输电线路绝缘配合设计对策分析

苏明强

（福建博电工程设计有限公司）

0 引言

随着现代输电线路的大规模建设，自然雷电对输电线路的破坏现象愈发增强，所以为了维护社会用电水平，实施输电线路防雷措施具有十分现实的意义。绝缘配合设计即是通过绝缘体来增强输电线路的防雷性能，此项措施不但能够实现低成本防雷，在电力单位的角度上来看，绝缘体还能够保护输电线路设备，实现了对电力单位经济效益的保护。但因为现代输电线路规模庞大，其各自的环境、设备参数等方面均存在差异，所以要实现良好的绝缘配合设计，需要考虑到多方面因素，进而针对差异特点进行设计。

1 输电线路绝缘配合的设计原则

绝缘体的设计是否良好，将直接决定了输电线路的防雷性能水平，而在设计原则上来说，依照相关规定，输电线路耐雷能力必须大于或等于常规线路，这是输电线路绝缘配合设计的最基本原则。而深入来看，因为雷击现象很容易引发输电线路设备跳闸，所以跳闸是影响输电线路最频繁的电力事故，必须在设计时严格控制跳闸出现的概率，如此有助于输电线路的稳定性提高[1]。

关于输电线路防雷性能水平规定如下：

1）中平原地区220kV输电线路防雷性能水平规定。在中平原地区，其电压为 220kV的输电线路防雷性能水平需要维持在 110～76kA的区间之内。对输电线路跳闸事故发生概率进行控制方面，需要维持在 0.25 次/（km·a），最优为 0.315 次/（km·a）。

2）中平原地区110kV输电线路防雷性能水平规定。在中平原地区，其电压为 110kV的输电线路防雷性能水平需要维持在41～63kA的区间之内。对输电线路跳闸事故发生概率进行控制方面，需要维持在0.83 次/（km·a），最优为 0.525 次/（km·a）。

通过上述可以了解到输电线路绝缘配合设计的基本原则与标准，在进行设计时必须围绕上述原则标准来进行设计。此外，因为绝缘配合设计属于户外装置，其容易受到户外地理环境等因素的侵蚀，因此为了避免设计受到干扰，设计时还需要考虑到防污的性能水平。

2 绝缘配合设计分析

2.1 半波输电线路参数模型

在输电线路短于电磁波波长的条件下，输电线路的电压将会维持相同的变化状态，此时可以通过集中模型对此进行描述。在输电线路长度与电磁波长几乎相等的条件下，输电线路电压会出现较为剧烈的波动，所以因为不能使用集中参数加以描述，集中模式将无法应用，此时则应当采用分布参数模型。

假设半波输电线路沿线参数相等，应用均匀传输线对其进行模拟。假设线路终端的电压和电流为已知，可得距离末端I处的电压、电流方程为：

式中，U2、I2为传输线末端电压与电流，I2的流出末端属于正数。图1为传输线二端口网络。

图1 传输线二端口网络

而根据上式电流方程可以建立二端口网络的网络方程。根据电路二端口理论，二端口网络可等效为Π形形式，具体如图2所示。

图2 传输线二端口网络等效Π形电路

2.2 半波长输电线路的稳态特性

下表为线路参数。

表 110、220半波长线路单位参数

在表1参数的基础上，可得相应的波阻抗为 Zc=246.11 − j3.7455Ω，采用21节点、20分段系统，线路长度100km，对180、360、750MW三个线路电压进行分别计算，计算结果显示，在750MW线路输送功率条件下，线路沿线的电压变化并不大，而当在180、360MW线路输送功率条件下，电压出现了中高、端低的变化。

2.3 绝缘配置

在上述分析的基础上，在 4500MW 线路输送功率条件下，因为其电压变化不大，所以可以采用统一形式的绝缘配置形式，而在5000、5500MW 线路输送功率条件下，其线路电压变化呈现中高、端低的变化，如果直接统一采用高性能配置，会造成成本投入的浪费，所以需要对实际参数进行考察，依照考察数据来进行绝缘的配置。

3 绝缘配合设计步骤

3.1 计算参数确认

计算参数是绝缘配合设计的根本因素，在没有计算参数的支持下，就会导致绝缘配合设计形式化，无法发挥实际的应用效果。而为了找到计算参数，首先应该对已经存在的线路进行确认，此点需要通过相应系统的查找和分析功能来实现，在查找分析的结果当中，其所有存在物理属性、实际环境属性的参数都属于计算参数[2]。

3.2 路段划分

输电线路的建设本身就需要结合实际情况来开展，在此前提下大多数的输电线路各自参数方面就会存在一定的差异，此时就不能够以同样绝缘配置来进行设计，因此需要进行路段划分。路段的划分主要核心在于：将参数值在同一范围内的输电线路划为统一路段，进而形成多路段绝缘配合设计方案。此外，在路段划分时不能划分太多的路段，否则会造成方案使用次数的减少，所以路段划分还需要分为两个层次，即上述的同一区域路段划分与多区域路段划分[3]。

3.3 防雷、防污要求

自然雷电是影响输电线路运行稳定性的重要因素，所以在进行绝缘配置时，需要严格地控制其耐雷性能水平。一般情况下，输电线路可以被分为高压、低压线路两种，在此条件下要进行绝缘配合设计，首先应当对低压线路的绝缘水平进行确认，之后如果存在高压线路则可以在低压绝缘水平之上，通过不断递增的方式来增强高压线路的绝缘水平。此外，在防污要求方面，主要是为了避免自然环境的污染，应当尽可能地避免输电线路、绝缘体与自然环境的接触，并加强运作环境的干净，以实现防污的效果。

4 设计输电线路的绝缘配合

4.1 选择绝缘配合的电气间隙

首先，因为现代社会对于电能的需求较大，所以输电线路的运行过程中，很容易出现超电压的现象，此时，因为电气间隙两侧的电压会随着电压的输出瞬间变大的特性，如果电气的间隙距离不足，就很可能会引发电流击穿的电力故障。其次，在输电线路电压大幅度超出规定最大值的情况下，如果电气间隙无法实现预期效应，就必定会出现电流击穿现象。所以在进行绝缘配合设计时，需要对输电线路的具体参数进行分析，不能流于形式进行设计。

4.2 设置绝缘配合中的爬电距离

输电线路的运行时常处于户外环境，此时运行过程中很可能会出现许多污染物，不利于输电线路与绝缘配合设计的运行。而为了防止污染的影响，应当根据工作电压的数据来确定其爬电距离的大小。此外，在此方面的设计上，不用考虑突然超出的电压，因为不会受其影响。

4.3 设计绝缘配合中固体绝缘的结构

从现代普遍的绝缘设计上，绝缘设计结构当中主要分为基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘三个种类，其所产生的效果存在差异性，但都属于固体绝缘设计的一种。而因为是固体绝缘，其必然会造成一定的空间占用，如果设计不当，就可能导致相邻的绝缘结构产生冲突，从而可能会导致绝缘设计运行的故障，例如绝缘输电线路热量较高、短路等现象，因此固体绝缘设计当中需要重视固体绝缘的结构设计，主要需考虑设计内输电线路自身、环境因素两方面的影响，避免直接进行设计安装，而需要结合实际规模条件，设计出合理科学的安装方案，在进行确认之后，即可安装固体绝缘。此外，因现代科技水平较为发达，所以不可避免未来的改造，设计应尽可能地预留部分空间。