（上海交通大学1、上海新电后勤服务有限公司1、国网上海浦东供电公司2、国网上海市北供电公司3）
摘要：基于对国内外已开展的交直流特高压输电技术方面的研究成果，分析污区划分及盐密取值方法原则，结合各国特高压电网绝缘子使用情况，对比分析了几种常用绝缘子的污耐压特性、机械特性，最后给出了特高压线路绝缘子的选型建议。
关键词：特高压线路；绝缘配合；绝缘子选型
引言
合理选择特高压架空线路绝缘水平对特高压线路的安全运行有重要意义，线路的绝缘配合主要包括绝缘子串片数的选择和线路空气间隙的选择。绝缘子串与线路空气间隙均属于自恢复绝缘，可利用统计法来进行绝缘配合，以期获得较高的经济效益。
国内外超特高压运行经验也表明，污闪是特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1000kV输变电设备上，最严重的威胁就是外绝缘问题。因此对于即将建设的1000kV线路来说，工频电压下绝缘子耐污特性同样是重点考虑的问题。1000kV输电线路外绝缘水平的选择，是1000kV输电线路设计的关键问题之一。
运行经验证明，不同的绝缘子的积污情况，耐污闪能力，老化性能，机械性能等等相差很大。考虑到目前1000kV级输电线路将采用8分裂导线的设计，以及国外特高压运行经验，特高压线路至少需要300kN以上的大盘径大吨位绝缘子，因此，调查研究国内各种强度、型式的绝缘子特性，在超高压线路中的运行经验，为保证1000kV线路的安全稳定运行，降低工程造价都具有十分重大的意义。
1 国外特高压线路绝缘配合概况
前苏联在1150kV线路建设前几年，对拟建线路所经地区的污秽状况进行了调查。为了确保线路运行的可靠性，在早期设计阶段沿规划的1150kV线路建立了试验站，专门研究了该线路绝缘子的污秽状况、土壤状况及该区域35～500kV线路的运行经验。最终确定拟建线路绝缘子在大部分地区应采用15mm/kV的爬电比距，污秽较严重地段取18mm/kV。线路穿越的部分地区属盐碱性土壤。经过分析，确定穿越该地区的线路绝缘子所采用的爬电比距要高于常用的爬电比距(λ=15mm/kV)。通过乌拉尔 — 哈萨克斯坦—西伯利亚的线路，大部分通过地区为一般粉尘污秽，爬电距离按照λ=15～18mm/kV考虑。
日本1992年4月建成了新群马至东山梨138km双回路1000kV特高压线路。1993年10月建成了柏崎至新群马50km双回1000kV线路。日本特高压线路全部采用瓷绝缘子。为此，日本研制了额定机械破坏负荷400kN、540kN、700kN和840kN级悬式瓷绝缘子。在第一批1000kV线路上，悬垂串采用了双串40片330kN(离海岸40km以上的内陆山岳地区)和46片540kN(新泻县侧的多雪地区)瓷绝缘子。耐张串采用4联。由于日本使用的分裂导线结构较大(810mm2×8)，线路一般采用多串绝缘子并联，悬垂串为2～3串，耐张串为4串。
美国BPA建设了两条分别长2.1km、1.8km的1200kV试验线段，安装了瓷和玻璃绝缘子。美国AEP公司1976年在芝加哥附近建设了1km长的1500kV试验回路。主要使用了瓷和复合绝缘子。
2 污区划分原则
(1) 参照《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》(GB/T16434-1996)的规定；
(2) 参照国家电网公司企业标准《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》(Q/GDW 152-2006)的规定；
(3) 结合特高压线路具体情况及污区划分“运行经验、污湿特征、现场等值附盐密度”三要素来确定。当三者不一致时，应以运行经验为主；
(4) 对既没有运行经验、又没有盐密测量值的地区，暂按污湿特征，并结合各省最新污区分布图的定级来确定污秽等级。
3 绝缘子型式的选择
(1) 瓷和玻璃绝缘子
常压下不同瓷和玻璃绝缘子的人工污闪试验结果如图1所示。
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从图中可见，双伞型绝缘子的沿单位爬距的50%闪络电压最高，也就是其爬距的利用率最好。三伞型绝缘子CA-876尽管爬距最大，爬距的利用率并不低。玻璃普通型绝缘子，由于其下伞棱的第二棱伸出，提高其下伞表面爬距的利用率，即提高了玻璃绝缘子爬距的利用率。而普通型绝缘子，由于其下伞棱呈现依次减小的情况，容易导致棱间弧络，从而使得其爬距的利用率最低。
(2) 复合绝缘子比较
根据1000kV特高压交流输电线路前期的科研结论，三种复合绝缘子的伞型参数如表1。复合绝缘子在常压下的交流污秽试验结果见表2。
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交流污秽试验结果
