特高壓輸電系統絕緣子串的絕緣特性及設計選用原則

湯成亮（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

特高壓輸電系統絕緣子串的絕緣特性及設計選用原則

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中絕緣子的絕緣特性和耐污閃性能進行了研究和探討，通過運行數據和試驗結果分析了不同污穢狀態下絕緣子串的工頻閃絡特性，給出了特高壓線路絕緣子串的設計選擇方法和建議。

特高壓輸電系統；絕緣性能；污閃特性

1　引言

電網運行實踐表明：在電網停電事故中，輸電系統的絕緣閃絡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更加安全穩定的運行，應在電網設計和施工階段對輸電系統的絕緣特性進行科學研究并進行合理的絕緣配合。

特高壓輸電系統的絕緣分為內絕緣和外絕緣。其中，外絕緣通常是指絕緣子串或支柱絕緣子、導線與桿塔結構和導線與地面的空氣間隙絕緣等。目前，超高壓輸電系統的絕緣設計的數據和經驗公式是比較完善的。特高壓輸電系統，如1000kV輸電系統的工頻過電壓允許水平，統計值1440～1530kV（1.6～1.7p.u.）是500kV輸電系統900kV的1.6～1.7倍［1］。超高壓輸電系統實驗數據表明：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系。雖然特高壓輸電技術是在超高壓輸電技術的基礎上發展而來的輸電技術，但它是全新的輸電技術，其特高壓輸電系統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的試驗數據推算。

2　特高壓輸電系統工頻過電壓的絕緣特性

特高壓輸電系統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，其工頻絕緣強速通常是很高的，能承受特高壓電網兩倍及以上工頻過電壓。但是，當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，甚至出現輸電線路在正常運行電壓下閃絡放電，嚴重時發生大面積污閃停電。絕緣污穢閃絡已是造成超高壓輸電系統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，特高壓輸電系統絕緣子串的污閃特性和防污閃技術是當前特高壓電網發展過程中所需要重點研究的課題。

2.1非污穢狀態下影響工頻閃絡特性的因素

（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污穢狀態下絕緣子串的工頻閃絡特性

輸電系統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合在一起時，將引起絕緣子絕緣強度降低甚至閃絡放電。

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已限制在較低水平，導線與桿塔間空氣絕緣間隙已縮短的情況下，根據污穢情況，減少耐污絕緣子串的結構長度便成為特高壓輸電系統絕緣配合的關鍵因素。

污穢閃絡強度與絕緣子串長度呈非線性飽和關系。長絕緣子串的這種非線性關系，是由于絕緣子串泄露電流產生的熱力現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系。絕緣子污穢放電特性的非線性是由于接地構架，絕緣子與桿塔結構，絕緣子對地高度，絕緣子的臨近效應所產生的沿絕緣子串不均勻電壓分布造成的。按特高壓桿塔架構布置絕緣子的特高壓試驗表明：絕緣子串長度在特高壓應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各種污穢條件下做出的絕緣子串閃絡電壓特性如圖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電壓高于I型串。

（3）標準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。這將導致三相分裂導線間距增加，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強度上比普通盤面絕緣子要優越；絕緣子表面采用憎水材料，其閃絡強度比普通型陶瓷材料絕緣子好。在國內超高壓和特高壓輸電污穢較重地區的運行經驗表明，硅橡膠材料為傘裙護套的復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行人工污穢試驗，試驗結果表明，耐污閃性能依次為：復合、三閃、雙閃、玻璃、棒形瓷、普通，后4種相差不大。復合絕緣子一大二小（15cm傘間距）傘形優于一大一小（11cm傘間距），一大一小傘形復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級及以下污穢地區應選擇該種絕緣子。

（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已大量使用，并具有豐富的運行經驗。運行經驗表明，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，可以采用此種絕緣子。

（3）對于c級及以上污穢地區，尤其是飽和鹽密在0.1mg/ cm2以上的地區，應采用復合絕緣子，因為復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，將會大大增加桿塔高度和桿頭尺寸，從而造成電網建設成本提高。

（4）普通型絕緣子CA-590每片絕緣子的50%閃絡電壓最低，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，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　結束語

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

［1］曾慶禹.國家電網公司人力資源部.特高壓電網.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.高海拔特高壓并聯絕緣子的直流污閃特性.高電壓技術，2013，39（6）：1382～1389.

TM216

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2095-2066（2016）26-0027-02

2016-9-2