1000kV合成绝缘子串长及串型优化-刘仲权.ppt

1、,2013年4月,绝缘子串长优化在工程中的应用,- 1 -,目 录,一、项目提出 二、关键技术问题 1.复合绝缘子污闪特性研究 2.复合绝缘子冰闪特性研究 3.电场分布计算及均压特性研究 4.线路电磁环境分析 5.串长优化后操作雷电和操作性能复核 6.十字联板金具受力分析及结构设计研究 7.十字联板金具安装技术及运行情况研究 三、工程应用及经济效益分析,- 2 -,一、项目提出,绝缘子串长是塔型规划与设计的基础，直接影响输电线路造价。串长优化是特高压交流输电线路设计优化的重要环节。以“确保工程安全性、提高工程经济性”为指导，有必要对1000kV悬垂串合成绝缘子串长及型式进行优化。,- 3 -,

2、一、项目提出,（1）原设计方案：1000kV晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程外绝缘设计中，综合考虑海拔高度、绝缘裕度及简化设计等因素，、级污区统一采用了结构高度9750mm，爬电距离32000mm的复合绝缘子。 （2）原设计方案存在的问题：绝缘子串长裕度相对较大。 （3）新设计方案的可行性：根据理论资料推算，推荐1000kV交流线路工程采用的合成绝缘子结构高度取9000mm，最小干弧长度8450mm，可满足工程安全运行的要求。,特高压悬垂串复合绝缘子串长优化研究的提出,- 4 -,一、项目提出,（4）提出新项目：推荐采用在500kV线路有成功设计、运行经验的十字联板的双联绝缘子组合方式。该

3、项目能进一步缩短线路双联绝缘子串整体长度，缩小塔头尺寸，减轻铁塔重量。 （5）确定研究项目：采用新型双联悬垂串型的应用的研究。,优化串型对比图,- 5 -,一、项目提出,（6）项目的经济优势：1000kV悬垂合成绝缘子长度和串型优化后，经济效益显著，以锡盟-南京输电线路工程为例：经过初步计算表明特高压交流同塔双回线路绝缘子及金具串优化后可缩短串长约1.51.75m，直线杆塔单基耗钢量可降低10左右，转角杆塔可降低5左右。经济效益明显。,- 6 -,（7）项目主要内容和关键点,特高压悬垂串复合绝缘子串长优化研究 1）复合绝缘子污闪特性研究 2）复合绝缘子冰闪特性研究 3）电场分布计算及均压特性研

4、究 4）线路电磁环境分析 5）串长优化后操作雷电和操作性能复核 特高压交流新型金具应用研究 1）十字联板金具受力分析及结构设计研究 2）十字联板金具安装技术及运行情况研究,一、项目提出,- 7 -,二、关键技术研究,经初步分析表明，1000kV悬垂合成绝缘子串长和串型优化后，理论上能保证输电线路安全运行，经济效益也特别突出。但为确保串长和串型优化后的工程安全性和经济性，必须对复合绝缘子污闪特性、冰闪特性，优化后绝缘子串电场分布，优化后线路电磁环境，雷电性能及操作冲击特性和新型金具受力分析与结构设计，新型金具安装技术七个方面进行技术攻关。,- 8 -,二、关键技术问题 1）复合绝缘子污闪特性研究

5、,1）复合绝缘子污闪特性研究 （1）研究目的 通过对复合绝缘子开展弱憎水性和亲水性条件下的污闪特性试验研究，进一步掌握1000kV复合绝缘子的电气性能，优化目前1000kV特高压交流试验示范工程所采用的复合绝缘子的长度，达到减小塔头尺寸，降低工程造价的目的。,- 9 -,二、关键技术问题 1）复合绝缘子污闪特性研究,（2）主要研究方案与内容 试验一：复合绝缘子弱憎水性判定 根据多年运行后复合绝缘子憎水性测量的经验，复合绝缘子表面一般都具有憎水性。另外根据今年年初特高压交流试验示范工程沿线污秽测量时对复合绝缘子表面憎水性的测量结果，合成绝缘表面子也呈现憎水性。项目按照最弱的憎水性HC6进行试验。

