特高壓直流輸電線路外絕緣設(shè)計(jì)的方法與依據(jù)探究

李金

摘 要：隨著全球氣候的變化，各種電子產(chǎn)品影響這人們的生活，人們對(duì)電的需求量逐漸增加。特高壓直流輸電以其容量大、距離遠(yuǎn)、損耗低的底色成為我國(guó)輸電工程的一種趨勢(shì)。文章鑒于此，運(yùn)用文獻(xiàn)資料法，解析了特高壓直流輸電線路外絕緣設(shè)計(jì)中所使用到的經(jīng)驗(yàn)法、爬電比距法、污耐壓法，剖析了特高壓直流輸電線路外絕緣設(shè)計(jì)的首要依據(jù)及其可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，以期推進(jìn)特高壓直流輸電線路外絕緣設(shè)計(jì)理論方面的研究。

關(guān)鍵詞：特高壓 直流 外絕緣 輸電線路

中圖分類號(hào)：TM216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（b）-0027-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的需要，架空輸電線路電壓等級(jí)亦不斷的得到穩(wěn)定提高，我國(guó)的高壓直流輸電電壓由原來(lái)的±500kV提升至±800kV?！?00kV直流輸電已然成為了我國(guó)特高壓輸電工程未來(lái)的發(fā)展前進(jìn)方向。在實(shí)踐中，一些新的問(wèn)題經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在特高壓直流輸電線路的外絕緣設(shè)計(jì)中，例如：直流工作電壓、雷擊過(guò)電壓以及系統(tǒng)操作過(guò)電壓的不利影響，遠(yuǎn)距離輸電線路更可能會(huì)面臨著惡劣氣候環(huán)境的考驗(yàn)（高海拔、環(huán)境污穢）等問(wèn)題。

1 特高壓直流輸電線外絕緣設(shè)計(jì)的方法

1.1 經(jīng)驗(yàn)法

在直流輸電工程的建設(shè)進(jìn)程中，可以考慮利用現(xiàn)存的直流輸變電工程的絕緣子爬電比距來(lái)決定它的外絕緣水平。這種方法的優(yōu)勢(shì)就是盡最大可能地利用已建成的直流輸電工程豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，然而此方法亦存在不足之處，那就是在決定外絕緣水平時(shí)，兩條工程線路的污穢情形要大體相同，除此之外，還要求已建成工程的絕緣子的爬電比距合理適宜。一般而言，這種方法不能用作直接的設(shè)計(jì)計(jì)算，但可以作為對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證考核的一種有效工具。

1.2 爬電比距法

使用該方法時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)污區(qū)進(jìn)行劃分，其次憑借污區(qū)等級(jí)來(lái)決定爬電比距。在直流輸電工程開(kāi)始建設(shè)之前，可以利用相鄰已經(jīng)建成的交流輸電線路的絕緣子比距來(lái)決定它的外絕緣水平。在直流電壓條件下，考慮到絕緣子具有靜電吸塵的功效，因此，在直流電壓下絕緣子積污的能力要高于交流電壓下的積污能力，不僅如此，同等積污條件下，絕緣子的直流污閃電壓要比交流的低，所以在設(shè)計(jì)中考慮的直流的爬電比距應(yīng)當(dāng)大于交流的。參照葛-南線實(shí)際的工程線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，同等環(huán)境情況下，500kV直流絕緣子的爬電比距應(yīng)當(dāng)大于或等于兩倍的交流的。很明顯這種方法存在欠缺之處，那就是完全憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定交、直流爬電比距的轉(zhuǎn)換系數(shù)，沒(méi)有充分的科學(xué)依據(jù)作為支撐，未來(lái)仍需要持續(xù)不斷的累積更多直流電壓下的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。除此之外，同等環(huán)境下的直、交流絕緣子的表面積污程度亦有所區(qū)別，考慮到試驗(yàn)中控制變量的需要，應(yīng)當(dāng)對(duì)污區(qū)等級(jí)做出適當(dāng)?shù)男拚?，不然的話就不存在可比性。決定直流絕緣子的比距時(shí)，相鄰交流絕緣子應(yīng)當(dāng)有適宜的比距。在不同種類的交流絕緣子中，不同的有效爬距必然會(huì)對(duì)直流線路絕緣配置的可靠性產(chǎn)生不利影響。

