幅提升至7kV/6300A。
平臺上弱電設備的電磁兼容
攻克了特高壓串補平臺上暫態(tài)過電壓控制及弱電設備在高電位、強干擾下的電磁兼容等技術難題，研制出具有極強抗電磁干擾能力的串補平臺測量系統(tǒng)、火花間隙觸發(fā)控制箱。圖16是特高壓串補裝置現(xiàn)場圖。2011?12?16，中國電科院自主研制的國際首套特高壓固定串補裝置在特高壓交流試驗示范工程擴建工程中成功投運，裝置額定電流達5080A、額定容量達1500MVA(無功)，主要技術指標居世界第一，將特高壓試驗示范工程輸送能力提高了100萬kW，實現(xiàn)了單回特高壓線路穩(wěn)定輸送500萬kW的目標，至今保持安全穩(wěn)定可靠運行。
隨著電氣新材料的迅速發(fā)展，更高儲能密度的電容器有望應用在串補中，可以顯著減少串補電容器的串、并聯(lián)數(shù)量?，F(xiàn)有限壓器閥片的能量密度為300J/cm3，隨著閥片技術的進步，更高能量密度閥片的限壓器有望應用于串補裝置中。新型電容器和采用高能量密度閥片的限壓器可以大幅度節(jié)約串補平臺的空間，從而降低串補工程的整體造價。同時，現(xiàn)有特高壓串補用火花間隙為敞開式強制觸發(fā)型空氣間隙，外界環(huán)境對其運行可靠性有一定影響，而基于新型工作原理如等離子體觸發(fā)、全密封結(jié)構(gòu)的快速旁路裝置的研究，有望能進一步提高串補間隙的運行可靠性。
