輸電線路絕緣子選擇與計算

1、精選文檔1 絕緣子選型1.1 絕緣子材質我國主要生產的絕緣子主要有盤形瓷絕緣子、盤形玻璃絕緣子及 復合絕緣子1.2 各類絕緣子特性絕緣子的性能比較表1-1 不同類型線路絕緣子的性能比較常見故障盤形瓷絕緣子盤形玻璃絕緣子棒形復合絕緣子雷擊閃絡電壓高，可能出現“零值”，幾率決定于生產商，無招弧裝置可能發(fā)生元件破損閃絡電壓高，無招弧裝置可能造成元件爆裂，幾率決定于生產商閃絡電壓略低，裝均壓環(huán)一般可使絕緣子免受電弧灼傷污穢耐污差，雙傘型可改善自清洗性能，調爬方便耐污差，防霧型可提高耐鹽霧性能，調爬方便表面憎水性，耐污閃性能好，一般不需調爬風偏“柔性”好，風偏小“柔性”好，風偏小“柔性”較好，風偏大斷串

2、概率大小決定于生產商概率極小概率大小決定于生產商劣化劣化速率決定于生產商基本不存在劣化硅橡膠老化速率和芯棒“蠕變”決定于生產商和使用條件外力易損壞，殘垂強度大易損壞，殘垂強度較大不易損壞現場維護檢測維護工作量大，雙傘型易人工清掃，檢“零”麻煩清掃周期短、工作量大維護簡便，缺陷檢測困難3 污區(qū)劃分3.1 沿線污穢調查3.1.1 走廊沿線污源分布情況本次對待建1000kV特高壓中線工程線路走廊沿線進行了污染情況調查。湖北省境內絕大部分地區(qū)為自然污穢，包括生活污染、公路揚塵、農村施用農藥、化肥以及燒山積肥的灰塵；工業(yè)污穢主要集中在宜城市板橋鎮(zhèn)，分布有石灰廠、水泥廠、采石場等重點污源。河南省境內線路附

3、近分布較多鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要的自然污穢來自居民區(qū)的生活污染和農田施用的化肥等，線路跨越鐵路、高速公路、土路若干，加上風沙揚塵等也會對線路造成一定的污染；工業(yè)污源主要有采石場、石灰廠、水泥廠、鋁鐵廠、煉鋼廠、火電廠等。山西省境內沿線分布儲煤廠、煉焦廠、煉鐵廠、火電廠、磚廠等，小型煤礦區(qū)和煉鐵高爐更是星羅棋布，大氣污染十分嚴重。另外1000kV特高壓中線工程線路平行或跨越的500kV線路有：斗樊線、雙玉、回、樊白、回、姚白線、白鄭線、牡嵩線、沁獲線、榆臨線；跨越鐵路七條、已建成高速公路六條、國道和省道若干。(1) 化工污穢該線路走廊附近的化工污源主要集中在河南省和山西省，主要有沁陽市碳素有限公司(1500

4、萬kg/a)、孟縣化肥廠(6000萬kg/a)、偃師市山化縣化工廠、南陽石蠟精細化工廠(12000萬kg/a)、南陽市金馬石化有限公司(600萬kg/a)、長治化工有限公司、鐘祥市華毅化工有限公司(18000萬kg/a)等。另外晉城市規(guī)劃中的野川、馬村化工園區(qū)，工廠十分集中，規(guī)?，F在大約為30000萬kg/a，隨著發(fā)展，其規(guī)模將進一步擴大。 (2) 冶金污穢冶金污穢主要包括鋁廠、煉鐵廠、煉鋼廠等。根據調研情況，主要有鞏義市回鍋鎮(zhèn)的鋁加工基地、焦作市西向鎮(zhèn)的沁陽鋁試驗廠(5000萬kg/a)、西向鎮(zhèn)宏達煉鋼廠、晉城市澤州縣弘鑫冶煉公司(3000萬kg/a)以及晉城分布廣泛的小型煉鐵廠等。 (3)

5、 火電廠主要集中在河南省和山西省，有以下大型火電廠：沁陽鋁電集團電廠(31萬kW)、孟州電力股份有限公司(49萬kW)、偃師市首陽山電廠(100萬kW)、洛陽華潤熱電有限公司(25萬kW)、南陽市鴨河口電廠(現有70萬kW，總體規(guī)劃310萬kW)、陽城電廠(現有容量235萬kW，在建的二期規(guī)模將達到355萬kW)，晉城和長治規(guī)劃中將建成趙莊電廠、高河電廠、沁水電廠和鄭莊電廠四個大型火電廠，規(guī)模都在240萬kW以上，這將大大增加污染的嚴重程度。(4) 其它工業(yè)污穢沿線走廊附近除上述類型污穢外，還包括如水泥廠、石灰廠、煤礦區(qū)等。主要有宜城市水泥廠、汝州水泥公司、南陽航天水泥廠、趙莊煤礦、成莊煤礦等

