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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:2888
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

特高压直流输电线路用玻璃绝缘子运行性能研究

2020-07-17 15:19:05 产业经济 谷峰颉,王坤
资料简介

摘要:普通盘型绝缘子单片绝缘子的 50%闪络电压较低,同时随着海拔升高,污闪电压降低程度较大。在干旱少雨环境下,其自洁能力差、易积污、不易清扫。建议特高压直流输电线路尽量不选用该型式瓷绝缘子,选用自洁能力较强、积污较少的双伞或三伞型式的瓷绝缘子。

特高压直流输电线路用玻璃绝缘子运行性能研究

谷峰颉 王坤

国网乌鲁木齐供电公司 新疆乌鲁木齐 830011

摘要:普通盘型绝缘子单片绝缘子的50%闪络电压较低,同时随着海拔升高,污闪电压降低程度较大。在干旱少雨环境下,其自洁能力差、易积污、不易清扫。建议特高压直流输电线路尽量不选用该型式瓷绝缘子,选用自洁能力较强、积污较少的双伞或三伞型式的瓷绝缘子。

关键词:复合绝缘子,高压直流输电线路,可靠性

引言

中国电力科学研究院开展直流线路复合绝缘子可靠性研究与直流棒形悬式复合绝缘子的研制,解决了复合绝缘子应用于直流线路的主要技术问题:交直流电压下运行性能的差异;硅橡胶能否耐受直流电弧的灼蚀;其憎水性及其迁移性是否能确保端部金具不受表面泄漏电流的腐蚀;直流电压下的离子迁移是否会导致芯棒等材料的劣化、加速金具与芯棒联接区的密封破坏;直流高场强如何影响硅橡胶的材质性能,能否增加芯棒“脆断”发生的概率等。

1概述

中国电力科学研究院开展直流线路复合绝缘子可靠性研究与直流棒形悬式复合绝缘子的研制,解决了复合绝缘子应用于直流线路的主要技术问题:交直流电压下运行性能的差异;硅橡胶能否耐受直流电弧的灼蚀;其憎水性及其迁移性是否能确保端部金具不受表面泄漏电流的腐蚀;直流电压下的离子迁移是否会导致芯棒等材料的劣化、加速金具与芯棒联接区的密封破坏;直流高场强如何影响硅橡胶的材质性能,能否增加芯棒“脆断”发生的概率等。尽管我国高压直流线路大量使用复合绝缘子的时间尚不够长,但其机电性能已得到确认,其优越的抗污闪能力大大提高了我国±500kV直流线路运行的可靠性和系统可用率。如果在拟建的±800kV直流线路使用复合绝缘子,可以有效减少污秽地区使用瓷或玻璃绝缘子的串长和杆塔尺寸,免除拟建线路用瓷绝缘子时的清扫和检测零值工作,直接降低特高压直流工程的造价。

2直流线路的积污特点

2.1气候特点对绝缘子积污的影响

冬季干旱少雨,此时又正值采暖期,地面扬尘和烟尘等使空气中二氧化硫、氮氧化物和悬浮微粒含量高,持续雾霾天气频繁发生,绝缘子表面很难得到有效的雨水冲刷,绝缘子表面持续积污。

2.2直流电压对积污的影响

在直流电压下带电微粒受到恒定方向的电场力作用而被吸引到绝缘子表面,在相同条件下与交流设备相比直流外绝缘表面积污速度更快、脏污更严重。直流绝缘子的表面积污远高于交流绝缘子,平均高出1倍。

2.3直流电压对污闪的影响

与交流电弧相比,在恒定的直流电压下直流电流不存在过“零”现象,电弧稳定、易飘弧。在相同污秽和受潮条件下,绝缘子的直流污闪电压低于有效值表示的交流污闪电压,而且随着污秽度的增加,直流污闪电压下降的比率增大。在同样污秽等级下直流绝缘子的污闪电压比交流绝缘子的污闪电压低15%~30%.