6、,- 10 -,二、关键技术问题 1）复合绝缘子污闪特性研究,试验二：9m复合绝缘子弱憎水性条件下的人工污秽试验 盐密取为0.25mg/cm，灰密为1.0mg/cm。取得了弱憎水性下污秽试验结果：,通过污耐受法，可以计算级污区（盐密0.250.35mg/cm）所需复合绝缘子长度为7.01m。,- 11 -,二、关键技术问题 1）复合绝缘子污闪特性研究,试验三：9m复合绝缘子亲水性条件下的人工污秽试验 盐密取0.1 mg/cm、0.25 mg/cm、0.35mg/cm、灰密为1.0mg/cm，亲水性条件下污秽结果：,通过污耐受法，可以计算盐密0.250.35mg/cm情况下所需复合绝缘子长度为8

7、.459.22m。,- 12 -,二、关键技术问题 1）复合绝缘子污闪特性研究,（3）研究结论 根据国内合成绝缘子运行经验和1000kV试验示范线路工程复合绝缘子覆污测试结果表明，合成绝缘子表面一般都具有憎水性。因此，9m长的复合绝缘子完全可以满足线路安全运行的需要。 （4）国内运行线路外推结论 根据国内500kV、750kV线路合成绝缘子设计及运行经验，推算1000kV线路合成绝缘子结构高度为8550mm，干弧长度为8000mm，能和目前国内500kV、750kV线路的绝缘水平相当。,- 13 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,2）复合绝缘子冰闪特性研究 （1）研究目的 随着

8、进年来输电线路建设环境的恶化，覆冰污秽闪络事故时有发生，本章着重对复合绝缘子覆冰闪络特性进行研究。 （2）主要研究方案与内容 本课题主要通过国网电科院、中国电科院对SDD=0.030.2mg/cm, NSDD/SDD=6，条件下9m普通复合绝缘子防冰伞型绝缘子和300kN双伞瓷绝缘子的覆冰试验，确定9m长复合绝缘子覆冰污秽闪络特性。 试验如下图所示：,- 14 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,绝缘子覆冰试验布置图,- 15 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,10mm典型覆冰状态 15mm典型覆冰状态 20mm典型覆冰状态,不同覆冰状态的对比,- 16 -,二、

9、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,复合绝缘子的闪络试验过程,- 17 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,复合绝缘子 闪络试验过程,- 18 -,二、关键技术问题 2)复合绝缘子冰闪特性研究,试验一： SDD=0.03mg/cm2, NSDD/SDD=6条件下覆冰试验结果,- 19 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,试验二：SDD=0.05mg/cm2, NSDD/SDD=6条件下覆冰试验结果,- 20 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,试验三：SDD=0.10mg/cm2, NSDD/SDD=6条件下覆冰试验结果,- 21 -,二、关键技

10、术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,试验四：SDD=0.20mg/cm2, NSDD/SDD=6条件下覆冰试验结果,- 22 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,试验五：SDD=0.20mg/cm2, NSDD/SDD=6条件下覆冰试验结果 中国电科院,- 23 -,二、关键技术问题 2）复合绝缘子冰闪特性研究,3）项目结论 根据国网电科院试验结果， 9m复合绝缘子在绝缘子覆冰“半桥接”状态、重污秽条件下，能满足1000kV输电线路安全运行的需要；中国电科院试验结果，9m复合绝缘子在绝缘子覆冰“即将桥接”状态、重污秽条件下，能满足1000kV输电线路安全运行的需要。故，9m复合绝

11、缘子在轻冰区、重污秽条件下能满足1000kV输电线路安全运行的需要。 在严重覆冰区域（20mm及以上），同样长度的瓷或复合绝缘子都会出现完全桥接，其闪络电压比较接近，在设计阶段应使线路避免通过易形成重覆冰的微气象地区。,- 24 -,二、关键技术问题 3）电场分布计算及均压特性研究,3）电场分布计算及均压特性研究 （1）研究目的 验证现有的均压环配置是否满足工程要求。 （2）主要研究方案与内容 西安交通大学以特高压试验示范工程及皖电东送工程的相关资料及研究成果为基础，对串长及串型优化后缩小塔头尺寸和绝缘子串长后的单回和双回线路直线塔下的I型、V型悬垂复合绝缘子电场分布进行校核计算与分析。,-

