復合絕緣子在特高壓直流工程中應用

摘要：特高壓直流工程具有電壓等級高、路徑長的特點，為保證工程安全、穩定運行，可以將復合絕緣子應用到該工程中，其具有優異的耐污性能和良好的技術經濟性，實際應用中安全系數較高，可增強特高壓直流工程運行中的可靠性，整體的應用優勢較為明顯。應正確認識到特高壓直流工程中應用復合絕緣子的重要性與必要性，并根據該工程的運行特點和實際需求加大對復合絕緣子的研究力度，確保能夠充分發揮復合絕緣子的功能作用，提高特高壓直流工程的運行效益。

關鍵詞：復合絕緣子特高壓直流工程耐污閃能力機械性能

中圖分類號：TM21

ApplicationofCompositeInsulatorsinUltra-HighVoltageDirectCurrentEngineering

LIGuodong

NingxiaPowerTransmissionandDistributionEngineeringCo.，Ltd.，YinchuanCity，NingxiaHuiAutonomousRegion，750001China

Abstract：Theultra-highvoltagedirectcurrentprojecthasthecharacteristicsofhighvoltagelevelandlongpath.Inordertoensurethesafeandstableoperationoftheproject，compositeinsulatorscanbeappliedtotheproject，whichhaveexcellentpollutionresistanceperformanceandgoodtechnicaleconomy.Inpracticalapplication，theirsafetyfactorishigh， whichcanenhancethereliabilityoftheultra-highvoltagedirectcurrentprojectoperation，andtheoverallapplicationadvantagesarerelativelyobvious.Weshouldhaveacorrectunderstandingoftheimportanceandnecessityofusingcompositeinsulatorsinultra-highvoltagedirectcurrentprojects，andincreaseresearchoncompositeinsulatorsbasedontheoperationalcharacteristicsandactualneedsoftheproject，ensuringthatthefunctionalroleofcompositeinsulatorscanbefullyutilizedandimprovingtheoperationalefficiencyofultra-highvoltagedirectcurrentprojects.

KeyWords：Compositeinsulators;Ultra-highvoltagedirectcurrentengineering;Anti-pollutionflashoverability;Mechanicalperformance

復合絕緣子的重量輕、強度高，具有優異的耐污性能，可以減少惡劣環境下絕緣子表面的清掃次數，也無須頻繁進行零值檢測，提高了運行維護效率，而且價格便宜，整體的經濟性良好。復合絕緣子在耐張串上的應用效果良好，在特高壓直流工程中，由于載荷與運行電壓較高，實際應用時需保持謹慎，從安全性的角度出發進行科學調整。同時，在特高壓直流輸電線路中應用時要注意傘裙護套老化、大噸位復合絕緣子的可靠性和高壓端的電場分布等問題，使復合絕緣子得到高效利用。

1特高壓直流工程采用復合絕緣子的必要性

特高壓直流工程項目數量不斷增加，且大多建于沿海經濟發達地區，而這些區域的環境條件比較差，污區等級高，如果電力設備絕緣表面存在較多污穢物，在潮濕的條件下發生污閃，則會給整個電力工程系統造成較大影響。而復合絕緣子的應用可以避免特高壓直流工程出現上述問題，延長輸電線路的使用壽命[1]。

1.1提高特高壓絕緣子串的耐污閃能力

特高壓直流工程的電壓等級高，直流輸電線路具有較大的電場強度，而且會出現較強的電暈放電現象，由于該工程所處環境較為特殊以及線路本身的特性，容易出現積污的情況。通過實踐統計分析，與交流線路絕緣相比，直流絕緣子表面積污能力是其的2～3倍。而且在環境污染問題逐漸加重的條件下，特高壓直流工程在運行期間經常會發生污閃，影響系統安全、穩定運行，將復合絕緣子應用到該工程中可以增強直流線路的耐污閃能力，降低了污穢物的影響，可在一定程度上提高線路運行安全[2]。

1.2減輕絕緣子的重量，降低桿塔的荷載

特高壓直流工程中所用的導線具有截面大、重量大的特點，整體的分裂數量較多，會對桿塔施加較大的作用力，導致桿塔整體負荷較高。而且特高壓直流工程需要導線具有較高的外絕緣水平，所以通常會選擇大噸位的絕緣子，而復合絕緣子與普通絕緣子相比重量較輕，通常只有玻璃絕緣子的10%，為了減輕桿塔的外負荷，則應選用大噸位復合絕緣子[3]。

