特高压工程大规模建设，核心装备是关键。为促进特高压交流输电技术的进一步发展，对特高压交流变压器、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、串联补偿装置和避雷器等关键装备的最新技术发展进行了总结和展望。

　　结果表明：特高压变压器应选择局部放电概率为1‰时的电场强度允许值作为许用场强；采用器身端部磁屏蔽、油箱电屏蔽、油箱磁屏蔽、采用不导磁钢板等漏磁控制措施可有效降低1500MVA大容量特高压变压器的漏磁和温升；特高压断路器的开断能力可达63kA，采用基于“三回路法”的合成试验回路可突破试验设备限制，完成1100kV断路器开断试验；明确了通过在“立式”隔离开关静触头侧安装阻尼电阻来限制VFTO的幅值和频率；提出了从持续运行电压的角度出发，特高压避雷器的额定电压降低到780kV是安全的。未来特高压交流输变电装备应在高可靠性、大容量、新工作原理和性能参数优化等方面进行深入研究。

　　特高压交流变压器、开关设备、串补装置和避雷器是特高压交流输电工程的主要核心装备，本次将重点对这4类设备的最新技术发展进行梳理和总结。

　　特高压变压器发展

　　我国研制成功的特高压变压器，绝缘水平、损耗值、噪声水平等技术性能指标全面超越了日本及前苏联的产品，并且实现了无局放绝缘结构设计，整体达到了国际领先水平。在此基础之上，通过解决漏磁和温升控制等问题实现了特高压单柱容量进一步提升，由单柱334MVA提升到500MVA容量，单台容量达到1500MVA；实现了局部解体和全部解体不同方式，解决了由于运输限制对于大容量特高压变压器的限制。这里就绝缘水平、设计和漏磁控制等问题进行说明。

　　1.绝缘水平

　　特高压变压器绝缘水平的少量增加将导致产品尺寸和重量的显著增加。对于特高压系统而言，限制产品的尺寸和重量、保证运输可行性已经成为矛盾的主要方面。为控制特高压变压器的制造难度、保证安全可靠性、方便运输安装，首先需要在系统上采取措施，深度限制各类过电压，从而降低对绝缘水平的要求，这也是特高压系统区别于高压和超高压系统的主要技术特征。

　　中国的特高压工程采用高性能避雷器和断路器合闸电阻，并在线路装设特高压并联电抗器，成功实现了各类过电压的深度控制。过电压的限制水平如表1所示。

　　过电压的深度限制为降低变压器的绝缘水平奠定了技术基础。根据系统过电压水平，分别确定了特高压的绝缘水平为雷电2250kV、操作1800kV、工频1100kV(5min)。我国特高压变压器绝缘水平见表2所示。

　　2.特高压变压器绝缘设计

　　特高压变压器的设计通过全场域分析方法，对变压器内部各部位进行电场分析。作为判断依据，各部位许用场强的选择直接关系到其分析对象的绝缘裕度控制以及变压器的可靠性。许用场强选择过大，变压器绝缘设计结果将无法满足运输限界对于变压器尺寸的要求；许用场强选择过小，将无法有效控制变压器局部放电发生，甚至出现绝缘击穿。特高压变压器在长期运行电压下的绝缘性能主要取决于其内绝缘的局部放电水平。变压器的短时间和长时间局部放电概率可由韦伯尔(Welbull)分布方程得到，约为1%-2%，如式(1)所示。

　　根据经验，试验期间局部放电概率远低于2%。对于重要设备，局部放电的概率应控制在0.1%-0.2%的水平，并由此确定试验电压Ut和试验时间tt。许用场强的选择在结合以往电压等级变压器和特高压变压器模型试验研究相关数据的基础上，选择局部放电概率为1‰时的电场强度允许值作为相关判据。

　　另外，由于特高压变压器单柱线圈容量较大，致使线圈、铁芯等相关结构尺寸大。这就导致在高电位的线圈、引线等部位，与地电位如箱壁、铁芯之间存在着大量油隙距离大的区域，包括柱间1000kV引线到箱壁，500kV连线到箱壁等。这在其它电压等级的变压器设计中是不存在问题的。必须在结合工艺加工能力的基础上，对该类油隙进行分隔处理，以避免大油隙击穿场强的饱和特性对绝缘可靠性的影响。图1给出了油体积效应（stressedoilvolume，SOV）试验曲线。