12、25 -,二、关键技术问题 3）电场分布计算及均压特性研究,（a）ZB291酒杯塔型 （ b）SZ301P双回塔型 （c）SVZ301P双回塔型,计算塔型 主要对ZB291、SZ301P和SVZ301P塔型进行了计算和对比分析：,- 26 -,二、关键技术问题 3）电场分布计算及均压特性研究,（b）新型ZB291酒杯塔型 （b）新型SZ301P双回塔型 图2.3-1 计算用塔型一览图,计算结果 ZB291酒杯塔单回悬垂复合绝缘子的电场分布计算结果,- 27 -,二、关键技术问题 3）电场分布计算及均压特性研究,（b）新型ZB291酒杯塔型 （b）新型SZ301P双回塔型 图2.3-1 计算用塔

13、型一览图,计算结果 SZ301P塔双回I型悬垂复合绝缘子的电场分布计算 SVZ301P塔双回V型悬垂复合绝缘子的电场分布计算,- 28 -,二、关键技术问题 3）电场分布计算及均压特性研究,（b）新型ZB291酒杯塔型 （b）新型SZ301P双回塔型 图2.3-1 计算用塔型一览图,（3）项目结论 由计算结果及分析可知，新塔型及新串型下悬垂复合绝缘子的均压环与特高压交流试验示范工程配置方案一致时，其表面最大场强在2000V/mm左右，复合绝缘子上最大场强在400V/mm以下，均满足控制要求。,- 29 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,4）线路电磁环境分析 （1）研究目的 优化后的串

14、长对环境影响的评估。 （2）主要研究方案与内容 国网电科院和中国电科对1000kV特高压交流单回路和同塔双回串型优化布置线路的电磁环境进行了研究。主要包括：通过统计分析特高压试验示范工程长期实测及特高压交流试验基地线路观测数据，对传统可听噪声和无线电干扰计算方法进行修正，并按照修正后的方法对优化串长后的环境控制参数评估。,- 30 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,试验一：理论计算电磁环境 （一）1000kV输电线路的可听噪声计算方法 美国BPA提供的公式 （二）1000kV输电线路无线电干扰计算方法 CISPR18-3推荐的激发函数法计算方法,- 31 -,二、关键技术问题 4）线

15、路电磁环境分析,试验二：电磁环境分析方法-可听噪声计算方法修正 a）可听噪声实际测试结果与理论计算值的对比：,特高压试验基地线段噪声计算结果和基地的实测值结果如右图，由图可见，与基地条件相同的计算结果的边相外20m处的噪声约为46.2dB（A），实测值为43.9dB（A），二者存在约2.3dB的差异。由此可见，实测水平低于采用BPA公式计算值，所以按保守修正，采用-2dB,- 32 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,b）试验示范工程线路可听噪声计算结果与实测值比较,试验示范工程线路1100kV下15m处可听噪声的监测结果比计算结果小8 dB，1050kV下15m处可听噪声的监测结果比

16、计算结果小6 dB，相差较大，这可能与没有大雨天气情况下的监测数据有关，所以仅作参考。,- 33 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,c）可听噪声计算结果与测试结果对比小结 从试验线段单回路测量和计算结果上看，计算结果较测试结果大约2.3dB；而在早期的研究中，武汉高压研究所特高压户外试验场地的单相导线试验线段的测试数据 值较计算结果小约1 dB。但由于早期的研究是在200m长的三相水平排列单相带电运行的情况下进行的。 综上，拟采用-2 dB对可听噪声的计算结果进行修正。,- 34 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,试验三：电磁环境分析方法- 无线电干扰计算方法修正 a）试验