6、。另外沿線有許多小型采石場、磚廠、煤礦和儲煤廠等，污染比較嚴重。(5) 自然污穢自然污穢主要是由大氣降塵、風沙、農藥以及化肥產生的污染。待建特高壓線路沿線多數地段附近工業(yè)并不發(fā)達，大氣環(huán)境污染狀況相對較輕。湖北省境內地勢多為平地和丘陵，沿線主要是農田和旱地，雜樹林覆蓋面積較大，植被較多，雨水比較充沛，在一定程度上減輕了自然污穢的影響。河南省境內地勢以平原為主，全年以東北風為主，雨水較少，灰塵、風沙較大，自然污穢影響比較大。山西省境內主要以高山大嶺和山地為主，待建特高壓線路將跨越太行山脈，全年以西北風為主，降雨較少，粉塵污染嚴重。(6) 部分污穢物化學成分分析對沿線走廊不同類型的污源點的污穢物進

7、行了取樣以及化學成分分析，分析結果見表3-1。表3-1 部分污源污穢物成分分析結果單位：mg/L樣品名稱Na+K+Mg2+Ca2+Cl-NO3-SO42-洗煤廠6.645.186.9345.3915.520.0828.18煉焦廠13.5515.421.73106.1918.268.9388.72水泥廠13.7314.321.31132.0121.686.50116.43火電廠22.2319.365.0480.8845.623.51127.56煉鋼廠19.0619.773.9571.2341.911.7341.91煉鐵廠14.0710.877.0875.8816.501.1287.79化肥廠19

8、.9117.834.31105.2627.172.56218.17圖3-6 污染物的化學成分從測量結果和上圖可知，污穢物中Ca+離子含量遠大于Na+、K+、Mg2+離子含量，尤其是煉焦廠、水泥廠和化肥廠，都大于100mg/L。污穢物中的Na+和K+含量基本相等，其中以火電廠和煉鋼廠最為嚴重。負離子中SO42-離子含量最高，其中水泥廠和火電廠都超出了100mg/L，化肥廠甚至超過200mg/L。可見，沿線污染源的排放物主要以粉塵污染和鹽類污染為主。2.1.2 氣候條件和污濕特征根據調查收資，沿線與污穢閃絡相關的降雨量、小雨天數、降霧日數及最長霧日數、平均溫度和相對濕度及污閃季節(jié)的風等氣象條件的調

9、查統(tǒng)計結果如下：圖3-7 降雨日數從調查情況來看，2002年-2004年三省的降雨主要集中在6月-9月，這四個月的平均月降雨日數為15天-22天。占到全年降雨日數的52%-68%。降水量以荊門、襄樊、南陽和平頂山等地居多，山西省降水量在三省中為最少，呈從南向北逐漸減少的趨勢。連續(xù)無降雨日主要集中在10月至來年3月，平均連續(xù)無降雨日數呈從南向北逐漸遞增的趨勢。毛毛雨是引發(fā)污閃的主要原因，湖北地區(qū)以及河南省南部毛毛雨較多，為18天-39天；河南北部及山西省相對較少，為12天-29天。綜合上述情況，沿線從南向北利于積污的氣象條件遞增的趨勢，但誘發(fā)污閃的外部條件例如毛毛雨則反之，降霧氣象以南陽、長治境

10、內較為嚴重。表3-2 污閃季節(jié)的風速、主導風向和靜風頻率統(tǒng)計 地 點項 目荊門襄樊南陽平頂山洛陽焦作晉城長治2002-2004平均風速1.82.12.22.01.81.61.82.2主導風向NNWNWNNWNEENENEENENENEENEWNWSE靜風頻率(%)2120192281723232002-2004年的污閃季節(jié)的風速均在2m/s左右，靜風頻率在23%以下，不利于污染物的擴散。3.2 沿線現狀污區(qū)情況3.2.1 現有污區(qū)圖的情況3.2.2 現場實測污穢狀況圖3-16 山西段路徑與電網相對關系圖表3-5 部分線路閃絡跳閘統(tǒng)計時 間桿塔號故障點污源情況備注絕緣配置/爬電比距(cm/kV)

11、污區(qū)圖污級2006.1.21220kV蘇丹線39#C相長治煤礦、焦化覆冰14×XWP-7/2.542006.1.22220kV漳寺線38#A相長治煤礦、焦化覆冰14×XWP-7/2.542003.2.213.15陽東二、三線40#、58#、62#距電廠1832km冰閃30×FC16P/155注：斗樊線144#桿塔絕緣子串在霧濕天氣下有放電現象。3.3 本工程沿線污區(qū)劃分3.3.1 污區(qū)劃分原則(1) 參照GB/T16434-1996高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級及外絕緣選擇標準的規(guī)定。(2) 有關文件的要求；(3) 結合特高壓線路具體情況及污區(qū)劃分“運行

12、經驗、污濕特征、現場等值附鹽密度”三要素來確定。當三者不一致時，應以運行經驗為主；(4) 對既沒有運行經驗、又沒有鹽密測量值的地區(qū)，暫按污濕特征，并結合各省最新污區(qū)分布圖的定級來確定污穢等級。建議本工程特高壓線路污區(qū)劃分參照GB/T16434-1996中對各污穢等級下的爬電比距分級數值作出的規(guī)定，如表3-6所示。表3-6 特高壓線路各污穢等級下的爬電比距分級數值污穢等級鹽密值爬電比距，cm/kV線 路220kV及以下330kV及以上1000kV00.031.61.61.6I0.03-0.061.60-2.001.60-2.001.60-2.000.06-0.102.00-2.502.00-2.

