崔 浩，陳育淦，齊 飛，徐勤法，孔 磊

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

直流特高壓輸電線路防污閃冰閃措施分析

崔 浩，陳育淦，齊 飛，徐勤法，孔 磊

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

“特高壓入魯”工程陸續(xù)建成投運(yùn)，其中±800 kV上海廟至臨沂和扎魯特至青州為直流特高壓工程。直流電具有極強(qiáng)吸附效應(yīng)，北方霧霾情況嚴(yán)重，短期內(nèi)瓷絕緣子及復(fù)合絕緣子表面就會(huì)吸附大量灰塵，易發(fā)生污閃放電。另外北方冬季常見降雪天氣，±660 kV銀東線曾出現(xiàn)過大量冰凌填充于復(fù)合絕緣子傘群間情況，易造成冰閃放電。直流電無過零，局部拉弧放電易發(fā)展引起整串絕緣子閃絡(luò)，因此在北方地區(qū)建設(shè)特高壓直流線路必須充分考慮防污閃防冰閃措施。借鑒±660 kV銀東線運(yùn)行及防污閃調(diào)爬等治理經(jīng)驗(yàn)，提出針對(duì)北方地區(qū)特高壓直流輸電線路防污閃防冰閃治理措施。

特高壓直流；污閃；冰閃；霧霾

0 引言

已經(jīng)投入運(yùn)行的±800 kV直流特高壓工程有云南—廣州一回線路、向家壩—上海線等，北方地區(qū)有超高壓直流輸電線路±660 kV銀東線［1］。

±660 kV銀東線于2011年2月實(shí)現(xiàn)雙極投運(yùn)，2013—2015年連續(xù)3年北方冬季出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，曾出現(xiàn)過嚴(yán)重拉弧放電現(xiàn)象導(dǎo)致線路被迫降壓運(yùn)行，此外還發(fā)生過冰雪填塞復(fù)合絕緣子傘裙間隙導(dǎo)致被迫降壓運(yùn)行的情況，通過瓷絕緣子清掃、重涂防污閃涂料、更換插花式復(fù)合絕緣子及瓷絕緣子調(diào)爬治理等一系列措施，目前在冬季多霧霾、強(qiáng)冰雪等惡劣天氣下可以安全運(yùn)行。

1 污閃及冰閃形成機(jī)理

1.1 污閃形成機(jī)理

所謂污閃，是指電氣設(shè)備的絕緣子表面受到固體的、液體的和氣體的導(dǎo)電物質(zhì)的污染，在遇到霧、露、毛毛雨和融冰等不利氣象條件時(shí)，使污層的電導(dǎo)增大，泄漏電流增加，在運(yùn)行電壓下產(chǎn)生局部電弧而發(fā)展為沿面閃絡(luò)的一種放電［2］。

絕緣子的形狀對(duì)污閃放電的影響。絕緣子的形狀和積污狀況有很大關(guān)系，積污則是導(dǎo)致污閃的直接因素。在同一地區(qū)不同形狀絕緣子的積污量是不同的，可能會(huì)有較大的差別。研究結(jié)果表明，絕緣子表面的積污狀況和氣流在該表面部位的速度變化率有關(guān)，如果氣流的速度不發(fā)生明顯變化，塵埃很難落下來。當(dāng)氣流明顯受阻時(shí)，在氣流障礙處會(huì)形成渦流區(qū)，在渦流區(qū)內(nèi)易積聚污穢物。對(duì)于裙邊和氣流方向垂直的絕緣子，特別是懸式絕緣子帶棱的下表面，容易形成渦流區(qū)，較易積污。

絕緣子表面濕潤(rùn)對(duì)污閃放電的影響。絕緣子表面的濕潤(rùn)過程與氣象條件密切相關(guān)，大霧、凝露、毛毛雨、雨夾雪、粘雪、融雪、融冰、霧凇、雨凇等對(duì)污穢絕緣子是極為不利的氣象條件。上述氣象條件的出現(xiàn)和空氣中的相對(duì)濕度密切相關(guān)，相對(duì)濕度的日變化主要決定于氣溫，當(dāng)氣溫較高時(shí)，雖然蒸發(fā)加快使水汽壓增大，但因飽和水汽壓增大得更多，結(jié)果相對(duì)濕度反而減少；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，相對(duì)濕度則增大。凌晨是相對(duì)濕度較大的時(shí)間。相對(duì)濕度的年變化一般是夏季小，冬季大。但在季風(fēng)盛行的地區(qū)，相對(duì)濕度是夏季大，冬季小。在相對(duì)濕度較大的時(shí)間里，污穢絕緣子表面容易濕潤(rùn)，因而容易發(fā)生污閃［3］。

直流靜電吸附作用對(duì)積污的影響。一般來說，在同樣的條件下，帶電運(yùn)行的絕緣子比不帶電的絕緣子積污速度快；在直流電壓下運(yùn)行的絕緣子比在交流電壓下運(yùn)行的絕緣子積污速度快。對(duì)于受海洋污染嚴(yán)重的地區(qū)，靜電力不是決定積污量的主要因素，在該地區(qū)帶電和不帶電絕緣子的積污速度沒有明顯差別。

