特高压输电系统绝缘子串的绝缘特性及设计选用原则

汤成亮（安徽送变电工程公司，安徽合肥230022）

特高压输电系统绝缘子串的绝缘特性及设计选用原则

汤成亮（安徽送变电工程公司，安徽合肥230022）

本文对特高压输电系统中绝缘子的绝缘特性和耐污闪性能进行了研究和探讨，通过运行数据和试验结果分析了不同污秽状态下绝缘子串的工频闪络特性，给出了特高压线路绝缘子串的设计选择方法和建议。

特高压输电系统；绝缘性能；污闪特性

1　引言

电网运行实践表明：在电网停电事故中，输电系统的绝缘闪络或击穿是造成停电事故的最主要原因。为了特高压输电系统更加安全稳定的运行，应在电网设计和施工阶段对输电系统的绝缘特性进行科学研究并进行合理的绝缘配合。

特高压输电系统的绝缘分为内绝缘和外绝缘。其中，外绝缘通常是指绝缘子串或支柱绝缘子、导线与杆塔结构和导线与地面的空气间隙绝缘等。目前，超高压输电系统的绝缘设计的数据和经验公式是比较完善的。特高压输电系统，如1000kV输电系统的工频过电压允许水平，统计值1440～1530kV（1.6～1.7p.u.）是500kV输电系统900kV的1.6～1.7倍［1］。超高压输电系统实验数据表明：绝缘子串、空气间隙的临界工频、操作雷电临界放电电压与绝缘长度呈明显的非线性饱和关系。虽然特高压输电技术是在超高压输电技术的基础上发展而来的输电技术，但它是全新的输电技术，其特高压输电系统所需用的满足限制水平要求的绝缘子串和空气间隙的长度，不能用超高压输电系统的试验数据推算。

2　特高压输电系统工频过电压的绝缘特性

特高压输电系统的绝缘主要由操作过电压决定，按照操作过电压决定输电系统绝缘强度，包括绝缘子串和空气间隙的绝缘强度。清洁绝缘子串即使处于潮湿状态，其工频绝缘强速通常是很高的，能承受特高压电网两倍及以上工频过电压。但是，当绝缘子表面沉积微粒污秽物时，在潮湿天气条件下，绝缘子串的耐受工频电压的绝缘强度将大大降低，甚至出现输电线路在正常运行电压下闪络放电，严重时发生大面积污闪停电。绝缘污秽闪络已是造成超高压输电系统停电的重要原因之一。由于特高压输电容量大、覆盖面广、供电面积大，特高压输电系统绝缘子串的污闪特性和防污闪技术是当前特高压电网发展过程中所需要重点研究的课题。

2.1非污秽状态下影响工频闪络特性的因素

（1）空气密度。空气间隙工频临界放电电压随相对空气密度的减少而减少。高海拔地区相对空气密度低，临界放电电压低，绝缘要求就相对较高。

（2）湿度。工频临界放电电压，随着湿度增加，潮气凝聚到电极和绝缘子表面上，放电电压将降低，但是长绝缘子串的临界放电电压的变化小于短绝缘子串。

（3）降雨率。悬式绝缘子串的放电电压主要取决于降水率。对于悬式绝缘子串，工频临界放电电压随降雨率的增加而降低，而临界放电电压的下降率取决于雨水的电阻率。一般情况下，特大降雨可以使工频临界放电电压相对于清洁、干燥的情况时下降30%。

2.2污秽状态下绝缘子串的工频闪络特性

输电系统的污闪是由空气中的微粒沉积在绝缘子上引起的。这些沉积在绝缘子上的污染物，在干燥时本身不会降低绝缘强度。在污染物与潮湿天气结合在一起时，将引起绝缘子绝缘强度降低甚至闪络放电。

绝缘子串的耐污闪强度并不与绝缘长度成正比。输电线路电压越高，相对来说需要更长的绝缘子串。在操作过电压的倍数已限制在较低水平，导线与杆塔间空气绝缘间隙已缩短的情况下，根据污秽情况，减少耐污绝缘子串的结构长度便成为特高压输电系统绝缘配合的关键因素。

污秽闪络强度与绝缘子串长度呈非线性饱和关系。长绝缘子串的这种非线性关系，是由于绝缘子串泄露电流产生的热力现象所造成绝缘子串电压不均匀分布引起的。这种电压的不均匀分布受绝缘子串所处的杆塔和对地高度影响。

