500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)分析

陳凱

摘要：當(dāng)前電力企業(yè)為增加輸電距離，滿足廣大客戶供電需求，專門采取了500kV輸電線路進(jìn)行高壓輸電，同時也實(shí)現(xiàn)了對輸電線路的穩(wěn)定化優(yōu)化，提出合理設(shè)計(jì)方案。本文中就將主要闡述500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)原則，分析絕緣設(shè)計(jì)思路，并具體介紹其絕緣設(shè)計(jì)的各個技術(shù)步驟，旨在為電力工程的研究提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：絕緣設(shè)計(jì);500kV;輸電線路;設(shè)計(jì)原則

一、絕緣設(shè)計(jì)概論

500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)要保證做到科學(xué)合理，深度研究線路防雷水平優(yōu)化，這對線路運(yùn)行增穩(wěn)很有幫助。就從設(shè)計(jì)原則看來，輸電線路的耐雷能力一般是大于常規(guī)線路的，不過考慮到500kV輸電線路相對特殊，設(shè)計(jì)方案內(nèi)容相對復(fù)雜，所以需要對線路設(shè)備進(jìn)行特別處理，例如解決跳閘問題，分析線路頻繁出現(xiàn)事故的主要原因。在絕緣設(shè)計(jì)中還涉及絕緣配合內(nèi)容，它表示結(jié)合電力設(shè)備的使用環(huán)節(jié)與周圍環(huán)境來選擇設(shè)備，明確電氣絕緣特性，基于設(shè)備設(shè)計(jì)期望壽命來承受作用，優(yōu)化電壓強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)絕緣有機(jī)配合過程。一般來說，絕緣配合與電壓關(guān)系密切，所需要考慮的技術(shù)內(nèi)容相當(dāng)豐富，比如說幫助設(shè)備產(chǎn)生持續(xù)電壓等等。

絕緣設(shè)計(jì)主要利用絕緣體來有效強(qiáng)化電路防雷特性，良好的絕緣設(shè)計(jì)是能夠降低輸電線路安全防護(hù)成本的，且也能在一定程度上增加輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行能力。就從輸電企業(yè)層面看來，通過良好的設(shè)計(jì)方案可保護(hù)輸電設(shè)備，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升創(chuàng)造更多可能性。與此同時，在保護(hù)龐大規(guī)模輸電線路過程中，也要分析其復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境以及設(shè)計(jì)參數(shù)差異性，利用合理絕緣設(shè)計(jì)降低其線路設(shè)計(jì)可能存在的諸多負(fù)面影響。

二、500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)的基本原則分析

500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)要保證做到科學(xué)合理，深度研究線路防雷水平優(yōu)化，這對線路運(yùn)行增穩(wěn)很有幫助。就從設(shè)計(jì)原則看來，輸電線路的耐雷能力一般是大于常規(guī)線路的，不過考慮到500kV輸電線路相對特殊，設(shè)計(jì)方案內(nèi)容相對復(fù)雜，所以需要對線路設(shè)備進(jìn)行特別處理，例如解決跳閘問題，分析線路頻繁出現(xiàn)事故的主要原因。大體來講，500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)的基本原則應(yīng)該包含以下兩點(diǎn)：

首先是分析500kV輸電線路在平原地區(qū)的設(shè)計(jì)原則。平原地區(qū)地域相對廣闊，但周圍樹木高度偏高，所以受到雷擊幾率也相對較高，因此提高平原地區(qū)的絕緣耐力水平就成為關(guān)鍵。通常情況下，500kV輸電線路的防雷要求較高，防雷水平要控制在220～75kA范圍內(nèi)，跳閘概率也要控制在0.35次/km.a?？紤]到平原地區(qū)雷電發(fā)生頻率相對較高，其破壞性是相當(dāng)之大的，必須在平原地區(qū)加大對跳閘概率的有效控制。

其次是分析500kV輸電線路在中平原地區(qū)的設(shè)計(jì)原則。中平原地區(qū)不同于平原地區(qū)，其周圍山脈相對較多，由于地勢關(guān)系樹木高度較高，在一定程度上可有效起到避雷防雷效果，所以說在這種環(huán)境背景下500kV輸電線路的絕緣設(shè)備絕緣水平是相對較低的。從數(shù)據(jù)層面來講，500kV輸電線路的防雷水平必須控制在110～66kA，跳閘概率要控制在0.92次/km.a。中平原地區(qū)的雷電發(fā)生頻率是非常高的，但考慮到周邊地勢較高，避雷效果良好，所以對輸電線路的破壞程度也有所降低。

