±800kV直流輸電線路大噸位絕緣拉吊工具的設(shè)計(jì)及研究

曹明德 梁育彬 牛彪 吳田

(1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司,山西太原 030000;2.中國(guó)電力科學(xué)研究院,湖北武漢 430074)

±800kV直流輸電線路大噸位絕緣拉吊工具的設(shè)計(jì)及研究

曹明德1梁育彬1牛彪1吳田2

(1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司,山西太原 030000;2.中國(guó)電力科學(xué)研究院,湖北武漢 430074)

800kV輸電線路絕緣子串長(zhǎng)并且噸位大,對(duì)絕緣拉吊工器具的機(jī)械性能提出了很高的要求,本文結(jié)合800kV線路的特點(diǎn),從工器具的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)以及材料選擇方面進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)工器具進(jìn)行了拉伸試驗(yàn),結(jié)果表明工器具滿足實(shí)際檢修的需要,該套工器具將為線路的檢修提供保障,將有效保證輸電線路不間斷持續(xù)供電,對(duì)確保電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。

800kV 特高壓 直流輸電 絕緣拉吊工具

1 引言

高壓直流輸電可遠(yuǎn)距離、大容量傳輸電能,適合大區(qū)電網(wǎng)非同步互聯(lián),具有線路造價(jià)低,功率損耗小,功率調(diào)節(jié)迅速靈活,不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題等優(yōu)點(diǎn)。

哈鄭直流工程是國(guó)家實(shí)施“疆電外送”戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)“十二五”期間新疆送出3000萬千瓦電力的第一個(gè)特高壓輸電工程,也是西北地區(qū)大型火電基地送出的首個(gè)特高壓直流工程。哈密～鄭州±800kV直流輸電工程額定電流5000A,額定輸送功率8000MW。工程西起新疆維吾爾自治區(qū)哈密市境內(nèi)哈密換流站,東至河南省鄭州市中牟縣大孟換流站,航空直線長(zhǎng)度為1982km,路徑長(zhǎng)度為2211.3km,曲折系數(shù)1.11,其中一般線路長(zhǎng)度為2207.4km(1%裕度),黃河大跨越長(zhǎng)度為3.9km。與已建成的特高壓直流工程相比,哈密南～鄭州±800kV特高壓直流輸電工程輸送容量更大,送電距離更遠(yuǎn),技術(shù)要求更高,更加充分體現(xiàn)特高壓直流技術(shù)遠(yuǎn)距離、大容量輸電的優(yōu)勢(shì),是直流輸電技術(shù)進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化工程,具有重大的示范效應(yīng)。哈鄭直流輸電工程于2014年1月28日投運(yùn),自投運(yùn)以來,有效緩解了河南用電緊張的局面,為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了清潔、可靠的能源保障。作為遠(yuǎn)距離、大容量跨區(qū)電網(wǎng)輸電線路,線路運(yùn)行后的停電檢修機(jī)率將會(huì)極少,而帶電作業(yè)作為輸電線路帶電測(cè)試、檢修、改造的重要手段,而800kV輸電線路絕緣子串長(zhǎng)并噸位大,對(duì)絕緣拉吊工器具的機(jī)械性能提出了很高的要求,本文結(jié)合800kV線路的特點(diǎn),從工器具的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)以及材料選擇方面進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)工器具進(jìn)行了拉伸試驗(yàn),結(jié)果表面工器具滿足實(shí)際檢修的需要,該套工器具將為線路的檢修提供保障,將有效保證輸電線路不間斷持續(xù)供電,對(duì)確保電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。

表1 絕緣拉吊工具基本參數(shù)

表2 芯棒主要技術(shù)性能指標(biāo)

表3 傘套材料特性

表4 絕緣拉吊桿機(jī)械拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)值

圖1 三節(jié)結(jié)構(gòu)

圖2 四節(jié)結(jié)構(gòu)

圖3 節(jié)-節(jié)聯(lián)接結(jié)構(gòu)

圖4 絕緣拉吊桿有效絕緣長(zhǎng)度試驗(yàn)布置示意圖

圖5 絕緣拉吊桿有效絕緣長(zhǎng)度操作沖擊放電特性曲線

2 工器具的電氣和機(jī)械性能要求

2.1 機(jī)械性能

2.1.1 基本參數(shù)根據(jù)800kV輸電線路典型絕緣子串型以及絕緣子的噸位,得到絕緣拉吊工具的基本參數(shù)如(表1)所示。

2.1.2 工器具的結(jié)構(gòu)

