第1章 输电线路防灾检测技术
1.1 输电线路
1.1.1 特高压输电概述
我国地域辽阔，物质资源种类十分丰富，其中蕴含的电力能源量大且种类繁多，但是在用电量大的负荷区域的能源分布却又极不均衡。在我国华东和华南等地区，由于濒临海域，生产制造企业集中，经济发达，人口稠密，电力市场空间大，75%以上的电力需求集中在我国的东部和华南地区，然而这些地区能源资源却*为匮乏。而西部地区经济发展相对落后，用电水平和需求相对较低，但蕴含的能源资源却很丰富。80%左右的煤炭资源主要储藏在北方，如晋南、晋西、陕甘宁以及新疆中部等部分地区；同时，80%左右的水力资源主要集中在我国的西部地区，其中长江流域占全国水力资源可开发量的47%，雅鲁藏布江流域占我国水力资源的13%，黄河流域占我国水力资源的7%。据统计，全国可开发的水力资源所能够生产的能源容量约为540GW，其中大量水资源集中在四川（30%）、云南（22%）和西藏（25%）地区。我国地域广阔，不同地区之间的发展差距较大，因此我国的能源分配问题亟须解决[1]。
如今，能源配置的跨距特征和传输技术等都发生了巨大变革，以及能源资源与负荷中心逆向分布的国情，都说明了我国电力需要进行跨区域、远距离、大范围的传输，因此长距离输电是我国电力行业所需要面临的重要挑战。传统电力系统的输电模式难以满足人们在生产生活中对用电量的需求，加上我国电力资源分布不平衡的情况，使用电资源越发紧张。所以，要想解决不同地区对用电量的需求，尤其是用电量大的负荷区域的用电需求，就需要借助电力传输技术。特高压输电技术相较于传统的输电技术有着很大的优势，特高压可以实现较远距离的电力传输，并且能有效解决成本问题。
特高压输电技术主要是指特高压交流输电技术和特高压直流输电技术两种类型。特高压交流输电技术的研究始于20世纪60年代后半期，苏联从80年代开始建设西伯利亚—哈萨克斯坦—乌拉尔1150kV输电工程，输送容量为1000MW，全长2500km，从1985年起已有900km线路按1150kV设计电压运行。1988年日本开始建设福岛和柏崎—东京1000kV的超过400km线路。美国电力公司（American Electric Power，AEP）则在765kV的基础上研究1500kV特高压输电技术。特高压交流输电技术具有以下的优势：
（1）传输容量大，传输距离远。
（2）电能传输的经济性更好。输电电压越高，输送单位容量的价格越低。
（3）提高了输电走廊利用率和减小了变电站的占地面积。
（4）减少线路的功率损耗，就我国而言，电压每提高1%，每年就相当于新增加500万kW的电力，500kV输电比1200kV的线路损耗大5倍以上。
（5）有利于联网，简化网络结构，减少线路的故障率。
特高压交流输电技术存在的主要缺点是输电系统的稳定性和可靠性问题不易解决。1965～1984年世界上共发生了6次交流大电网瓦解事故，其中4次发生在美国，2次在欧洲。这些严重的大电网瓦解事故说明，采用交流互联的大电网存在着较大的安全隐患、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。另外，特高压交流输电对环境的影响较大。
因此，我国开始了对特高压直流输电的研究并逐渐意识到特高压直流输电的优势。我国“十二五”规划中将特高压直流输电技术纳入其中，该项目主要是针对输电工程的建设，目标是将特高压输电网络在全国范围内建立。该项目的实施刷新了特高压直流输电技术在电压等级、输送电量及距离等方面的世界纪录。
特高压直流输电的主要特点如下：
（1）特高压直流输电可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非同步联网，电网结构比较松散、清晰。
（2）特高压直流输电可以减少和避免大量过网潮流。特高压直流输电系统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。
（3）特高压直流输电的输送电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电。
（4）在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的暂态、动态稳定性能。
特高压直流输电具有传输功率大、传输跨距长、线损小、占地少、可控性强等突出优点，是实现大容量、远距离输送电力的*优选择。据试验分析，直流特高压±800kV输电线路的传输功率是常规直流超高压±500kV输电线路的两倍多。同时，在输电线路传输相同功率的情况下，特高压直流线路的线路损耗只是常规直流超高压线路损耗的25%～40%，因此其传输的*远距离可延长3倍。同时，在传送同样功率的情况下，常规直流超高压±500kV输电线路的土地资源相比直流特高压±800kV输电线路浪费了1.5倍。所以特高压直流输电可多用于远距离、大范围的电能传输[2]。