由表2可以看出，一大一小(短)单位绝缘高度的50%电压最高，主要原因是其爬距和绝缘高度的比值最大，即在同样的高度下，它的爬距最大。但也可以从表4.1-1看出，其爬距的利用率没有一大二小高，但相差并不大，也就是说，对于一大一小(长)伞型的复合绝缘子，11cm的伞间距可以考虑减小，但最好不要超过9cm。当然，一大一小(短)单位绝缘高度的50%电压最高的另一个原因是其平均直径最小。也可以看出，一大二小比一大一小(长)的单位绝缘高度50%闪络电压高，主要原因是一大二小的大伞之间的间距和大伞之间的伸出比最大，以及其平均直径比一大一小稍小。因此，可以认为该种一大二小伞型复合绝缘子的耐污闪能力优于一大一小伞型的复合绝缘子。一大一小伞型可以考虑减小伞间距，进行伞型的优化。
(3) 所有的绝缘子的比较
和玻璃绝缘子、复合绝缘子以及棒形瓷绝缘子(以结构高度计算)，计算出其在不同的盐密下的单位长度下的50%闪络电压(kV/m)，如图3所示。
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图3不同绝缘子的不同盐密下沿单位长度的闪络电压的比较
从图3中，可以明显的看出，在同样的高度下，三种复合绝缘子的耐污闪电压最高，其次是三伞型悬式绝缘子，而对于CA-590、XWP-300、FC300/195以及棒形瓷绝缘子，则相差不多，XWP-300相对稍高，CA-590、棒形瓷绝缘子相对稍低。
综上所述，交流1000kV输电线路绝缘子的选型建议如下：
(1) 普通盘型绝缘子单片绝缘子的50%闪络电压较低，而且随着海拔的升高，其污闪电压的降低程度最大。由于其下表面有棱的绝缘子，在干旱少雨的环境自洁性差，易积污，不易清扫，建议不选用该种绝缘子。
(2) 双伞型绝缘子的污闪电压较高，随着海拔的升高污闪电压的降低也不显著，这说明该种绝缘子在高海拔地区的耐污闪性能较好，而且这种形状的绝缘子在我国已大量使用，并且积累了丰富的运行经验，运行表明，此种形状的绝缘子自清洗效果好，积污少，运行效果明显好于标准型和钟罩型绝缘子。建议在污秽一般地区采用此种绝缘子。
(3) 三伞型绝缘子不仅平均每片的闪络电压最高，而且随着海拔升高污闪电压的降低并不显著。从不同形状不同材质的绝缘子的污闪试验结果可以看出，这种绝缘子的性能最好。建议在中等污秽地区合理选用此种绝缘子。
(4)对于轻度污秽区，V形串一般采用双伞型瓷绝缘子或普通型玻璃绝缘子，耐张串一般采用双伞型瓷绝缘子或普通型玻璃绝缘子。
(5)复合绝缘子的耐污闪性能好，而且随着海拔的升高，其污闪电压的降低也小。对于中度及以上污秽区， V形串一般也采用合成绝缘子，而耐张串则宜采用双伞型瓷绝缘子或普通型玻璃绝缘子。
4 绝缘子串片数的选择
4.1按工频电压选择绝缘子串片数
(1)爬电比距法
由爬电距离来决定绝缘子的串长，这种方法首先根据输电线路所经地区的污秽情况，盐密和灰密的测量值，以及已有输电线路的运行经验，确定污秽等级，再依据国家标准GB/T 16434-1996《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》来决定该污区所对应的爬电比距，根据所选绝缘子的爬电距离计算所需绝缘子的片数。此种方法简单易行，可操作性强，在工程设计中被广泛采用，并且经过很多工程实际的考验，是一种可被接受的工程设计方法。
由工频电压爬电距离要求的线路每串绝缘子片数应符合下式要求：
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4.3按雷电过电压的要求
一般来说，雷电过电压与运行电压无直接关系，在超高压系统中，由于输电线路本身的外绝缘水平很高，对外绝缘设计而言，雷电过电压不起决定作用。但在雷电过电压下，绝缘子串仍应满足一定的耐雷水平。计算1000kV同塔双回输电线路单回跳闸耐雷水平一般在208kA～250kA，双回跳闸耐雷水平一般在220kA～281kA；出现这种雷电流的概率是很小的(数量级0.1%及以下)。发生雷电反击闪络概率极低。雷电过电压对绝缘子串片数的选择仍不起控制作用。
5 结论
（1）在开展绝缘配合研究之前，需根据现场污秽调查结果，结合运行经验和污湿特征，参照最新污区分布图确定的研究区域污秽等级。
（2）普通盘型绝缘子单片绝缘子的50%闪络电压较低，而且随着海拔的升高，其污闪电压的降低程度最大。由于其下表面有棱的绝缘子，在干旱少雨的环境自洁性差，易积污，不易清扫，建议不选用该种绝缘子。
（3）双伞型绝缘子的污闪电压较高，随着海拔的升高污闪电压的降低也不显著，这说明该种绝缘子在高海拔地区的耐污闪性能较好，而且这种形状的绝缘子在我国已大量使用，并且积累了丰富的运行经验，运行表明，此种形状的绝缘子自清洗效果好，积污少，运行效果明显好于标准型和钟罩型绝缘子。建议在污秽一般地区采用此种绝缘子。
（4）对于中等以上的重污秽地区，建议采用复合绝缘子。复合绝缘子的耐污闪性能好，而且随着海拔的升高，其污闪电压的降低也小。
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作者简介：
张华威（1987－），男，本科，助理工程师，上海交通大学电气工程专业硕士在读。
论文作者:张华威1,施云2,浦盛斌3
论文发表刊物:《电力设备》2015年第9期供稿
论文发表时间:2016/4/19
标签：绝缘子论文; 线路论文; 污秽论文; 电压论文; 特高压论文; 过电压论文; 地区论文; 《电力设备》2015年第9期供稿论文;