17、基地单回路线段无线电干扰测试结果分析,综合试验基地数据分析发现，在稳定的中雨的情况下，无线电干扰值约为63-65dB；在大雨情况下，无线电干扰值为65-75dB。 在测量过程中同时发现，无线电干扰随雨量的变化是瞬时的，而且，即使在大雨情况下，从目前的数据来看，其值也不是一个稳定值，随着雨量的增加而增加。,- 35 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,b）试验示范工程线路的无线电干扰测试结果分析,根据CISPR出版物的信息和我国的经验指出，采用CISPR激发函数法计算无线电干扰时，即对大雨条件到好天气下无线电干扰的差值合计20.5dB。按照国网电科院在750kV线路的测试研究得出的相应差

18、值为18 dB。 对比计算按照减少18和20.5dB与实测结果，按照减少20.5计算结果与测试结果基本一致。,- 36 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,c）无线电干扰计算结果与测试结果对比小结 根据测试结果和计算结果对比，计算电压取1050kV、土壤电阻率为100 m、以及雨天与好天气均值差值取20.5的dB条件下，计算得到的好天气无线电干扰均值与长期监测站监测结果基本一致。 综上，当采用激发函数法计好天气无线电干扰时，可在雨天计算结果基础上减少20.5dB进行修正。,- 37 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,试验四：以SZ301为例：按照传统和修正后的算法，在电压为1

19、050、1080、1100kV情况下，优化串长和串型后SZ301可听噪声和无线电干扰值如下表,- 38 -,二、关键技术问题 4）线路电磁环境分析,（3）项目结论 按试验示范线路工程和基地测试数据对传统理论计算方法的修正，对串长和串型优化后的塔型计算可知：海拔500m以下的特高压双回线路无线电干扰在1100kV下运行都可以满足可听噪声和无线电干扰限值的要求；在1050kV运行时，即使在海拔1500m左右的特高压双回线路的也可满足此要求；若在1080kV运行，可在海拔1250m左右处的线路满足不大于55dB的要求。,- 39 -,二、关键技术问题 5）串长优化后操作雷电复核,5）串长优化后操作雷

20、电复核 （1）研究目的 优化后的串长是否满足耐雷电、操作性能。 （2）主要研究方案与内容 中国电力科学院对串长及串型优化后，缩小尺寸的铁塔进行了绕击耐雷性能、反击耐雷性能的耐雷性能进行了复核，并对减小雷电间隙距离可行性分析。课题同时对耐操作性能的复核。,- 40 -,二、关键技术问题 5）串长优化后操作雷电复核,（3）项目结论 a）按照雷电最小空气间隙距离（上导线对下横担）为6.7m进行绝缘子串长优化后，特高压输电线路的耐雷性能会有所提高。 b）若将雷电最小空气间隙距离（上导线对下横担）减小为6.0m，绝缘子串长优化后，特高压输电线路的耐雷性能会降低。推荐雷电最小空气间隙距离仍取6.7m。 c

21、）缘子串长优化后，I型串导线对塔身的最小空气间隙距离仍是由工频电压确定的，塔头操作冲击最小空气间隙距离推荐值仍为6.0m，塔头尺寸能满足要求。,- 41 -,二、关键技术问题 6）十字联板金具受力分析及结构设计研究,6）十字联板金具受力分析及结构设计研究 （1）研究目的及方案 中国电力科学研究院，针对双联I型绝缘子串开展新型十字联板的受力分析和结构设计，主要内容包括：十字联板结构型式的选择、十字联板的结构设计、十字联板的受力分析、十字联板的机械力学试验。通过理论计算和试验验证，分析十字联板的受力特点，设计不同强度等级的十字联板，为金具的制造提供依据。,- 42 -,二、关键技术问题 6）十字联

22、板金具受力分析及结构设计研究,（2）项目结论 通过进行十字联板的受力分析和结构设计，研制了特高压交流输电线路双联I型悬垂绝缘子串用新型十字悬垂联板，主要结论如下： 1）特高压交流输电线路十字联板应采用组合螺栓形式； 2）设计的1100kN十字联板由大小两块联板插接后用角钢连接而成，结构合理，受力明确，制造、运输和安装方便，并预留了均压环安装孔和施工孔，满足工程技术要求；,- 43 -,二、关键技术问题 6）十字联板金具受力分析及结构设计研究,3）十字联板的受力分析结果可信，机械力学结果表明，设计的十字联板在正常运行工况和绝缘子断联工况下强度均满足使用要求。 4）标称破坏载荷为840kN、640