2復合絕緣子在耐張串上的應用

2.1復合絕緣子的應用分析

復合絕緣子在超高壓交直流工程中的懸垂串中得到了大規模運用，但是在耐張串中的應用還有待研究。部分學者認為耐張串中適合應用瓷、玻璃絕緣子，擔心復合絕緣子芯棒容易發生脆斷現象，而且長期使用期間的機械性能得不到保障，在后續檢修時不能踩踏傘裙，會增加檢修難度。但事實上，從目前交直流工程耐張串上復合絕緣子的使用情況來看，在電壓等級不高時，復合絕緣子芯棒沒有發生脆斷現象；在電壓等級較高時，雖然耐張串上使用的復合絕緣子數量比較少，但整體運行狀態良好，長期使用過程中也能夠保持較高的機械性能，沒有出現明顯下降的情況。

2.2復合絕緣子的應用可行性

通過實踐應用結果可知，復合絕緣子在超高壓交直流工程耐張串中應用的可行性較高，部分學者研究了耐張串復合絕緣子運行期間的多方面載荷，根據試驗結果認為其可以應用到耐張串中，為后續研究和使用打下了良好基礎。特高壓直流工程中耐張塔需要承受較大的負荷，傳統的絕緣子如玻璃材料、瓷絕緣子等重量比較大，所用的片數較多，在實際應用過程中需要投入較多的材料成本，而且還會增加耐張塔的負荷。而復合絕緣子則可以改善上述問題，該絕緣子所用的材料較輕，價格便宜，還可縮短耐張串的長度，降低對耐張塔造成的負荷。另外，復合絕緣子有著較強的耐污閃能力，方便后續維護管理，在耐張串上使用的可行性高，經濟性良好[4]。

3復合絕緣子在特高壓直流耐張串中的應用

3.1安全系數分析

以±800kV直流工程為例，該工程主要使用鋼芯鋁絞線作為導線材料，耐張串使用雙聯550kN復合絕緣子，分析其最大使用荷載下的安全系數和斷聯時的安全系數。不同絕緣子在最大使用荷載下的機械強度安全系數不同，以相關規定為依據，將該工程中耐張串的各項系數與其進行對比，多方面安全系數都能達到要求標準。但若處于風速較大的區域，550kN復合絕緣子串的安全裕度較小。

3.2材料費用計算

對該工程中不同海拔高度的污區進行絕緣配置，所用的耐張串都按照雙聯進行分析，對比使用盤型絕緣子和復合絕緣子需要投入的費用成本。不同海拔高度的特高壓直流耐張串中，若使用復合絕緣子，即使是低海拔區域，每串節約的材料費用在6萬元左右。不但可以減少成本費用，也可以減輕整體重量，重量不超過盤型絕緣子串的1/5。在工程建設區域海拔高度不斷增加的過程中，污穢物程度逐漸加重，復合絕緣子受其影響小，也不會產生較大負荷，所以與盤型絕緣子相比經濟效益更為明顯。

3.3應用建議

要想提高特高壓直流工程中耐張串復合絕緣子的安全性，可以根據現實情況適當增加并聯的聯數，也可通過增加復合絕緣子重量的方式來提高其機械性能。雙聯復合絕緣子在使用過程中受力合理，而且其內部結構比較簡單，不容易發生故障，也方便維護管理，在許多高壓直流工程中較為常用。所以，風速不大、地勢相對平坦的區域，可選擇大噸位雙聯復合絕緣子，設置雙掛點，保證裕度合理，可提高使用期間的安全性。由于特高壓直流工程中的電壓比較高，所以與以往使用的絕緣子相比，大噸位復合絕緣子具有較強耐高壓能力和承受荷載的能力，要想保障其長期機械性能良好，還應根據實際使用情況不斷調整和優化[5]。

4應用于特高壓直流輸電線路中的注意事項

將復合絕緣子應用到特高壓直流工程中時，應了解線路運行期間電對復合絕緣子的要求，積極研發滿足我國特高壓直流工程要求的絕緣子。目前各制造企業采用不同工藝制造出了電壓等級為±800kV、額定機械負荷為210～530kN的系列產品，且在較多電力工程中得到了有效運用。直流復合絕緣子已經得到了良好應用，有著較為成熟的制造工藝，但是在特高壓直流工程中也會出現一些問題，需要加強重視。

