摘要：为了确保1000 kV交流特高压电力运行稳定性，需要确保电气性能，支柱瓷绝缘子机械性能以及防地震均具备良好性能。此次研究主要是探讨分析1000 kV交流特高压支柱瓷绝缘子制造技术，应用污耐压法设计外绝缘，分析和评价耐地震性能，联合其他先进技术共同制作新型特高压支柱瓷绝缘子。通过实践检验该绝缘子各项性能满足示范工程要求。
关键词：1000 kV交流特高压；支柱瓷绝缘子；制造技术
某地区为了满足社会生活生产用电，投资建立特高压交流电力工程。在前期设计时要求单柱式支柱瓷绝缘子结构高度大于9m，公称爬电距离至少满足25mm/kV，弯曲和扭转破坏额定负荷值分别为16kN和10kN，绝缘子下元件额定弯矩为160kN。地震波为正弦波，安全系数为1.67。外绝缘污秽等级为C级。现阶段，只有欧美等发达国家才能够制作单柱式支柱瓷绝缘子元件机械弯矩80kN，并且仅能运行在A级污秽等级。从上述分析能够看出，我国特高压工程建设期间需要全面提升单柱式支柱瓷绝缘子机械特性，使用环境条件和电气特性等。
1、1000 kV交流特高压支柱瓷绝缘子制造要求
1.1机械强度等级和污耐压特性
对于机械强度等级来说，要求扭转破坏负荷达到10kN•m；弯曲破坏负荷达到16kN。支柱瓷绝缘子污秽外绝缘需要达到C级污秽等级，即在工频试验下可以承受0.5mg/cm2灰密度和0.08 mg/cm2试验盐密。
1.2绝缘水平
标准电压1100kV，电力系统最高电压为1100kV。变压器侧工频过电压取值为1.3P.U；线路工频过电压取值为1.4P.U。雷电过电压取值为1.9P.U，冲击配合系数为1.4；操作期间的过电压取值为1.70P.U，冲击配合系数为1.25。
1.3耐地震性能
地面垂直加速度和水平加速度分别为1.5 m/s2和3m/s2，地震波是正弦波，能够持续3个周波，安全系数能够达到1.67。
2、特高压支柱瓷绝缘子制造技术难点分析
2.1机械强度
由于1000 kV交流特高压支柱瓷绝缘子的结构高度需要超过9m，并且扭转破坏负荷达到10kN•m；弯曲破坏负荷达到16kN，结构高度是500kV支柱瓷绝缘子的2.3倍左右，单柱绝缘子下元件额定弯矩为160kN•m，显著高于500kV支柱瓷绝缘子，从上述可以看出，1000kV支柱瓷绝缘子的机械制造的难度比较大。
2.2产品成品率
500kV等低电压等级支柱瓷绝缘子的产品成品率在90%左右，1000kV支柱瓷绝缘子的产品成品率在50%以下甚至更低。导致特高压支柱瓷绝缘子产品成品率低下的原因主要是单元件高度和平均直径显著高于中低高压。如果在设计制造期间不注重产品成品率，将会对电气可靠性和机械稳定性造成影响，增加产品生产成本。
3、特高压支柱瓷绝缘子制造关键技术分析
3.1制作思路
绝缘子整体性结构和伞型结构在设计期间需要全面考虑电气绝缘强度和污耐压性能，最大限度减少绝缘子结构高度，以便能够加强绝缘子机械性能。在设计制造期间需要全面研究和分析结构外形，运行方式，烧成基础以及坯件成形技术。
3.2明确结构布置运行方式
多数国家为了处理超高压支柱瓷绝缘子顶部弯曲负荷耐地震性能低下和制造难度大问题，优先使用三角锥式结构运行。按照我国支柱瓷绝缘子制造水平和能力，需要验证支柱瓷绝缘子的扭转破坏负荷和机械弯曲负荷等，并且计算强地震地区的耐地震性能，应用单柱式结构运行方式。从上述制造技术能够看出，我国在设计和制造支柱瓷绝缘子的水平比较高。
3.3外形设计要点