23、kN和1100kN十字联板完全相同，三种联板的主要结构尺寸见下表,- 44 -,二、关键技术问题 7）十字联板金具安装技术及运行情况研究,7）十字联板金具安装技术及运行情况研究 （1）研究目的及方案 国家电网公司交流建设分公司针对十字联板特点开展滑车悬挂、附件安装等施工技术研究及配套工器具研制，主要内容如下： （1）5种放线滑车悬挂方式研究； （2）相关附件施工安装方案和工艺； （3）金具包装与运输； （4）配套施工工器具研制； （5）基地试挂试验,- 45 -,二、关键技术问题 7）十字联板金具安装技术及运行情况研究,（2）项目结论 通过进行十字联板的安装试验，主要结论如下： 1）十字联板在

24、结构上能够满足施工需求； 2）十字联板所预留施工孔在位置，荷载等方面均能满足施工需求； 3）特高压交流输电线路十字联板应采用组合螺栓形式； 4）滑车悬挂方案一、滑车悬挂方案二及对应的附件安装方案具有施工效率高，高空作业量少等优点，可以在施工中推荐使用； 5）配套研制的施工工器具具有安全可靠，使用方便的特点，可以在施工中推荐使用。,- 46 -,二、关键技术问题 7）十字联板金具安装技术及运行情况研究,方案一滑车悬挂示意图（推荐）,方案二滑车悬挂示意图（推荐）,方案五滑车悬挂示意图,方案四滑车悬挂示意图,方案三滑车悬挂示意图,- 47 -,二、关键技术问题 7）十字联板金具安装技术及运行情况研究

25、,（3）项目运行情况 1）十字联板试挂完毕后，分别在晴天、雨天、大风等多种天气条件下对其运行状态进行了跟踪观察。运行正常，未发生异常现象。 2）用红外线摄像机对十字联板的运行温度情况进行了观察，平均运行温度在50左右。,- 48 -,二、关键技术问题 7）十字联板金具安装技术及运行情况研究,3）分别在晴朗和阴天夜晚肉眼观测了十字联板的运行情况，未观测到电晕。 4）用紫外线摄像机对十字联板的运行电晕情况进行了观察，十字联板本体均未产生电晕现象。,- 49 -,三. 工程应用及经济效益分析,经过复合绝缘子污闪特性、冰闪特性，优化后绝缘子串电场分布，优化后线路电磁环境，雷电性能及操作冲击特性和新型金

26、具受力分析与结构设计，新型金具安装技术七个方面的科研攻关，优化串长的1000kV合成绝缘子串的应用主要取决于工程实际电压分布、污秽情况、覆冰情况和海拔情况。 下面以锡盟-南京输电线路工程为例对新型绝缘子串在工程中的应用及经济效益进行分析,- 50 -,三、工程应用及经济效益分析 1）工程应用基本条件,1）工程应用基本条件 （1）应用条件一：电压分布 通过中国电科院计算表明，不论在那种运行方式下，锡盟-南京输电线路工程三段线路的最高电压均小于1080kV。以锡盟-北京东段为例，三种运行方式情况下，全线电压分布如下图：,- 51 -,三、工程应用及经济效益分析 1）工程应用基本条件,（2）应用条件

27、二：污秽情况 经统计，锡盟-南京输电线路工程全线除约100km为IV污区外，其余均在III级污区以下。以锡盟天津段线路为例，本段污区分布如下表：,- 52 -,三、工程应用及经济效益分析 1）工程应用基本条件,（3）应用条件三：覆冰情况 1000kV锡盟-南京输电线路全线设计覆一览如表： 注：地线覆冰厚度增加5mm,- 53 -,三、工程应用及经济效益分析 1）工程应用基本条件,（4）应用条件四：海拔情况 结合线路设计单双回路的规划情况，锡盟-南京线路工程全线单回路海拔在1700m以下，双回路海拔在1000m以下。各段海拔分布如下： 锡盟站承德开闭所 承德开闭所北京东站,- 54 -,三、工程应用及经济效益分析 工程应用基本条件,北京东站天津南站