110 kV輸電線路絕緣子混連對抑制異物故障仿真研究

吳讓新

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局， 云南　昆明　650000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定增長，我國電網(wǎng)規(guī)模呈逐年擴(kuò)大趨勢[1]。2013年年底國家電網(wǎng)66 kV及以上等級輸電線路運行里程已達(dá)到70萬余km[2]。隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸增大，各種自然因素以及人為因素等造成輸電線路跳閘率呈居高不下的態(tài)勢，造成電力設(shè)備損壞，甚至引起重大經(jīng)濟(jì)損失。輸電線路常見的故障多數(shù)因異物引起絕緣子旁間隙擊穿造成[3-4]。本文提出了復(fù)合絕緣子與玻璃絕緣子混連這種方式來減少異物故障的方法，分析了絕緣子混連方式對異物故障的抑制效果，為110 kV輸電線路運行維護(hù)提供一定的指導(dǎo)意義。

1　三維仿真模型建立

除絕緣子外，三維模型中包括導(dǎo)線、金具、鐵塔等，其中玻璃絕緣子型號為FC-100/146，復(fù)合絕緣子型號為FXBW3-110/70。對絕緣子按照實際結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行構(gòu)建；橫擔(dān)用簡易金屬板模擬，其尺寸為長5 m，寬0.8 m，厚度0.3 m。模擬導(dǎo)線上施加110 kV輸電線路最大運行相電壓，按最大波動±15%考慮，那么施加電壓為110×（1+15%）/1.732=73 kV。其中玻璃絕緣子、異物、復(fù)合絕緣子分別如圖1所示。

圖1　三維仿真模型

2　仿真計算過程與結(jié)果

絕緣子混連方式有很多種，本文考慮三種情況[5]：第一，A0方式，僅復(fù)合絕緣子；第二，A1方式，復(fù)合絕緣子高壓端混連1片玻璃絕緣子；第三，A2方式，復(fù)合絕緣子低壓端混連1片玻璃絕緣子。

以一段長度為90 cm，距絕緣子軸線距離18 cm的異物為例，分析不同運行方式下空間電場分布，仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2所示幾種情況下，異物與復(fù)合絕緣子相對位置保持一致，但A0方式下，電場畸變明顯強(qiáng)于另外兩種情況，異物端部大范圍處于高場強(qiáng)區(qū)域，相對來說更容易發(fā)生間隙擊穿。進(jìn)一步計算了這幾種情況下上下端空氣間隙平均場強(qiáng)E1、E2，以及異物懸浮

表1　不同運行方式下異物存在時電場及電位

電位U等數(shù)值，如表1所示。

由于A1和A2方式下上下端空氣間隙平均場強(qiáng)均小于臨界擊穿場強(qiáng)，因此無放電發(fā)生，也即間隙不發(fā)生擊穿，A0方式下端間隙場強(qiáng)超過4kV/cm，發(fā)生擊穿，異物電位跳變至線路額定電壓，并全部施加在上端間隙上，使得其場強(qiáng)從3.6 kV/cm跳變至7.4 kV/cm，同樣發(fā)生擊穿，由于上下兩段間隙均擊穿，因此整個間隙擊穿，導(dǎo)致閃絡(luò)發(fā)生。

進(jìn)一步分析了長度為95 cm，距離絕緣子軸線距離18 cm的異物從絕緣子旁間隙下落整個過程中間隙電場變化情況，以異物末端與復(fù)合絕緣子低壓端均壓環(huán)平行位置作為起始點，逐漸增加異物末端與低壓端均壓環(huán)垂直距離d，計算發(fā)現(xiàn)，對于A0運行方式，當(dāng)異物下落距離d在10～20 cm之間時，所求得的兩段空氣間隙場強(qiáng)均超過4 kV/cm，因此整個間隙完成閃絡(luò)，而對于A1和A2運行方式，在異物整個下落過程中間隙均無法發(fā)生擊穿。相比而言，A1計算場強(qiáng)略高于A2方式，但差異不大，均處于25%以內(nèi)，這是由于A2方式下低壓端串聯(lián)的玻璃絕緣子雖承擔(dān)了一定的電壓，但占整個運行電壓比例不大。

懸浮狀態(tài)的導(dǎo)體電位隨導(dǎo)體相對位置變化而變化。隨著異物下落，異物逐漸靠近高壓端時，其電位也逐漸上升，下端空氣間隙電位差降低，但間隙距離顯著縮短。對于A0方式，隨著異物離高壓端均壓環(huán)距離越來越近，下端間隙場強(qiáng)急劇上升，而在A1和A2方式下，異物臨近高壓端均壓環(huán)時，均壓環(huán)電位也為懸浮狀態(tài)，此時均壓環(huán)電位降低，而異物電位升高，兩者之間電位差大幅減小，降低幅度遠(yuǎn)高于A0方式，使得這兩種情況下異物端部和高壓端均壓環(huán)之間間隙場強(qiáng)變化很小，始終處于3 kV/cm以下，因此下端間隙無法擊穿。因此對于一定長度異物來說，絕緣子混連方式可以有效避免異物下端跟均壓環(huán)之間的擊穿，大幅降低了異物故障發(fā)生的可能性。

若異物長度足夠，按照文獻(xiàn)[6]臨界異物長度計算方法，經(jīng)計算，A1和A2方式各需112 cm和129 cm長度異物才能使得閃絡(luò)發(fā)生，而A0方式下，則只需88 cm，實際運行中越長的異物出現(xiàn)的可能性越小，因此絕緣子混連運行方式能夠較好的抑制異物故障的發(fā)生。

3　結(jié)語

混連運行后復(fù)合絕緣子高壓端均壓環(huán)電位降低，有效防止了異物下落過程中異物端部與均壓環(huán)之間間隙的擊穿。混連運行方式需要長度更長的異物才能使得閃絡(luò)發(fā)生，因此絕緣子混連運行能夠有效抑制異物故障的發(fā)生。

[1]梁志峰.2011-2013年國家電網(wǎng)公司輸電線路故障跳閘統(tǒng)計分析[J].華東電力，2014（11）：2 265-2 270.

[2]林偉芳，湯涌，孫華東，等.巴西“2.4”大停電事故及對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的啟示[J].電力系統(tǒng)自動化，2011（9）：1-5.

[3]賈清泉，于浩，鄔小波.電能質(zhì)量狀態(tài)空間表示及其應(yīng)用[J].燕山大學(xué)學(xué)報，2016（3）：219-225.

[4]胡毅，劉凱，吳田，等.輸電線路運行安全影響因素分析及防治措施[J].高電壓技術(shù)，2014（11）：3 491-3 499.

[5]管紅立，王博文，趙智忠.基于相空間重構(gòu)和Lyapunov指數(shù)電弧電壓混沌特性分析[J].燕山大學(xué)學(xué)報，2017（2）：149-155.

[6]賈志東，張威，方蘇，等.濕污環(huán)境中的復(fù)合絕緣子異物閃絡(luò)[J].高電壓技術(shù)，2010（8）：1 893-1 898.