首先，对于伞裙造型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在绝缘子实际运行期间，该种结构能会影响设备在风雨天气下的自清理和积污性能，所以此种结构会导致绝缘子耐污性能的使用效果。延长爬电距离会增加绝缘子外形复杂程度，该种结构将会显著提升设备积污的可能性。
其次，对于结构高度来说。在将绝缘子爬电距离延长之后，不仅需要优化和改善伞型结构，还需要增加结构高度，这样才能够确保绝缘子满足污秽等级要求。在实际运行期间，部分产品为了满足爬电距离要求，只是简单增加伞裙数量，严重缩小了伞裙之间的距离，导致绝缘子结构高度无法满足设计制造要求，并且会引起污闪危险事故。
3.4坯件成型工艺和修坯难点分析
首先，对于坯件成型工艺来说，相比于湿法成型工艺来说，等静压干法成型技术工艺便于操作，具有较高的机械化性能，能够在一定程度上缩短生产周期，减少机械强度分散性，稳定产品性能，因此在设计制造期间需要应用等静压干法成型工艺制作坯件。
其次，对于大坯件修坯来说，在维修期间主要应用数控修坯机完成，但是超高压毛坯修坯技术难度显著高于中低压，因此在修坯期间需要应用下述措施实现：针对大坯件修坯需要重新设计制作陶瓷修坯刀；此外，在修坯期间需要对水分进行严格控制，防止由于水分不合理导致坯件出现不合理收缩情况，进一步使绝缘子公称直径，结构高度，安装结构，爬电距离等超过额定值。
3.5直线度和许用应力选择
一般情况下，单柱绝缘子重量在1700kg左右，高度与杆径的比值超过20。按照绝缘子结构需要对配套窑具进行设计优化处理。在应用此种设计优化方式之后能够确保绝缘子直线度。相比于中低压支柱瓷绝缘子来说，超高压绝缘子直径往往都比较大，但是在机械强度利用率和许用应力方面小于中低压绝缘子。因此各元件应力取值范围在43-48MPa，破坏应力超过65MPa。
3.6吊烧工艺
为了避免在烧铸期间瓷件出现弯曲变形情况，需要优先应用吊烧工艺。在吊烧期间会受到自身重力影响，上端拉应力超过中低压产品，下端处于张应力煅烧阶段，导致瓷件容易出现变形以及掉头等情况。若下端出自由煅烧阶段，上端强度显著低于下端，因此所有元件上部应力取值需要低于下端。这就要求在设计期间确保上端应力取值不超过43MPa，提升支柱机械强度。
4、支柱瓷绝缘子特性验证
干雷电耐受电压试验：将2450kV左右的电压施加在支柱绝缘子上，在进行数十次耐受之后没有出现闪络情况。
湿工频耐受电压试验：将1300 kV左右的电压施加在支柱绝缘子上，时间控制在60s，绝缘子没有出现闪络情况。
湿操作冲击受电压试验：将2025kV左右的电压施加在支柱绝缘子上，在进行数十次耐受之后没有出现闪络情况。
人工污秽工频耐受电压试验：将700 kV左右的电压施加在支柱绝缘子上，时间控制在100min，绝缘子没有出现闪络情况。
5、结束语
综上所述，此次研究主要是给予1000 kV交流特高压支柱瓷绝缘子污秽绝缘设计，在进行验证之后设计合理性较高。我国在设计制造特高压支柱瓷绝缘子时能够满足扭转破坏负荷达到10kN•m；弯曲破坏负荷达到16kN，支柱瓷绝缘子结构高超过9m的设计要点，并且进行电气特性试验之后满足工程要求。
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论文作者:王强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/28
标签：绝缘子论文; 支柱论文; 结构论文; 电压论文; 特高压论文; 应力论文; 过电压论文; 《基层建设》2018年第29期论文;