13、502.00-2.50-10.10-0.252.50-3.202.50-3.202.50-3.200.253.20-3.803.20-3.803.20-3.80注：爬電比距取額定電壓計算值3.3.2 晉東南 南陽段線路污區(qū)劃分山西省境內線路全長約118km，地形以丘陵為主，跨越太行山脈；省內污染源主要有煤礦、煉焦廠、煉鐵廠、化工廠以及大型電廠等，另外規(guī)劃中的野川、馬村化工園區(qū)以及陽城電廠二期、趙莊電廠、高河電廠、沁水電廠、鄭莊電廠等重污染源將使大氣污染愈加嚴重；全年干旱少雨，小雨日數約為12天-21天，平均濕度僅為61%左右；污閃季節(jié)降霧日數達到18天-32天；主導風向為西北風，風力較大，污穢

14、物的擴散能力很強。山西省境內與特高壓線路平行或跨越的500kV線路有陽東線(級中、上限設計、爬電比距2.8-3.1cm/kV)、榆臨線(級下限設計、爬電比距2.6cm/kV)。河南境內與特高壓線路平行或跨越的500kV線路有樊白雙回(級上限設計、爬電比距2.5cm/kV)、白鄭線(級中限設計、爬電比距2.2cm/kV)、姚白線(級中限設計、爬電比距2.2cm/kV)、牡嵩雙回(級中限設計、2.8cm/kV)、沁獲線(級上限設計、爬電比距3.0cm/kV)。根據ESDD測量結果，結合線路運行經驗和污濕特征，晉東南 南陽段特高壓輸電線路污穢等級劃分如下：我國500kV輸電線路一般按泄漏比距法確定絕

15、緣子片數，從而確定串長。對于我國來說，由于大氣污染嚴重，現有500kV線路，絕緣子串長一般均由工頻條件下的污閃特性決定。由爬電距離來決定絕緣子的串長，這種方法首先根據輸電線路所經地區(qū)的污穢情況，鹽密和灰密的測量值，以及已有輸電線路的運行經驗，確定污穢等級，再依據國家標準GB/T 16434-1996高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級及外絕緣選擇標準來決定該污區(qū)所對應的爬電比距，根據所選絕緣子的爬電距離計算所需絕緣子的片數。此種方法簡單易行，可操作性強，在工程設計中被廣泛采用，并且經過很多工程實際的考驗，是一種可被接受的工程設計方法。4.4 按爬電比距法選擇懸垂串的絕緣子片數4.1.1 工

16、頻過電壓條件下絕緣子串片數由爬電距離來決定絕緣子的串長，在工程設計中被廣泛采用。由工頻電壓爬電距離要求的線路每串絕緣子片數應符合下式要求：式中：m 每串絕緣子片數；Um 系統(tǒng)額定電壓，kV； 爬電比距，cm/kV，列于表鹽密與爬距配置表；L0 每片懸式絕緣子的幾何爬電距離，cm；Ke 絕緣子爬電距離的有效系數，主要由各種絕緣子爬電距離在試驗和運行中提高污穢耐壓的有效性確定。(1) 絕緣子爬電距離的有效系數Ke絕緣子爬電距離的有效系數Ke定義為在相同的自然條件下，在相同的積污時間內被試絕緣子與基準絕緣子沿單位泄漏距離的污閃電壓之比。Ke不能僅根據人工污穢閃絡電壓的試驗結果確定，還必須考慮絕緣子的

17、自然積污能力。我國幅員遼闊，各地的地理氣象條件差別很大，不同形狀的絕緣子在不同地區(qū)的運行效果也有差別。目前還很難確定各種形狀絕緣子的Ke值。電力行業(yè)標準DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合中指出：幾何爬電距離290mm的XP-160型絕緣子的Ke暫取為1。采用其它型式絕緣子時，Ke應由試驗確定。式中:L01、L02 分別為XP-160型及其它型絕緣子的幾何泄漏距離；U50%.1、U50%.2 分別為XP-160型及其它型絕緣子的50%污閃電壓，kV。為分析研究不同型式絕緣子的有效系數；參考了西北電網750kV輸電線路絕緣子在高海拔低氣壓條件下的污閃特性研究報告，該報告提

18、供了750(2#)和750(4#)試驗U50%值(ESDD：0.05;NSDD：0.1mg/cm2)。表45 西北電網污閃特性研究的瓷絕緣子U50%值編號材料盤徑(mm)傘形結構高度(mm)爬距(mm)表面積(cm2)機械強度(kN)單片絕緣子U50%(kV)750(2#)瓷300雙傘1704592784.8621015.4750(4#)瓷340三傘1705303627.0421017.8武漢高壓研究所1000kV交流輸電線路絕緣子長串污穢特性及污穢外絕緣設計的研究報告，報告中提供的常壓下絕緣子的單片U50%值；具體數據和相應絕緣子的有效系數Ke計算值如表4-6。表4-6 有效系數Ke的計算序

