高海拔地區(qū)±800kV復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性

馬龍剛 張海釗

青海送變電工程有限公司，青海西寧 810000

隨著我國電力工程的發(fā)展，三峽變電工程、西電東送工程、西藏聯(lián)網(wǎng)工程等一系列民生電力工程的發(fā)展不斷深入進(jìn)行。我國由于污閃絕緣問題及超、特高壓輸電的發(fā)展，復(fù)合支柱絕緣子的應(yīng)用更加普及與廣泛。從地理?xiàng)l件上看，我國總體地勢為東低西高，海拔高度超過1000m的地域面積占我國國土面積的一半以上，而我國能源分布以西部為主，而負(fù)荷中心則是集中于東部地區(qū)，因而，在電力輸送過程中采用超、特高壓輸電都是必行之策。自然，如西電東送等工程都不可避免地需要進(jìn)入高海拔地區(qū)。眾所周知，隨著海拔的升高，氣溫、氣壓、濕度等環(huán)境因素都會產(chǎn)生不同程度的改變，而這些因素均會對放電電壓產(chǎn)生影響。根據(jù)目前我國運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)表明，在高海拔地區(qū)換流站直流污閃問題較為嚴(yán)重，而高海拔地區(qū)大尺寸復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性的研究與理論仍較少?；谶@些情況，同時國內(nèi)外就高海拔地區(qū)大尺寸復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性的研究需要相應(yīng)的突破，為給超、特高壓滯留變電外絕緣設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)，則進(jìn)行以下試驗(yàn)。

1 國內(nèi)外高海拔地區(qū)大尺寸復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性研究現(xiàn)狀

（1）國外就支柱絕緣子污閃特性的研究還存在欠缺，而大尺寸的支柱絕緣子的相應(yīng)研究則更少。此外，在西方發(fā)達(dá)國家中，由于其地勢大多處于平原地帶，其相應(yīng)對于高海拔地區(qū)輸電設(shè)備外絕緣的問題并不突出，其研究也并不深入。西方發(fā)達(dá)國家及前蘇聯(lián)等國家對高海拔輸變電設(shè)備支柱絕緣子直流污閃特性的研究雖有所涉足，但研究深度不夠，所做工作不多，加之當(dāng)時設(shè)備條件、地理?xiàng)l件等因素的限制，因而所成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少。

（2）就國內(nèi)研究來看，由于我國輸變電的實(shí)際需要，中國電力科學(xué)研究院針對大尺寸支柱絕緣子污閃特性進(jìn)行了一些研究，一些大學(xué)也模擬氣候進(jìn)行過相應(yīng)的研究。但關(guān)于復(fù)合支柱絕緣子的研究仍存在較大的欠缺。

2 高海拔地區(qū)±800kV復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性研究

2.1 選用復(fù)合支柱絕緣子的原因

復(fù)合絕緣子在工程實(shí)踐中已有30余年的經(jīng)驗(yàn)，在世界范圍內(nèi)被廣泛采用，因其在質(zhì)量、零值、污閃電壓等方面有著較為突出的優(yōu)越性而受到行業(yè)的廣泛青睞。換流站支柱絕緣子所需承受的除了外絕緣壓力，還有較大的機(jī)械彎矩或扭矩。結(jié)合國內(nèi)外換流站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)來看，在±800kV的直流工程中，若選擇瓷質(zhì)外絕緣，由于其支柱絕緣子過高，在實(shí)際運(yùn)行中難以實(shí)行，此時復(fù)合支柱絕緣子則是較好的選擇。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)是在高海拔的條件下進(jìn)行，實(shí)際海拔高度1970m，對不同條件下的復(fù)合支柱絕緣子進(jìn)行直流恒壓升降法污閃試驗(yàn)，在試驗(yàn)中記錄高海拔環(huán)境下鹽密、灰密對復(fù)合絕緣子直流污閃特性的影響，并設(shè)置瓷質(zhì)支柱絕緣子作為對照，分析對比試驗(yàn)結(jié)果。

3 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法

3.1 試品

高海拔地區(qū)±800kV復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性試驗(yàn)中共設(shè)置6組試驗(yàn)，其中4組是在4種不同的傘裙結(jié)構(gòu)的復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性試驗(yàn)，另2組則是以瓷質(zhì)支柱絕緣子的直流污閃特性，與前4組試驗(yàn)形成對照。復(fù)合絕緣子的傘裙結(jié)構(gòu)較為簡單，傘的下表面無棱、光滑，通?？煞譃榈菑絺愫痛笮銉深?，二者均在實(shí)際輸電線路中得到了廣泛應(yīng)用。在復(fù)合絕緣子生產(chǎn)過程中，復(fù)合絕緣子的傘裙直徑、形狀及傘間距均可以根據(jù)實(shí)際需要加以設(shè)計(jì)和制造，因此，傘裙結(jié)構(gòu)的差異將在不同程度上影響輸電性能。

3.2 試驗(yàn)裝置與方法

（1）本試驗(yàn)電源采用±250kV直流污閃電源，并且在正式試驗(yàn)前已測試該電源，滿足相關(guān)規(guī)定中試驗(yàn)電源的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)方法采用人工污穢試驗(yàn)的固體污層法。具體試驗(yàn)中，模擬導(dǎo)電物與模擬惰性物質(zhì)分別采用氯化鈉與高嶺土完成，二者采用定量涂刷法，以一定比例將二者與去離子水混合形成污液后均勻涂刷與絕緣子表面，后待絕緣子表層污液陰干后方可進(jìn)入霧室進(jìn)行試驗(yàn)，等待過程實(shí)踐約15～18h。進(jìn)入霧室實(shí)驗(yàn)中，以蒸氣霧方式進(jìn)行，霧室尺寸為編程10m正方體空間。

