高海拔地区

现状 智能化运维诉求 整体设想 无人机与机器人思考 应用现状

一些偏远地区、自然条件恶务，受电网建设落后、规模不足、电网建设环境复杂、造价高等条件限制，电力供应远不能满足需要，电源装机远不能满足当地经济社会发展和居民生活水平提高对电力的需求。多能互补独立微电网技术的发展使得电能与其他能源灵活的转换，提高了可再生能源综合利用效率，实现多种能源的协同优化。同时利用分布式能源系统特性与当地能源结构特性相结合，解决了偏远地区能源利用的瓶颈。在我国，多能互补独立微电网系统，尚处于发展初期，基于多能互补的微电网系关键技术在国内还没得到广泛应用。因此进行多能互补的微电网关键技术研究具有一定的前暗性和巨大的工程应用价值。依托国家实现能源转型、精准扶贫等政策，由国电南京自动化股份有限公司科研管理部牵头，2015年开始对“高寒高海拔地区多能互补独立微电网技术”展开研究。

项目研究的主要内容包括±500kV同塔双回直流线路带电作业方法及实用化关键技术研究、3000m及以上高海拔地区±800kV特高压输电线路带电作业技术研究、基于柔性绳索的便携式高空传输技术研究等。项目研究成果适用于±500kV同塔双回直流线路、±800kV直流输电线路带电作业项目。成果已成功应用在±500kV牛从甲乙直流线、±800kV新东直流线、±800kV普侨直流线等线路上，南方电网超高压输电公司及国网湖南省电力公司、国网甘肃供变电公司等应用单位反映良好，经济效益、社会效益明显。

GIS（六氟化硫封闭式组合电器）应用范围广、维护工作量小、环境适应能力强。但是随着近年来地质灾害的增多，地震频发和装机容量不断增加，极寒、强震、高海拔地区市场的不扩大，对GIS提出了更高的使用要求。为了满足市场需求，保障国家建设坚强电网的安全运行，研发了满足以上条件的GIS产品。 本项目提出了气室热平衡的计算方法，开发了GIS产品外包伴热带的结构设计，实现了GIS设备运行中SF6气体在液化温度之上并留有一定裕度的目的，满足了用户极低环温-42.4℃下的使用要求。提出了套管耐震计算和解析方法，开发了套管的耐震结构设计，实现了套管耐震水平加速度达到0.546g的高参数，突破了国标0.5g的最高要求。提出了套管内外绝缘的分析计算方法，开发了高海拔用套管的结构设计，提高了套管的高海拔适应能力，实现了550kV GIS在海拔4500米下的工程应用。提出了绝缘件的国产化改进方法，研发了新的绝缘件。 项目设计的加热保温装置能使产品安全运行在-42.4℃极低温环境下；设计开发的套管耐震水平加速度达到了0.546g，突破了国标0.5g的最高要求；高海拔用套管达到可耐受雷电冲击2574kV、工频1137kV的绝缘水平，超过了UHV的耐受值，也是国际上550kV产品迄今为止最高的外绝缘水平；绝缘件通过雷电冲击值高于国标要求。 项目获得授权发明专利7项、实用新型专利3项，发表中文核心论文2篇。以上成果已成功应用于550kV GIS锡盟换流低温项目，潍坊、雅安高震区，藏中联网高海拔等严酷工作环境中。绝缘件的研制也为低成本工作带来了很大成效。本项目的研发成功填补了行业空白，拓展了GIS产品在各种严酷工作环境下的应用领域，对于引导我国电工装备制造产业升级，提高国际竞争力具有重要意义。

带电作业是消除线路紧急缺陷、提高输电可靠性、保障电网安全运行的重要技术手段。目前，带电作业都在低海拔地区开展，但青海西藏等西部高海拔地区超高压带电作业技术仍属空白。一方面，海拔增加，大气绝缘强度降低，带电作业要求安全距离、组合间隙和屏蔽防护措施等面临新挑战，而原有的海拔校正方法仅适用于海拔2000m及以下地区，无法满足更高海拔地区的要求，另一方面，高海拔地区输电线路海拔跨度大，单一海拔点的研究结论无法满足要求。本项目从一线检修人员的实际需求出发，完整研究了海拔2000m至5500m范围下750kV、330kV、±400kV、220kV等不同电压等级输电线路的带电作业技术，在高海拔带电作业最小安全距离、组合间隙、屏蔽防护、电位转移和带电作业工器具等方面实现了全面突破，主导制定了相关标准，获得专利授权4项，发表论文3篇，有效带动青海、西藏等西部地区带电作业人员的技术进步，实现青海、西藏地区高压交、直流输电线路带电作业零的突破。

应用对比统计的方法，对500kV多乐永丰Ⅱ回线间隔棒频繁断裂的情况进行了介绍，深入分析了该线路间隔棒频繁断裂的深层次原因，并针对故障频发区段的受损特征，提出了采用加装复合柔性相间间隔棒、阻尼间隔棒、安装双摆防舞器、防舞动鞭、子间隔棒的不等距安装法等措施改善间隔棒频繁断裂的防治对策和运行建议，对保障500kV多乐永丰Ⅱ回线的安全运行具有重要意义，同时积累了500kV输电线路高海拔地区的运行经验。