1.2 冰閃形成機(jī)理

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和冰閃試驗(yàn)表明，輸電線路覆冰絕緣子閃絡(luò)事故大多數(shù)發(fā)生在融冰期，當(dāng)覆冰融化時(shí)，絕緣子表面?zhèn)闳洪g的冰柱形成短接。冰柱形成造成絕緣子爬距大大減小，耐受電壓能力大幅降低。當(dāng)泄漏電流達(dá)數(shù)百毫安時(shí)就可能由局部弧光放電發(fā)展為電弧貫穿整個(gè)絕緣子，發(fā)展成閃絡(luò)，即為冰閃。

山東境內(nèi)冬季常見雨雪天氣，受風(fēng)向影響，東西走向的輸電線路，絕緣子及導(dǎo)線上積冰、積雪情況較南北走向的線路嚴(yán)重，±800 kV上海廟至臨沂和扎魯特至青州為直流特高壓工程均為東西走向。

1.3 直流電壓下絕緣子的閃絡(luò)特性

與交流不同，由于直流電壓的靜電吸附作用，在相同條件下直流外絕緣表面積污速度更快、臟污更嚴(yán)重，因此在各種潮濕環(huán)境條件下對(duì)外絕緣的設(shè)計(jì)要求更為苛刻。

2 ±660 kV銀東直流防污閃措施

2.1 使用PRTV新型防污閃涂料

2011年，山東電力檢修公司在±660 kV銀東直流輸電線路雙極投運(yùn)前的最后一次停電檢修中，對(duì)山東境內(nèi)全線耐張塔進(jìn)行PRTV涂刷，從后期觀測(cè)情況看，防污閃涂料起到較好的作用，全線大部分區(qū)段未發(fā)生拉弧放電或沿面閃絡(luò)情況，但在個(gè)別地區(qū)（德州武城縣境內(nèi)銀東直流1894號(hào)塔）仍存在污閃情況。

2.2 污穢測(cè)量絕緣子廣泛采樣

山東電力檢修公司按照污穢測(cè)量絕緣子取樣計(jì)劃，每年摘除并新掛測(cè)量絕緣子。摘下的絕緣子送國(guó)網(wǎng)山東電科院取樣測(cè)試污穢累積情況，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)部分地段污穢等級(jí)超過了設(shè)計(jì)等級(jí)。

2.3 應(yīng)用插花式復(fù)合絕緣子

2013年冬季，我國(guó)華北地區(qū)出現(xiàn)過大面積嚴(yán)重霧霾天氣，且出現(xiàn)過局部強(qiáng)雨雪天氣，位于德州武城縣境內(nèi)的銀東線1894號(hào)塔復(fù)合絕緣子發(fā)生嚴(yán)重的局部拉弧放電現(xiàn)象 （長(zhǎng)度接近整串絕緣子的1／5）。為防止單極閉鎖，線路被迫降壓運(yùn)行，經(jīng)分析原因?yàn)榻^緣子表面積污嚴(yán)重傘裙間填充大量積雪形成橋接，山東電力檢修公司在2014年春季年度檢修時(shí)，對(duì)該塔及前后各一基直線塔復(fù)合絕緣子進(jìn)行更換，更換為插花式復(fù)合絕緣子，傘群為“特大-中-小”形式，起到阻斷冰凌、防止橋接的作用，有效抑制了穩(wěn)定電弧的形成。從2014—2016年運(yùn)行情況看，復(fù)合絕緣子未發(fā)生拉弧放電現(xiàn)象，收到較好效果。

2.4 調(diào)整瓷絕緣子爬距

通過污穢測(cè)量絕緣子取樣發(fā)現(xiàn)，銀東線部分區(qū)段實(shí)際積污程度明顯高于設(shè)計(jì)時(shí)污穢等級(jí)，此外盡管全部耐張瓷絕緣子已涂刷過防污閃涂料，但個(gè)別區(qū)段仍有局部拉弧放電現(xiàn)象。2015—2016年，山東電力檢修公司對(duì)原60片耐張瓷絕緣子區(qū)段進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整為72片，通過增加絕緣子片數(shù)增大爬距。2015—2016年瓷絕緣子未出現(xiàn)閃絡(luò)情況。

3 國(guó)內(nèi)外其他直流輸電線路采取的防污閃措施

改變直流絕緣子的布置方式提高閃絡(luò)電壓。直流輸電線路絕緣子串有垂直安裝的懸垂串、水平安裝的耐張串和傾斜安裝的V型串或倒V型串以及國(guó)外部分線路采用的Y型串［4］。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，安裝方式對(duì)絕緣子串污閃特性有影響，其主要表現(xiàn)為 2個(gè)方面：1）積污特性有差異；2）污絕緣子串沿面放電發(fā)展的過程有差異。這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)±800 kV直流輸電線路也同樣適用。因此，不同布置方式下絕緣子串的污閃或耐受電壓也有差異。不同安裝方式下積污特性的差異可根據(jù)運(yùn)行線路積污特性的測(cè)量得到，放電發(fā)展過程和閃絡(luò)電壓的差異可通過人工污穢試驗(yàn)得到。

