高电压技术的发展史

高电压技术的发展史简介工程上把1000伏及以上的交流供电电压称为高电压。高电压技术所涉及的高电压类型高电压技术有直流电压、工频交流电压和持续时间为毫秒级的操作过电压、微秒级的雷电过电压、纳秒级的核致电磁脉冲(NEMP)等。20世纪以来，随着电能应用的日益广泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传输的电能也越来越多，这就要求电力系统的输电电压等级不断提高。就世界范围而言，输电线路经历了110、150、230千伏的高压，287、400、500、735~765千伏的超高压和1000千伏、1150千伏(工业试验线路)的特高压的发展。直流输电也经历了±100、±250、±400、±450、±500以及±750千伏的发展。这几个阶段都与高电压技术解决了输电线路的电晕现象、过电压的防护和限制以及静电场、电磁场对环境的影响等问题密切相关。这一发展过程以及物理学中各种高电压装置的研制又促进了高电压技术的进步。60年代以来，为了适应大城市电力负荷日益增长的需要，以及克服城市架空输电线路走廊用地的困难，地下高压电缆输电发展迅速(由220、275、345千伏发展到70年代的400、500千伏电缆线路);同时，为减少变电所占地面积和保护城市环境，全封闭气体绝缘组合电器(GIS)得到越来越广泛的应用。这些都提出许多高电压技术的新问题。发展情况60年代后期以来，高电压技术在电工以外的领域得到广泛应用;同高电压技术时，也不断采用新技术以发展自身。前者主要指高电压技术在粒子加速器、大功率脉冲发生器、受控热核反应研究、航空与航天领域的雷电和静电控制与防护、磁流体发电、激光技术、等离子体切割、电水锤进行海底探油、冲击加工成型、人体内结石的破碎，以及静电除尘、静电除菌、静电喷涂、静电复印等方面的应用。高电压领域中采用的新技术则包括利用电子计算机计算电力系统的暂态过程和变电所的波过程;采用激光技术进行高电压下大电流的测量;采用光纤技术进行高电压的传递和测量;采用信息技术进行数据处理等。这一切构成了高电压技术发展的一个重要方面。另一方面，高电压技术对于进一步发展超高压、特高压输电继续起着重要的推动作用。一些国家正在沿着传统的外沿发展模式，继续开展更高一级电压，例如1500~1800千伏特高压输电的科研工作。而美国和苏联的一些学者，则另辟蹊径，利用电力电子技术的新成就，对现有的超高压电网研究技术改造、扩大传输容量的技术。例如，苏联一些学者，研究利用静止补偿装置，对500千伏高电压技术输电系统进行全补偿。这种输电系统，只存在回路电阻而无感抗，因而已不存在系统稳定问题，传输容量只决定于电阻值和导线载流能力，因而改造后的500千伏输电系统，其输电能力可达到百万伏级特高压输电系统的水平。这种内涵发展模式正在引起科学界的广泛重视。与此相似，美国也正在研究利用静止补偿装置，对存在严重电磁兼容性问题的超高压输电线段施行局部的分段补偿，以解决过去要对全系统进行改造的问题。世界输电线路建设1908年，美国建成了世界第一条110kV输电线路；经过15年，于1923年，第一条230kV线路投入运行；1954年建成第一条345kV线路。从230kV电压等级到345kV电压等级经历了31年。在345kV投运15年后，1969年建成了765kV线路。1952年，瑞典建成世界上第一条380kV超高压线路。1965年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路。1952年，前苏联建成第一条330kV线路；1956年建成400kV线路；1967年建成750kV线路。从330kV电压等级发展到750kV电压等级用了15年时间。欧洲和美国，在超高压输电方面，主要发展345kV、380kV和750kV电压级，500kV线路发展比较慢。1964年，美国建成第一条500kV线路，从230kV到500kV输电，时间间隔达36年。前苏联的500kV电压等级是在400kV基础上升级发展起来的，1964年，建成完善的500kV输电系统。1985年，前苏联建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。从500kV电压等级到1150kV电压等级用了20年时间。中国输电线路建设1949年新中国成立后，按电网发展统一电压等级，逐渐形成经济合理的电压等级系列：1952年，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形成京津唐110kV输电网。1954年，建成丰满至抚顺李石寨220kV输电线路，随后继续建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV线路，迅速形成东北电网220kV骨干网架。1972年建成330kV刘家峡—关中输电线路，全长534km，随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架。1981年建成500kV河南平顶山姚孟—湖北武昌输电线路，全长595km。为适应葛洲坝输变电的需要。1983年又建成葛洲坝-武昌和葛洲坝-双河两回500kV线路，开始形成华中电网500kV骨干网架。1989年建成±500kV葛洲坝-上海高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。中国，在逐渐形成330kV和500kV区域输电骨干网架的同时，于20世纪80年代初开始了330kV和500kV以上更高电压等级的论证。1984年，国家明确提出500kV以上的输电电压为1000kV特高压、330kV以上的输电电压为750kV。2005年9月，中国在西北地区（青海官厅—兰州东）建成了一条750kV输电线路，长度为140.7km。输、变电设备，除GIS外，全部为国产。1000kV晋东南～南阳～荆门输电线路工程。折叠设备技术高电压领域的各种实际问题一般都需要经过试验来解决。因此，高电压试验设备、试验方法以及测量技术在高电压技术中占有格外重要的地位。为了在试验室或现场研究电介质或电工设备的绝缘特性以及适应于不同科技领域的高电压技术的应用，需要有各种类型的高电压发生装置。常见的高电压发生装置有:由工频试验变压器及其调压设备等组成的工频试验设备;模拟雷电过电压或操作过电压的冲击电压发生装置;利用高压硅堆等作为整流阀的高压直流发生装置。高电压技术以上这些高电压试验装置的共同特点是:输出电压高;对输出电压的波形、幅值的调节要求高;输出电流和功率一般不大;试验时持续运行的时间较短。此外，由于近代科学技术发展的需要，各冲击电流发生装置得到越来越多的应用。冲击电流发生装置要求在很短的时间内产生很大的冲击电流，如用在核物理、加速器、激光等领域的大型冲击电流装置能产生数百万安培的冲击电流。在电力部门，冲击电流发生装置主要用于模拟雷电流，检验某些电工设备在雷电过电压和操作过电压作用下的通流能力。在电工制造部门，冲击发电机和振荡回路产生强电流，用以模拟电力系统短路电流，检验开关设备以及高压电缆等在系统短路工况下耐受短路电流的能力。新发展各国发展特高压输电的原因不尽相同。俄罗斯有可能在2020年左右建设1800～2000kV线路，直流输电、紧凑型输电及灵活输电，直流输电的优越性值得重视。我国第一条220kV紧凑型试验线路从北京安定到河北廊坊，长26公里，于1994年9月投入试运行。其它的输电方式如超导输电、低温输电、无线输电、多相输电等也在研究中。