　　针对这种情况，在变压器上对器身到油箱之间、器身到旁轭之间的适形隔板的形状进行了优化，采用适形隔板（弧形隔板），将器身与油箱之间的大油隙进一步分割，形成多层小油隙，优化后的绝缘隔板见图2。优化后的适形隔板在器身装配前不需要进行压弯干燥处理，大大简化了工艺操作过程，减少工作量，而且减小了隔板干燥处理后的变形量。

　　2008年，我国实现了三柱式特高压变压器的成功研制，单柱容量334MVA，攻克了1000kV特高压变压器包括器身绝缘在内的主纵绝缘等难题，并在工程中得到检验和应用。

　　3.大容量特高压变压器漏磁和温升控制

　　在成功研制三柱式特高压变压器基础之上，我国进一步开展单柱500MVA的特高压变压器设计，并于2010年成功研制1000MVA、1000kV变压器（两柱结构），成功解决了由于单柱容量提升带来的漏磁控制问题，其变压器接线原理图见图3，同期还成功研制了400MVA的特高压升压变样机，并依托相关工程得到应用；2011年成功研制了1500MVA、1000kV变压器（三柱结构），实现了特高压变压器容量的提升，与特高压输电线路输电容量更好的匹配；在此基础之上，为解决容量提升导致变压器运输受限的问题，我国于2013年和2014年分别成功研制了局部解体和全部解体式1500MVA特高压变压器，彻底解决了运输对于特高压变压器应用的限制。

　　对于1500MVA特高压变压器，单柱线圈容量达到500MVA，须对线圈主空道、油箱、夹件、拉板等部位磁感应强度分布进行逐一分析，采取针对性的漏磁屏蔽措施，降低杂散损耗，防止局部过热。图4和图5分别给出了变压器主空道磁感应强度分布云图和夹件磁感应强度分布云图。

　　计算线圈主空道磁感应强度分布所得最大磁感应强度出现在高、中压线圈主空道处，最大磁感应强度值为0.3555T。计算油箱、夹件、拉板磁感应强度分布所得：油箱上最大磁感应强度为0.92637T，夹件最大磁感应强度为0.87459T，拉板最大磁感应强度为0.091689T。针对漏磁控制所采取的措施包括：

　　（1）器身端部磁屏蔽：在器身上下端设置磁屏蔽，形成有效的磁分路，以改善漏磁分布，将进入其附近金属结构件的漏磁通分流，使绕组在端部的漏磁通经过磁分路自成回路，吸引磁力线进入铁芯，不仅可以减少进入夹件的漏磁通，从而减小夹件中的杂散损耗，还会减少横向漏磁通分量，从而使绕组导线中的附加损耗相应减少。

　　（2）油箱电屏蔽：在油箱侧盖内壁以及下节油箱内壁设置铜屏蔽，使漏磁通进入铜屏蔽后在其中产生涡流，从而产生去磁作用，从而减少进入油箱壁的漏磁通，减少油箱中的杂散损耗，避免了油箱壁中可能的局部过热，同时将铜屏蔽压弯进入箱沿间，防止箱沿过热。

　　（3）油箱磁屏蔽：在油箱内壁上铺设磁屏蔽，使得漏磁通大部分进入到磁屏蔽中，减少进入油箱壁中的漏磁通，相应减少油箱中的杂散损耗，防止局部过热。

　　（4）不导磁钢板：在上下节油箱有大电流经过的地方采用不导磁钢板，阻止大电流产生的漏磁通进入油箱，防止局部过热。表3中给出了各结构件对油的热点温升，并与特高压交流试验示范工程ODFPS?1000000/1000荆门站变压器的最大漏磁强度、各结构件的温升进行了对比。从表3可以看到，1500MVA/1000kV变压器的最大漏磁强度比1000MVA/1000kV变压器约大1.17倍，从计算结果看500MVA变压器的油箱、夹件和拉板的温升略高于1000MVA变压器，说明该变压器上采取的防漏磁措施是有效的，将漏磁和局部过热控制在允许范围内，充分保证变压器的安全可靠运行。

　　依托特高压工程实践，在特高压交流变压器方面，我国已具备了1000kV特高压交流变压器自主设计制造能力，研制出特高压大容量变压器系列产品，达到了世界领先水平。随着特高压工程规模化建设，以及全球能源互联网的潜在需求，我国特高压变压器未来将在进一步提高设备经济性利用，实时监测在运特高压变压器状态，适合运输和运行环境的解体式变压器，提高输电可靠性等方面进一步发展，如研发自适应可调参数的特高压变压器、具备关键性能参数全监测的特高压变压器等。