±800kV直流輸電線路大噸位絕緣拉吊工具的設計及研究

曹明德 梁育彬 牛彪 吳田

(1.國網山西省電力公司,山西太原 030000;2.中國電力科學研究院,湖北武漢 430074)

±800kV直流輸電線路大噸位絕緣拉吊工具的設計及研究

曹明德1梁育彬1牛彪1吳田2

(1.國網山西省電力公司,山西太原 030000;2.中國電力科學研究院,湖北武漢 430074)

800kV輸電線路絕緣子串長并且噸位大,對絕緣拉吊工器具的機械性能提出了很高的要求,本文結合800kV線路的特點,從工器具的長度、結構以及材料選擇方面進行設計,并對工器具進行了拉伸試驗,結果表明工器具滿足實際檢修的需要,該套工器具將為線路的檢修提供保障,將有效保證輸電線路不間斷持續(xù)供電,對確保電網的安全、可靠、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

800kV 特高壓 直流輸電 絕緣拉吊工具

1 引言

高壓直流輸電可遠距離、大容量傳輸電能,適合大區(qū)電網非同步互聯(lián),具有線路造價低,功率損耗小,功率調節(jié)迅速靈活,不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題等優(yōu)點。

哈鄭直流工程是國家實施“疆電外送”戰(zhàn)略、實現“十二五”期間新疆送出3000萬千瓦電力的第一個特高壓輸電工程,也是西北地區(qū)大型火電基地送出的首個特高壓直流工程。哈密～鄭州±800kV直流輸電工程額定電流5000A,額定輸送功率8000MW。工程西起新疆維吾爾自治區(qū)哈密市境內哈密換流站,東至河南省鄭州市中牟縣大孟換流站,航空直線長度為1982km,路徑長度為2211.3km,曲折系數1.11,其中一般線路長度為2207.4km(1%裕度),黃河大跨越長度為3.9km。與已建成的特高壓直流工程相比,哈密南～鄭州±800kV特高壓直流輸電工程輸送容量更大,送電距離更遠,技術要求更高,更加充分體現特高壓直流技術遠距離、大容量輸電的優(yōu)勢,是直流輸電技術進入規(guī)模應用的標準化工程,具有重大的示范效應。哈鄭直流輸電工程于2014年1月28日投運,自投運以來,有效緩解了河南用電緊張的局面,為社會經濟發(fā)展提供了清潔、可靠的能源保障。作為遠距離、大容量跨區(qū)電網輸電線路,線路運行后的停電檢修機率將會極少,而帶電作業(yè)作為輸電線路帶電測試、檢修、改造的重要手段,而800kV輸電線路絕緣子串長并噸位大,對絕緣拉吊工器具的機械性能提出了很高的要求,本文結合800kV線路的特點,從工器具的長度、結構以及材料選擇方面進行設計,并對工器具進行了拉伸試驗,結果表面工器具滿足實際檢修的需要,該套工器具將為線路的檢修提供保障,將有效保證輸電線路不間斷持續(xù)供電,對確保電網的安全、可靠、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

表1 絕緣拉吊工具基本參數

表2 芯棒主要技術性能指標

表3 傘套材料特性

表4 絕緣拉吊桿機械拉伸強度試驗值

圖1 三節(jié)結構

圖2 四節(jié)結構

圖3 節(jié)-節(jié)聯(lián)接結構

圖4 絕緣拉吊桿有效絕緣長度試驗布置示意圖

圖5 絕緣拉吊桿有效絕緣長度操作沖擊放電特性曲線

2 工器具的電氣和機械性能要求

2.1 機械性能

2.1.1 基本參數根據800kV輸電線路典型絕緣子串型以及絕緣子的噸位,得到絕緣拉吊工具的基本參數如(表1)所示。

2.1.2 工器具的結構

絕緣拉吊工具基本結構為三節(jié)結構,其中2X160kN導線V型跳線絕緣子串采用四節(jié)組成,中間節(jié)與節(jié)之間采用螺紋聯(lián)接,分別如圖1至圖3所示。

2.2 工器具的最小絕緣長度

絕緣拉吊桿有效絕緣長度試驗布置如圖4所示,將絕緣桿一端連接在導線掛點垂直上方活動橫擔,另一端連接在掛點處均壓環(huán)上,試驗中通過調節(jié)上方活動橫擔與導線的距離,分別選取距離為4.0m、4.8m、5.6m、6.4m和7.2m五個試驗點進行操作沖擊試驗,放電特性曲線如圖5所示。

根據試驗數據計算得出間隙系數K為1.17～1.21,考慮安全裕度,取K為1.17。由此,得到在此位置作業(yè)時操作沖擊50%放電電壓與間隙距離的關系為:

式中:U50為操作沖擊50%放電電壓,kV;

d為放電間隙距離,m。

3 絕緣拉吊工器具材料選擇

絕緣拉吊工具主要由端部金屬附件、玻璃纖維引拔棒(芯棒)和高溫硅橡膠傘套組成。芯棒外注射傘套比普通環(huán)氧絕緣拉桿具有更好的外絕緣性能和良好的耐污性能。

3.1 端部金屬附件材料

端部金屬附件采用40Mn-2。其材料的抗拉強度為885Mpa。金屬附件表面進行熱鍍鋅處理。

3.2 采用高性能的芯棒材料

采用抗脆斷的耐高溫、改性脫模劑玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂棒。芯棒材料中的玻璃纖維B203含量在0.15%以下,屬于無硼玻璃纖維,該玻璃纖維有很高的拉伸強度,約為普通鋼的1.4～2倍,為上釉高強瓷試條的5倍左右,還具有良好的減振性、抗蠕變性及抗疲勞斷裂性。更重要的是它具有優(yōu)良的抗脆斷性能。芯棒材料主要性能見表2。

3.3 傘套材料

采用高性能配方的高溫硫化硅橡膠。在直流電壓下傘套應不起痕,抵抗蝕損能力應比較高,一般其恒定電痕化等級需要達到1A 4.5級。此外,其憎水性應比較好,以提高表面絕緣電阻,防止形成干帶,提高抗污閃能力。另外,由于直流電壓下沿絕緣子表面的電壓分布主要取決于沿絕緣子的電阻分布,因而傘套材料的體積電阻率必需很高,例如,必須大于1012Ωm。其性能指標見表3。芯棒與護套之間的結合采用了YGO1401高性能偶聯(lián)劑。為了保證端部密封的可靠性,絕緣拉桿端部密封結構采用多重密封結構,即內密封為“O“形圈密封,外密封為室溫硫化硅橡膠密封。

4 機械性能試驗

對設計的300kN和530kN強度等級的絕緣拉吊桿機械拉繩強度進行了試驗,試驗結果如表4所示。

5 結語

(1)正對800kV串長不同的特點,采用分節(jié)的結構設計,提高了工器具的通用性和適用性。

(2)通過對兩種噸位的絕緣拉吊桿的拉伸強度試驗表明,該工具滿足大噸位導線的絕緣子更換的要求。

(3)防潮型帶電作業(yè)絕緣拉桿經過樣品試制,并經過試驗驗證,其技術參數滿足±800kV直流輸電線路帶電作業(yè)大噸絕緣拉吊工具性能要求。

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曹明德(1963-),男,高級工程師,本科,山西太原人,主要從事為電網輸變電設備運行與檢修管理工作。梁育彬(1964-),男,高級工程師,碩士,山西呂梁人,主要從事為電網輸變電設備運行與檢修管理工作。牛彪 (1981-),男,工程師,碩士,山西太原人,主要從事為輸電線路運行與檢修管理工作。