19、號數據來源型 式ESDD/NSDD(mg/cm2)U50%(kV)串長(片)單片絕緣子U50%(kV)(%)有效系數Ke1武高所XP-1600.1/1.0208287.43-12武高所FC-400/2050.1/1.0566.44811.87.20.843武高所CA590-EZ0.1/0.5537.64811.27.70.874武高所FC300/1950.1/0.5513.64810.84.80.865武高所CA596-EZ0.1/0.5609.64812.77.40.96武高所CA887-EZ0.1/0.5561.64811.77.50.947750(2#)雙傘(459)0.05/2.0-3

20、15.4-0.998750(4#)三傘(530)0.05/2.0-317.8-0.97上表中盤型(鐘罩型)絕緣子的有效系數Ke的計算值基本在0.86-0.90之間，由于3#-6#絕緣子為灰密0.5mg/cm2條件下U50%值，其值偏大，因此，絕緣子的有效系數Ke計算值偏大；7#-8#雙傘和三傘絕緣子的有效系數Ke的計算值基本在0.94-0.99之間，由于其U50%無法進行灰密修正，且7#和8#絕緣子的U50%值為短串試驗得到，其值偏大，因此，有效系數Ke的計算值也偏大。雙層傘絕緣子在我國500kV及以下線路中已大量使用，積累了大量試驗數據和運行經驗。通過對雙層傘絕緣子和普通型(XP-300)絕

21、緣子在同樣條件下的污閃電壓和積污狀況的比較，以及對大量數據的統(tǒng)計分析，由運行部門總結出，雙層傘型絕緣子的Ke值為0.95。西北750kV線路絕緣子爬電距離的有效系數Ke的取值，普通型取1.00；防污型(雙傘型和三傘型)取0.95；防污型(鐘罩型)取0.90。本報告暫推薦在輕污區(qū)普通型、雙傘和三傘絕緣子的有效系數Ke取值為1.0；防污型絕緣子的有效系數Ke取值為0.9；中等及以上污穢區(qū)普通型盤型、雙傘和三傘型絕緣子的有效系數Ke取值為0.95；防污鐘罩型絕緣子的有效系數Ke取值為0.85。(2) 絕緣子片數計算計算工頻電壓下所要求的爬電距離和絕緣子串片數進行計算，其結果如表4-7。表4-7 懸垂

22、串絕緣子片數計算絕緣子型式污區(qū)及配置水平爬電距離mm絕緣子片數(片)絕緣子串長mm1000m及以下1500m1000m及以下1500m1000m及以下1500m普通型485mm級0.060.10mg/cm22.5cm/kV2500257452541014010530普通型505mm25002574505197509945普通型550mm2500257451531045510865三、雙傘型485mm2500257452541014010530三傘型635mm25002574404178007995鐘罩型690mm250025744142984010080合成型25002574普通型485mm級

23、0.100.25mg/cm23.20cm/kV3200329570721365014040普通型505mm3200329567691306513455普通型550mm3200329562641271013120三、雙傘型485mm3200329566721287014040三傘型635mm3200329554551053010725鐘罩型690mm3200329555571320013680合成型32003295普通型485mm級0.25mg/cm23.80cm/kV3800391383851618516575普通型505mm3800391380821560015990普通型550mm3800

24、391373751496515375三、雙傘型485mm3800391383851618516575三傘型635mm3800391363651228512675鐘罩型690mm3800391365671560016080合成型38003913由表4-7可知，級污區(qū)可選用54片單片爬距485mm普通型絕緣子和雙傘、三傘型絕緣子；絕緣子串長10530mm；級污區(qū)可選用54片單片爬距635mm三傘型絕緣子或級和級污區(qū)選用合成絕緣子。4.4.2 按操作過電壓選擇絕緣子串片數操作過電壓要求的線路絕緣子串正極性操作沖擊電壓波50%放電電壓U50應符合下式要求：式中：Us¾線路相對地統(tǒng)計操作過電壓

25、，kV；¾線路絕緣子串操作過電壓統(tǒng)計配合系數，根據電力科學研究院“1000kV交流輸變電工程過電壓與絕緣配合研究”(2006年6月)，操作過電壓統(tǒng)計配合系數取為1.25。1000kV輸電線路統(tǒng)計操作過電壓倍數取1.7p.u.。系統(tǒng)最高運行電壓取1100kV。正極性操作沖擊電壓波50%放電電壓U50為：根據電力科學研究院“500kV交流和直流輸電線路桿塔絕緣強度和作用電壓”(1991年6月)，在臨界波頭長度下絕緣子串50%閃絡電壓與串長的關系：對于邊相：對于中相：式中：U50cr 臨界波頭長度下絕緣子串50%閃絡電壓，kV；l 絕緣子串長，m。對于實際波頭長度的操作波，其閃絡電壓要高于

