重冰地區(qū)絕緣配合研究

敖麗華

【摘 要】架空送電線路的絕緣配合設計主要是解決桿塔上和檔距中各種可能放電途徑（包括導線對桿塔、導線對地線、導線對地等）的絕緣選擇和相互配合問題。220kV架空送電線路作為一項成熟技術，目前國內(nèi)已經(jīng)積累了相當?shù)脑O計和運行經(jīng)驗。本專題報告主要針對具體工程實際情況，分別研究了輕、中冰區(qū)絕緣配合，特別對重冰區(qū)絕緣配合進行了重點研究，開展下述三個方面的研究：

（1）輕、中冰區(qū)絕緣子類型選擇、絕緣子強度選擇、絕緣子串片數(shù)的選擇為主要內(nèi)容的絕緣子選型研究；（2）輕、中冰區(qū)滿足工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓要求的桿塔最小空氣間隙確定。（3）重冰區(qū)線路絕緣子片數(shù)選擇、絕緣子組合形式的選擇。

【關鍵詞】覆冰；耐壓；絕緣子

一、重冰區(qū)絕緣配合

1、重冰區(qū)線路絕緣子片數(shù)選擇

重覆冰區(qū)段線路絕緣子片數(shù)選擇時除需滿足工頻污穢條件確定的絕緣子片數(shù)外，還需滿足嚴重覆冰情況下絕緣子串不發(fā)生閃絡，因此重覆冰地區(qū)絕緣配合的重點是對絕緣子的覆冰耐壓強度進行校核。

2、重冰區(qū)污區(qū)劃分

根據(jù)江西省電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖，結(jié)合現(xiàn)場沿線調(diào)查的污源分布、污濕特征、已建送電線路的運行經(jīng)驗等，并考慮適當留有裕度，本工程重覆冰區(qū)段劃為c級污區(qū)，統(tǒng)一爬電比距按39mm/kV配置。

3、絕緣子型式選擇

國內(nèi)架空送電線路通常采用下列三種型式的絕緣子，即瓷質(zhì)盤型絕緣子、鋼化玻璃盤型絕緣子、棒式合成絕緣子。在中冰區(qū)三種絕緣子均有成熟的設計運行經(jīng)驗，在重冰區(qū)段目前均采用盤式絕緣子。

4、覆冰絕緣子閃絡特性

經(jīng)過大量試驗證明，覆冰絕緣子長串冰閃電壓與海拔高度、鹽密、覆冰厚度、絕緣子結(jié)構型式、覆冰水電導率、絕緣子串布置型式、污穢不均勻度、覆冰條件等因素有關，其中海拔高度、覆冰厚度、覆冰水電導率等因素與絕緣子串最低閃絡電壓呈指數(shù)關系。

二、覆冰絕緣子串最低閃絡電壓與絕緣子片數(shù)的關系

Kanai（1970），C.L.Phan（1983），X.Jiang（1988），K.Kannus（1988），F(xiàn).Su（1993），M.Farzanech（1997）等測量了覆冰絕緣子串的交流電壓分布情況并試驗研究了冰閃電壓與串長的關系，結(jié)果表明：當絕緣子串長度小于1.0m時，覆冰絕緣子串的最低交流閃絡電壓與絕緣子串的長度呈線性關系。對于25片以下的絕緣子長串，輕度覆冰時，覆冰閃絡電壓與絕緣子串的長度呈非線性關系，覆冰絕緣子長串的平均每片絕緣子的最低閃絡電壓比短串??；嚴重覆冰時，冰閃電壓與串長呈線性關系。

重慶大學對常壓及低氣壓條件下絕緣子冰閃電壓與串長的關系作了研究。所試驗的絕緣子串均為最嚴重的覆冰狀態(tài)，即除高壓端絕緣子外，其它所有絕緣子的傘裙均被冰凌橋接。

