交流輸電線路復(fù)合化外絕緣爬距有效利用系數(shù)研究

李 特， 袁 偉， 陳 喬， 胡文堂， 王少華

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司無錫供電公司，江蘇 無錫 214000；3.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

交流輸電線路復(fù)合化外絕緣爬距有效利用系數(shù)研究

李 特1， 袁 偉2， 陳 喬3， 胡文堂1， 王少華1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司無錫供電公司，江蘇 無錫 214000；3.國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

應(yīng)用復(fù)合絕緣子、RTV涂料等復(fù)合化絕緣是輸電線路防污閃的重要手段。爬距有效利用系數(shù)是外絕緣配置關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)合復(fù)合化絕緣表面積污特性、考慮鹽灰密影響的污閃電壓特性，對復(fù)合絕緣子、涂覆RTV的標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子進(jìn)行了爬距有效利用系數(shù)計(jì)算，結(jié)果表明，復(fù)合絕緣子、涂覆RTV的標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子在d級(jí)及以上污區(qū)爬距有效利用系數(shù)分別大于1.4和1.7，爬電比距取2.8 cm/kV具有足夠裕度。

復(fù)合絕緣子；防污閃涂料；積污特性；污閃電壓；絕緣配置

0 引言

隨著社會(huì)工業(yè)發(fā)展，大氣環(huán)境中SO2和NOX等污染物濃度居高不下，絕緣子污穢閃絡(luò)問題一直是輸電線路安全運(yùn)行的重大威脅。在中、重污區(qū)，污閃電壓是輸電線路外絕緣設(shè)計(jì)、尤其是絕緣子片數(shù)選擇的重要因素[1，2]。

隨著污穢等級(jí)變化，許多地區(qū)線路原有絕緣配置過低，近年來開展了大量防污閃改造工作，最常用手段是使用復(fù)合絕緣子，以及給原有瓷/玻璃絕緣子涂覆RTV涂料[3，4]，均屬于復(fù)合化外絕緣。復(fù)合絕緣子、涂覆RTV絕緣子的絕緣配置與瓷/玻璃絕緣子不同，浙江地區(qū)的污區(qū)圖執(zhí)行原則規(guī)定，d1及以上污區(qū)，棒性懸式復(fù)合絕緣子爬電比距采用2.8 cm/kV，涂覆RTV涂料絕緣子視同復(fù)合絕緣子進(jìn)行配置，此外GB 50545《110～750 kV架空線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定在d級(jí)及以上污區(qū)，復(fù)合絕緣子爬距取不少于懸垂串瓷/玻璃絕緣子的3/4，且不少于2.8 cm/kV。上述規(guī)定的原因是復(fù)合化外絕緣污耐壓性能優(yōu)異。過去的研究大量對比了相同污穢度下，復(fù)合化外絕緣相對于瓷/玻璃絕緣子具有較高的污閃電壓[5，6]，然而有研究表明，在相同環(huán)境下，復(fù)合化外絕緣的表面污穢度比標(biāo)準(zhǔn)型瓷/玻璃絕緣子更高[7-9]，因此，要合理選擇復(fù)合化外絕緣爬電比距，需綜合考慮積污特性、污閃電壓特性。

爬距有效利用系數(shù)K綜合反映了絕緣子積污特性、單位爬距的污閃電壓特性，但過去K值的計(jì)算沒有考慮灰密的影響[10]。基于復(fù)合化絕緣表面鹽密、灰密積污數(shù)據(jù)、污閃電壓特性數(shù)據(jù)，對110 kV復(fù)合絕緣子、涂覆RTV標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子的爬距有效利用系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對浙江污區(qū)圖執(zhí)行規(guī)定中相應(yīng)條款進(jìn)行了討論。

1 復(fù)合化絕緣的積污特性

1.1 復(fù)合絕緣子積污特性

多家研究機(jī)構(gòu)對復(fù)合絕緣子的積污特性進(jìn)行了研究，得出了復(fù)合絕緣子相對于標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子的積污比。文獻(xiàn)[7]將35 kV復(fù)合絕緣子與XP-70絕緣子同塔懸掛，積污2年后對比表面鹽密、灰密的差別。結(jié)果表明，復(fù)合絕緣子表面的鹽密均值約為XP-70絕緣子的0.5倍，灰密片均值約為XP-70絕緣子的1.4倍。