4.1環境問題造成的傘裙護套老化

分析我國擬建的多條直流特高壓輸電線路，有些工程建設區域比較特殊，所處海拔比較高，太陽輻射比較強，在紫外線的作用下，該工程中的設施設備、導線材料和復合絕緣子等會受到較大影響，會加速各種材料老化。在高海拔地區建設的特高壓直流工程，一定要注意太陽光照對復合絕緣子和傘裙護套材料的影響，做好相應防護工作，以免影響使用壽命。通過相關研究可以發現，紫外線照射下硅橡膠材料的憎水性會得到一定恢復，但若處于長期照射條件下，紫外線會造成靜態接觸角下降，使該材料容易受到污穢物的影響，需要及時維護處理。

4.2大噸位復合絕緣子的可靠性

4.2.1模擬運行工況提高機械性能

復合絕緣子運行期間會承受拉伸負荷、振動負荷的和彎扭負荷，在特高壓直流工程中需要考慮到多方面負荷的影響?！?00kV直流復合絕緣子的機械負荷比較高，而且許多廠家也生產出了滿足特高壓直流工程運行需要的復合絕緣子，常用耐酸芯棒和專門的金具作為主要材料，但還缺少足夠的實踐經驗。由于特高壓直流工程對運行安全性和線路可靠性要求比較高，生產制造廠家也需要根據復合絕緣子所處的環境條件不斷提高其機械性能，保障其使用期間長期可靠。通常會模擬大噸位復合絕緣子的運行工況，根據實際情況優化和改進生產工藝，提高其使用性能，使其可以有效應用于特高壓直流輸電線路。

4.2.2注重檢測復合絕緣子的使用性能

生產廠家優化復合絕緣子的生產工藝，改善技術條件，通過優化工藝技術的方式來提高復合絕緣子的質量和性能。而使用單位在選擇和使用這一材料之前應重視評估其可靠性，一般會根據國家的質量要求標準來檢驗所用芯棒的機械強度，根據其在特殊條件下的耐受時間來確定機械復合絕緣子的長期機械性能。實際檢驗過程中會對芯棒施加規定強度的60%負荷，經過4天左右的持續負荷觀察其耐受情況。特高壓直流工程與以往的電力工程相比電壓強度更高，因此對復合絕緣子性能的考核要求也要隨之提升。應基于傳統復合絕緣子檢測技術方法適當調整和改進技術條件，實現對復合絕緣子性能的細致檢驗，保障所用材料性能可靠，為特高壓直流工程穩定運行提供保障。

4.3復合絕緣子高壓端的電場分布

特高壓直流工程中應用的復合絕緣子的絕緣距離較長，在實際使用過程中會出現電壓分布不均勻的現象，高壓端電場強集中，若沒有妥善處理這一問題，不但會使運行線路產生較強的電暈和無線電干擾，還容易破壞傘裙護套材料，使其遭受電蝕，影響其正常使用，還容易造成端部密封破壞和脆斷事故，無法保障線路可靠運行。通過相關研究發現，優化復合絕緣子的結構設計，合理設置均壓屏蔽環，能夠避免上述問題出現，降低電蝕損的發生率。在生產復合絕緣子的過程中，應模擬特高壓直流工程的運行工況，進行電廠計算分析，根據計算結果合理設計均壓屏蔽環，確保能夠發揮其保護端部金具和傘裙護套的作用。

5結語

綜上所述，復合絕緣子在高壓直流輸電工程中得到了廣泛應用，在現代科學技術快速發展過程中，復合絕緣子的制造工藝水平也得到提升，進一步提高了復合絕緣子的使用性能，將其應用到特高壓直流工程中也能夠獲得良好效果。在具體應用的過程中需要考慮到環境條件對其質量和性能造成的影響，要想保證其長期可靠，還應結合工程所處環境特點對復合絕緣子進行持續改進與優化，使其可以滿足不同區域特高壓直流工程的應用需求，降低工程整體的運行維護管理成本。

參考文獻

[1]梁進祥，徐偲達，張虎.高壓輸電線路復合絕緣子硅橡膠內部缺陷超聲檢測[J].絕緣材料，2024，57（1）：68-73.

[2]寧凱，蔣正龍，付志瑤.復合絕緣子硅橡膠老化過程中成分變化規律研究[J].湖南電力，2023，43（6）：11-14.

[3]伍弘，王博，楊凱，等.特高壓直流線路復合絕緣子積污特性仿真及現場實測研究[J].寧夏電力，2023（3）：34-41.

[4]余明智.高海拔地區220kV輸電線路復合材料桿塔應用研究[D].昆明：昆明理工大學，2023.

[5]孫建亮.覆雪絕緣子直流閃絡電弧發展特性及動態電路模型研究[D].淄博：山東理工大學，2023.