特高壓直流輸電線路外絕緣設計的方法與依據探究

李金

摘 要：隨著全球氣候的變化，各種電子產品影響這人們的生活，人們對電的需求量逐漸增加。特高壓直流輸電以其容量大、距離遠、損耗低的底色成為我國輸電工程的一種趨勢。文章鑒于此，運用文獻資料法，解析了特高壓直流輸電線路外絕緣設計中所使用到的經驗法、爬電比距法、污耐壓法，剖析了特高壓直流輸電線路外絕緣設計的首要依據及其可以借鑒的經驗，以期推進特高壓直流輸電線路外絕緣設計理論方面的研究。

關鍵詞：特高壓 直流 外絕緣 輸電線路

中圖分類號：TM216 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0027-02

隨著我國經濟不斷發展的需要，架空輸電線路電壓等級亦不斷的得到穩定提高，我國的高壓直流輸電電壓由原來的±500kV提升至±800kV。±800kV直流輸電已然成為了我國特高壓輸電工程未來的發展前進方向。在實踐中，一些新的問題經常會出現在特高壓直流輸電線路的外絕緣設計中，例如：直流工作電壓、雷擊過電壓以及系統操作過電壓的不利影響，遠距離輸電線路更可能會面臨著惡劣氣候環境的考驗（高海拔、環境污穢）等問題。

1 特高壓直流輸電線外絕緣設計的方法

1.1 經驗法

在直流輸電工程的建設進程中，可以考慮利用現存的直流輸變電工程的絕緣子爬電比距來決定它的外絕緣水平。這種方法的優勢就是盡最大可能地利用已建成的直流輸電工程豐富的運行經驗，然而此方法亦存在不足之處，那就是在決定外絕緣水平時，兩條工程線路的污穢情形要大體相同，除此之外，還要求已建成工程的絕緣子的爬電比距合理適宜。一般而言，這種方法不能用作直接的設計計算，但可以作為對設計結果進行驗證考核的一種有效工具。

1.2 爬電比距法

使用該方法時，首先應當對污區進行劃分，其次憑借污區等級來決定爬電比距。在直流輸電工程開始建設之前，可以利用相鄰已經建成的交流輸電線路的絕緣子比距來決定它的外絕緣水平。在直流電壓條件下，考慮到絕緣子具有靜電吸塵的功效，因此，在直流電壓下絕緣子積污的能力要高于交流電壓下的積污能力，不僅如此，同等積污條件下，絕緣子的直流污閃電壓要比交流的低，所以在設計中考慮的直流的爬電比距應當大于交流的。參照葛-南線實際的工程線路運行經驗，同等環境情況下，500kV直流絕緣子的爬電比距應當大于或等于兩倍的交流的。很明顯這種方法存在欠缺之處，那就是完全憑借經驗來決定交、直流爬電比距的轉換系數，沒有充分的科學依據作為支撐，未來仍需要持續不斷的累積更多直流電壓下的實際運行經驗。除此之外，同等環境下的直、交流絕緣子的表面積污程度亦有所區別，考慮到試驗中控制變量的需要，應當對污區等級做出適當的修正，不然的話就不存在可比性。決定直流絕緣子的比距時，相鄰交流絕緣子應當有適宜的比距。在不同種類的交流絕緣子中，不同的有效爬距必然會對直流線路絕緣配置的可靠性產生不利影響。

1.3 污耐壓法

在試驗中，可以得到絕緣子在不同污穢條件下的耐污閃電壓，憑借這些實驗數據確定的絕緣子串的耐污閃電壓應當大于此線路的最大運行電壓，除此之外還要預留規定的安全裕度，此方法的優勢就是與實際絕緣子的污耐受能力緊密相連，是一類比較完美的確定絕緣子串長的優良方法。然而它也有一定的局限性：需要大量的實驗數據，尤其是工程線路最可能使用的絕緣子的污閃實驗，除此之外，特高壓直流輸電線路必須進行大噸位絕緣子的污閃試驗。污耐受法在開始濕潤之前需要預先施加恒定的電壓，這與系統中工作的污穢絕緣子的工作狀態一致。然而此法具有人工污穢和自然污穢相等價的缺陷，彌補此不足可按兩類思路進行：一類是研究運行線路及自然污穢試驗站絕緣子的積污規律，盡力使人工污穢的附灰密度、污穢分布的不均勻情況和鹽的種類最大可能地等價于自然污穢；另外一類是通過研究，分析清楚附灰密度、污穢分布的不均勻情況和鹽的種類等因素各自對污閃電壓的影響大小，并計算出相應的影響系數，利用該系數來修正一般的人工污穢試驗結果。作為設計線路絕緣子串長的科學合理方法，污耐受法還需要繼續累積經驗，積極大力的進行普及。

2 運行經驗：特高壓輸電線外絕緣設計的依據

考慮到自然環境具有較大的多變性，絕緣子閃絡具有極其復雜的機理，尤其是在污穢與覆冰的條件下，其閃絡的過程更是這樣。通過研究機理，一是研究污閃的物理及數學模型，此類研究工作已大量見諸于報道，然而在外絕緣設計中還不能夠直接使用這些理論模型；二是憑借人工模擬試驗獲取可用的數據，然而美中不足的是這些數據都是通過高度簡化的實驗得到的，實際上并沒有試驗能夠完全的模擬出污閃與冰閃的全過程。所以必須指出的是，當前采用的人工模擬試驗更適合用于研究污閃和冰閃機理，還可以求出某些參數的影響大小，但是不可以利用該方法進行驗收某一具體設備。

3 特高壓輸電線外絕緣設計的措施依賴

3.1 穿墻套管

穿墻套管以前曾是換流站中最頻繁閃絡的一類設備。經過研究，發現致使閃絡的關鍵原因就是非均勻受潮（非均勻雨）。在工程線路運行中，在瓷套外表涂刷憎水性涂層，又或者使用硅橡膠表面的合成套管可以取得很好的效果，這樣一來就可以有效的解決這一類問題。

3.2 支柱絕緣子

由于支柱絕緣子具有結構簡單、直徑小的特點，所以它在使用過程中極少出現閃絡。在一些曾經有過支柱絕緣子閃絡的換流站中，使用憎水性涂層或者輔助傘裙可以有效的解決問題。

3.3 硅橡膠合成絕緣子

在防污閃問題上，硅橡膠合成絕緣子的重要作用有目共睹。在偏遠的內陸，就算使用比瓷絕緣子短的爬距，依舊可以安全的工作。使用過程中顯現的問題大多數都是質量缺陷，只有極少數是由于材料老化引起的。在北美地區已被大量的運行經驗證明，其中數中國最甚。

3.4 防污閃的措施

在換流站中，應當大力推廣使用各類防污閃的措施。事實發現，最富有成效的途徑就是選擇正確的憎水性涂層與輔助傘裙。

3.5 換流站的污閃率

通過有效的措施，可以將換流站的污閃率控制在一個非常低的范圍內—每極每年0.08次。其中，系統電壓的高低對控制水平并不產生影響。有例為證，可以有效的解決直流外絕緣的問題。

4 結語

在外絕緣設計過程中，污耐壓法與實際工作線路絕緣子污耐受能力緊密聯系在一起，作為比較理想的確定絕緣子串長的方法，亟待進行更深入的研究，大量累積寶貴經驗，進行普及推廣，而其相應的依據及其經過驗證的重要措施也不失為他山之石。

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