關(guān)于500kV及以下變電站懸式絕緣子選擇設(shè)計(jì)的建議

趙 柳

（廣東天聯(lián)電力設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510600）

由于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和廣東電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求深度不同，因此在懸式絕緣子片數(shù)的選取經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不統(tǒng)一。作者通過自身對(duì)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（以下均簡(jiǎn)稱“行標(biāo)”）和廣東電網(wǎng)關(guān)于絕緣子配置規(guī)范要求（以下均簡(jiǎn)稱“廣電”）的理解，分別計(jì)算了在不同電壓等級(jí)下懸式絕緣子所需的最少片數(shù)，結(jié)合行標(biāo)與廣電的要求，提出一個(gè)適合廣東地區(qū)懸式絕緣子片數(shù)選取的建議。

1 變電站內(nèi)懸式絕緣子選擇設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)規(guī)定

1.1 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) DL/T 5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，懸式絕緣子型式及每串的片數(shù)，可按下列條件選擇。

1）按系統(tǒng)最高電壓和爬電比距選擇

絕緣子串的有效爬電比距不得小于表1所列數(shù)值。在空氣污穢地區(qū)宜采用防污型絕緣子，并與其他電器采用相同的防污措施。

2）按過電壓選擇

220kV及以下電壓，按內(nèi)部過電壓倍數(shù)和絕緣子串的工頻濕閃電壓選擇。

330kV及以上電壓，按避雷器的操作過電壓保護(hù)水平和絕緣子串正極性操作沖擊50%放電電壓選擇。

3）按大氣過電壓選擇

由避雷器沖擊保護(hù)水平確定，且不低于隔離開關(guān)和支柱絕緣子的相應(yīng)值。

選擇懸式絕緣子應(yīng)考慮絕緣子的老化，每串絕緣子要預(yù)留的零值絕緣子為

35～220kV，耐張串2片，懸垂串1片；

330kV及以上，耐張串 2～3片，懸垂串 1～2片。

對(duì)于上述條件2）、3），給規(guī)程規(guī)范中描述一致。對(duì)于條件 1）中的爬電比距取值，行標(biāo)與廣電企標(biāo)存在不同之處。表1為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中對(duì)各污穢等級(jí)下的爬電比距分級(jí)數(shù)值。

表1 各污穢等級(jí)下的爬電比距分級(jí)數(shù)值

1.2 廣東電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

表1、表2、表3為廣電生[2009]161號(hào)文印發(fā)實(shí)施的《廣東電網(wǎng)公司防污閃工作規(guī)定》中的相應(yīng)數(shù)值。

表2 玻璃和瓷絕緣子爬電比距配置

表3 復(fù)合絕緣子爬電比距配置

2 相關(guān)注意事項(xiàng)

2.1 爬電比距

表1、表2、表3中對(duì)爬電比距的不同選擇，絕緣子串片數(shù)取值有不同的計(jì)算方法。行標(biāo)中爬電比距取值為定值，用此爬電比距算出的絕緣子片數(shù)需考慮零值絕緣子。企標(biāo)主要參考線路專業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制，其中爬電比距取值是運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)值，其中已考慮到了零值絕緣子的影響，故此算法不再加零值絕緣子。

2.2 零值絕緣子

零值絕緣子的定義：兩端耐受電壓接近零或等于零的絕緣子。由于制造缺陷或外界的作用，絕緣子的絕緣性能會(huì)不斷劣化，當(dāng)絕緣電阻降低或?yàn)榱銜r(shí)稱為低值或零值絕緣子。

每串絕緣子要預(yù)留的零值絕緣子片數(shù)為

35～220kV耐張串2片，懸垂串1片；

330kV及以上耐張串2～3片，懸垂串1～2片。

2.3 爬電距離有效系數(shù)

主要由各種絕緣子幾何爬電距離在實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行中提高污穢耐壓的有效性來確定。

耐張串不用考慮爬電距離有效系數(shù)；懸垂串和跳線串的鐘罩型、深棱型玻璃和瓷絕緣子應(yīng)考慮爬電距離有效系數(shù)K。零、一、二級(jí)污區(qū)，K取0.9～0.95，三、四級(jí)污區(qū)，K取0.8～0.85。

3 懸式絕緣子選擇設(shè)計(jì)的計(jì)算方法

按照DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》第10.3.1條的規(guī)定，變電所絕緣子串應(yīng)同時(shí)符合以下三種電壓要求。

1）由于工頻電壓爬電距離要求的每串絕緣子片數(shù)應(yīng)符合下式要求：

式中，m為每串絕緣子片數(shù)；Um為系統(tǒng)最高電壓，kV；λ為爬電比距，cm/kV；L0為每片絕緣子的幾何爬電距離，cm；Ke為絕緣子爬電距離的有效系數(shù)。