文獻(xiàn)[8]對35 kV復(fù)合絕緣子與XP-70絕緣子進(jìn)行了帶電積污，結(jié)果表明FXBW2-35復(fù)合絕緣子下傘面污穢是XP-70絕緣子下傘面的2倍以上，上傘面積污略快于XP-70絕緣子。

通過在浙江省內(nèi)11處桿塔對110 kV復(fù)合絕緣子與標(biāo)準(zhǔn)型玻璃絕緣子進(jìn)行同塔懸掛，得到復(fù)合絕緣子與標(biāo)準(zhǔn)型玻璃絕緣子積污鹽密比如圖1所示。

圖1 復(fù)合絕緣子與標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子鹽密比

對圖1中各點(diǎn)數(shù)據(jù)取平均值，復(fù)合絕緣子鹽密平均為標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子的0.8倍。圖1中不同測點(diǎn)復(fù)合絕緣子與標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子的鹽密比值不同，測點(diǎn)3數(shù)值最大，為2倍。

復(fù)合絕緣子下傘無棱，空氣動(dòng)力學(xué)性能好于標(biāo)準(zhǔn)型懸式絕緣子，一般下表面表面積污更輕。然而復(fù)合材料表面性能與玻璃、瓷不同，對污穢的粘附性能不同，且一些傘型傘間距較小，受雨水清洗性能不佳，在粉塵較多地區(qū)更容易粘附污穢顆粒，導(dǎo)致積污重于XP-70?？紤]最保守情況，取復(fù)合絕緣子整體鹽密、灰密分別為XP-70的2倍、1.4倍。

1.2 涂覆RTV絕緣子積污特性

目前針對涂覆RTV涂料絕緣子表面積污特性的研究較少。深圳地區(qū)將涂覆RTV涂料XP-70絕緣子及潔凈XP-70絕緣子同塔懸掛，積污2年后進(jìn)行鹽密、灰密對比測試，結(jié)果表明涂覆RTV的絕緣子與未涂RTV的普通型絕緣子相比，單片鹽密均值增加約2倍，單片灰密均值增加約3倍。

涂覆RTV涂料后，絕緣子表面對污穢顆粒的粘附性增加，因此相同傘型下積污更嚴(yán)重。

在南方地區(qū)，由于雨水較多，絕緣子飽和較快，積污2年時(shí)污穢已接近飽和[9]，因此取涂覆RTV后XP-70絕緣子表面平均鹽密為潔凈XP-70表面的3倍，灰密為4倍。

2 復(fù)合化外絕緣的爬距有效利用系數(shù)

2.1 爬距有效利用系數(shù)計(jì)算方法

爬距有效利用系數(shù)是綜合表征絕緣子積污特性、污閃電壓特性的特征量，其含義是在相同自然積污環(huán)境下，相同積污時(shí)間內(nèi)被試絕緣子與基準(zhǔn)絕緣子污閃梯度之比?？紤]到自然污穢絕緣子污閃特性數(shù)據(jù)較少，采用人工污穢閃絡(luò)特性計(jì)算污閃梯度。

基準(zhǔn)絕緣子一般取XP-70，XP-160，X-4.5等[10]。令希望計(jì)算爬距有效利用系數(shù)的絕緣子為目標(biāo)絕緣子，假設(shè)目標(biāo)絕緣子與基準(zhǔn)絕緣子污閃特性分別為 Uf1（ESDD1，NSDD1）和 Uf2（ESDD2，NSDD2），幾何爬距為L1和L2，則被試絕緣子爬距有效利用系數(shù)K的計(jì)算式為：

式中：ESDD1和 NSDD1為目標(biāo)絕緣子鹽灰密；ESDD2和NSDD2為相同環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)絕緣子鹽灰密。

