湯成亮（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

特高壓輸電系統(tǒng)絕緣子串的絕緣特性及設(shè)計選用原則

湯成亮（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

本文對特高壓輸電系統(tǒng)中絕緣子的絕緣特性和耐污閃性能進(jìn)行了研究和探討，通過運行數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果分析了不同污穢狀態(tài)下絕緣子串的工頻閃絡(luò)特性，給出了特高壓線路絕緣子串的設(shè)計選擇方法和建議。

特高壓輸電系統(tǒng)；絕緣性能；污閃特性

1　引言

電網(wǎng)運行實踐表明：在電網(wǎng)停電事故中，輸電系統(tǒng)的絕緣閃絡(luò)或擊穿是造成停電事故的最主要原因。為了特高壓輸電系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運行，應(yīng)在電網(wǎng)設(shè)計和施工階段對輸電系統(tǒng)的絕緣特性進(jìn)行科學(xué)研究并進(jìn)行合理的絕緣配合。

特高壓輸電系統(tǒng)的絕緣分為內(nèi)絕緣和外絕緣。其中，外絕緣通常是指絕緣子串或支柱絕緣子、導(dǎo)線與桿塔結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線與地面的空氣間隙絕緣等。目前，超高壓輸電系統(tǒng)的絕緣設(shè)計的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式是比較完善的。特高壓輸電系統(tǒng)，如1000kV輸電系統(tǒng)的工頻過電壓允許水平，統(tǒng)計值1440～1530kV（1.6～1.7p.u.）是500kV輸電系統(tǒng)900kV的1.6～1.7倍［1］。超高壓輸電系統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)表明：絕緣子串、空氣間隙的臨界工頻、操作雷電臨界放電電壓與絕緣長度呈明顯的非線性飽和關(guān)系。雖然特高壓輸電技術(shù)是在超高壓輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的輸電技術(shù)，但它是全新的輸電技術(shù)，其特高壓輸電系統(tǒng)所需用的滿足限制水平要求的絕緣子串和空氣間隙的長度，不能用超高壓輸電系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)推算。

2　特高壓輸電系統(tǒng)工頻過電壓的絕緣特性

特高壓輸電系統(tǒng)的絕緣主要由操作過電壓決定，按照操作過電壓決定輸電系統(tǒng)絕緣強度，包括絕緣子串和空氣間隙的絕緣強度。清潔絕緣子串即使處于潮濕狀態(tài)，其工頻絕緣強速通常是很高的，能承受特高壓電網(wǎng)兩倍及以上工頻過電壓。但是，當(dāng)絕緣子表面沉積微粒污穢物時，在潮濕天氣條件下，絕緣子串的耐受工頻電壓的絕緣強度將大大降低，甚至出現(xiàn)輸電線路在正常運行電壓下閃絡(luò)放電，嚴(yán)重時發(fā)生大面積污閃停電。絕緣污穢閃絡(luò)已是造成超高壓輸電系統(tǒng)停電的重要原因之一。由于特高壓輸電容量大、覆蓋面廣、供電面積大，特高壓輸電系統(tǒng)絕緣子串的污閃特性和防污閃技術(shù)是當(dāng)前特高壓電網(wǎng)發(fā)展過程中所需要重點研究的課題。

2.1非污穢狀態(tài)下影響工頻閃絡(luò)特性的因素

（1）空氣密度。空氣間隙工頻臨界放電電壓隨相對空氣密度的減少而減少。高海拔地區(qū)相對空氣密度低，臨界放電電壓低，絕緣要求就相對較高。

（2）濕度。工頻臨界放電電壓，隨著濕度增加，潮氣凝聚到電極和絕緣子表面上，放電電壓將降低，但是長絕緣子串的臨界放電電壓的變化小于短絕緣子串。

（3）降雨率。懸式絕緣子串的放電電壓主要取決于降水率。對于懸式絕緣子串，工頻臨界放電電壓隨降雨率的增加而降低，而臨界放電電壓的下降率取決于雨水的電阻率。一般情況下，特大降雨可以使工頻臨界放電電壓相對于清潔、干燥的情況時下降30%。

2.2污穢狀態(tài)下絕緣子串的工頻閃絡(luò)特性

輸電系統(tǒng)的污閃是由空氣中的微粒沉積在絕緣子上引起的。這些沉積在絕緣子上的污染物，在干燥時本身不會降低絕緣強度。在污染物與潮濕天氣結(jié)合在一起時，將引起絕緣子絕緣強度降低甚至閃絡(luò)放電。

絕緣子串的耐污閃強度并不與絕緣長度成正比。輸電線路電壓越高，相對來說需要更長的絕緣子串。在操作過電壓的倍數(shù)已限制在較低水平，導(dǎo)線與桿塔間空氣絕緣間隙已縮短的情況下，根據(jù)污穢情況，減少耐污絕緣子串的結(jié)構(gòu)長度便成為特高壓輸電系統(tǒng)絕緣配合的關(guān)鍵因素。

污穢閃絡(luò)強度與絕緣子串長度呈非線性飽和關(guān)系。長絕緣子串的這種非線性關(guān)系，是由于絕緣子串泄露電流產(chǎn)生的熱力現(xiàn)象所造成絕緣子串電壓不均勻分布引起的。這種電壓的不均勻分布受絕緣子串所處的桿塔和對地高度影響。

