高海拔地區(qū)架空輸電線路外絕緣和塔頭空氣間隙計(jì)算

周安春，李字明，何長(zhǎng)華

（1.黑龍江省電力有限公司，哈爾濱市，150090；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市，100192）

0 引言

西藏110 kV當(dāng)—那—安線投入運(yùn)行后，1年內(nèi)故障跳閘近200余次，故障原因不明。該線路大多分布在海拔4 000m以上高海拔地區(qū)。由于DL/T 5092—1999《110～500 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[1]對(duì)海拔3 500m及以上地區(qū)的架空輸電線路外絕緣和塔頭空氣間隙設(shè)計(jì)均沒有給出明確規(guī)定，該線路外絕緣和間隙設(shè)計(jì)參考了海拔3 500m以下線路的規(guī)定和經(jīng)驗(yàn)選擇，在運(yùn)行中故障率較高，并暴露出外絕緣配置設(shè)計(jì)存在的不足。本文分析了影響高海拔地區(qū)架空輸電線路外絕緣的因素，推導(dǎo)了其外絕緣和空氣間隙的計(jì)算方法，可為高海拔地區(qū)架空輸電線路絕緣設(shè)計(jì)提供參考。

1 高海拔地區(qū)架空線路外絕緣影響因素

空氣間隙的擊穿電壓及絕緣子閃絡(luò)電壓與大氣狀態(tài)（氣壓、溫度、濕度）有關(guān)。高海拔地區(qū)大氣壓力小，導(dǎo)致大氣密度變小，使氣體和絕緣擊穿電壓降低，架空輸電線路絕緣和塔頭間隙配置應(yīng)大大提高。由空氣相對(duì)密度定義可得

式中：δh為海拔高度為h時(shí)的空氣密度；δ0為海拔高度為0時(shí)的空氣密度；δ為海拔高度為h時(shí)的相對(duì)空氣密度。

根據(jù)氣體狀態(tài)方程式，得到空氣密度與海拔高度的關(guān)系為

式中：Δt為空氣溫度梯度，K/m；T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下絕對(duì)溫度，K。

由式（1）、（2）可得

高海拔地區(qū)δ在0.9以下。由式（3）可得高海拔地區(qū)絕緣和大氣擊穿電壓與空氣相對(duì)密度的關(guān)系為

式中：UJh為海拔高度為h時(shí)的架空輸電線路絕緣子閃絡(luò)和塔頭間隙擊穿電壓；UJ0為海拔高度為0時(shí)的架空輸電線路絕緣子閃絡(luò)電壓和塔頭間隙擊穿電壓；δx為修正的空氣相對(duì)密度，δx=kδ，k為空氣相對(duì)密度修正系數(shù)。通過(guò)計(jì)算得到的1組海拔高度、相對(duì)密度和修正后的相對(duì)密度數(shù)據(jù)，如表1所示。

由式（3）、（4）可得海拔高度為h時(shí)的架空線路絕緣子閃絡(luò)電壓和塔頭間隙擊穿電壓與海拔高度的關(guān)系為

表1 h h、δ與δx的關(guān)系Tab.1 Relationship a mongh，δandδx

式（5）表明：在高海拔地區(qū)，影響架空輸電線路絕緣子閃絡(luò)電壓和塔頭間隙擊穿電壓的主要因素是海拔高度[2-10]。

2 高海拔地區(qū)架空輸電線路外絕緣和空氣間隙的計(jì)算方法

由于架空輸電線路外絕緣和空氣間隙擊穿電壓與線路外絕緣配置和空氣間隙成線性反比的關(guān)系，即地區(qū)海拔越高，架空輸電線路外絕緣和空氣間隙擊穿電壓就越小，而架空輸電線路外絕緣和空氣間隙的配置就越高，其關(guān)系為

式中：FTh為海拔高度為h時(shí)的架空輸電線路爬電比距設(shè)計(jì)值，cm/kV；Fh為海拔高度為h時(shí)的架空輸電線路爬電比距，cm/kV；F0為海拔高度為0時(shí)的架空輸電線路爬電比距，cm/kV；Gh為海拔高度為h時(shí)的架空輸電線路帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小空氣間隙，m；F0為海拔高度為0時(shí)的架空輸電線路帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小空氣間隙，m；GTh為海拔高度為h時(shí)的架空輸電線路空氣間隙設(shè)計(jì)值，m；Δd為結(jié)構(gòu)裕度，m；d為帶電作業(yè)人員活動(dòng)范圍，m。

由式（6）～（8）計(jì)算得到高海拔地區(qū)110 kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構(gòu)件的最小空氣間隙值，如表2所示。表中：Gqh為雷電過(guò)電壓下的最小空氣間隙；Gch為操作過(guò)電壓下的最小空氣間隙；Ggh為工頻電壓下的最小空氣間隙。

高海拔地區(qū)架空輸電線路外絕緣配置應(yīng)充分考慮線路實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和環(huán)境特點(diǎn)，目前大氣環(huán)境污染比較嚴(yán)重，高海拔地區(qū)如青海、云南、貴州、西藏等地也存在不同程度的污染現(xiàn)象；同時(shí)，高海拔地區(qū)普遍存在大風(fēng)季節(jié)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境植被脆弱等現(xiàn)象，大

表2 1100kV架空輸電線路帶電體與桿塔構(gòu)件的最小空氣間隙值Tab.2 Minimum length of airgap bettween charged body and tower

風(fēng)常常夾帶沙塵使長(zhǎng)期運(yùn)行的瓷瓶灰密較高。因此，高海拔地區(qū)視灰密嚴(yán)重程度，架空輸電線路外絕緣配置宜按C級(jí)污區(qū)考慮。

C級(jí)污區(qū)的110 kV架空輸電線路不考慮帶電作業(yè)條件下的ZM 1型塔外絕緣配置和中線空氣間隙計(jì)算結(jié)果如表3所示。計(jì)算采用絕緣子為XP-70型普通絕緣子，鐵塔結(jié)構(gòu)裕度取200mm。

表3 外絕緣配置和塔頭空氣間隙Tab.3 External insulation configuration and airgap of transm ission tower

3 高海拔地區(qū)架空輸電線路外絕緣改造措施

（1）調(diào)整線路爬距，直線鐵塔應(yīng)配置12或13片XP-70絕緣子（結(jié)構(gòu)高度146mm），耐張鐵塔應(yīng)配置13片XP-100絕緣子。

（2）解決部分鐵塔塔頭間隙不足問(wèn)題，中相采取了V型串布置，邊線采取了I串布置并加長(zhǎng)橫擔(dān)措施。

4 結(jié)論

（1）西藏110 kV當(dāng)—那—安線故障原因?yàn)椋?）部分鐵塔塔頭空氣間隙不足；2）線路外絕緣子配置普遍偏低。

（2）通過(guò)采取調(diào)整線路爬距、鐵塔中相采取了V型串布置、邊線采取了I串布置并加長(zhǎng)橫擔(dān)等措施，徹底解決了110 kV當(dāng)—那—安輸電線路外絕緣配置偏低和塔頭空氣間隙不足的問(wèn)題，改造后線路運(yùn)行正常。

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