2.2 復(fù)合絕緣子爬距有效利用系數(shù)

多家研究機(jī)構(gòu)開展了復(fù)合絕緣子污閃特性試驗(yàn)，但綜合得到鹽密、灰密為參數(shù)的污閃電壓函數(shù)的報(bào)道較少。采用文獻(xiàn)[5]的結(jié)果，絕緣子型號(hào)為FXBW3-110/70，幾何爬距為3 200 mm，綜合考慮鹽密、灰密影響的污閃電壓計(jì)算式為：

以XP-160為基準(zhǔn)絕緣子，幾何爬距為305 mm，綜合考慮鹽密、灰密影響的污閃電壓計(jì)算式為[11]：

為計(jì)算各污區(qū)等級(jí)下FXBW3-110/70的爬距有效利用系數(shù)，在a-e級(jí)污區(qū)各選擇1個(gè)鹽密值作為基準(zhǔn)絕緣子XP-160的表面鹽密，取值為各污區(qū)等級(jí)鹽密分布范圍中值，考慮到浙江地區(qū)絕緣子灰鹽比，取XP-160表面灰密為鹽密5倍?；趶?fù)合絕緣子與XP-70絕緣子的積污對比，考慮到XP-160與XP-70積污特性一致，因此取FXBW3-110/70表面鹽密為XP-160表面鹽密2倍， 表面灰密為 XP-160表面灰密 1.4倍。FXBW3-110/70，XP-160表面鹽灰密取值見表1。

利用式（1）—（3），計(jì)算得到FXBW3-110/70爬距有效利用系數(shù)K如表2所示。

表1 FXBW3-110/70爬距有效利用系數(shù)計(jì)算鹽灰密參數(shù)mg/cm2

表2 FXBW3-110/70爬距有效利用系數(shù)

表3 涂覆RTV涂料XP-70爬距有效利用系數(shù)計(jì)算鹽灰密參數(shù)mg/cm2

由表2可見，在所取計(jì)算鹽密、灰密條件下，d1級(jí)及以上污區(qū)，F(xiàn)XBW3-110/70爬距有效利用系數(shù)大于1.4，采用2.8 cm/kV的爬電比距時(shí)，其耐污能力至少等效于爬電比距3.92 cm/kV的XP -160，足以覆蓋e級(jí)污區(qū)[10]。因此，浙江污區(qū)圖執(zhí)行規(guī)定中d1及以上污區(qū)復(fù)合絕緣子爬電比距采用2.8 cm/kV的規(guī)定是合理的。GB 50545《110 kV—750 kV架空線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定重污區(qū)復(fù)合絕緣子爬距不少于懸垂瓷/玻璃絕緣子的3/4，原因在于其認(rèn)為重污區(qū)復(fù)合絕緣子爬距有效利用系數(shù)不小于1.33，表2數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

2.3 涂覆RTV絕緣子爬距有效利用系數(shù)

目前關(guān)于涂覆RTV涂料的懸式絕緣子污閃電壓特性的研究成果較少。文獻(xiàn)[12]給出了3片串XP-70涂覆PRTV及RTV涂料后的污閃電壓曲線分別如式（4）、式（5），其灰鹽比為 5，被試絕緣子單片爬距為255 mm。

式（4）實(shí)際已經(jīng)包含了灰密的影響。為得出安全裕度較大的結(jié)果，采用式（5）進(jìn)行計(jì)算，基準(zhǔn)絕緣子同樣選擇XP-160，其污閃電壓計(jì)算取式（3）。

根據(jù)上文結(jié)論，不帶電積污時(shí)，涂覆RTV涂料XP-70絕緣子表面鹽密、灰密分別為無涂料XP-160絕緣子鹽密、灰密的3倍、4倍。帶電積污時(shí)，污穢一般要乘以1.1～1.3的帶電系數(shù)，考慮到污穢較重時(shí)污閃電壓隨鹽密的變化趨勢變得平坦[13，14]，帶電系數(shù)對K值計(jì)算影響較小，因此不再對污穢進(jìn)行帶電系數(shù)換算。由于缺少更多灰密對涂覆RTV絕緣子污閃電壓的影響，計(jì)算時(shí)將涂覆RTV涂料XP-70絕緣子表面灰鹽比定為5，而將XP-160表面灰密設(shè)為涂覆RTV涂料XP-70灰密的1/4，計(jì)算鹽密、灰密如表3所示。