26、臨界波頭情況，可按下式修正：式中：、cr 實際波頭長度和臨界波頭長度，s，實際波頭長度取 250s；U50、U50cr 波頭長度為和cr時的絕緣子串50%閃絡電壓，kV。對于不同的絕緣子串長，上式中的臨界波頭長度由下式計算：由于以上的計算公式均按標準氣象條件給出，故應進行氣象修正：式中：U、U0 實際狀態(tài)和標準狀態(tài)下的外絕緣放電電壓，kV；Kt 空氣密度修正系數。式中： 空氣溫度梯度，0.0065/m；H 海拔高度，m；T 絕對溫度，取293；n 特性指數，取n=0.5。操作過電壓要求的線路絕緣子串片數(以普通型300kN絕緣子計算)列于表4-8。表4-8 操作過電壓要求絕緣子串片數/絕緣長度

27、(mm) 海拔高度(m)操作過電壓(kV)01000200030001.7p.u=1909kV邊相32/620032/620035/670038/7350中相37/715037/715040/780045/8650考慮2片零值絕緣子后操作電壓要求的1000kV交流輸電線路絕緣子串片數(以普通型300kN絕緣子計算)列于表4-9。表4-9 絕緣子串片數 海拔高度(m)操作過電壓(kV)01000200030001.7p.u=1909kV邊相34343740中相39394247本工程不存在在0級、級污穢區(qū)，當污穢等級大于等于時，操作過電壓對絕緣子串片數的選擇已不起作用，絕緣子串片數由工頻電壓決定。

28、表4-10 0級污穢區(qū)普通型絕緣子串片數 海拔高度(m)操作過電壓(kV)01000200030001.7p.u=1909kV邊相34343740中相39394247表4-11 級污穢區(qū)普通型絕緣子串片數 海拔高度(m)操作過電壓(kV)01000200030001.7p.u=1909kV邊相37-4137-4139-4341-45中相39-4139-4142-43474.4.3 按雷電過電壓的要求進行校驗一般來說，雷電過電壓與運行電壓無直接關系，在特高壓系統(tǒng)中，由于輸電線路本身的外絕緣水平很高，對外絕緣設計而言，雷電過電壓不起決定作用。1000kV線路絕緣子串具有很高的沖擊絕緣水平(U50%

29、4MV)，雷擊桿塔只能在很大的雷電流(I0=200-250kA)下才有可能引起絕緣子串反擊閃絡，出現這種雷電流的概率是很小的(數量級0.1%及以下)。日本1000kV線路盡管線路走廊大多通過海拔1000m以上的山地，但是由于1000kV電壓等級引弧角間隙長，線路的雷害事故率比500kV約減少1/2。1000kV防雷設計考慮以下條件：(1) 雙回路鐵塔采用2條具有負屏蔽角的架空地線；(2) 引弧角間隙從減少雷擊事故次數考慮，應盡可能加大，同時為了不使線路裝置直接受害，應保持良好的通路特性；(3) 從減少雷擊事故次數考慮鐵塔接地電阻應盡可能降至10以下。但在雷電過電壓下，絕緣子串仍應滿足一定的耐雷

30、水平。在0級污穢區(qū)、海拔1000-3000m時，按絕緣子串雷電沖擊絕緣水平U50%4MV考慮，耐雷水平I1計算結果見圖4-14-4。由此可以看出ZB塔的耐雷水平高于ZM塔，三相V串的耐雷水平與中相V串的基本相當。且耐雷水平均隨塔高、接地電阻的增加而降低。由于1000kV線路要求的對地距離大，桿塔高度相應增加，一般在60m以上，因此為了獲得較高的耐雷水平，其接地電阻設計值應盡量減??；或增加絕緣子提高絕緣子串雷電沖擊絕緣水平。.5 按污耐壓法選擇懸垂串的絕緣子片數污耐壓法是根據試驗得到絕緣子在不同污穢程度下的污穢耐受電壓，使選定的絕緣子串的污穢耐受電壓大于該線路的最大工作電壓。該方法和實際絕緣子的

31、污耐受能力直接聯(lián)系在一起，是一種較好的絕緣子串長的確定方法，但人工污穢試驗結果同自然污穢條件下的污耐受電壓值存在等價性問題。前蘇聯(lián)、美國、美國、日本、武漢高壓研究所和中國電力科學研究院主要是以U50%進行污穢外絕緣設計。U50%以長串絕緣子試驗來確定。不同國家污穢外絕緣設計原則相同，僅是設計參數取值不同。不同的國家確定污耐壓和污穢設計目標電壓值也不同。前蘇聯(lián)取標準偏差為8%，校正系數1-4；美國取為10%，校正系數1-3；武漢高壓研究所和中國電力科學研究院按試驗來計算取7%，污耐壓校正系數為1-3。日本單片絕緣子最大耐受電壓Umax按長串絕緣子試驗來確定，前蘇聯(lián)還考慮爬電距離有效系數對不同型絕