國(guó)內(nèi)外V型絕緣子串的夾角為70°～110°，大多數(shù)為90°。文獻(xiàn)［1］表明，即使絕緣子串傾斜5°，其污閃電壓都有較明顯的提高，20°時(shí)效果最好，在20°～90°之間沒有明顯變化［5］。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著絕緣子表面污穢的增加，V型布置時(shí)污閃電壓相對(duì)于I型布置時(shí)所提高的百分?jǐn)?shù)與Ⅱ型布置時(shí)污閃電壓相對(duì)于I型串布置時(shí)所降低的百分?jǐn)?shù)均逐漸增大［6-7］，也就是說V型串布置不易發(fā)生污閃事件。

4 結(jié)語

加強(qiáng)與相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的合作，跟蹤測(cè)量山東境內(nèi)全線直流線路區(qū)域范圍內(nèi)的鹽密，繼續(xù)選取具有代表性的絕緣子開展其人工污穢實(shí)驗(yàn)，以掌握其外表面的積污特性。

對(duì)于全線耐張塔瓷絕緣子全部噴涂RTV涂料，提高絕緣子的防污能力，建議采用如PRTV的涂料，該涂料具有優(yōu)于RTV防污閃涂料的憎水性及憎水遷移性，同時(shí)具有一定的憎油性和良好的不粘性。在惡劣氣候條件下，沿潮濕臟污絕緣子表面會(huì)出現(xiàn)連續(xù)水膜而發(fā)生閃絡(luò)。

對(duì)直流線路局部污染嚴(yán)重區(qū)段的瓷絕緣子可安裝適量的增爬裙，并在停電檢修時(shí)安排人員進(jìn)行清洗。

對(duì)微氣象數(shù)據(jù)顯示局部降雪嚴(yán)重的區(qū)段，提前安裝插花式復(fù)合絕緣子，避免積雪填充傘裙間隙導(dǎo)致冰閃事件的發(fā)生。

研究帶電水沖洗工作，應(yīng)對(duì)北方常見的持續(xù)干旱無降雨天氣，避免積污嚴(yán)重導(dǎo)致降壓運(yùn)行情況發(fā)生。

研究在現(xiàn)有污穢等級(jí)上增加一級(jí)進(jìn)行絕緣配置方法的可行性，避免類似銀東直流后期調(diào)爬治理情況發(fā)生。

［1］吳敬儒，徐永禧．我國(guó)特高壓交流輸電發(fā)展前景［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（3）：1-4．

［2］張仁豫.絕緣污穢放電［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［3］張文亮.合絕緣子在±800 kV特高壓直流工程中的應(yīng)用研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（12）：8-11.

［4］宿志一.±500 kV葛南直流輸電設(shè)備外絕緣運(yùn)行概況及分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（2）：57-60.

［5］吳光亞，郭賢珊，張銳.特高壓直流輸電線路污穢外絕緣設(shè)計(jì)及配置［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（5）：862-866.

［6］趙畹君．高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004．

［7］鄧桃，李中新.±800 kV特高壓直流線路耐張絕緣子串和跳線電場(chǎng)分布及離子流影響計(jì)算［R］.中國(guó)電力科學(xué)研究院，2009.

孔 磊（1985年），男，從事輸電線路運(yùn)行與檢修工作。

Analysis of Anti-pollution Flashover and Anti-icing Flashover Measures for UHV DC Transmission Lines

CUI Hao，CHEN Yuxin，QI Fei，XU Qinfa，KONG Lei
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China）

“The UHV projects into Shandong province”are nearly completed and will put into operation，including the Shanghaimiao-Linyi and Jarvd-Qingzhou UHV±800 kV DC projects.Direct current has strong adsorption effect.During to the serious haze in the northern area，the surface of the porcelain insulator and the composite insulator will absorb a large amount of dust in a short time.In addition，it often snows in winter in the north，there have been a lot of ice filled in composite insulators between groups for Yindong±660 kV DC transmission lines which should cause the ice flashover discharge.Since the direct current has no zero-crossing characteristic，the partial arc discharge should easily result in the whole string insulator flashover，so in the north area anti-pollution flashover measures must to be considered during the construction of UHV DC transmission lines.Learning from the advanced experience of the operation and anti-pollution flashover of Yindong±660 kV DC transmission lines，anti-pollution flashover and anti-icing flashover measures are proposed for UHV DC transmission lines of the north.

UHV DC；pollution flashover；ice flashover；fog and haze

TM752.5

A

1007－9904（2017）02－0027－03

2016-09-08

崔 浩（1989），男，從事輸電線路運(yùn)行與檢修工作；

陳育淦（1988），男，從事輸電線路運(yùn)行與檢修工作；

齊 飛（1988），男，從事輸電線路運(yùn)行與檢修工作；

徐勤法（1971），男，從事輸電線路運(yùn)行與檢修工作；