湖北省送变电工程公司 湖北 武汉 430000
摘要：从目前国内外已投运的±500kV和±600kV超高压直流输电线路实际运行情况来看，污闪是超高压线路外绝缘的主要问题，它严重威胁着输电线路的安全运行。而且，随着输电电压等级的提高，线路外绝缘的染污放电问题越来越严重。对于我国来说，由于大气污染严重，可以预见，在将来±800kV输电设备上，最严重的威胁就是外绝缘问题。目前世界上已运行的直流输电线路最高电压等级为±600kV，因此国内外还没有成熟的±800kV直流污秽绝缘设计方法和运行经验提供借鉴和参考。
关键词：±800kV特高压；直流输电线路；绝缘选择
1绝缘子片数的选择
就直流输电线路而言，由于恒定电场的吸尘作用和直流电弧的不易熄灭，在相同污秽程度下，绝缘子的直流污闪电压比交流污闪电压的有效值低。因此，在相同电压等级条件下，直流输电系统每极采用的绝缘子片数较交流每相采用的绝缘子片数多，其绝缘水平主要决定于绝缘子串的直流污秽放电特性。根据国内外高压直流输电线路的设计运行经验来看，污闪是非常复杂的，很难预测哪一绝缘水平配置可以不污闪，故应吸取教训，适当留有裕度。
1.1按±500kV直流输电线路的绝缘水平外推
我国第一条±500kV葛南线的绝缘配合设计当时是参照交流线路爬距并邀请加拿大泰西蒙公司进行咨询设计，绝缘子有关污闪试验数据采用日本NGK公司的CA735（160kN）瓷质绝缘子（若无说明，以下均指此型绝缘子）。葛南线自1989年投运以来，污闪事故多次发生，导致其多次调爬，调爬前后绝缘子片数见表1。国内其他几条±500kV直流线路借鉴了葛南线的设计运行经验、并经长时间运行及调爬后绝缘子片数配置。对于0.05mg／cm2污区，相对37片而言，40片有8％的裕度，建议用于补偿难以预测的±800kV长串绝缘子污耐压的非线性，因此可按40片为基准进行线性外推得到±800kV线路各污区所需片数。
1.2按爬电比距法选择
根据原电力部向泰西蒙公司提出的我国电网110～220kV线路防污运行经验数据分析可以得出，在导线对地电压情况下爬电比距与等值盐密的关系。参照中国电力科学研究院的测试数据和湖北省超高压局对±500kV葛南直流线路与附近交流线路绝缘子积污的测试结果，可以认为在内陆地区同一环境条件下，直流线路绝缘子串积污比（等值盐密）是交流线路的2.0倍。
1０3按污耐压法选择
1）绝缘子污闪特性曲线。原则上，对第一条新建线路或者采用新型绝缘子需采用污耐压法进行绝缘子片数选取。但该方法是基于适合的试验室和试验方法求出的预选型号绝缘子污闪电压曲线。迄今为止，国内有关绝缘子盐密与耐压的关系仍采用日本NGK及中国电科院为三沪线设计的有关污耐压试验数据值进行计算。CA-735EZ直流基准绝缘子盐密与耐压关系曲线详见图2。经过对比计算分析，NGK试验数据与中国电科院试验数据相差不大。2）试验盐密的确定。在试验时确定试验盐密时应考虑对可溶盐种类和有机可溶物对等值盐密的影响。由于自然污秽中硫酸钙的大量存在使绝缘子污闪电压显著提高，根据试验单一NaCl所对应的试验盐密与不同Ca2+浓度组合盐所对应的等值盐密的比值可表示为
（1）
式中：D为组合盐中Ga2+的当量浓度。根据中国电科院有关试验，有机可溶物的影响在等值盐密较小时（小于0.1mg／cm2）不进行等值盐密的修正，可视等值盐密为试验盐密。当等值盐密大于0.1mg／cm2时。