絕緣拉吊工具基本結(jié)構(gòu)為三節(jié)結(jié)構(gòu),其中2X160kN導(dǎo)線V型跳線絕緣子串采用四節(jié)組成,中間節(jié)與節(jié)之間采用螺紋聯(lián)接,分別如圖1至圖3所示。

2.2 工器具的最小絕緣長(zhǎng)度

絕緣拉吊桿有效絕緣長(zhǎng)度試驗(yàn)布置如圖4所示,將絕緣桿一端連接在導(dǎo)線掛點(diǎn)垂直上方活動(dòng)橫擔(dān),另一端連接在掛點(diǎn)處均壓環(huán)上,試驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)上方活動(dòng)橫擔(dān)與導(dǎo)線的距離,分別選取距離為4.0m、4.8m、5.6m、6.4m和7.2m五個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行操作沖擊試驗(yàn),放電特性曲線如圖5所示。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出間隙系數(shù)K為1.17～1.21,考慮安全裕度,取K為1.17。由此,得到在此位置作業(yè)時(shí)操作沖擊50%放電電壓與間隙距離的關(guān)系為:

式中:U50為操作沖擊50%放電電壓,kV;

d為放電間隙距離,m。

3 絕緣拉吊工器具材料選擇

絕緣拉吊工具主要由端部金屬附件、玻璃纖維引拔棒(芯棒)和高溫硅橡膠傘套組成。芯棒外注射傘套比普通環(huán)氧絕緣拉桿具有更好的外絕緣性能和良好的耐污性能。

3.1 端部金屬附件材料

端部金屬附件采用40Mn-2。其材料的抗拉強(qiáng)度為885Mpa。金屬附件表面進(jìn)行熱鍍鋅處理。

3.2 采用高性能的芯棒材料

采用抗脆斷的耐高溫、改性脫模劑玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂棒。芯棒材料中的玻璃纖維B203含量在0.15%以下,屬于無硼玻璃纖維,該玻璃纖維有很高的拉伸強(qiáng)度,約為普通鋼的1.4～2倍,為上釉高強(qiáng)瓷試條的5倍左右,還具有良好的減振性、抗蠕變性及抗疲勞斷裂性。更重要的是它具有優(yōu)良的抗脆斷性能。芯棒材料主要性能見表2。

3.3 傘套材料

采用高性能配方的高溫硫化硅橡膠。在直流電壓下傘套應(yīng)不起痕,抵抗蝕損能力應(yīng)比較高,一般其恒定電痕化等級(jí)需要達(dá)到1A 4.5級(jí)。此外,其憎水性應(yīng)比較好,以提高表面絕緣電阻,防止形成干帶,提高抗污閃能力。另外,由于直流電壓下沿絕緣子表面的電壓分布主要取決于沿絕緣子的電阻分布,因而傘套材料的體積電阻率必需很高,例如,必須大于1012Ωm。其性能指標(biāo)見表3。芯棒與護(hù)套之間的結(jié)合采用了YGO1401高性能偶聯(lián)劑。為了保證端部密封的可靠性,絕緣拉桿端部密封結(jié)構(gòu)采用多重密封結(jié)構(gòu),即內(nèi)密封為“O“形圈密封,外密封為室溫硫化硅橡膠密封。

4 機(jī)械性能試驗(yàn)

對(duì)設(shè)計(jì)的300kN和530kN強(qiáng)度等級(jí)的絕緣拉吊桿機(jī)械拉繩強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)正對(duì)800kV串長(zhǎng)不同的特點(diǎn),采用分節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高了工器具的通用性和適用性。

(2)通過對(duì)兩種噸位的絕緣拉吊桿的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)表明,該工具滿足大噸位導(dǎo)線的絕緣子更換的要求。

(3)防潮型帶電作業(yè)絕緣拉桿經(jīng)過樣品試制,并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證,其技術(shù)參數(shù)滿足±800kV直流輸電線路帶電作業(yè)大噸絕緣拉吊工具性能要求。

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曹明德(1963-),男,高級(jí)工程師,本科,山西太原人,主要從事為電網(wǎng)輸變電設(shè)備運(yùn)行與檢修管理工作。梁育彬(1964-),男,高級(jí)工程師,碩士,山西呂梁人,主要從事為電網(wǎng)輸變電設(shè)備運(yùn)行與檢修管理工作。牛彪 (1981-),男,工程師,碩士,山西太原人,主要從事為輸電線路運(yùn)行與檢修管理工作。