（2）通過對試驗(yàn)過程的觀察可發(fā)現(xiàn)，在高海拔地區(qū)環(huán)境下，低氣壓的氣候條件與直流電弧將更易導(dǎo)致傘裙間的橋接，這一現(xiàn)象也反映出高海拔地區(qū)符合支柱絕緣子直流污閃特性與平原地區(qū)的差異較大，因而平原地區(qū)用以修正的方法也難以契合高海拔地區(qū)的實(shí)際要求。在平原地區(qū)的修正方法多是利用人工氣候?qū)嶒?yàn)室的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)而成，但人工氣候室存在一定的局限性，在低氣壓條件下較難穩(wěn)定濕度并維持，因而恒壓升降法的采用存在技術(shù)上的難題，因而在大多情況下采用升壓法進(jìn)行試驗(yàn)，但在實(shí)際運(yùn)行中，升壓法并不被運(yùn)用。

（3）本試驗(yàn)中采用的恒壓升降法也是出于對高海拔地區(qū)氣候的模擬及相應(yīng)技術(shù)的實(shí)行難度考慮最終決定。具體來說，恒壓升降法首先需對試品加以恒定電壓，與此同時保證試品受潮，這一環(huán)節(jié)是對試品進(jìn)行耐受試驗(yàn)。通過對試品測漏電流值的測量，判斷其受潮狀態(tài)，在確認(rèn)試品完全受潮后，觀察試品是否出現(xiàn)閃絡(luò)，若始終沒有出現(xiàn)，則表明試品耐受通過，因而可進(jìn)行下一組提高-5%電壓差ΔU；若試品出現(xiàn)閃絡(luò)，則判定耐受不通過，下一組降低-5%電壓差ΔU。耐受試驗(yàn)過程中，為保證試品的受潮程度徹底，因而試驗(yàn)時間不低于60min/組。恒壓升降法試驗(yàn)過程中，每次試驗(yàn)均保證不低于10個點(diǎn)，同時每個點(diǎn)的試品均為重新涂污后進(jìn)行的試驗(yàn)。每一串試品在進(jìn)行耐受試驗(yàn)中，無論其耐受是否通過，試品均只經(jīng)受一次試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 鹽密對直流污閃電壓的影響

（1）以第1組試品為研究對象，進(jìn)行鹽密對復(fù)合支柱絕緣子直流污閃電壓影響試驗(yàn)，在試驗(yàn)中通過變化鹽密，觀察直流污閃電壓的變化情況。試驗(yàn)中在兩種不同的灰密條件下，保持50%直流污閃電壓，改變鹽密大小測得試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，鹽密對復(fù)合支柱絕緣子的直流污閃電壓影響較為顯著。當(dāng)灰密固定時，隨著鹽密增大，符合支柱絕緣子的直流污閃電壓不斷下降，近似冪函數(shù)關(guān)系，與交流條件下相似。從圖中可看出，隨著鹽密數(shù)值的不斷增大，復(fù)合支柱絕緣子的直流污閃電壓變化曲線各點(diǎn)斜率不斷減小，表明其變化幅度不斷降低，即隨著鹽密增大，絕緣子表面導(dǎo)電率增加緩慢，進(jìn)而導(dǎo)致直流污閃電壓下降放緩。此外，在不同灰密條件下，兩條曲線的特征指數(shù)基本一致，因此可以得出：鹽密與灰密對復(fù)合支柱絕緣子的直流污閃電壓的影響是相互獨(dú)立的。

4.2 灰密對污閃電壓的影響

（1）研究灰密變化對符合支柱絕緣子的直流污閃電壓的影響仍選取第1組為研究對象，試驗(yàn)中，保持一定的鹽密水平，變化灰密大小，觀察灰密變化下復(fù)合支柱絕緣子的直流污閃電壓的變化情況。

（2）根據(jù)測定數(shù)據(jù)及相應(yīng)分析可以看出，當(dāng)鹽密恒定而灰密不斷增大時，復(fù)合支柱絕緣子的污閃電壓不斷降低，其圖像呈近似冪函數(shù)關(guān)系圖像。灰密增大會造成短時間內(nèi)（通常是20h內(nèi)）復(fù)合支柱絕緣子的憎水性遷移速度放緩，導(dǎo)致相應(yīng)直流污閃電壓下降。同時，根據(jù)浸潤理論，當(dāng)絕緣子表面不溶物質(zhì)的增多，在絕緣子表面所能吸收的水分會隨之增加，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣子表面的水膜增厚，泄漏電流增大。此外，與鹽密對復(fù)合支柱絕緣子直流污閃電壓的影響相同，灰密對其污閃電壓的影響變化規(guī)律與鹽密相獨(dú)立。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國電力發(fā)展向西部地區(qū)的不斷推進(jìn)，對高海拔地區(qū)大尺寸復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性研究需求愈發(fā)迫切。文章圍繞高海拔地區(qū)復(fù)合支柱絕緣子直流污閃特性展開探討，對復(fù)合支柱絕緣子進(jìn)行簡要介紹，并分析我國目前高海拔地區(qū)復(fù)合支柱絕緣子的應(yīng)用及存在的問題，最終以試驗(yàn)的形式探究高海拔地區(qū)復(fù)合支柱絕緣子的污閃特性，分別進(jìn)行了復(fù)合支柱絕緣子的耐受試驗(yàn)、鹽密與灰密對復(fù)合支柱絕緣子的直流污閃電壓的影響試驗(yàn)?；诖耍荚跒槲覈磥砀吆０蔚貐^(qū)復(fù)合支柱絕緣子的直流污閃研究與應(yīng)用提供參考。

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