2）變電所操作過電壓要求的變電所絕緣子串正極性操作沖擊電壓波 50%放電電壓s.s.i應(yīng)符合下式的要求且不得低于變電所電氣設(shè)備中隔離開關(guān)、支柱絕緣子的相應(yīng)值：

式中，Up.1為對(duì)范圍Ⅱ?yàn)榫€路型避雷器操作過電壓保護(hù)水平；對(duì)范圍Ⅰ則代之以計(jì)算用最大操作過電壓，kV；σs為絕緣子串在操作過電壓放電電壓的變異系數(shù)，5%；K4為變電所絕緣子串操作過電壓配合系數(shù)，取1.18。

3）雷電過電壓要求的變電所絕緣子串正極性雷電沖擊電壓波50%放電電壓應(yīng)符合下式的要求，且不得低于變電所電氣設(shè)備中隔離開關(guān)、支柱絕緣子的相應(yīng)值：

式中，UR為對(duì)范圍Ⅱ?yàn)榫€路型避雷器在標(biāo)稱雷電流下的額定殘壓值（對(duì)500kV、330kV和220kV以及3kV～10kV分別取 20kA、10kA和 5kA），kV；K5為變電所絕緣子串雷電過電壓配合系數(shù)，取1.45。

對(duì)于操作過電壓（2）和雷電過電壓（3）校驗(yàn)取值，可參考下列標(biāo)準(zhǔn)：

《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》國(guó)標(biāo)報(bào)批稿規(guī)定：在海拔高度1000m以下地區(qū)，操作過電壓及雷電過電壓要求的懸垂絕緣子串片數(shù)，不應(yīng)小于表4的數(shù)值。

表4 操作過電壓及雷電過電壓要求懸垂絕緣子串的最少片數(shù)

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，由于耐張絕緣子串受力比懸垂絕緣子串大，容易產(chǎn)生零值絕緣子。為了補(bǔ)償它對(duì)操作過電壓放電強(qiáng)度的影響，要求耐張串絕緣子片數(shù)在本規(guī)范表3.1基礎(chǔ)上適當(dāng)增加，對(duì)110～330kV輸電線路加1片，對(duì)500kV輸電線路增加2片，對(duì)750kV輸電線路不需增加片數(shù)。

4 計(jì)算示例

4.1 以三級(jí)污區(qū)為例，確定變電站500kV導(dǎo)線懸式絕緣子片數(shù)

1）按系統(tǒng)最高電壓和爬電比距選擇

（1）耐張絕緣子串片數(shù)確定

①采用公稱爬電距離為450mm的絕緣子：按照電力行標(biāo)，三級(jí)污區(qū)爬電比距取為2.5cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數(shù)m=500×25/450=30.6片，應(yīng)取值31片，再加2～3片零值絕緣子，即33～34片。

按照廣電規(guī)定的上限，三級(jí)污區(qū)爬電比距取值為 2.91cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數(shù)m=500×29.1/450=35.6片，應(yīng)取值36片。

②采用公稱爬電距離為550mm的絕緣子：按照電力行標(biāo)，三級(jí)污區(qū)爬電比距取為2.5cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數(shù)m=500×25/550=25片，取值25片，再加2～3片零值絕緣子，即27～28片。

按照廣電規(guī)定的上限，三級(jí)污區(qū)爬電比距取值為 2.91cm/kV，則爬電比距要求絕緣子片數(shù)m=500×29.1/550=29.1片，應(yīng)取值30片。

（2）懸垂絕緣子串片數(shù)確定

如絕緣子型式為自潔性能較好的普通型、外傘型等，懸垂串和耐張串按爬電比距選擇的絕緣子片數(shù)一致。

如絕緣子型式為難自潔的深棱型、鐘罩型等，懸垂串選擇的絕緣子片數(shù)應(yīng)在以上計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上除以有效系數(shù)K。三級(jí)污區(qū)深棱型、鐘罩型絕緣子串的有效系數(shù)取值0.8～0.85。

即采用 450mm絕緣子時(shí)：按行標(biāo)，取 30.6/0.85=36片；按廣電要求，35.6/0.85=41.9，取 42片。

采用550mm絕緣子時(shí)：按行標(biāo)，25/0.85=39.4片，取30片；按廣電要求，29.1/0.85=34.3，取35片。

2）按操作過電壓和雷電過電壓選擇

按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，500kV線路懸垂串按操作過電壓和雷電過電壓選擇的片數(shù)為25片。經(jīng)比較，變電站500kV導(dǎo)線懸垂串操作過電壓和雷電過電壓要求不高于線路，故也可取25片。此為不加零值時(shí)的基準(zhǔn)值，加零值后是，耐張串：27～28片；懸垂串：26～27片。

