特高压输电技术7

特高压输电的绝缘配合电网中电气设备的绝缘，在运行中会受到以下几种电压的作用：工作电压：具有工频频率，持续地作用在绝缘上。其最大值，相间为系统最高电压，对地为系统最高相电压。暂时过电压：因电网操作或故障引起的，较长持续时间的工频过电压和谐振过电压。后者包括持续时间较长的工频、含有高次或低次谐波的谐振过电压。操作过电压：因电网操作或故障引起的持续时间数毫秒、高阻尼振荡或非振荡过电压。雷电过电压：来自电网外部、大自然的雷电放电引起的过电压。

2004-12-141特高压输电的绝缘配合电气设备的绝缘，在上述各种电压作用下呈现出相应的绝缘强度(一般以其放电电压来表征)。绝缘配合技术则是在考虑运行环境和过电压保护装置特性的基础上，根据设备上可能出现的电压，科学合理的选择其绝缘水平。在此过程中，应权衡设备造价、维修费用和故障损失，力求用较为合理的成本获得较好的经济效益。随着电网电压等级的提高，特别是在特高压电网中，空气间隙的放电电压在操作过电压下呈现饱和特性，这些使得电气设备的绝缘占据设备总投资的份额愈来愈大。而超/特高压电网因其输送容量巨大，绝缘故障后果将非常严重。因此，绝缘配合问题在超/特高压输电领域，更值得关注。

2004-12-142特高压输电的绝缘配合特高压输电绝缘的电气特性特高压输电绝缘的分类

特高压架空输电线路绝缘可分为两类：一类是导线与杆塔或大地之间的空气间隙，而另一类则是绝缘子。空气间隙有：导线对杆塔之间的空气间隙、导线之间的空气间隙、档距中间导线对地的空气间隙、档距中间导线对地面上运输工具或传动机械间的空气间隙。特高压变电所绝缘的分类：如特高压变电所采用敝开式高压配电装置（AIS），那么空气也是特高压变电所的主要绝缘介质。导线与悬挂导线的架构之间采用绝缘子实现导线与地之间的绝缘。

2004-12-143特高压输电的绝缘配合特高压输电绝缘的电气特性特高压输电绝缘的分类如特高压变电所采用半封闭组合电器(HGIS)或全封闭组合电器(GIS)，则其GIS部分有六氟化硫（SF6）气体绝缘和内部合成绝缘子外，GIS尚有引入引出套管等绝缘元件。特高压变电所电气设备，诸如电力变压器、高压并联电抗器、电流互感器等为油纸非自恢复绝缘设备。2004-12-144特高压输电的绝缘配合特高压架空输电线路的绝缘子

特高压输电工程对绝缘子提出了更多更高的要求。如高机械强度、防污闪、提高过电压耐受能力和降低无线电干扰等。作为特高压架空输电线路的绝缘子，由于其悬挂的相导线根数多、截面大，加之风力、复冰等极苛刻的运行条件，因此必须有足够大的机械荷载能力。一般要有210、330和540kN。

绝缘子运行中需要承受工作电压和操作过电压的作用，前者与绝缘子表面的爬电距离有关，后者则与绝缘子的结构高度有关。设计特高压输电线路绝缘子的造型，应充分注意这一特点,以使绝缘子串在承受上述两种电气荷载的特性方面能有较好的配合。

2004-12-145特高压输电的绝缘配合特高压架空输电线路的绝缘子

鉴于目前我国大气环境条件尚不够良好，研究开发自清洗能力强、耐污闪的特高压输电线路用绝缘子，确是当务之急。基于国内外超高压架空输电线路复合绝缘子在污秽地区的良好运行特性，在较重污秽地区的特高压架空输电线路也宜采用复合绝缘子。前苏联的1150kV特高压架空输电线路大约采用了700多支复合绝缘子目前，国内合成绝缘子厂家，如山东泰光公司，已经研制出1000kV线路用复合绝缘子。2004-12-146特高压输电的绝缘配合特高压架空输电线路空气间隙的放电特性

空气间隙的放电电压与作用的电压种类、极性(操作/雷电过电压)、波形(操作过电压的波头长度)、构成空气间隙电极的形状、距离以及所在地区的空气气象参数等因素有关。正极性操作/雷电过电压作用时，空气间隙呈现出较小的放电电压。

冲击波的波头长度与放电电压的关系非常密切。当冲击波波头长度在数百微秒左右，有最小的放电电压（参见图7-3）。当间隙长度增加时，相应于最小放电电压的冲击波波头长度也变大。

2004-12-147特高压输电的绝缘配合特高压架空输电线路空气间隙的放电特性特高压电网中操作过电压的研究表明，操作过电压的波头长度为600到4500μs。线路上全部过电压中，有90%以上的波头长大于1000μs。考虑到这些数据，前苏联学者推荐试验冲击电压的波头长度等于1000μs。

当冲击波波头在1000～5000μs范围内变化时，长空气间隙的试验结果基本是相同的。中国电科院针对500kV电网的研究表明，操作过电压的波头在绝大多数的情况下都超过2000μs。近期武高所对我国特高压1000kV示范工程的研究显示，操作过电压的波头都超过3000μs。2004-12-148特高压输电的绝缘配合导线对地的空气间隙

曲线1～7—正极性；8～10—负极性；1～6、9—操作冲击；7、10—雷电冲击；1～3、7、8、10—线下无运输工具的模型；4～6、9—线下有运输工具的模型；曲线1、4—导线型号为2×AC-300/66及4×AC-300/66；2、5、8、9—导线型号为8×AC-400/51，rp=0.6m；3～6—导线型号为8×AC-400/51，rp=1.5m导线（档中）对地空气间隙与其放电电压关系曲线