1.3 污耐壓法

在試驗(yàn)中，可以得到絕緣子在不同污穢條件下的耐污閃電壓，憑借這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的絕緣子串的耐污閃電壓應(yīng)當(dāng)大于此線路的最大運(yùn)行電壓，除此之外還要預(yù)留規(guī)定的安全裕度，此方法的優(yōu)勢(shì)就是與實(shí)際絕緣子的污耐受能力緊密相連，是一類比較完美的確定絕緣子串長(zhǎng)的優(yōu)良方法。然而它也有一定的局限性：需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是工程線路最可能使用的絕緣子的污閃實(shí)驗(yàn)，除此之外，特高壓直流輸電線路必須進(jìn)行大噸位絕緣子的污閃試驗(yàn)。污耐受法在開(kāi)始濕潤(rùn)之前需要預(yù)先施加恒定的電壓，這與系統(tǒng)中工作的污穢絕緣子的工作狀態(tài)一致。然而此法具有人工污穢和自然污穢相等價(jià)的缺陷，彌補(bǔ)此不足可按兩類思路進(jìn)行：一類是研究運(yùn)行線路及自然污穢試驗(yàn)站絕緣子的積污規(guī)律，盡力使人工污穢的附灰密度、污穢分布的不均勻情況和鹽的種類最大可能地等價(jià)于自然污穢；另外一類是通過(guò)研究，分析清楚附灰密度、污穢分布的不均勻情況和鹽的種類等因素各自對(duì)污閃電壓的影響大小，并計(jì)算出相應(yīng)的影響系數(shù)，利用該系數(shù)來(lái)修正一般的人工污穢試驗(yàn)結(jié)果。作為設(shè)計(jì)線路絕緣子串長(zhǎng)的科學(xué)合理方法，污耐受法還需要繼續(xù)累積經(jīng)驗(yàn)，積極大力的進(jìn)行普及。

2 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：特高壓輸電線外絕緣設(shè)計(jì)的依據(jù)

考慮到自然環(huán)境具有較大的多變性，絕緣子閃絡(luò)具有極其復(fù)雜的機(jī)理，尤其是在污穢與覆冰的條件下，其閃絡(luò)的過(guò)程更是這樣。通過(guò)研究機(jī)理，一是研究污閃的物理及數(shù)學(xué)模型，此類研究工作已大量見(jiàn)諸于報(bào)道，然而在外絕緣設(shè)計(jì)中還不能夠直接使用這些理論模型；二是憑借人工模擬試驗(yàn)獲取可用的數(shù)據(jù)，然而美中不足的是這些數(shù)據(jù)都是通過(guò)高度簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)得到的，實(shí)際上并沒(méi)有試驗(yàn)?zāi)軌蛲耆哪M出污閃與冰閃的全過(guò)程。所以必須指出的是，當(dāng)前采用的人工模擬試驗(yàn)更適合用于研究污閃和冰閃機(jī)理，還可以求出某些參數(shù)的影響大小，但是不可以利用該方法進(jìn)行驗(yàn)收某一具體設(shè)備。

3 特高壓輸電線外絕緣設(shè)計(jì)的措施依賴

3.1 穿墻套管

穿墻套管以前曾是換流站中最頻繁閃絡(luò)的一類設(shè)備。經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)致使閃絡(luò)的關(guān)鍵原因就是非均勻受潮（非均勻雨）。在工程線路運(yùn)行中，在瓷套外表涂刷憎水性涂層，又或者使用硅橡膠表面的合成套管可以取得很好的效果，這樣一來(lái)就可以有效的解決這一類問(wèn)題。

3.2 支柱絕緣子

由于支柱絕緣子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直徑小的特點(diǎn)，所以它在使用過(guò)程中極少出現(xiàn)閃絡(luò)。在一些曾經(jīng)有過(guò)支柱絕緣子閃絡(luò)的換流站中，使用憎水性涂層或者輔助傘裙可以有效的解決問(wèn)題。

3.3 硅橡膠合成絕緣子

在防污閃問(wèn)題上，硅橡膠合成絕緣子的重要作用有目共睹。在偏遠(yuǎn)的內(nèi)陸，就算使用比瓷絕緣子短的爬距，依舊可以安全的工作。使用過(guò)程中顯現(xiàn)的問(wèn)題大多數(shù)都是質(zhì)量缺陷，只有極少數(shù)是由于材料老化引起的。在北美地區(qū)已被大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，其中數(shù)中國(guó)最甚。

3.4 防污閃的措施

在換流站中，應(yīng)當(dāng)大力推廣使用各類防污閃的措施。事實(shí)發(fā)現(xiàn)，最富有成效的途徑就是選擇正確的憎水性涂層與輔助傘裙。

3.5 換流站的污閃率

通過(guò)有效的措施，可以將換流站的污閃率控制在一個(gè)非常低的范圍內(nèi)—每極每年0.08次。其中，系統(tǒng)電壓的高低對(duì)控制水平并不產(chǎn)生影響。有例為證，可以有效的解決直流外絕緣的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

在外絕緣設(shè)計(jì)過(guò)程中，污耐壓法與實(shí)際工作線路絕緣子污耐受能力緊密聯(lián)系在一起，作為比較理想的確定絕緣子串長(zhǎng)的方法，亟待進(jìn)行更深入的研究，大量累積寶貴經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行普及推廣，而其相應(yīng)的依據(jù)及其經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的重要措施也不失為他山之石。

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