4.2 計(jì)算結(jié)果

500kV變電站內(nèi)各電壓等級(jí)懸式絕緣子片數(shù)計(jì)算結(jié)果見表5、表6。

表5 35～66kV懸式絕緣子耐張串片數(shù)取值

表6 110～500kV變電站內(nèi)各電壓等級(jí)懸式絕緣子片數(shù)

（續(xù)）

4.3 結(jié)果分析

1）絕緣子串片數(shù)的選擇需結(jié)合爬電比距和過電壓等因素共同確定。

2）對(duì)于 500kV懸式絕緣子，采用不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算有較大影響。相同情況下，采用廣電企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，比采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需多使用 2～4片。對(duì)于 220kV及以下電壓等級(jí)懸式絕緣子，采用不同標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果相差不大。

由于廣電企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于絕緣子爬電比距的要求，更多的適用于線路，對(duì)于是否適用于變電站不甚明確；考慮到絕緣子片數(shù)過多、串長(zhǎng)過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致投資增加和設(shè)備布置困難等問題，因此建議絕緣子爬電比距要求暫按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3）有效系數(shù)、爬電距離對(duì)懸垂絕緣子片數(shù)選取有較大影響。目前，廣東電網(wǎng)批量招標(biāo)的懸式絕緣子多為防污型（深棱型、鐘罩型，K=0.85）?？紤]到采購、施工方便，同一變電站內(nèi)宜盡量使用同種玻璃絕緣子，但若由于有效系數(shù)、爬電距離的原因，可能導(dǎo)致懸垂串過長(zhǎng)影響設(shè)備安全距離等不利情況，則懸垂串應(yīng)采用有效系數(shù)為 1、爬電距離大的絕緣子片。

對(duì)于500kV懸垂絕緣子串，如采用有效系數(shù)為0.85的絕緣子，則比采用有效系數(shù)為1的絕緣子需多使用4～7片。三級(jí)及以下污區(qū)，必須采用550mm絕緣子，500kV懸垂絕緣子串長(zhǎng)度可以控制在正常范圍內(nèi)；四級(jí)污區(qū)，即使采用550mm絕緣子，仍達(dá)到38片，無法接受，因此必須采用有效系數(shù)為1（外傘型）的絕緣子片。

220kV懸垂絕緣子串，如采用有效系數(shù)為0.85的絕緣子，需要多使用1~3片；對(duì)于三級(jí)及以下污區(qū)，懸垂絕緣子串長(zhǎng)度在正常范圍內(nèi)；對(duì)于四級(jí)污區(qū)，需要采用爬電距離550mm絕緣子才可以將長(zhǎng)度控制在正常范圍內(nèi)。

4）結(jié)構(gòu)高度：160kN的絕緣子結(jié)構(gòu)高度選用155mm；160kN以下的絕緣子結(jié)構(gòu)高度選用146mm。

5 結(jié)論

建議變電站內(nèi)懸式絕緣子選取原則如下：

1）懸式絕緣子應(yīng)按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5222—2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》要求選取，并考慮適當(dāng)裕度。除供電局提出要求等特殊情況外，目前暫不考慮廣電企標(biāo)中對(duì)爬電比距的較高要求。

2）500kV變電站，耐張串與V型串均采用爬電距離為550mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子；三級(jí)及以下污區(qū)的懸垂串采用爬電距離為550mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子；四級(jí)污區(qū)的懸垂串采用爬電距離為550mm、外傘型（K=1）的玻璃絕緣子。

3）對(duì)于 220kV變電站，三級(jí)及以下污區(qū)采用爬電距離為450mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子；四級(jí)污區(qū)的采用爬電距離為 550mm、防污型（K=0.85）的玻璃絕緣子。

4）160kN的絕緣子結(jié)構(gòu)高度為155mm；160kN以下的絕緣子結(jié)構(gòu)高度為146mm。

5）具體片數(shù)要求見表7。

表7 110～500kV變電站內(nèi)懸式絕緣子片數(shù)要求

[1] DL/T 5222—2005,導(dǎo)體和電器選擇技術(shù)規(guī)定[S].北京:中國(guó)電力出版社, 2005.

[2] DL/T 620—1997交流電氣裝置過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京:中國(guó)電力出版社, 1997.

[3] DL/T 5092—1999, 110kV～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社, 1999.

[4] GB/T 16434—1996高壓架空線路和發(fā)電廠,變電所環(huán)境污區(qū)分級(jí)及外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)電力出版社, 1996.

[5] GB/T 311.1-1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合[S].北京:中國(guó)電力出版社, 1996.