在多能互补独立微电网关键技术研究中主要面临 3 大技术问题：①缺少适应高寒、高海拔地区低能耗的预制舱热管理系统。现有技术方案为加强物理保温，增加空调、加热器等，该方案对温度不敏感的蓄电池（铅炭、铅酸）虽能起到保温、散热作用，但加热器、空调等保温设备功率大，耗能多，而且效果差。②多能互补独立微电网系统，其电源一致性和电能平衡管控是多电源独立微电网的难点，也是独立微电网系统管控的重大技术挑战。现有技术采用超短期发电和负荷功率变化的预测，其时间长且准确率低，不能满足平抑波动的要求，影响微电网的稳定运行。转子发电系统如柴油发电机组、水力发电投入到运行独立的微电网中，缺少无缝切换成功的案例。③多能互补独立微电网运营管理平台尚处萌芽阶段，微电网整体性能监测与预警缺乏成功经验。现有的平台，不能监测系统的整体性能、预防故障，发现故障也无法及时处理，影响储能系统的性能及安全。上述技术问题阻碍我国多能互补独立微电网的建设与运营进程，亟需突破高寒高海拔多能互补独立微电网稳定运行关键技术，提升我国微电网技术水平，切实改善和保障民生、助力偏远无电地区发展。 依托国家实现能源转型的政策、精准扶贫的科技项目，项目团队产学研用协同攻关，历时 2年，突破了传统预制舱热管理技术、多电源发电一致性和电能平衡管控技术、运维远程控制等关键技术。主要创新：①研发了适应高寒高海拔地区预制舱热管理系统，优化预制舱内风道设计，提出了利用峰值发电来蓄热技术，实现了预制舱内储能电池表面温度均匀分布，提高了储能电池效率，降低了站用电率；②研制反向协同调控装置，提出了储能重叠追踪调控投切技术，实现了光伏等可再生能源平抑波动、平稳供电、多电源无缝切换的目的；③提出了基于双向指标的独立微电网运维远程管理平台。研发了一套可用于评估多能互补独立微电网及其子系统（子模块）的性能状态量化指标，实现了多能互补独立微网的整体性能监测与预警运维远程管理平台。项目荣获国家发明专利 26 项，实用新型 12 项，科技论文 38 篇，参与国家标准 5 项，行业标准 3 项，企业标准 1 项，专著 2 项，软著 5 项。项目研发的预制舱热管理系统、储能重叠追踪调控投切技术、微电网运维远程管理平台，已成功应用于我国 23 项高寒高海拔多能互补独立微电网工程，确保了数十亿投资的稳定收益，实现科研成果向生产应用的快速转化，推动我国多能互补独立微电网技术的快速健康发展，经济和社会效益显著。

随着电网建设的快速推进，跨区域长距离输电不可避免地会受到特殊气候和极端环境的影响，输变电设备的沿面放电问题日益突出，主要体现在：一是高海拔问题。在气压低、温差大、紫外线强等恶劣运行环境下，输变电设备面临放电电压降低、复合材料老化的问题；二是覆冰问题。在导线覆冰厚度 5mm 以下地区，超、特高压绝缘子串多次发生冰闪事故，仅以导线覆冰厚度来表征绝缘子覆冰严重程度与现场情况不符；三是大雨闪络问题。我国站用套管多次发生大雨闪络事故，多是由于外形设计不合理，需要从雨帘物理阻隔等角度对雨闪特性开展深入研究。上述问题国内外研究较少，亟待开展技术攻关，从而解决特殊气候条件下超/特高压输变电设备沿面外绝缘关键技术难题。 该项目经 6 个单位历时 5 年联合攻关，取得了四方面自主创新成果：（1）基于平原地区和4300m 海拔实际环境下试验研究，获得了超特高压各类线路和站用绝缘子污闪特性曲线和适用于 5000m 及以下海拔地区修正系数，填补了 2000m 以上海拔修正空白，全面系统地解决了高海拔地区输变电设备污秽外绝缘配置问题。（2）在 4300m 海拔建成了国际上首个复合材料长期带电老化试验站，获得了硅橡胶憎水性、硬度与运行时间的关系；基于近 10 万支高海拔运行复合绝缘子调研和抽检测试，提出了高海拔复合绝缘子运行性能评估方法。（3）发现冰棱饱和桥接现象，提出以桥接度作为评价绝缘子串覆冰程度的新思路，实测获得交直流覆冰绝缘子串电场分布规律，揭示了冰闪过程中电弧放电的机理；提出了覆冰区防冰闪外绝缘配置方案并实现工程应用。（4）研制超、特高压等级长尺寸绝缘子淋雨装置，揭示了平均直径、雨量、伞间距、表面材质等对雨闪电压的影响规律，提出了站用外绝缘设备防大雨闪络的解决方案并实现了工程应用。该项目获发明专利 4 项，实用新型专利 1 项，发表论文 17 篇，编制标准 3 项，培养高科技电力人才 10 人。 鉴定意见认为该项目成果整体达到国际领先水平。成果已在国家电网公司得到全面应用，且具有广阔的推广应用前景。保障了特殊气候地区输变电工程的安全稳定运行，促进了经济发展和社会和谐，进一步提升了我国在国际电力行业内的科技引领地位。