正极性操作放电电压2004-12-149特高压输电的绝缘配合导线对杆塔的空气间隙

1—分裂导线根数n=2，rp=0.2m；2—n=8，rp=0.6m；3—n=12,rp=1.5m导线对杆塔间隙的距离与其间隙的工频放电电压（幅值）关系曲线2004-12-1410特高压输电的绝缘配合平行导线之间的空气间隙

（导线束布置在两个平行面内，相邻导线距离d=0.55m，每相的分裂导线为12根）1—50%放电电压；2—平均放电场强50%放电电压、平均放电场强与平行导线束的间隙距离关系

2004-12-1411特高压输电的绝缘配合绝缘配合的方法

惯用法

惯用法绝缘配合，通常是使得气设备的绝缘水平（BIL，SIL等）与作用的电压最大值之间保留一定裕度，即配合系数，以保证电气设备运行的安全。实质上，该系数是用于补偿在估计最大过电压和确定最低耐受电压时的误差。目前对电气设备非自恢复型内绝缘采用惯用法进行绝缘配合。

统计法

对于绝缘子和是空气间隙类自恢复型绝缘而言，其绝缘闪络电压是一个随机变量。而且作用于绝缘的过电压也是一个随机变量。当获知它们的信息之后，即可通过概率论理论应用统计法来进行绝缘配合设计。

2004-12-1412特高压输电的绝缘配合绝缘配合的方法

统计法

统计法绝缘配合是在充分掌握绝缘放电电压和作用的过电压二者的统计规律和关键技术参数的基础上，通过对各种因素的敏感性分析，按可靠性指标(可接受的绝缘闪络放电次数)作出一个经济可靠的绝缘配合设计。

目前，在330kV及以上的超/特高压输电线路工程中绝缘配合的统计法已被广泛的应用。

此外，对于超/特高压变电所的空气间隙选择时则一般采用半统计法。该方法的前提是对于操作/雷电过电压不再视为随机变量，而是采用变电所内安装的金属氧化物避雷器(MOA)的相应保护水平。但是对于空气间隙的放电电压则视为随机变量，且为安全起见采用其50%放电电压比MOA的保护水平低3倍的空气间隙放电电压标准偏差。此种配合方法保证了空气间隙闪络放电概率仅为0.00135。2004-12-1413特高压输电的绝缘配合特高压输电绝缘子的选择

超/特高压架空输电线路的研究和工程经验表明，随着操作过电压的深度降低和环境污秽情况的加重，绝缘子串的片数主要由工作电压决定。

国外1000kV特高压输电线路绝缘子串形及片数的选择2004-12-1414绝缘子串前苏联日本悬垂串串形I串和V串I串材料和材料盘形，玻璃盘形，瓷盘径（mm）300320390320340380额定机械破坏负荷（kN）210300400330420540片数44－5543－4549－61403832绝缘子串数/相1－21－22－422－32串长（m）8-1010－1412－147.87.97.68耐张串形状和材料盘形，玻璃盘形，瓷盘径（mm）320320340380额定机械破坏负荷（kN）300330420520片数47－57403832绝缘子串数/相4444串长（m）12－147.87.797.68前苏联和日本特高压输电线路绝缘子串配置

2004-12-1415特高压输电的绝缘配合特高压输电绝缘子的选择美国EPRI污闪耐受电压法的外绝缘设计污秽等级等值盐密串长1345kV500kV765kV1100kV很轻污秽0.03I串-182I串-262V串-222V串-332V串-502V串-46防雾型3轻污秽0.03～0.06I串-222V串-282V串-422V串-36防雾型3V串-57防雾型3中等污秽0.06～0.1I串-252V串-222V串-342V串-43防雾型3V串-69防雾型3V串-60半导体釉4V串-60合成绝缘5重污秽>0.1V串-302V串-422V串-53防雾型3V串-64半导体釉42004-12-1416特高压输电的绝缘配合特高压输电绝缘子的选择国内750kV输电工程研究的成果及工程设计经验我国1000kV特高压输电线路绝缘子串形及片数的选择1000kV输电线路绝缘子片数选择结果和国外的比较特高压架空输电线路的绝缘子串形与片数选择的汇总变电所用绝缘子的污秽闪络特性2004-12-1417特高压输电的绝缘配合特高压架空输电线路空气间隙的选择工作电压下特高压架空输电线路导线对杆塔空气间隙的选择操作过电压下特高压架空输电线路导线对杆塔空气间隙的选择空气间隙(m)统计操作过电压(p.u.)海拔高度(m)10002000塔窗中V串1.66.58.21.77.39.2塔窗外V串1.66.27.71.76.98.6塔窗外I串1.65.06.11.75.56.8操作过电压要求的导线对杆塔的空气间隙2004-12-1418特高压输电的绝缘配合雷电过电压下特高压架空输电线路导线对杆塔空气间隙的选择雷电电压要求的线路导线对杆塔的空气间隙

绝缘子串塔窗中V串塔窗外I串绝缘子XWP-300XSP-300XWP-300XSP-300空气间隙(m)7.46.66.45.82004-12-1419特高压输电的绝缘配合特高压架空输电线路导线对杆塔的空气间隙特高压架空输电线路导线对杆塔的空气间隙(m)国别工作电压操作过电压雷电过电压V串I串V串I串中国3.06.5(7.3)/6.2(6.9)5.0(5.5)7.4/6.66.4/5.8前苏联2.58.0-9.06.0-7.0——日本3.09/3.21—6.0/6.555.69/6.75—6.626.22004-