關于500kV及以下變電站懸式絕緣子選擇設計的建議

趙 柳

（廣東天聯電力設計有限公司，廣州 510600）

由于電力行業標準和廣東電網企業標準的要求深度不同，因此在懸式絕緣子片數的選取經常會出現不統一。作者通過自身對電力行業標準（以下均簡稱“行標”）和廣東電網關于絕緣子配置規范要求（以下均簡稱“廣電”）的理解，分別計算了在不同電壓等級下懸式絕緣子所需的最少片數，結合行標與廣電的要求，提出一個適合廣東地區懸式絕緣子片數選取的建議。

1 變電站內懸式絕緣子選擇設計的相關技術規定

1.1 電力行業標準

根據 DL/T 5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》，懸式絕緣子型式及每串的片數，可按下列條件選擇。

1）按系統最高電壓和爬電比距選擇

絕緣子串的有效爬電比距不得小于表1所列數值。在空氣污穢地區宜采用防污型絕緣子，并與其他電器采用相同的防污措施。

2）按過電壓選擇

220kV及以下電壓，按內部過電壓倍數和絕緣子串的工頻濕閃電壓選擇。

330kV及以上電壓，按避雷器的操作過電壓保護水平和絕緣子串正極性操作沖擊50%放電電壓選擇。

3）按大氣過電壓選擇

由避雷器沖擊保護水平確定，且不低于隔離開關和支柱絕緣子的相應值。

選擇懸式絕緣子應考慮絕緣子的老化，每串絕緣子要預留的零值絕緣子為

35～220kV，耐張串2片，懸垂串1片；

330kV及以上，耐張串 2～3片，懸垂串 1～2片。

對于上述條件2）、3），給規程規范中描述一致。對于條件 1）中的爬電比距取值，行標與廣電企標存在不同之處。表1為行業標準DL/T 5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》中對各污穢等級下的爬電比距分級數值。

表1 各污穢等級下的爬電比距分級數值

1.2 廣東電網企業標準

表1、表2、表3為廣電生[2009]161號文印發實施的《廣東電網公司防污閃工作規定》中的相應數值。

表2 玻璃和瓷絕緣子爬電比距配置

表3 復合絕緣子爬電比距配置

2 相關注意事項

2.1 爬電比距

表1、表2、表3中對爬電比距的不同選擇，絕緣子串片數取值有不同的計算方法。行標中爬電比距取值為定值，用此爬電比距算出的絕緣子片數需考慮零值絕緣子。企標主要參考線路專業相關標準編制，其中爬電比距取值是運行的統計值，其中已考慮到了零值絕緣子的影響，故此算法不再加零值絕緣子。

2.2 零值絕緣子

零值絕緣子的定義：兩端耐受電壓接近零或等于零的絕緣子。由于制造缺陷或外界的作用，絕緣子的絕緣性能會不斷劣化，當絕緣電阻降低或為零時稱為低值或零值絕緣子。

每串絕緣子要預留的零值絕緣子片數為

35～220kV耐張串2片，懸垂串1片；

330kV及以上耐張串2～3片，懸垂串1～2片。

2.3 爬電距離有效系數

主要由各種絕緣子幾何爬電距離在實驗和運行中提高污穢耐壓的有效性來確定。

耐張串不用考慮爬電距離有效系數；懸垂串和跳線串的鐘罩型、深棱型玻璃和瓷絕緣子應考慮爬電距離有效系數K。零、一、二級污區，K取0.9～0.95，三、四級污區，K取0.8～0.85。

3 懸式絕緣子選擇設計的計算方法

按照DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》第10.3.1條的規定，變電所絕緣子串應同時符合以下三種電壓要求。

1）由于工頻電壓爬電距離要求的每串絕緣子片數應符合下式要求：

式中，m為每串絕緣子片數；Um為系統最高電壓，kV；λ為爬電比距，cm/kV；L0為每片絕緣子的幾何爬電距離，cm；Ke為絕緣子爬電距離的有效系數。

2）變電所操作過電壓要求的變電所絕緣子串正極性操作沖擊電壓波 50%放電電壓s.s.i應符合下式的要求且不得低于變電所電氣設備中隔離開關、支柱絕緣子的相應值：

式中，Up.1為對范圍Ⅱ為線路型避雷器操作過電壓保護水平；對范圍Ⅰ則代之以計算用最大操作過電壓，kV；σs為絕緣子串在操作過電壓放電電壓的變異系數，5%；K4為變電所絕緣子串操作過電壓配合系數，取1.18。

3）雷電過電壓要求的變電所絕緣子串正極性雷電沖擊電壓波50%放電電壓應符合下式的要求，且不得低于變電所電氣設備中隔離開關、支柱絕緣子的相應值：

式中，UR為對范圍Ⅱ為線路型避雷器在標稱雷電流下的額定殘壓值（對500kV、330kV和220kV以及3kV～10kV分別取 20kA、10kA和 5kA），kV；K5為變電所絕緣子串雷電過電壓配合系數，取1.45。

對于操作過電壓（2）和雷電過電壓（3）校驗取值，可參考下列標準：

《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》國標報批稿規定：在海拔高度1000m以下地區，操作過電壓及雷電過電壓要求的懸垂絕緣子串片數，不應小于表4的數值。

表4 操作過電壓及雷電過電壓要求懸垂絕緣子串的最少片數

運行經驗表明，由于耐張絕緣子串受力比懸垂絕緣子串大，容易產生零值絕緣子。為了補償它對操作過電壓放電強度的影響，要求耐張串絕緣子片數在本規范表3.1基礎上適當增加，對110～330kV輸電線路加1片，對500kV輸電線路增加2片，對750kV輸電線路不需增加片數。