結(jié)合兩種地形分析了解到，500kV輸電線路在絕緣設(shè)計(jì)方面應(yīng)該做到因地制宜，提出針對性原則，提出戶外線路保護(hù)設(shè)計(jì)到位。同時考慮到外部環(huán)境影響較大，所以必須在設(shè)計(jì)過程中考慮其絕緣線路的抗干擾性與防污染性，如此可延長絕緣設(shè)備的整體使用壽命周期[1]。

三、500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)的基本思路提出

結(jié)合500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)的基本原則，需要提出其設(shè)計(jì)方案思路。當(dāng)然，不同類型的500kV輸電線路其在絕緣設(shè)計(jì)方案方面有所不同，下文簡單介紹半波500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)思路。

（一）半波500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)基本思路

半波500kV輸電線路中電磁波較長，該輸電線路中的電壓也會維持在一個相對平穩(wěn)變化的狀態(tài)中?？衫眉心Ｐ蛯旊娋€路狀態(tài)進(jìn)行有效描述，保證輸電線路波長與電磁波長長度相等。在該過程中，輸電線路電壓就會出現(xiàn)劇烈波動問題，此時可能無法利用集中模型展開描述，這對半波500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)是非常不利的，但可以采用分布模型展開描述。在分布模型分析過程中，需要假設(shè)半波輸電線路中的各項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容，且保證參數(shù)相同，配合勻速傳輸模型描述可確保絕緣設(shè)計(jì)到位。在這里，要假設(shè)已獲得線路終端電壓與電流設(shè)置到位，同時對半波500kV輸電線路的末端電壓與電流進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，提出電壓與電流方程如下：

在上述電壓與電流方程中，需要對其末端電壓進(jìn)行分析，末端電壓應(yīng)該為正數(shù)，并證明電壓未出現(xiàn)接地現(xiàn)象，提出電流方程，同時構(gòu)建雙端口網(wǎng)絡(luò)方程，繪制嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪┒穗妷壕W(wǎng)絡(luò)等效圖，如此可提高絕緣設(shè)計(jì)整體可識別性。上述方程中：為傳輸線末端電流、為傳輸線末端電壓，為流出末端（正數(shù)），最終建成傳輸線二端口網(wǎng)絡(luò)。此時要參考上述電流電壓方程建立二端口網(wǎng)絡(luò)方程，參考電路二端口理論，提高輸電線路絕緣穩(wěn)定性。

（二）半波500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)穩(wěn)定性

要對半波500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，主要對絕緣線路展開分點(diǎn)測試，主要測定阻抗內(nèi)容與輸電率。通常情況下，需要為半波500kV輸電線路設(shè)置20個以上節(jié)點(diǎn)，它同時涉及20個以上的分段系統(tǒng)，測試長度控制在90～360mW范圍內(nèi)，并做好相應(yīng)計(jì)算，需要對其正序、零序數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。舉例來說，如果在360mW輸送功率狀態(tài)下，其半波500kV輸電線路的沿線電壓整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，了解其高低規(guī)則變化情況，整體看來變化幅度相對較大。

（三）半波500kV輸電線路的絕緣設(shè)計(jì)配置

在半波500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)過程中，還需要對輸電線路的絕緣配置進(jìn)行分析，以確保線路優(yōu)化穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)對資源配置的全面統(tǒng)一。大體來講，應(yīng)該采用高性能絕緣配置，增加500kW線路投入成本，結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化絕緣配置，保證絕緣效果測量到位[2]。

四、500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)的技術(shù)步驟要點(diǎn)

500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)的技術(shù)步驟要點(diǎn)包含了絕緣參數(shù)確定、線路劃分以及線路劃分，同時做好線路絕緣配合工作。

（一）絕緣參數(shù)的確定

在建立500kV輸電線路絕緣設(shè)計(jì)體系過程中，需要對線路絕緣效果進(jìn)行判斷，提出具體判斷依據(jù)，明確絕緣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。就參數(shù)合理性分析過程中，應(yīng)該判斷其絕緣設(shè)計(jì)效果，有效降低線路的整體絕緣性與耐雷性，以此確定線路方向與規(guī)模，如此可確保線路設(shè)計(jì)遵循環(huán)境變化規(guī)律，達(dá)到線路設(shè)計(jì)最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。

