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

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南 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

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118）

“特高壓入魯”工程陸續建成投運，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。直流電具有極強吸附效應，北方霧霾情況嚴重，短期內瓷絕緣子及復合絕緣子表面就會吸附大量灰塵，易發生污閃放電。另外北方冬季常見降雪天氣，±660 kV銀東線曾出現過大量冰凌填充于復合絕緣子傘群間情況，易造成冰閃放電。直流電無過零，局部拉弧放電易發展引起整串絕緣子閃絡，因此在北方地區建設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銀東線運行及防污閃調爬等治理經驗，提出針對北方地區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

已經投入運行的±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月實現雙極投運，2013—2015年連續3年北方冬季出現大范圍霧霾天氣，曾出現過嚴重拉弧放電現象導致線路被迫降壓運行，此外還發生過冰雪填塞復合絕緣子傘裙間隙導致被迫降壓運行的情況，通過瓷絕緣子清掃、重涂防污閃涂料、更換插花式復合絕緣子及瓷絕緣子調爬治理等一系列措施，目前在冬季多霧霾、強冰雪等惡劣天氣下可以安全運行。

1 污閃及冰閃形成機理

1.1 污閃形成機理

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

絕緣子的形狀對污閃放電的影響。絕緣子的形狀和積污狀況有很大關系，積污則是導致污閃的直接因素。在同一地區不同形狀絕緣子的積污量是不同的，可能會有較大的差別。研究結果表明，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，如果氣流的速度不發生明顯變化，塵埃很難落下來。當氣流明顯受阻時，在氣流障礙處會形成渦流區，在渦流區內易積聚污穢物。對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，較易積污。

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

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

1.2 冰閃形成機理

運行經驗和冰閃試驗表明，輸電線路覆冰絕緣子閃絡事故大多數發生在融冰期，當覆冰融化時，絕緣子表面傘群間的冰柱形成短接。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。當泄漏電流達數百毫安時就可能由局部弧光放電發展為電弧貫穿整個絕緣子，發展成閃絡，即為冰閃。

山東境內冬季常見雨雪天氣，受風向影響，東西走向的輸電線路，絕緣子及導線上積冰、積雪情況較南北走向的線路嚴重，±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、臟污更嚴重，因此在各種潮濕環境條件下對外絕緣的設計要求更為苛刻。

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前的最后一次停電檢修中，對山東境內全線耐張塔進行PRTV涂刷，從后期觀測情況看，防污閃涂料起到較好的作用，全線大部分區段未發生拉弧放電或沿面閃絡情況，但在個別地區（德州武城縣境內銀東直流1894號塔）仍存在污閃情況。

2.2 污穢測量絕緣子廣泛采樣

山東電力檢修公司按照污穢測量絕緣子取樣計劃，每年摘除并新掛測量絕緣子。摘下的絕緣子送國網山東電科院取樣測試污穢累積情況，經試驗發現部分地段污穢等級超過了設計等級。

2.3 應用插花式復合絕緣子

2013年冬季，我國華北地區出現過大面積嚴重霧霾天氣，且出現過局部強雨雪天氣，位于德州武城縣境內的銀東線1894號塔復合絕緣子發生嚴重的局部拉弧放電現象 （長度接近整串絕緣子的1／5）。為防止單極閉鎖，線路被迫降壓運行，經分析原因為絕緣子表面積污嚴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，對該塔及前后各一基直線塔復合絕緣子進行更換，更換為插花式復合絕緣子，傘群為“特大-中-小”形式，起到阻斷冰凌、防止橋接的作用，有效抑制了穩定電弧的形成。從2014—2016年運行情況看，復合絕緣子未發生拉弧放電現象，收到較好效果。

2.4 調整瓷絕緣子爬距

通過污穢測量絕緣子取樣發現，銀東線部分區段實際積污程度明顯高于設計時污穢等級，此外盡管全部耐張瓷絕緣子已涂刷過防污閃涂料，但個別區段仍有局部拉弧放電現象。2015—2016年，山東電力檢修公司對原60片耐張瓷絕緣子區段進行調整，調整為72片，通過增加絕緣子片數增大爬距。2015—2016年瓷絕緣子未出現閃絡情況。

3 國內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型串以及國外部分線路采用的Y型串［4］。運行經驗和試驗研究結果表明，安裝方式對絕緣子串污閃特性有影響，其主要表現為 2個方面：1）積污特性有差異；2）污絕緣子串沿面放電發展的過程有差異。這些經驗對±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運行線路積污特性的測量得到，放電發展過程和閃絡電壓的差異可通過人工污穢試驗得到。

國內外V型絕緣子串的夾角為70°～110°，大多數為90°。文獻［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°時效果最好，在20°～90°之間沒有明顯變化［5］。

研究發現，隨著絕緣子表面污穢的增加，V型布置時污閃電壓相對于I型布置時所提高的百分數與Ⅱ型布置時污閃電壓相對于I型串布置時所降低的百分數均逐漸增大［6-7］，也就是說V型串布置不易發生污閃事件。

4 結語

加強與相關科研機構的合作，跟蹤測量山東境內全線直流線路區域范圍內的鹽密，繼續選取具有代表性的絕緣子開展其人工污穢實驗，以掌握其外表面的積污特性。

對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，該涂料具有優于RTV防污閃涂料的憎水性及憎水遷移性，同時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出現連續水膜而發生閃絡。

對直流線路局部污染嚴重區段的瓷絕緣子可安裝適量的增爬裙，并在停電檢修時安排人員進行清洗。

對微氣象數據顯示局部降雪嚴重的區段，提前安裝插花式復合絕緣子，避免積雪填充傘裙間隙導致冰閃事件的發生。

研究帶電水沖洗工作，應對北方常見的持續干旱無降雨天氣，避免積污嚴重導致降壓運行情況發生。

研究在現有污穢等級上增加一級進行絕緣配置方法的可行性，避免類似銀東直流后期調爬治理情況發生。

［1］吳敬儒，徐永禧．我國特高壓交流輸電發展前景［J］．電網技術，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用研究［J］.電網技術，2006，30（12）：8-11.

［4］宿志一.±500 kV葛南直流輸電設備外絕緣運行概況及分析［J］.電網技術，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計及配置［J］.高電壓技術，2008，34（5）：862-866.

［6］趙畹君．高壓直流輸電工程技術［M］.北京：中國電力出版社，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分布及離子流影響計算［R］.中國電力科學研究院，2009.

孔 磊（1985年），男，從事輸電線路運行與檢修工作。

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，從事輸電線路運行與檢修工作；

陳育淦（1988），男，從事輸電線路運行與檢修工作；

齊 飛（1988），男，從事輸電線路運行與檢修工作；

徐勤法（1971），男，從事輸電線路運行與檢修工作；