高海拔地區架空輸電線路外絕緣和塔頭空氣間隙計算

周安春，李字明，何長華

（1.黑龍江省電力有限公司，哈爾濱市，150090；2.中國電力科學研究院，北京市，100192）

0 引言

西藏110 kV當—那—安線投入運行后，1年內故障跳閘近200余次，故障原因不明。該線路大多分布在海拔4 000m以上高海拔地區。由于DL/T 5092—1999《110～500 kV架空輸電線路設計技術規程》[1]對海拔3 500m及以上地區的架空輸電線路外絕緣和塔頭空氣間隙設計均沒有給出明確規定，該線路外絕緣和間隙設計參考了海拔3 500m以下線路的規定和經驗選擇，在運行中故障率較高，并暴露出外絕緣配置設計存在的不足。本文分析了影響高海拔地區架空輸電線路外絕緣的因素，推導了其外絕緣和空氣間隙的計算方法，可為高海拔地區架空輸電線路絕緣設計提供參考。

1 高海拔地區架空線路外絕緣影響因素

空氣間隙的擊穿電壓及絕緣子閃絡電壓與大氣狀態（氣壓、溫度、濕度）有關。高海拔地區大氣壓力小，導致大氣密度變小，使氣體和絕緣擊穿電壓降低，架空輸電線路絕緣和塔頭間隙配置應大大提高。由空氣相對密度定義可得

式中：δh為海拔高度為h時的空氣密度；δ0為海拔高度為0時的空氣密度；δ為海拔高度為h時的相對空氣密度。

根據氣體狀態方程式，得到空氣密度與海拔高度的關系為

式中：Δt為空氣溫度梯度，K/m；T0為標準狀態下絕對溫度，K。

由式（1）、（2）可得

高海拔地區δ在0.9以下。由式（3）可得高海拔地區絕緣和大氣擊穿電壓與空氣相對密度的關系為

式中：UJh為海拔高度為h時的架空輸電線路絕緣子閃絡和塔頭間隙擊穿電壓；UJ0為海拔高度為0時的架空輸電線路絕緣子閃絡電壓和塔頭間隙擊穿電壓；δx為修正的空氣相對密度，δx=kδ，k為空氣相對密度修正系數。通過計算得到的1組海拔高度、相對密度和修正后的相對密度數據，如表1所示。

由式（3）、（4）可得海拔高度為h時的架空線路絕緣子閃絡電壓和塔頭間隙擊穿電壓與海拔高度的關系為

表1 h h、δ與δx的關系Tab.1 Relationship a mongh，δandδx

式（5）表明：在高海拔地區，影響架空輸電線路絕緣子閃絡電壓和塔頭間隙擊穿電壓的主要因素是海拔高度[2-10]。

2 高海拔地區架空輸電線路外絕緣和空氣間隙的計算方法

由于架空輸電線路外絕緣和空氣間隙擊穿電壓與線路外絕緣配置和空氣間隙成線性反比的關系，即地區海拔越高，架空輸電線路外絕緣和空氣間隙擊穿電壓就越小，而架空輸電線路外絕緣和空氣間隙的配置就越高，其關系為

式中：FTh為海拔高度為h時的架空輸電線路爬電比距設計值，cm/kV；Fh為海拔高度為h時的架空輸電線路爬電比距，cm/kV；F0為海拔高度為0時的架空輸電線路爬電比距，cm/kV；Gh為海拔高度為h時的架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小空氣間隙，m；F0為海拔高度為0時的架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小空氣間隙，m；GTh為海拔高度為h時的架空輸電線路空氣間隙設計值，m；Δd為結構裕度，m；d為帶電作業人員活動范圍，m。

由式（6）～（8）計算得到高海拔地區110 kV架空輸電線路帶電部分與桿塔構件的最小空氣間隙值，如表2所示。表中：Gqh為雷電過電壓下的最小空氣間隙；Gch為操作過電壓下的最小空氣間隙；Ggh為工頻電壓下的最小空氣間隙。

高海拔地區架空輸電線路外絕緣配置應充分考慮線路實際運行經驗和環境特點，目前大氣環境污染比較嚴重，高海拔地區如青海、云南、貴州、西藏等地也存在不同程度的污染現象；同時，高海拔地區普遍存在大風季節持續時間長、環境植被脆弱等現象，大

表2 1100kV架空輸電線路帶電體與桿塔構件的最小空氣間隙值Tab.2 Minimum length of airgap bettween charged body and tower

風常常夾帶沙塵使長期運行的瓷瓶灰密較高。因此，高海拔地區視灰密嚴重程度，架空輸電線路外絕緣配置宜按C級污區考慮。

C級污區的110 kV架空輸電線路不考慮帶電作業條件下的ZM 1型塔外絕緣配置和中線空氣間隙計算結果如表3所示。計算采用絕緣子為XP-70型普通絕緣子，鐵塔結構裕度取200mm。

表3 外絕緣配置和塔頭空氣間隙Tab.3 External insulation configuration and airgap of transm ission tower

3 高海拔地區架空輸電線路外絕緣改造措施

（1）調整線路爬距，直線鐵塔應配置12或13片XP-70絕緣子（結構高度146mm），耐張鐵塔應配置13片XP-100絕緣子。

（2）解決部分鐵塔塔頭間隙不足問題，中相采取了V型串布置，邊線采取了I串布置并加長橫擔措施。

4 結論

（1）西藏110 kV當—那—安線故障原因為：1）部分鐵塔塔頭空氣間隙不足；2）線路外絕緣子配置普遍偏低。

（2）通過采取調整線路爬距、鐵塔中相采取了V型串布置、邊線采取了I串布置并加長橫擔等措施，徹底解決了110 kV當—那—安輸電線路外絕緣配置偏低和塔頭空氣間隙不足的問題，改造后線路運行正常。

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