重慶大學的試驗研究亦證明了絕緣子覆冰耐壓隨冰厚的增加逐漸減小并趨于飽和，其原因在于覆冰量增加到一定程度后，絕緣子裙間隙被冰凌完全橋接，覆冰融化后冰水在絕緣子表面已形成通路，覆冰量的繼續(xù)增加只能增加冰凌的根數(shù)和表面覆冰厚度，因此絕緣子的最低閃絡電壓繼續(xù)降低的趨勢就不明顯。

對于絕緣子覆冰后達到完全橋接狀態(tài)的覆冰厚度，國內(nèi)外大量試驗表明該值在20～25mm左右。目前國內(nèi)輸電線路設計及科研院校進行的覆冰耐壓試驗中均考慮在覆冰達到20mm時，絕緣子出現(xiàn)完全橋接的情況。

三、絕緣子串型式及布置的影響

耐張絕緣子串水平布置由于自清洗能力較好，在同一污區(qū)，其污耐壓值明顯高于懸垂串。從經(jīng)濟上考慮，耐張串不必采用大爬距防污絕緣子。

武漢水利電力大學、中國電力科學研究院、重慶大學等單位所做的絕緣子覆冰閃絡試驗，表明覆冰絕緣子串覆冰融化階段閃絡發(fā)展過程與污穢絕緣子串閃絡放電十分相似，都是由泄漏電流起了主導作用，絕緣子串水平布置、V型布置方式不易被冰凌橋接，阻礙了泄漏電流沿覆冰絕緣子表面發(fā)展，其閃絡電壓高于I串布置方式，依據(jù)重慶大學對13片XWP-210絕緣子進行的覆冰閃絡電壓試驗，絕緣子串V串布置時其閃絡電壓可較垂直布置提高11.3%～12.1%

中國電科院開展進行了重覆冰條件下的染污絕緣子的覆冰耐壓試驗，冰過程中對絕緣子串施加運行電壓，覆冰持續(xù)時間為12～14h，使絕緣子串噴淋面（迎風面）傘裙實現(xiàn)覆冰全橋接（局部串間傘裙電流密度大處存在未交接現(xiàn)象）。覆冰階段結(jié)束并硬化半小時后升壓至試驗電壓，對絕緣子覆冰進行硬化，之后進行融冰階段。在試驗電壓下，進行2h融冰直至耐受或發(fā)生閃絡為止。

耐受（或閃絡）發(fā)生，更換另一串，施加電壓增加（或降低）△U（5%），重復上述試驗過程。

再用升降法，獲得該交流絕緣子串50%覆冰閃絡電壓及標準偏差。

中國電科院試驗結(jié)論為本工程20mm及以上冰區(qū)0m海拔絕緣配置可按V串瓷絕緣子每米絕緣高度的耐受電壓為25kV進行設計，海拔0m以下按下式計算工頻覆冰耐壓的絕緣子片數(shù)：

（1）

式中：

m-每串絕緣子片數(shù)；

Vm-系統(tǒng)最高運行電壓（kV），220kV取252kV；

Vn-覆冰耐壓，取25kV/m；

H-絕緣每片幾何爬電距離（m）。

所以重冰區(qū)考慮到常規(guī)復合絕緣子防冰閃能力較弱，容易積冰引起冰棱橋接而發(fā)生冰閃的特點，建議本工程重冰區(qū)絕緣子串采用與傳統(tǒng)瓷質(zhì)或玻璃絕緣結(jié)構形式類似的瓷復合絕緣子，型號為FX-WP。

經(jīng)過計算重冰區(qū)絕緣子機械強度強度取值如下：

懸垂串絕緣子強度選擇

耐張串絕緣子強度選擇

松弛檔耐張絕緣子串采用單聯(lián)70kN機械強度的絕緣子。

重冰區(qū)絕緣子采用與傳統(tǒng)瓷質(zhì)或玻璃絕緣結(jié)構形式類似的瓷復合絕緣子，根據(jù)檔距不同分別選用FX-WP-70和FX-WP-120兩種型號，跳線絕緣子全線全部選用防風偏合成絕緣子FYTX-220/100-QT。