3）灰密的修正。考虑到污秽导致放电的关键是其中水溶性物资溶于水造成的导电性，而不溶于水的成分起的作用是在潮湿气候条件下吸收水分，以保持污层潮湿促进导电性能的增长。因此，在等值盐密相同的情况下，绝缘子的污闪特性还受灰密的影响。日本NGK根据新的试验数据，提出绝缘子50%闪络电压U50与（NSDD）-0.12成比例的降低。
4）绝缘子上下表面积污不均匀修正。自然污秽绝缘子每片上下表面、同一表面的不同部位及同一串绝缘子各片之间污秽量分布不一样，有时上、下表面积污量相差2～10倍，其污闪电压较均匀积污提高10%～20%左右。在不同环境中直流绝缘子上下表面污秽分布复杂，参照中国电科学总结数据根据美国电科院（EPRI）有关试验得出修正系数为
安全系数K取值取决于ESDD的准确性，如果ESDD取值准确，则K取较小值，反之则K取较大值；而且安全系数K取值取决于线路的重要性，如线路特别重要，则要求单串闪络概率p小，因此K取较大值，反之则K取较小值。取K=3.0，单串闪络概率p=0.135%。
2按过电压条件校核
片数是按运行电压污秽条件决定的，必须按过电压条件加以校核是否满足要求。根据±800kV直流线路上过电压研究，其操作过电压水平在1.5～1.85pu，最大操作过电压发生在线路中间。根据美国EPRI试验验证，在同一污秽条件下，同型号的绝缘子的直流操作耐压为直流耐压的2.2～2.3倍。又根据大量试验研究证明，当预加直流电压时，其50％操作冲击电压是50％污闪运行电压的1.7～2.3倍。因此，操作过电压对绝缘子片数的选择不起控制作用。由于污秽原因，直流线路的绝缘子片数（串长）较交流1000kV线路还多（长），其在雷电冲击电压下的绝缘裕度较大，反击雷电流超过200kA，雷电过电压对绝缘子片数的选择不起控制作用。
3按覆冰条件校核
对于重冰区（导线覆冰厚度大于20mm），绝缘子片数尚应按照覆冰条件进行校核。根据有关科研单位大量试验研究证明，在工程允许的误差范围内，可以认为覆冰绝缘子串的最低直流闪络电压与串长基本呈线性关系。随着气压越低、污秽程度越严重，闪络电压与串长的线性关系越密切。在负极性电压下其线性关系较正极性电压下更接近。研究表明，覆冰闪络电压取67kV／m为宜，绝缘子片数按此进行校验。
4绝缘子串型式及布置的影响
试验表明，在同等污秽条件下，V型串的污耐压性能稍优于悬垂I串，如计入现场的自清洗能力，V串的污闪电压远好于悬垂串。因此，推荐采用V串是有利的，特别是在轻污区。
5结论
目前在我国特高压绝缘选择可按照按±500kV直流输电线路的绝缘水平外推选择，按爬电比距法选择，按污耐压法选择。由于环境变化，线路绝缘污秽状况十分严重，尤其是直流积污远大于交流，清洁区在中东部输电线路及其难找，因此建议直流不设0、I级污秽区。制订直流污秽分级标准。适当加大杆塔窗口，采用V型串设计。对已经完成的线路调爬时若存在一定难度，可以选择涂装RTV防污涂料，也可以选择加装增爬裙用来调节绝缘子串的耐污特性。
参考文献
[1]陈秀娟,张翠霞,时卫东,丁玉剑,朱艺颖.±800kV特高压直流输电线路绝缘配合的差异化[J].高电压技术,2015,05:1726-1731.
[2]李勇伟,周康,李力,何江.±800kV直流特高压输电线路的设计[J].高电压技术,2009,07:1518-1525.
论文作者:赵静,张小贝,王文敏
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/7
标签：绝缘子论文; 线路论文; 污秽论文; 电压论文; 过电压论文; 耐压论文; 条件下论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;