110 kV輸電線路絕緣子混連對抑制異物故障仿真研究

吳讓新

（云南電網有限責任公司昆明供電局， 云南　昆明　650000）

引言

隨著經濟的快速穩定增長，我國電網規模呈逐年擴大趨勢[1]。2013年年底國家電網66 kV及以上等級輸電線路運行里程已達到70萬余km[2]。隨著電網規模的逐漸增大，各種自然因素以及人為因素等造成輸電線路跳閘率呈居高不下的態勢，造成電力設備損壞，甚至引起重大經濟損失。輸電線路常見的故障多數因異物引起絕緣子旁間隙擊穿造成[3-4]。本文提出了復合絕緣子與玻璃絕緣子混連這種方式來減少異物故障的方法，分析了絕緣子混連方式對異物故障的抑制效果，為110 kV輸電線路運行維護提供一定的指導意義。

1　三維仿真模型建立

除絕緣子外，三維模型中包括導線、金具、鐵塔等，其中玻璃絕緣子型號為FC-100/146，復合絕緣子型號為FXBW3-110/70。對絕緣子按照實際結構和參數進行構建；橫擔用簡易金屬板模擬，其尺寸為長5 m，寬0.8 m，厚度0.3 m。模擬導線上施加110 kV輸電線路最大運行相電壓，按最大波動±15%考慮，那么施加電壓為110×（1+15%）/1.732=73 kV。其中玻璃絕緣子、異物、復合絕緣子分別如圖1所示。

圖1　三維仿真模型

2　仿真計算過程與結果

絕緣子混連方式有很多種，本文考慮三種情況[5]：第一，A0方式，僅復合絕緣子；第二，A1方式，復合絕緣子高壓端混連1片玻璃絕緣子；第三，A2方式，復合絕緣子低壓端混連1片玻璃絕緣子。

以一段長度為90 cm，距絕緣子軸線距離18 cm的異物為例，分析不同運行方式下空間電場分布，仿真結果如圖2所示。

圖2所示幾種情況下，異物與復合絕緣子相對位置保持一致，但A0方式下，電場畸變明顯強于另外兩種情況，異物端部大范圍處于高場強區域，相對來說更容易發生間隙擊穿。進一步計算了這幾種情況下上下端空氣間隙平均場強E1、E2，以及異物懸浮

表1　不同運行方式下異物存在時電場及電位

電位U等數值，如表1所示。

由于A1和A2方式下上下端空氣間隙平均場強均小于臨界擊穿場強，因此無放電發生，也即間隙不發生擊穿，A0方式下端間隙場強超過4kV/cm，發生擊穿，異物電位跳變至線路額定電壓，并全部施加在上端間隙上，使得其場強從3.6 kV/cm跳變至7.4 kV/cm，同樣發生擊穿，由于上下兩段間隙均擊穿，因此整個間隙擊穿，導致閃絡發生。

進一步分析了長度為95 cm，距離絕緣子軸線距離18 cm的異物從絕緣子旁間隙下落整個過程中間隙電場變化情況，以異物末端與復合絕緣子低壓端均壓環平行位置作為起始點，逐漸增加異物末端與低壓端均壓環垂直距離d，計算發現，對于A0運行方式，當異物下落距離d在10～20 cm之間時，所求得的兩段空氣間隙場強均超過4 kV/cm，因此整個間隙完成閃絡，而對于A1和A2運行方式，在異物整個下落過程中間隙均無法發生擊穿。相比而言，A1計算場強略高于A2方式，但差異不大，均處于25%以內，這是由于A2方式下低壓端串聯的玻璃絕緣子雖承擔了一定的電壓，但占整個運行電壓比例不大。

懸浮狀態的導體電位隨導體相對位置變化而變化。隨著異物下落，異物逐漸靠近高壓端時，其電位也逐漸上升，下端空氣間隙電位差降低，但間隙距離顯著縮短。對于A0方式，隨著異物離高壓端均壓環距離越來越近，下端間隙場強急劇上升，而在A1和A2方式下，異物臨近高壓端均壓環時，均壓環電位也為懸浮狀態，此時均壓環電位降低，而異物電位升高，兩者之間電位差大幅減小，降低幅度遠高于A0方式，使得這兩種情況下異物端部和高壓端均壓環之間間隙場強變化很小，始終處于3 kV/cm以下，因此下端間隙無法擊穿。因此對于一定長度異物來說，絕緣子混連方式可以有效避免異物下端跟均壓環之間的擊穿，大幅降低了異物故障發生的可能性。

若異物長度足夠，按照文獻[6]臨界異物長度計算方法，經計算，A1和A2方式各需112 cm和129 cm長度異物才能使得閃絡發生，而A0方式下，則只需88 cm，實際運行中越長的異物出現的可能性越小，因此絕緣子混連運行方式能夠較好的抑制異物故障的發生。

3　結語

混連運行后復合絕緣子高壓端均壓環電位降低，有效防止了異物下落過程中異物端部與均壓環之間間隙的擊穿。混連運行方式需要長度更長的異物才能使得閃絡發生，因此絕緣子混連運行能夠有效抑制異物故障的發生。

[1]梁志峰.2011-2013年國家電網公司輸電線路故障跳閘統計分析[J].華東電力，2014（11）：2 265-2 270.

[2]林偉芳，湯涌，孫華東，等.巴西“2.4”大停電事故及對電網安全穩定運行的啟示[J].電力系統自動化，2011（9）：1-5.

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[4]胡毅，劉凱，吳田，等.輸電線路運行安全影響因素分析及防治措施[J].高電壓技術，2014（11）：3 491-3 499.

[5]管紅立，王博文，趙智忠.基于相空間重構和Lyapunov指數電弧電壓混沌特性分析[J].燕山大學學報，2017（2）：149-155.

[6]賈志東，張威，方蘇，等.濕污環境中的復合絕緣子異物閃絡[J].高電壓技術，2010（8）：1 893-1 898.