（1）工频临界放电电压与绝缘子串长度的非线性关系。绝缘子污秽放电特性的非线性是由于接地构架，绝缘子与杆塔结构，绝缘子对地高度，绝缘子的临近效应所产生的沿绝缘子串不均匀电压分布造成的。按特高压杆塔架构布置绝缘子的特高压试验表明：绝缘子串长度在特高压应用范围不会有明显的非线性饱和。

（2）长串绝缘子的污闪特性。在特高压工程中根据各种污秽条件下做出的绝缘子串闪络电压特性如图1所示。

图1

从上述曲线可以看出：

（1）在绝缘子串长相同情况下，绝缘子积污越重，耐受工频闪络电压越低。

（2）在串长相同情况下，V型串绝缘子耐受工频闪络电压高于I型串。

（3）标准型绝缘子串在重污秽情况下，为耐受相同的工频过电压将明显增长串长。这将导致三相分裂导线间距增加，线路电抗加大，输电能力减少。

（4）不同形式、不同材料的绝缘子串有不同的污闪强度。通过试验表明：加强型高机械强度的大盘面盘型绝缘子，由于它的爬电距离与有效高度之比大，非线性饱和比普通绝缘子小些，而棒形绝缘子放电电压的非线性比其他类型要大的多。

试验表明，在不增加绝缘子的爬电距离与有效高度之比的情况下，仅仅改变绝缘子的形状并不能有效改变绝缘子的耐污秽性能。大直径、大盘面绝缘子在闪络强度上比普通盘面绝缘子要优越；绝缘子表面采用憎水材料，其闪络强度比普通型陶瓷材料绝缘子好。在国内超高压和特高压输电污秽较重地区的运行经验表明，硅橡胶材料为伞裙护套的复合绝缘子有较高的耐污闪能力。

3　特高压线路绝缘子串的选择

3.1绝缘子的耐污性能

通过对4种300kN瓷和玻璃悬式绝缘子进行人工污秽试验，试验结果表明，耐污闪性能依次为：复合、三闪、双闪、玻璃、棒形瓷、普通，后4种相差不大。复合绝缘子一大二小（15cm伞间距）伞形优于一大一小（11cm伞间距），一大一小伞形复合绝缘子伞间距可以考虑减小。

3.2特高压线路绝缘子串形和片数的选择

试验研究表明，特高压输电线路绝缘子的选型可以考虑以下原则：

（1）300kN三伞形绝缘子CA-876不仅平均每片的闪络电压最高，而且随着海拔的升高污闪电压的降低并不明显，在c级及以下污秽地区应选择该种绝缘子。

（2）双伞形绝缘子XWP-300的污闪电压较高，而且这种形状的绝缘子在国内已大量使用，并具有丰富的运行经验。运行经验表明，此种形状的绝缘子自清洗效果好、积污少，因此，在a、b级污秽地区，可以采用此种绝缘子。

（3）对于c级及以上污秽地区，尤其是饱和盐密在0.1mg/ cm2以上的地区，应采用复合绝缘子，因为复合绝缘子的耐污闪性能最好［2］。如采用瓷或玻璃绝缘子，串长将会很长，特别是污秽较重的地区，将会大大增加杆塔高度和杆头尺寸，从而造成电网建设成本提高。

（4）普通型绝缘子CA-590每片绝缘子的50%闪络电压最低，而且随着海拔的升高，其污闪电压的降低程度最大。并且下表面有棱的绝缘子，自洁性差，易积污，不易清扫，在特高压输变电工程中不宜用此种绝缘子。

（5）对于雨水较多的地区，相对污秽较轻时，可以选用自洗能力好且易于人工清扫的双伞形绝缘子。中等污秽时，可采用自清洗能力好的三伞形绝缘子。

4　结束语

特高压输电系统中使用着大量的绝缘子，承担着绝缘和机械固定的作用。特高压输电系统的绝缘性能关系着系统的安全稳定运行，而绝缘子的绝缘特性和耐污闪性能又是决定输电系统绝缘特性的关键，因此，本文通过对特高压输电系统绝缘性能的研究，给出了特高压输电线路绝缘子的选择方法和建议，对工程设计和施工具有一定的指导作用。

［1］曾庆禹.国家电网公司人力资源部.特高压电网.北京：中国电力出版社，2010.

［2］宋 磊，张福增，梁曦东，廖一帆，李锐海.高海拔特高压并联绝缘子的直流污闪特性.高电压技术，2013，39（6）：1382～1389.

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2095-2066（2016）26-0027-02

2016-9-2