32、緣子串的Umax進行校正；污穢設計目標電壓值均取系統(tǒng)最高運行相電壓Umax，Umax校正系數原蘇聯(lián)、美國、美國、日本分別為1、1、1.1、1.151.6。絕緣子串片數N由校正后的Umax與Umax之比確定，即：NUmax/Umax不同國家污穢外絕緣設計基本參數如表4-12所示。表4-12 不同國家污穢外絕緣設計基本參數對比國家污耐壓求取方法標準偏差()污耐壓校正系數(k)試品布置目標電壓值Umax原蘇聯(lián)U50%8%4真型布置1美國U50%10%3真型布置1日本Umax/真型布置1.15-1.6中國U50%試驗確定(推薦7%)31/1.042真型布置1.1(推薦1.1-1.732)注1、500k

33、V及以下線路設計污耐壓校正系數取3(對應單串閃絡概率為0.14%，查正態(tài)分布表得出)；注2、1000kV線路設計污耐壓校正系數取1.04(對應單串閃絡概率為15%，查正態(tài)分布表得出)。根據國網武漢高壓研究院編制的1000kV交流輸變電工程設備外絕緣特性研究報告中推薦的污耐壓設計方法如下(海拔1000m以下)： 確定現場污穢度SPS(ESDD/NSDD) 將現場污穢度SPS(ESDD/NSDD)校正到附鹽密度SDD(可簡稱試驗鹽密SDD) 單片絕緣子最大耐受電壓Umax的確定 污穢設計目標電壓值Umax的確定本工程按1.1倍的最高運行相電壓取值。 絕緣子串片數N的求取 NUmax/Umax 按表

34、4-13校核確定的N。表4-13 不同性質工作電壓確定絕緣子串片數不同性質工作電壓計算方法備 注長時間工作電壓/工頻過電壓K 工頻過電壓倍數在直接接地系統(tǒng)通常取1.11.3倍,在消弧圈接地系統(tǒng)取1.51.732操作過電壓 操作過電壓倍數，操作過電壓倍數在2倍時，由于操作波的耐受電壓與工頻耐受電壓之比為2左右，操作波的片數與工頻片數是一致的。注：按污穢設計確定不同污穢等級的絕緣子片數滿足以上不同性質工作電壓和條件對其要求。4.5.1 試驗鹽密(SDD)的確定由武漢高壓研究所牽頭，湖北、河南、山西省電力公司參加的國家電網公司重點科研項目晉東南 南陽 荊門待建1000kV特高壓交流輸電線路沿線走廊污

35、穢特性的調研，課題對中線工程的沿線污穢參數進行了調研，沿線CaSO4的含量約為30%-49%，分別取30%、41%、20%時，根據GB/T 16434-1996中的ESDD經CaSO4校正換算成SDD如表4-14所示。表4-14 GB/T 16434-1996中的ESDD經CaSO4校正后換算成SDDESDD(mg/cm2)污穢等級SDD(mg/cm2)(CaSO4密度取41%)SDD(mg/cm2)(CaSO4密度取30%)SDD(mg/cm2)(CaSO4密度取20%)0.0300.0280.0310.0340.030.060.0280.0450.0310.0520.0340.0580.0

36、60.100.0450.0690.0520.080.0580.090.10(0.15)0.250.069(0.099)0.1580.08(0.115)0.1850.09(0.13)0.210.250.350.1580.2170.1850.2550.210.294.5.2 單片絕緣子最大耐受電壓Umax的確定根據武漢研究高壓院的研究，單片絕緣子最大耐受電壓Umax先要求出絕緣子串U50%并折算為單片值，然后進行修正。單片絕緣子最大耐受電壓Umax1由GB/T 4585-2004附錄B2.2條規(guī)定的在給定基準污穢度SPS下的50%人工污穢耐受電壓的測定程序求出絕緣子串U50%并折算為單片值。Uma

37、x1(1-k1)U50Umax= k2 k3 k4 (1-k1)U50k1：正態(tài)分布系數k2：絕緣子上下表面不均勻比系數k3：對NSDD的校正系數k4：對串型的校正系數修正后的結果見表4-15 。表4-15 不同污穢等級下不同型式單片絕緣子Umax單位:kV污穢等級SDD(mg/cm2)CA-590EZCA-596EZFC-300/195U50%Umax2U50%Umax2U50%Umax200.02814.513.416.014.913.512.50.04513.112.214.613.512.311.40.06912.011.213.412.411.310.5(0.099)0.15811.