3复合绝缘子的直流污闪性能的研究

3.1试验装置

众所周知,直流电压下绝缘子积污较交流时严重,且相同污秽条件下直流污闪电压较交流时更低。为确定复合绝缘子的直流耐污性能,选择合理的爬电比距,进行直流污秽试验十分必要。由于硅橡胶表面憎水性的变化对其污闪电压影响极大,人工污秽试验方法分为两个部分,即具有憎水迁移特性的耐污闪性能和丧失憎水迁移特性的耐污闪性能。前者用于检验新复合绝缘子,后者用于检验完全劣化的复合绝缘子。但二者用于绝缘配置都存在局限性。该装置主要由控制单元、柱式调压器、可控硅调压装置、升压变压器、整流回路和测量系统组成。柱式调压器粗调输出到单相可控硅调压装置。可控硅调压装置输出到升压变压器原边,通过试品电流、电压反馈实现动态调压保证施加在试品上的试验电压稳定和坚挺。升压变压器输出后的交直流转换是一倍压整流回路。主电容为一组经高压电容器串并联组成的0.415µF的等值电容。测量系统包括一个±600kV的阻容式分压器和一套串联在试品低压侧的小电流测量系统,电压信号和电流信号均通过信号电缆送至计算机进行数据采集、处理和分析。计算机可以对试品电压、电流幅值及波形进行实时显示和记录。该电源系统额定输入交流电压为6kV,额定输出直流电压为0~±600kV,额定输出电流为500mA,脉动系数在100mA阻性电流下小于3%,采用可控硅调压,动态调压能力强,在持续时间0.5s的500mA阻性负载电流下,试品上的电压降小于5%,电压过冲小于8%。雾室为12×12×15m3,采用蒸发雾,雾与试品的温差控制在5K之内,在整个试验过程中雾室温度不超过40℃。

3.2试验结果与分析

采用3个厂家不同伞径不同伞间距的试品进行分析。试品表面污层呈现憎水性时,置于雾中的试品受潮时间不得小于2h,以确保闪络试验时试品表面污层能够比较充分地受潮。试验在盐密0.1mg/cm2(灰密1.0mg/cm2)下进行,采用升压法试验结果为憎水性良好时的闪络电压为丧失憎水性时的1.7~1.8倍。试验在盐密0.05mg/cm2(灰密0.3mg/cm2)和0.08mg/cm2(灰密0.48mg/cm2)下进行,采用升降法得到丧失憎水性时不同伞型结构试品的50%闪络电压可相差20%。如果复合绝缘子的耐受电压按直流系统最高运行515kV计,50%闪络电压为651kV。用盐密0.1mg/cm2下的丧失憎水性试品的耐受电压计算,伞型较为合理的复合绝缘子的长度为10m。实际上复合绝缘子外绝缘按丧失憎水性设计就失去了选用的理由,也不符合运行实际。硅橡胶表面的憎水性在HC5级时,其污闪电压开始明显下降,按此条件设计,在盐密0.1mg/cm2下,复合绝缘子的长度为8.5m,相应的比距在30~33mm/kV。

3.3讨论

从上述结果可以看出,复合绝缘子即使在憎水性完全丧失的条件下,污闪电压仍然高出同等污秽度下瓷和玻璃绝缘子污闪电压的50%左右。在直流复合绝缘子的实际运行过程中,即使在污秽地区运行了相当长时间的复合绝缘子仍然具有相当好的憎水性。因此实际的复合绝缘子的污闪电压还要远远高于同等污秽条件下的瓷或玻璃绝缘子的污闪电压,在直流输电线路上采用复合绝缘子可大幅度提高线路的耐污秽能力。(1)关于试验及试验方法的有效性,从线路外绝缘的设计角度讲,绝缘子的污秽试验应采用50%闪络电压法,复合绝缘子也不应例外。但由于复合绝缘子在运行中表面易出现受潮和憎水性减弱的状况,因此在试验室中尚未找到合理的模拟方法。如果试验根据完全丧失憎水性的试品确定复合绝缘子的比距,实际上是为外绝缘的设计留下了相当大的裕度。(2)关于复合绝缘子爬电比距的选择,关于交流线路复合绝缘子爬电比距的选择,目前主要有两种观点:加拿大、日本等认为复合绝缘子与瓷和玻璃绝缘子取相同的比距;德国、美国等认为复合绝缘子比距可比瓷和玻璃低,如取2/3或3/4。从国外一些线路的实际使用状况看,复合绝缘子的比距略低于瓷和玻璃绝缘子的最大比距,保证了系统运行的安全。我国±500kV直流线路复合绝缘子的运行经验也证明了直流线路复合绝缘子比距取瓷和玻璃绝缘子的3/4是可行的。

结语

由于复合绝缘子的耐污闪性能良好,建议除大跨越段、重覆冰区外,直线悬垂绝缘子、耐张跳线绝缘子采用复合绝缘子。

参考文献

[1]DL/T810-2002.±500kV直流棒形悬式复合绝缘子技术条件[S].中华人民共和国国家经济贸易委员会,2002.

[2]陈季丹,刘子玉.电介质物理[M].机械工业部出版社,1982

[3]陈行.直流电场下瓷绝缘子老化影响因素的分析[D].水利电力部电力科学研究院,1987.