（1）工頻臨界放電電壓與絕緣子串長度的非線性關(guān)系。絕緣子污穢放電特性的非線性是由于接地構(gòu)架，絕緣子與桿塔結(jié)構(gòu)，絕緣子對地高度，絕緣子的臨近效應(yīng)所產(chǎn)生的沿絕緣子串不均勻電壓分布造成的。按特高壓桿塔架構(gòu)布置絕緣子的特高壓試驗表明：絕緣子串長度在特高壓應(yīng)用范圍不會有明顯的非線性飽和。

（2）長串絕緣子的污閃特性。在特高壓工程中根據(jù)各種污穢條件下做出的絕緣子串閃絡(luò)電壓特性如圖1所示。

圖1

從上述曲線可以看出：

（1）在絕緣子串長相同情況下，絕緣子積污越重，耐受工頻閃絡(luò)電壓越低。

（2）在串長相同情況下，V型串絕緣子耐受工頻閃絡(luò)電壓高于I型串。

（3）標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子串在重污穢情況下，為耐受相同的工頻過電壓將明顯增長串長。這將導(dǎo)致三相分裂導(dǎo)線間距增加，線路電抗加大，輸電能力減少。

（4）不同形式、不同材料的絕緣子串有不同的污閃強度。通過試驗表明：加強型高機械強度的大盤面盤型絕緣子，由于它的爬電距離與有效高度之比大，非線性飽和比普通絕緣子小些，而棒形絕緣子放電電壓的非線性比其他類型要大的多。

試驗表明，在不增加絕緣子的爬電距離與有效高度之比的情況下，僅僅改變絕緣子的形狀并不能有效改變絕緣子的耐污穢性能。大直徑、大盤面絕緣子在閃絡(luò)強度上比普通盤面絕緣子要優(yōu)越；絕緣子表面采用憎水材料，其閃絡(luò)強度比普通型陶瓷材料絕緣子好。在國內(nèi)超高壓和特高壓輸電污穢較重地區(qū)的運行經(jīng)驗表明，硅橡膠材料為傘裙護(hù)套的復(fù)合絕緣子有較高的耐污閃能力。

3　特高壓線路絕緣子串的選擇

3.1絕緣子的耐污性能

通過對4種300kN瓷和玻璃懸式絕緣子進(jìn)行人工污穢試驗，試驗結(jié)果表明，耐污閃性能依次為：復(fù)合、三閃、雙閃、玻璃、棒形瓷、普通，后4種相差不大。復(fù)合絕緣子一大二小（15cm傘間距）傘形優(yōu)于一大一?。?1cm傘間距），一大一小傘形復(fù)合絕緣子傘間距可以考慮減小。

3.2特高壓線路絕緣子串形和片數(shù)的選擇

試驗研究表明，特高壓輸電線路絕緣子的選型可以考慮以下原則：

（1）300kN三傘形絕緣子CA-876不僅平均每片的閃絡(luò)電壓最高，而且隨著海拔的升高污閃電壓的降低并不明顯，在c級及以下污穢地區(qū)應(yīng)選擇該種絕緣子。

（2）雙傘形絕緣子XWP-300的污閃電壓較高，而且這種形狀的絕緣子在國內(nèi)已大量使用，并具有豐富的運行經(jīng)驗。運行經(jīng)驗表明，此種形狀的絕緣子自清洗效果好、積污少，因此，在a、b級污穢地區(qū)，可以采用此種絕緣子。

（3）對于c級及以上污穢地區(qū)，尤其是飽和鹽密在0.1mg/ cm2以上的地區(qū)，應(yīng)采用復(fù)合絕緣子，因為復(fù)合絕緣子的耐污閃性能最好［2］。如采用瓷或玻璃絕緣子，串長將會很長，特別是污穢較重的地區(qū)，將會大大增加桿塔高度和桿頭尺寸，從而造成電網(wǎng)建設(shè)成本提高。

（4）普通型絕緣子CA-590每片絕緣子的50%閃絡(luò)電壓最低，而且隨著海拔的升高，其污閃電壓的降低程度最大。并且下表面有棱的絕緣子，自潔性差，易積污，不易清掃，在特高壓輸變電工程中不宜用此種絕緣子。

（5）對于雨水較多的地區(qū)，相對污穢較輕時，可以選用自洗能力好且易于人工清掃的雙傘形絕緣子。中等污穢時，可采用自清洗能力好的三傘形絕緣子。

4　結(jié)束語

特高壓輸電系統(tǒng)中使用著大量的絕緣子，承擔(dān)著絕緣和機械固定的作用。特高壓輸電系統(tǒng)的絕緣性能關(guān)系著系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，而絕緣子的絕緣特性和耐污閃性能又是決定輸電系統(tǒng)絕緣特性的關(guān)鍵，因此，本文通過對特高壓輸電系統(tǒng)絕緣性能的研究，給出了特高壓輸電線路絕緣子的選擇方法和建議，對工程設(shè)計和施工具有一定的指導(dǎo)作用。

［1］曾慶禹.國家電網(wǎng)公司人力資源部.特高壓電網(wǎng).北京：中國電力出版社，2010.

［2］宋 磊，張福增，梁曦東，廖一帆，李銳海.高海拔特高壓并聯(lián)絕緣子的直流污閃特性.高電壓技術(shù)，2013，39（6）：1382～1389.

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