高寒地区耐张串采用复合绝缘子的应用研究

凌 利,王 鹏,吴光臣

(1．内蒙古东部电力有限公司,呼和浩特 010020;2．东北电力设计院,长春 130021)

20世纪80年代以来,污闪事故始终是导致我国电网大面积停电的首要原因。500 kV输电线路工程中采用瓷或玻璃绝缘子存在建设成本高、运行维护要求高及污闪事故率高的“三高”现象,因此在 500 kV输电工程中采用复合绝缘子是必要的。目前,北美地区使用复合绝缘子数量占绝缘子使用总数的 30%～ 35%,其中直线串占 60%,耐张串占 18%,其余为线路柱式。国内虽然一直未系统研究和推广在耐张串中使用复合绝缘子,但运行部门仍根据需要在耐张串中使用了少量复合绝缘子。自1998年以来,山东、河南、广东等地电网开始在 110、220 kV耐张串上大量使用交流复合绝缘子,500 kV耐张串上少量试用,运行情况普遍良好[1]。东北及蒙东地区的500 kV输电线路工程在悬垂串上已全部采用复合绝缘子,但在耐张串中仍主要采用盘型绝缘子。

耐张串使用复合绝缘子时,绝缘子除承受拉伸负荷外,由于导线的舞动、振动等还将承受压缩、弯曲等负荷。我国在220 kV以上线路耐张串上使用复合绝缘子并不多,主要原因是：复合绝缘子的长期蠕变特性导致其机械强度下降;复合绝缘子的抗弯曲、抗扭转性能不足;复合绝缘子在耐张串上的运行经验不足。

1 复合绝缘子用于耐张串的可行性分析

1．1 复合绝缘子的荷载分析

由文献〔2〕可知,通过对复合绝缘子拉伸荷载作用下、弯曲荷载作用下及扭转荷载作用下的静态可靠性分析及动态荷载分析,复合绝缘子完全可以用于输电线路耐张串。

1．2 复合绝缘子在高寒地区500 kV输电线路的运行情况

a．500 kV伊 (敏 )—冯 (屯 )—大 (庆 )输电线路早于1997年在大兴安岭 180 km双回路段全部直线塔上采用了复合绝缘子,迄今运行情况良好。该线最低气温为-45℃。

b．±500 kV呼伦贝尔—辽宁输电线路呼伦贝尔段近 100 km,最低气温达-45℃,直线塔全部采用复合绝缘子。该线路已于2010年投产,迄今运行情况良好。

c．500 kV呼伦贝尔煤炭基地电源送出工程,最低气温可达-45℃,直线串全部采用复合绝缘子。该线路已于 2010年投产,迄今运行情况良好。

d．500 kV中俄联网输电线路工程在黑河地区境内 350 km,最低气温可达-45℃,直线串全部采用复合绝缘子。该线路已于2009年投产,迄今运行情况良好。

式中：Δp为阻力损失（Pa）；ξ为阻力损失系数（1.0）；ρ为气体密度（kg/m3）；v为气流平均速度（m/s）.

由上述 4条 500 kV输电线路运行情况可以看出,复合绝缘子在-45℃的低温条件下的各项性能指标是比较稳定的。

1．3 生产厂家为满足产品低温性能所做的工作

为提高高强度复合绝缘子长期机械性能的可靠性,我国输电线路工程要求复合绝缘子蠕变斜率k不大于 4%(IEC 61109《标称电压高于1000 V的交流用架空线路复合绝缘子——定义、试验方法及验收准则》规定为8%)。按照此蠕变斜率,复合绝缘子运行 50年后的机械强度占其额定机械强度的百分比Z计算如下：

为了适应我国高寒地区使用复合绝缘子的需要,我国主要几个生产厂家均对上述国家标准要求的两项试验提高了试验标准(见表1)。

表1 复合绝缘子低温特性试验温度范围 ℃

采用耐张串复合绝缘子后,运检维护工作量减少,杆塔的荷载也相应减轻,塔重也会略有下降。由此可见,采用耐张串复合绝缘子后,对降低工程初投资及全寿命周期的经济性均有一定帮助。

2 耐张塔复合绝缘子串的选型

2．1 耐张串应用复合绝缘子安全系数的取值

根据 GB 50545— 2010《110 kV～ 750 kV 架空输电线路设计规范》规定,绝缘子机械强度的最小安全系数应符合表2的规定。

表2 绝缘子机械强度安全系数

本文以同塔双回路,采用 4× JL/G1A-400/35导线为例,对耐张串采用双联400 kN复合绝缘子和采用双联300 kN盘型瓷绝缘子的经济性加以对比。每基耐张塔采用盘型瓷绝缘子共计费用为17．28×104元,采用复合绝缘子共计费用为5．04×104元。每基耐张塔耐张串采用复合绝缘子较盘型绝缘子可节省投资 12．24×104元。

第三，教材内容差异性。而因“材”施教中的“材”，则指的是教材，即教学内容的差异性。不同的教学内容需要有不同的教学方法以及不同的练习手段。例如，在田径项目中，该项目中基本都属于个人竞争类项目，而教学重点不仅要重点讲解教材上的动作，而且要更加注重个人综合素质的提升。对于篮球、排球、足球等等团体协作的项目来讲，在教学主要技术动作之前，则教学重点是如何提升学生的球性；在完成技术动作教学之后，除了对技术进行练习之外，则要更加注重学生之间的协作能力。不同的体育项目对于学生的具体要求有着一定的区别。因此，在实际教学中，教师一定要充分把握这种差异性，做到因材施教，从而达到高效课堂教学的目标。