（二）輸電線路的劃分

要對半波500kV輸電線路絕緣方案進(jìn)行優(yōu)化，做好多線路劃分，了解方案數(shù)量過多可能影響絕緣設(shè)計(jì)效率這一問題。500kV絕緣設(shè)計(jì)線路的劃分種類有二，第一是進(jìn)行同區(qū)域輸電線路的絕緣設(shè)計(jì);第二是進(jìn)行進(jìn)行不同區(qū)域的輸電線路絕緣設(shè)計(jì)，不同方案對提高輸電線路的絕緣水平有一定幫助。

（三）輸電線路的防雷防污設(shè)計(jì)

對輸電線路的防雷防污設(shè)計(jì)必須到位，要確保輸電線路穩(wěn)定。在線路資源配置過程中，需要控制輸電線路的整體耐力水平，將耐雷水平劃分為高、中、低三級水平，保證線路耐雷設(shè)計(jì)合理。在方案設(shè)計(jì)過程中，需要采取循序漸進(jìn)方式增加線路絕緣水平。在分析防污水平方面，則需要對線路絕緣所產(chǎn)生的影響情況進(jìn)行分析，確保線路絕緣體與自然環(huán)境有效隔離，創(chuàng)造良好的線路運(yùn)行環(huán)境，如此可避免線路被污染[3]。

（四）輸電線路的絕緣配合

在對半波500kV輸電線路的絕緣配合方面需要首先合理選擇電氣間隙。考慮到輸電線路中電壓增加較快，所以需要對電氣間隙所產(chǎn)生的預(yù)期效應(yīng)進(jìn)行分析，例如了解其可能存在的電流擊穿問題。而在線路絕緣配置方面，則需要對線路中的不同參數(shù)進(jìn)行整體分析，了解設(shè)計(jì)過程中電氣間隙設(shè)計(jì)合理性。

當(dāng)然，也要做到科學(xué)設(shè)置爬電距離。因?yàn)?00kV輸電線路一般暴露在室外環(huán)境中，所處環(huán)境復(fù)雜，容易受到外界污染物嚴(yán)重影響，這些都能降低500kV輸電線路絕緣水平與效果。這里需要分析超電壓水平下輸電線路的爬電距離，做到對爬電距離的科學(xué)設(shè)置，如此也能提高線路的絕緣效果，如此可降低污染物的影響率，確保輸電線路運(yùn)行安全。

再者就是要調(diào)整固體絕緣結(jié)構(gòu)，需要結(jié)合普通絕緣、增強(qiáng)絕緣以及附帶絕緣等等問題進(jìn)行分析，了解絕緣方案所產(chǎn)生效果，結(jié)合實(shí)際情況選擇絕緣設(shè)計(jì)方案。由于半波500kW輸電線路絕緣結(jié)構(gòu)中放熱量相對偏高，非常容易出現(xiàn)短路問題。在實(shí)施固體絕緣設(shè)計(jì)過程中，必須分析線路自身運(yùn)行環(huán)境，強(qiáng)化其絕緣技術(shù)操作步驟，然后再進(jìn)行反復(fù)技術(shù)論證，保證固體絕緣安裝到位[3]。

總結(jié)：

在對500kV輸電線路構(gòu)建技術(shù)體系中，需要對線路絕緣配置與設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，保證其設(shè)計(jì)方案安全穩(wěn)定，探討線路中可能存在的短路與跳閘問題。在分析500kW輸電線路的絕緣優(yōu)化過程中，要提高線路整體絕緣性，對輸電線路的穩(wěn)定基礎(chǔ)進(jìn)行有效分析，賦予其長距離傳輸條件，確保500kV輸電線路輸配電運(yùn)行滿足社會發(fā)展需求，提高社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

[1]李愿明. 500kV輸電線路檢修中紅外診斷技術(shù)的運(yùn)用[J]. 電子測試， 2019（20）：26-28.

[2]魏彤照. 500kV輸電線路復(fù)合絕緣子斷裂事故分析[J]. 門窗， 2019，164（08）：129-130.

[3]荊林國、荊仲毅、張韶晶、張韶穎. 500kV同塔雙回輸電線路絕緣子雷電沖擊響應(yīng)研究[J]. 電瓷避雷器， 2020，298（06）：204-209.

元顥（南京）工程技術(shù)有限公司，南京 211100