利用式（1）、式（3）、式（5），計(jì)算得到涂覆RTV涂料的XP-70爬距有效利用系數(shù)K如表4所示。

表4 涂覆RTV涂料XP-70爬距有效利用系數(shù)

由表4可見，在所取計(jì)算鹽密、灰密條件下，涂覆RTV的XP-70絕緣子爬距有效利用系數(shù)K比復(fù)合絕緣子FXBW3-110/70的K值更大。與復(fù)合絕緣子相比，涂覆RTV涂料的XP-70表面憎水性相近，表面棱槽可阻止電弧發(fā)展，但積污更為嚴(yán)重，綜合計(jì)算后涂覆RTV涂料的XP-70防污能力更強(qiáng)，因此浙江污區(qū)圖執(zhí)行規(guī)定中將涂覆RTV的懸式絕緣子絕緣配置視同復(fù)合絕緣子的條款，對于XP-70而言是合理的。

對于鐘罩型、雙傘型等絕緣子，其涂覆RTV后積污特性與XP-70不同，尤其是鐘罩型絕緣子，當(dāng)前電網(wǎng)中大量鐘罩型絕緣子噴涂了RTV涂料，其下表面受復(fù)合材料特性、傘型影響，積污嚴(yán)重影響污耐壓性能，其K值需要進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論及展望

利用復(fù)合絕緣子、涂覆RTV絕緣子的積污特性、污閃電壓特性，首次得出了考慮灰密影響的復(fù)合化外絕緣的爬距有效利用系數(shù)K，對污區(qū)絕緣配置進(jìn)行了討論，主要結(jié)論及建議如下：

（1）復(fù)合絕緣子積污特征與周圍環(huán)境、污源類型有關(guān)，相對標(biāo)準(zhǔn)懸式絕緣子，鹽密比、灰密比最大分別可達(dá)2倍、1.4倍。

（2）考慮積污特性差異后，計(jì)算所得復(fù)合絕緣子K值在d1及以上污區(qū)大于1.4。

（3）考慮積污特性差異后，計(jì)算所得涂覆RTV涂料XP-70絕緣子K值在d1及以上污區(qū)大于1.7。

（4）建議對不同傘型懸式絕緣子涂覆RTV后的積污特性、污閃特性進(jìn)行研究，完善復(fù)合化外絕緣的絕緣配置依據(jù)。

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（本文編輯：徐 晗）

Research on Effective Utilization Coefficient for Creepage Distance of External Composite Insulation of AC Transmission Lines

LI Te1，YUAN Wei2，CHEN Qiao3，HU Wentang1，WANG Shaohua1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Wuxi Power Supply Company，Wuxi Jiangsu 214000，China；3.State Grid Hangzhou Electric Power Company，Hangzhou 310009，China）

∶Composite insulation materials such as composite insulators and RTV（room temperature vulcanized silicone rubber）coating are key preventive measures for pollution flashover on transmission lines.An effective utilization coefficient for creepage distance is critical to external insulation configuration.In accordance to the characteristic of contamination on composite insulation and in consideration of flashover voltage characteristic under the impact of salt density and ash density，the effective coefficient utilization coefficients for creepage distances of composite insulators and RTV-coated standard insulators are calculated.The result shows that the effective utilization coefficients of composite insulator and RTV-coated standard insulator are larger than 1.4 and 1.7 respectively in areas with the pollution grade of d and above，and the creepage distance of 2.8 cm/kV is sufficient.

∶composite insulator；RTV；contamination character；flashover voltage；insulation configuration

.201704005

1007-1881（2017）04-0018-04

：TM85

：B

2017-03-01

李 特（1987），男，工程師，從事高壓試驗(yàn)、輸電線路外絕緣工作。