表3 不同工况下对应的导线荷载值 kN

表4 各种串型在不同工况下对应的安全系数

2．2 耐张串采用复合绝缘子与瓷绝缘子的经济性比较

采用复合绝缘子耐张串,较采用盘式绝缘子可显著降低工程造价,具有显著的经济效益。根据目前500 kV工程使用绝缘子的市场价格,400 kN复合绝缘子单支价格约为 2100元,300 kN悬式盘型绝缘子单片价格约为 200元。

本文按照东北地区典型 500 kV工程情况进行设计条件的选取,最大覆冰厚度 10 mm,平均气温-5℃,最大设计风速 29 m/s(10 m基准高)情况下 ,采用 4× JL/G1A-400/35导线 ,对 2联 400 kN和2联 300 kN复合绝缘子在各种工况下作用于复合绝缘子的导线荷载计算结果见表3,经计算复合耐张串在不同的运行工况下安全系数见表4。

由表1可以看出,表中两项试验标准的提高要求 (与 GB/T 19519— 2004相比),即可满足复合绝缘子低温(如-50℃)性能的要求。

2．3 耐张串复合绝缘子蠕变伸长率的影响

按照以上结果,对于机械强度等级为400 kN的复合绝缘子,运行 50年以后的机械强度为281 kN。对于前文提出的 2联 400 kN复合绝缘子耐张串,运行50年后的最大荷载断联安全系数仍为3．41,相对于复合绝缘子的额定荷载而言仍有比较大的余度,由此可见工程安全系数取4．0时可有效保证其50年运行的安全可靠性。

表5 蠕变伸长率对弧垂的影响

下面以 500 kV工程条件导线为 4× JL/G1A-400/35,档距为500 m的两侧无高差的孤立档,耐张复合绝缘子结构高度分别取 4450、5255 mm为例,在不同的蠕变伸长率情况下,对最大弧垂情况下弧垂变化情况进行计算分析[3]。

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式中：k取 4%,t1取 60 min,t2取 24 h,t3取 365天 ,t4取 50年。

由计算结果可知,在蠕变伸长率为0．1%、1．0%和 2．0%时,4450 mm结构高度绝缘子弧垂分别增大 0．05、 0．51、1．00m,5255 mm结构高度绝缘子弧垂分别增大 0．07、 0．60、 1．17 m,故耐张复合绝缘子蠕变对档中弧垂变化还是有影响的。伸长率较小的情况下,可以通过适当调整耐张串中调整板距离及增加设计裕度来解决。

2．4 复合绝缘子机械强度下降问题

GB/T 19519— 2004《标称电压高于 1000 V的交流用线路复合绝缘子——定义、试验方法及验收准则》中列出了复合绝缘子应进行的试验项目,其中,涉及低温特性的主要有两项,即：“突然卸载试验”及“热机试验”。

学校发展亦或教改中都存在很多实际问题，面临种种实际困难。这些问题本身既是问题又是契机，我们必须以问题为导向，抓住学校发展的困难以及各学科独特的困难，这样才能精准发力。

“116号文”规定自采砂石料单价除计算基本直接费（人工费、材料费和机械费）外，还应计算相关费用、利润及税金；而一些省市“编规”仅计算基本直接费，不计算相关费用、利润及税金。

耐张串复合绝缘子在长期受力后,将会蠕变伸长,对档中弧垂将会有一定的影响,导线的蠕变伸长对弧垂的影响均在杆塔定位时给予考虑,所以,表5计算仅考虑复合绝缘子蠕变伸长对弧垂的影响。

3 结论及建议

a．复合绝缘子应用于耐张串时相比玻璃和瓷绝缘子,有稳定可靠、安装灵活、防污闪效果好、节约人工和经济效益突出等优点。

b．各种极端试验研究表明,对于耐张串实际运行中可能出现的拉伸、扭转、弯曲、振动等各种载荷,复合绝缘子均能承受,且机械性能受影响较小。复合绝缘子用于耐张串时,机械特性与同条件下的瓷、玻璃绝缘子相当。

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c．目前我国复合绝缘子的产品已经具备在东北地区低温条件下安全运行的条件。

对工程进行施工以前，需要对资金担保制度加以落实，在针对工程展开招标活动时，政府部门应该要求投标单位对工程质量保证金加以交付，以此来保证工程的质量和安全，在施工单位对工程质量标准加以承诺以后，相关安全管理部门需要对整个规划建设活动的过程进行跟踪检查，确保工程质量能够达到施工单位承诺的标准，对于能够达到工程质量标准的单位，监管部门应将质量保证金无条件退还，而对于质量检验未能达到要求的，则要按照规定对质量保证金加以扣留，甚至追究其责任。

d．推荐东北高寒地区工程耐张复合绝缘子最大荷载情况下安全系数取4．0,其他工况安全系数按照GB 50545— 2010《110 kV～ 750 kV架空输电线路设计规范》执行。

e．耐张复合绝缘子蠕变伸长率对档中弧垂变化还是有一定的影响的,因此耐张复合绝缘子的蠕变特性有待进一步深入研究。

f．建议在高寒地区运行条件较好的非舞动区内的220 kV及 500 kV输电线路的耐张串试验性采用复合绝缘子,待积累一定设计及运行经验后,可大面积推广采用。

[1]樊灵孟,肖 勇 ,周华敏．广东电网污秽地区耐张串试用复合绝缘子运行情况分析 [J]．电网技术,2006,30(12)：37-41．

[2]胡 振 ,赵天任,魏强华．500 kV耐张串使用复合绝缘子的力学试验研究 [J]．电气制造,2011,(16)：76-78．

[3]张殿生．电力工程高压送电线路设计手册[M]．北京：中国电力出版社,1999．