38、210.210.49.512.511.411.610.610.59.69.88.90.2179.68.910.79.99.08.4注：SDD為附鹽密度(CaSO4按41%修正)。4.5.3 絕緣子片數(1) 單串絕緣子片數在外絕緣研究報告中，以300kN絕緣子為例，得出的不同污穢等級下不同型式單片絕緣子Umax見表4-16。表4-16 不同污穢等級下不同型式絕緣子所對應的片數污穢等級ESDD(mg/cm2)CA-590EZ(瓷普通型)FC-300/195(玻璃普通型)NN1N2N3NN1N2N300.0348484848515151510.0655525354585557580.1060565

39、85965606264(0.15)0.25667360666268647170786471667368750.357871737583757879注：1、ESDD為等值附鹽密度(未修正)；2、N為ESDD未進行修正后的片數，N1為ESDD按41%CaSO4修正后的片數，N2為ESDD按30%CaSO4修正后的片數，N3為ESDD按20%CaSO4修正后的片數。本報告推薦CaSO4的含量按41%，在級污區(qū)，對于普通性的瓷絕緣子需要56片，瓷件高度達到10.9m，整個串長達到13m多，導致塔頭增大，桿塔重量增加較多，對投資影響較大，而采用普通性的玻璃絕緣子增加投資更多。研究結果表明，雙傘型300k

40、N瓷絕緣子在SDD/NSDD為0.1/0.5mg/cm2條件下，單串污耐壓值較相同污穢度和相同串型下的CA590-EZ普通型300kN瓷絕緣子提高約5%。美國特高壓試驗基地(Project UHV)也曾對雙傘型絕緣子與普通型絕緣子進行過相同污穢度下的污耐壓對比試驗，試驗結果顯示，在SDD為0.1mg/cm2時，雙傘型較普通型絕緣子污耐壓提高約7%。表4-17 雙傘CA887-EZ型及異型絕緣子串污耐壓特性研究結果序號串 型SDD(mg/cm2)U50%(kV)(%)1CA590-EZ普通300kN雙串48片0.0611.67.202CA887-EZ雙傘300kN單串48片0.111.77.50

41、3CA590-EZ普通300kN單串48片0.111.87.4040.1510.66.605CA887-EZ雙傘300kN單串48片0.113.37.90注：NSDD為0.5mg/cm2分析原因如下:一是傘裙形狀對污耐壓特性的影響較大。具有較深的裙和較寬的裙間距、傘裙間距離設計得較窄，結構高度較大和外部的裙比防污型更深，盡管其設計不同，其污耐壓特性并不比雙傘型污耐壓特性優(yōu)良。對我國外污閃工作具有重大啟示意義的是如只改變絕緣子的形狀而不顯著增大系數，那么在污穢性能上只能得到有限改進。二是由傘裙形狀不同造成的。普通型絕緣子局部放電短接了部分爬電距離。三是在重污穢條件下絕緣子傘形對污耐壓的影響比輕污

42、穢條件下大，原因是局部放電更易短接部分爬電距離。CA887-EZ雙傘型300kN瓷絕緣子在SDD/NSDD為0.1/0.5mg/cm2條件下，單I串污耐壓值較相同污穢度和相同串型下的CA590-EZ普通型300kN瓷絕緣子提高約5%。即在相同污穢度SDD/ESDD為0.1/0.5mg/cm2下，雙傘單I串的片數較CA590-EZ普通型單I串的片數應減少5%。雙傘型絕緣子串片數N按以下公式計算。N=Umax/(k6´Umax)式中Umax:1.1´1100/1.732=698.6kV；k6:1.05；Umax:單片絕緣子的最大耐受電壓值;求得CA887-EZ雙傘型300kN瓷

43、絕緣子單I串在不同污穢等級下的絕緣子串片數如表4-18所示。表4-18 不同污穢等級下雙傘型絕緣子所對應的片數單位:片污穢等級ESDD(mg/cm2)N00.03450.06490.10530.25630.3567注：1) ESDD為等值附鹽密度(未修正)；2) ESDD按41%CaSO4修正后的片數。根據上表的計算結果，在污穢較輕地區(qū)(級污區(qū))，雙傘型絕緣子采用53片?？紤]到特高壓線路的重要性和留有裕度，推薦采用54片雙傘型絕緣子。對于級污區(qū)，可以考慮選用三傘型絕緣子、瓷棒型絕緣子和合成絕緣子。對于級污區(qū)，可以考慮選用合成絕緣子。(2) 雙聯(lián)串絕緣子片數有關研究表明，雙聯(lián)串絕緣子的污耐壓值小

44、于單聯(lián)串絕緣子的污耐壓值。武漢高壓研究所對25片XP3-160絕緣子串單、雙串結構的U50%試驗結果如下：表4-19 單、雙串結構的U50%比較型 式串長(片)污穢度0.1/0.4/mg/cmg2下值(kV)單串雙串450mm檔同型號雙串U50%比單串U50%XP3-16025242.5232.50.96XWP2-16025256.5237.00.92XWP5-16025277.5247.20.89表4-20 改變雙串開檔距離的U50%比較型 式串長(片)污穢度0.1/0.4/mg/cmg2下不同開檔距離U50%(kV)450mm550mm650mmXP3-16025232.5258.0247

45、.5U50%相對值0.941.041.00上述試驗是基于500kV線路的絕緣子串U50%試驗條件，在開檔距離550mm時，雙串絕緣子的凈距為270mm，試驗得到的U50%為單串的1.04倍，且能夠防止絕緣子串間的串弧、跳弧現象。武漢高壓研究院的絕緣研究報告表明，CA590-EZ普通型300kN瓷絕緣子，雙串的單片污耐壓值較相同污穢度SDD/NSDD為0.06/0.5mg/cm2下單串污耐壓而言，降低6%。即在相同污穢度SDD/NSDD為0.06/0.5mg/cm2下，雙串的片數較單串的片數應增加6%。如CA590-EZ普通型300kN瓷絕緣子，雙串的單片污耐壓值在相同污穢度SDD/NSDD為0