4 計算示例

4.1 以三級污區為例，確定變電站500kV導線懸式絕緣子片數

1）按系統最高電壓和爬電比距選擇

（1）耐張絕緣子串片數確定

①采用公稱爬電距離為450mm的絕緣子：按照電力行標，三級污區爬電比距取為2.5cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數m=500×25/450=30.6片，應取值31片，再加2～3片零值絕緣子，即33～34片。

按照廣電規定的上限，三級污區爬電比距取值為 2.91cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數m=500×29.1/450=35.6片，應取值36片。

②采用公稱爬電距離為550mm的絕緣子：按照電力行標，三級污區爬電比距取為2.5cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數m=500×25/550=25片，取值25片，再加2～3片零值絕緣子，即27～28片。

按照廣電規定的上限，三級污區爬電比距取值為 2.91cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數m=500×29.1/550=29.1片，應取值30片。

（2）懸垂絕緣子串片數確定

如絕緣子型式為自潔性能較好的普通型、外傘型等，懸垂串和耐張串按爬電比距選擇的絕緣子片數一致。

如絕緣子型式為難自潔的深棱型、鐘罩型等，懸垂串選擇的絕緣子片數應在以上計算結果的基礎上除以有效系數K。三級污區深棱型、鐘罩型絕緣子串的有效系數取值0.8～0.85。

即采用 450mm絕緣子時：按行標，取 30.6/0.85=36片；按廣電要求，35.6/0.85=41.9，取 42片。

采用550mm絕緣子時：按行標，25/0.85=39.4片，取30片；按廣電要求，29.1/0.85=34.3，取35片。

2）按操作過電壓和雷電過電壓選擇

按照標準和規程，500kV線路懸垂串按操作過電壓和雷電過電壓選擇的片數為25片。經比較，變電站500kV導線懸垂串操作過電壓和雷電過電壓要求不高于線路，故也可取25片。此為不加零值時的基準值，加零值后是，耐張串：27～28片；懸垂串：26～27片。

4.2 計算結果

500kV變電站內各電壓等級懸式絕緣子片數計算結果見表5、表6。

表5 35～66kV懸式絕緣子耐張串片數取值

表6 110～500kV變電站內各電壓等級懸式絕緣子片數

（續）

4.3 結果分析

1）絕緣子串片數的選擇需結合爬電比距和過電壓等因素共同確定。

2）對于 500kV懸式絕緣子，采用不同標準對計算有較大影響。相同情況下，采用廣電企業標準，比采用行業標準需多使用 2～4片。對于 220kV及以下電壓等級懸式絕緣子，采用不同標準的計算結果相差不大。

由于廣電企業標準對于絕緣子爬電比距的要求，更多的適用于線路，對于是否適用于變電站不甚明確；考慮到絕緣子片數過多、串長過長會導致投資增加和設備布置困難等問題，因此建議絕緣子爬電比距要求暫按電力行業標準。

3）有效系數、爬電距離對懸垂絕緣子片數選取有較大影響。目前，廣東電網批量招標的懸式絕緣子多為防污型（深棱型、鐘罩型，K=0.85）。考慮到采購、施工方便，同一變電站內宜盡量使用同種玻璃絕緣子，但若由于有效系數、爬電距離的原因，可能導致懸垂串過長影響設備安全距離等不利情況，則懸垂串應采用有效系數為 1、爬電距離大的絕緣子片。

對于500kV懸垂絕緣子串，如采用有效系數為0.85的絕緣子，則比采用有效系數為1的絕緣子需多使用4～7片。三級及以下污區，必須采用550mm絕緣子，500kV懸垂絕緣子串長度可以控制在正常范圍內；四級污區，即使采用550mm絕緣子，仍達到38片，無法接受，因此必須采用有效系數為1（外傘型）的絕緣子片。

220kV懸垂絕緣子串，如采用有效系數為0.85的絕緣子，需要多使用1~3片；對于三級及以下污區，懸垂絕緣子串長度在正常范圍內；對于四級污區，需要采用爬電距離550mm絕緣子才可以將長度控制在正常范圍內。

4）結構高度：160kN的絕緣子結構高度選用155mm；160kN以下的絕緣子結構高度選用146mm。

5 結論

建議變電站內懸式絕緣子選取原則如下：

1）懸式絕緣子應按電力行業標準DL/T 5222—2005《導體和電器選擇設計技術規定》要求選取，并考慮適當裕度。除供電局提出要求等特殊情況外，目前暫不考慮廣電企標中對爬電比距的較高要求。

2）500kV變電站，耐張串與V型串均采用爬電距離為550mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子；三級及以下污區的懸垂串采用爬電距離為550mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子；四級污區的懸垂串采用爬電距離為550mm、外傘型（K=1）的玻璃絕緣子。

3）對于 220kV變電站，三級及以下污區采用爬電距離為450mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子；四級污區的采用爬電距離為 550mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子。

4）160kN的絕緣子結構高度為155mm；160kN以下的絕緣子結構高度為146mm。

5）具體片數要求見表7。

表7 110～500kV變電站內懸式絕緣子片數要求

[1] DL/T 5222—2005,導體和電器選擇技術規定[S].北京:中國電力出版社, 2005.

[2] DL/T 620—1997交流電氣裝置過電壓保護和絕緣配合[S].北京:中國電力出版社, 1997.

[3] DL/T 5092—1999, 110kV～500kV架空送電線路設計技術規程[S].北京:中國電力出版社, 1999.

[4] GB/T 16434—1996高壓架空線路和發電廠,變電所環境污區分級及外絕緣選擇標準[S].北京:中國電力出版社, 1996.

[5] GB/T 311.1-1997高壓輸變電設備的絕緣配合[S].北京:中國電力出版社, 1996.