为了解决我国能源分布与负荷分布严重不均衡的情况，国家提出了“西电东送”“南北互供”与全国联网的能源布局，并且在2004年，国家开始进行±800kV特高压直流输电技术的研究。2008年，南方电网公司开工建设世界上**个±800kV直流输电工程（云南—广东±800kV特高压直流输电示范工程）；2010年6月18日，云—广特高压直流输电线路的双极投产运行，标志着世界特高压直流输电技术从理论研究到实践工程的成功应用；同年7月，国家电网公司建成投运向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程，其四次跨越长江，线路全长1907km，额定传输功率640万kW。在随后的10年中，我国的特高压直流输电工程建设进入高速发展期，截至2019年底，我国一共建成并投入运行了15条特高压直流输电工程，其中12条由国家电网公司负责运营，3条由南方电网公司负责运营，输电线路运营总长25594km，额定传输功率高达11060万kW。图1.1为我国特高压直流输电示意图。其中，2019年建成投运的昌吉—古泉±1100kV特高压直流输电工程的*远输送距离为3324km，是世界上电压等级*高、输送容量*大、输送距离*远、技术水平*先进的特高压输电工程。2020年，国家电网公司有4条特高压直流线路处在核准建设期。到2021年底，我国建成投运特高压直流输电线路19条，特高压直流换流站38座，线路输送距离累计达到34156km，额定输送功率累计达到15060万kW。图1.2为我国特高压直流输电的发展柱状图。
图1.1 我国特高压直流输电示意图
图1.2 我国特高压直流输电工程发展
1.1.2 架空输电线路概述
输电线路从常规意义上讲，代表了电网*基础也是*重要的组成部分，电网能否安全、可靠、经济地运行都依赖于输电线路设备的状态。现代大型电厂大部分都建在能源资源集中地，而电力负荷中心则多集中在工业区和大城市，发电厂和负荷中心往往相距较远，需要用输电线路进行电能的输送。架空线作为我国目前十分重要的电力网架主动脉，是地面广域分布的超大规模系统，担负全国各地电能输送和分配电能的任务。
架空输电线路主要由杆塔、基础、导线、绝缘子串及金具、接地装置及防雷设备等组成，如图1.3所示。
图1.3 架空输电线路图
输电线路按电能性质分类有交流输电线路和直流输电线路，国内常见输电线路主要的是交流输电线路。与交流输电线路相比，在输送相同功率的情况下，直流输电线路主要材料消耗低，线路走廊宽度也较小，所以投资较少；作为两个电力系统的联络线，改变传送方向迅速方便，可以实现相同频率交流系统间的不同步联系，能降低主干线及电力系统间的短路电流。直流输电无感抗、电抗、相位移和电压波动问题，其输电线路的电压调节优于交流输电，对通信线路的干扰也较小，因此在一些大功率远距离输电工程中得到应用。
输电线路的输送容量是在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的*大输送功率，输送容量大体与输电电压的平方成正比，提高输电电压，可以增大输送容量、降低损耗、减少金属材料消耗，提高输电线路走廊利用率。特高压输电是实现大容量或远距离输电的主要手段，也是目前输电技术发展的主要方向。
1.1.3 我国输电线路现状
“十一五”和“十二五”时期，提出加强城乡电网建设和改造，深化电力体制改革；“十三五”和“十四五”时期，重点提到加快智能电网建设，提高电网与发电侧、需求侧交互响应能力，提高特高压输电利用率。按照国家电网的规划，2020年建成以华北、华东、华中特高压同步电网为中心，以东北特高压电网、西北750kV电网为送端，联结各大煤电基地（西部、北部）、大水电基地（西南）、大核电基地、大可再生能源基地（酒泉、蒙西、张北等），各级电网协调发展的坚强智能电网，形成“五纵六横”主网架结构。我国已然建成并投入使用的110kV及以上架空输电线路的总里程数已超过655000km，500kV以上的超高压以及特高压输电线路里程也已超过60000km。
构建以新能源为主体的新型电力系统行动方案，提出以新能源为供给主体，以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会发展电力需求为*要目标，以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，加快建设具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的新型电力系统，并明确了自2021年起，未来10年需要重点推进的9个方面28项任务。南方电网提出了新型电力系统“数字赋能、柔性开放、绿色高效”三大显著特征，以及依托数字电网加快构建新型电力系统的五大实践与举措，到2030年新能源装机达到2.5亿kW以上。
1.2 输电线路常见事故及检测
1.2.1 绝缘子污闪对输电线路影响
1.2.1.1 污闪的危害
电力系统安全稳定运行是国家经济发展和国民生活生产的前提保障。绝缘子用量大、种类多，广泛应用于输电线路、发电所、变电所，是电力系统的重要组成部分，保障电力系统的安全稳定运行。
污闪故障：当输电线路绝缘子的表面附着有各种污秽物质（如灰尘、烟尘、化工粉尘、盐类等）时，在一定的湿度条件下（如有雾、凝露或毛毛雨），污秽物质溶解于水中，形成电解质的覆盖膜；或有导电性质的化学气体包围着绝缘子时，会大大降低绝缘子的绝缘性能，致使绝缘子表面泄漏电流大大增加，绝缘子发生闪络，这种故障称为污闪故障。据统计，雷击是概率*高的电网事故，其次是污闪事故。但污闪事故通常具有同时、多点等特点，易引发系统振荡，甚至造成大面积停电事故，其造成的经济损失是雷击事故的10倍，外绝缘污闪防治是电力系统面临的巨大挑战之一[3， 4]。图1.4为复合绝缘子污秽放电。
图1.4 复合绝缘子污秽放电
2011年初，新疆电网发生了一场重大污闪事故，造成多个变电站失压，致使南疆地区大范围停电。在2017～2018年，因绝缘子污闪导致500kV及以上架空线路发生了89次跳闸事故。近年来我国的经济稳健增长，
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