46、.06/0.5mg/cm2下與單串污耐壓進行了比對，其它污穢度SDD/NSDD和不同于CA590-EZ普通型絕緣子的其它型式普通型絕緣子來進行比對性研究，在求取雙串的片數時取修正系數k4為0.94，N雙I按以下公式計算。N雙I=Umax/(k4´Umax)式中Umax:1.1´1100/1.732=698.6kV;k4:0.94；Umax:單片絕緣子的最大耐受電壓值。分析原因是雙串與單串相比，受鄰近串鄰近效應的影響，更易形成放電通導而導致雙串擊穿強度降低。根據西安交通大學所做的1000kV線路絕緣子串均壓計算結果，當雙串絕緣子間距600mm時，單片絕緣子承受的最大電壓與50

47、0kV線路相當，因此，保證雙聯(lián)絕緣子串絕緣子間凈距270mm左右，基本可以保證絕緣子串的U50%值不降低。因此，推薦雙聯(lián)串與單串采用相同的絕緣配置，雙串的間距按600mm取值。(3) 復合絕緣子串長的選擇復合絕緣子由于具有優(yōu)異的憎水性，已在全國各地不同電壓等級的線路上運行，并在1990年后歷次大面積污閃中幾乎沒有復合絕緣子污閃的記錄。因此，1000kV級特高壓輸電線路應在污穢較重地區(qū)考慮使用復合絕緣子。根據300kN瓷絕緣子單串推薦復合絕緣子在不同污穢度下的結構高度和爬電距離見表4-21。表4-21 不同污穢度下復合絕緣子的選擇污穢等級ESDD(mg/cm2)CA590-EZ單串片數(CaSO

48、4按20%修正)CA-590EZ單串長(mm)復合絕緣子結構高度(mm)爬電距離(mm)0.06541053010530272700.1059115051053027270(0.15)0.2564711248013845105301107627270286840.3575146251170030300注：ESDD為0.06mg/cm2下復合絕緣子結構高度和爬電距離與CA-590EZ單串相同，其他工況下結構高度和爬電距離取80%，但不低于0.06mg/cm2下復合絕緣子結構高度，爬電距離按比例計算。4.5.4 按污耐壓法推薦的基本絕緣配置按污耐壓法進行絕緣配置是和實際絕緣子的污耐受能力直接聯(lián)系在

49、一起，是確定絕緣子串長好方法。但是，目前特高壓交流的污耐壓試驗數據有限，也缺乏運行經驗。綜上所述，考慮到工程的重要性，結合對沿線污穢和相鄰線路運行情況的調研，結合污區(qū)的劃分，同時為簡化設計，在海拔1000m以下推薦的絕緣配置如下：級污區(qū)：采用54片雙傘型盤式絕緣子，單聯(lián)串、雙聯(lián)串片數或長度相同。級污區(qū)：采用54片三傘型盤式絕緣子或合成、瓷棒絕緣子。合成、瓷棒絕緣子的結構高度按10530mm，爬電距離按28864mm。單聯(lián)串、雙聯(lián)串片數或長度相同。級污區(qū)：采用合成絕緣子，結構高度按10530mm，爬電距離按30300mm。單聯(lián)串、雙聯(lián)串片數或長度相同。4.6 懸垂串的絕緣子片數選擇4.6.1 兩

50、種方法的懸垂串配置情況以300kN絕緣子為例，本工程按爬電比距法和污耐壓法，在海拔1000m以下推薦的基本絕緣配置見表422。表4-22 按爬電比距法和污耐壓法推薦的基本絕緣配置(300kN)污區(qū)鹽 密(mg/cm2)爬電比距法污 耐 壓 法雙傘(485mm)三傘(635mm)盤型絕緣子棒型絕緣子0.0152片40片54片(雙傘型)0.2554片54片(三傘型)合成、瓷：10530mm(高度)28864mm(爬電距離)0.35合成：10530mm(高度)30300mm(爬電距離)由上表可以看出，雙傘和三傘盤型絕緣子在和級污區(qū)，兩種方法選配的結果比較接近。4.6.2 V型串絕緣子的片數CA590-EZ普通型300kN瓷絕緣子，在SDD/NSDD分別為0.1/0.5mg/cm2和0.15/0.5mg/cm2條件下，型串污耐壓較單串要分別提高6%和4%。CA887-EZ雙傘型300kN瓷絕緣子單型串在SDD/NSDD為0.1/0.5mg/cm2條件下的單片污耐壓為12.2kV，與雙傘型絕緣子單串相比提高約13%。其結果與通用電氣的試驗結果有較大差別。即結構高度×盤徑×爬電距離為146mm×254mm×305mm的標準型懸式絕緣子型串的污耐壓比懸垂串高20%30%。產生較大差別的原因主要是CA590-EZ普