[科普中國(guó)]-外絕緣

我國(guó)特高壓直流輸電線路外絕緣選擇的特殊性

外絕緣選擇是±800 kV 直流輸電工程在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的最重要因素之一。與超高壓直流輸電線路設(shè)計(jì)一致，對(duì)特高壓外絕緣的要求仍可分為兩部分：帶電導(dǎo)線之間、帶電體與支撐結(jié)構(gòu)或地間的空氣間隙；支持帶電體必要的固體絕緣。后者取決于直流工作電壓和大氣污穢程度，屬于特高壓直流絕緣子電氣特性的研究范圍；對(duì)于前者，設(shè)計(jì)中必須考慮最小空氣間隙問(wèn)題，而對(duì)長(zhǎng)空氣間隙放電特性的認(rèn)識(shí)是其選擇的基礎(chǔ)。

還沒(méi)有成熟的±800 kV 直流輸電工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供借鑒和參考。在西電東送中，我國(guó)±800 kV直流輸電線路必然穿越高海拔、覆冰(雪)、污穢、酸雨(霧)等特殊環(huán)境的地區(qū)，這些特殊環(huán)境條件下的空氣間隙和絕緣子電氣特性及外絕緣選擇是國(guó)內(nèi)外面臨的技術(shù)難題。由于環(huán)境條件的差異，國(guó)外無(wú)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)雖在較低電壓等級(jí)上進(jìn)行過(guò)大量的研究，但針對(duì)±800 kV 直流工程在特殊環(huán)境下的外絕緣特性研究還很少。因此研究高海拔、污穢、覆冰(雪)、酸雨(霧)特殊環(huán)境下的特高壓直流線路空氣間隙和絕緣子電氣特性及外絕緣選擇方法是我國(guó)特高壓直流輸電線路建設(shè)中不可忽視的挑戰(zhàn)性技術(shù)難題1。

換流站外絕緣問(wèn)題換流站的外絕緣主要包括支柱絕緣子、穿墻套管和空氣間隙。支柱絕緣子與懸式絕緣子一樣受污穢、覆冰、酸雨、高海拔等因素的影響，影響規(guī)律也相似。

在已投運(yùn)的葛洲壩—南橋±500 kV 直流線路中，葛洲壩、南橋兩換流站的直流場(chǎng)多次發(fā)生外絕緣閃絡(luò)事故，主要是穿墻套管的不均勻雨閃、垂直套管的雨閃和外絕緣表面冰雪融化導(dǎo)致的冰閃。

穿墻套管的不均勻雨閃是在雨天其表面絕緣不均勻受潮引起的，垂直套管的雨閃是“污水簾+空氣間隙”串聯(lián)擊穿，兩者均隨著污穢度的增加而下降，而雨水電導(dǎo)率也嚴(yán)重影響雨閃電壓，我國(guó)酸雨區(qū)的擴(kuò)大，降雨酸度的增加，不可避免地將影響換流站的雨閃特性。換流站站址出現(xiàn)在高海拔地區(qū)同樣也不可避免，然而國(guó)外還沒(méi)有高海拔地區(qū)雨閃電壓變化規(guī)律的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)的研究也甚少，尚無(wú)定論。

換流站的空氣間隙主要有極母線間、極母線對(duì)地和極母線對(duì)各種架構(gòu)的間隙，主要問(wèn)題也是高海拔下長(zhǎng)空氣間隙的直流和沖擊電壓作用下的放電特性。

線路絕緣子選擇世界上投運(yùn)的超高壓輸電線路中，瓷、玻璃和合成絕緣子均有采用，以瓷和玻璃絕緣子為主。直流線路絕緣子由于鋼腳腐蝕和材質(zhì)中堿金屬離子遷移等危害，損壞多，且耐污能力有限。合成絕緣子具有機(jī)電強(qiáng)度高、重量輕、耐污性能好等優(yōu)點(diǎn)，南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心建議云廣±800kV線路大量采用合成絕緣子，但必須對(duì)延緩其材料老化和預(yù)測(cè)壽命周期等進(jìn)行研究。

選擇絕緣子片數(shù)的方法有：按運(yùn)行電壓污穢條件、爬電比距法、按±500kV線路絕緣水平外推、按污耐壓法等，由于雙串絕緣子的污閃電壓比單串絕緣子的低5%~15%，且串間距越小，污閃電壓越低；V形串的污閃電壓比單串的高10%以上，因此必須考慮絕緣子串的布置方式。

綜合考慮污穢、覆冰、低氣壓等因素對(duì)絕緣子電氣特性的影響，可采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比較不同絕緣子的性能優(yōu)劣以及確定某一環(huán)境下的絕緣子片數(shù)。

操作過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓對(duì)特高壓直流線路絕緣子片數(shù)的選擇不起控制作用，因此不必進(jìn)行過(guò)電壓校核。

在覆冰地區(qū)，長(zhǎng)串直流絕緣子的冰閃特性受海拔高度、污穢度、冰厚、絕緣子串布置方式的影響，海拔高度、覆冰厚度、覆冰水電導(dǎo)率等因素與絕緣子串直流最低閃絡(luò)電壓呈冪指數(shù)關(guān)系；極性效應(yīng)表現(xiàn)為負(fù)極性閃絡(luò)電壓一般比正極性閃絡(luò)電壓低20 %左右；絕緣子布置方式表現(xiàn)為垂直布置絕緣子串的冰閃電壓較V形串的低5%左右，較水平布置的低10 %左右2。

總結(jié)我國(guó)由于特殊的地理和氣候環(huán)境，特高壓直流輸電線路的外絕緣選擇有其特殊性，尚需進(jìn)行大量研究工作：

（1）高海拔、污穢、覆冰、酸雨(霧)環(huán)境是威脅我國(guó)特高壓直流輸電工程安全運(yùn)行的主要因素，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下直流絕緣子的閃絡(luò)特性和機(jī)理，尤其是長(zhǎng)串絕緣子的閃絡(luò)和耐受特性的研究非常迫切。

（2）研究不同型式絕緣子在各種氣象條件下的積污、覆冰規(guī)律，比較不同型式絕緣子的性能優(yōu)劣，選擇適合我國(guó)特高壓直流輸電線路的絕緣子型式。

（3）研究長(zhǎng)空氣間隙直流、沖擊放電特性和機(jī)理，特別是高海拔低氣壓條件下的直流、沖擊放電特性。

（4）進(jìn)行特殊桿塔和換流站空氣間隙直流、沖擊放電的補(bǔ)充和驗(yàn)證試驗(yàn)。

（5）在應(yīng)用現(xiàn)有的外絕緣選擇方法時(shí)，必須考慮高海拔、污穢、覆冰(雪)、酸雨(霧)對(duì)外絕緣特性的影響，進(jìn)一步探討適合我國(guó)特高壓直流線路外絕緣選擇的方法3。