高海拔地區±800kV復合支柱絕緣子直流污閃特性

馬龍剛 張海釗

青海送變電工程有限公司，青海西寧 810000

隨著我國電力工程的發展，三峽變電工程、西電東送工程、西藏聯網工程等一系列民生電力工程的發展不斷深入進行。我國由于污閃絕緣問題及超、特高壓輸電的發展，復合支柱絕緣子的應用更加普及與廣泛。從地理條件上看，我國總體地勢為東低西高，海拔高度超過1000m的地域面積占我國國土面積的一半以上，而我國能源分布以西部為主，而負荷中心則是集中于東部地區，因而，在電力輸送過程中采用超、特高壓輸電都是必行之策。自然，如西電東送等工程都不可避免地需要進入高海拔地區。眾所周知，隨著海拔的升高，氣溫、氣壓、濕度等環境因素都會產生不同程度的改變，而這些因素均會對放電電壓產生影響。根據目前我國運行的經驗表明，在高海拔地區換流站直流污閃問題較為嚴重，而高海拔地區大尺寸復合支柱絕緣子直流污閃特性的研究與理論仍較少。基于這些情況，同時國內外就高海拔地區大尺寸復合支柱絕緣子直流污閃特性的研究需要相應的突破，為給超、特高壓滯留變電外絕緣設計提供試驗依據，則進行以下試驗。

1 國內外高海拔地區大尺寸復合支柱絕緣子直流污閃特性研究現狀

（1）國外就支柱絕緣子污閃特性的研究還存在欠缺，而大尺寸的支柱絕緣子的相應研究則更少。此外，在西方發達國家中，由于其地勢大多處于平原地帶，其相應對于高海拔地區輸電設備外絕緣的問題并不突出，其研究也并不深入。西方發達國家及前蘇聯等國家對高海拔輸變電設備支柱絕緣子直流污閃特性的研究雖有所涉足，但研究深度不夠，所做工作不多，加之當時設備條件、地理條件等因素的限制，因而所成的實驗數據較少。

（2）就國內研究來看，由于我國輸變電的實際需要，中國電力科學研究院針對大尺寸支柱絕緣子污閃特性進行了一些研究，一些大學也模擬氣候進行過相應的研究。但關于復合支柱絕緣子的研究仍存在較大的欠缺。

2 高海拔地區±800kV復合支柱絕緣子直流污閃特性研究

2.1 選用復合支柱絕緣子的原因

復合絕緣子在工程實踐中已有30余年的經驗，在世界范圍內被廣泛采用，因其在質量、零值、污閃電壓等方面有著較為突出的優越性而受到行業的廣泛青睞。換流站支柱絕緣子所需承受的除了外絕緣壓力，還有較大的機械彎矩或扭矩。結合國內外換流站運行經驗及相關數據來看，在±800kV的直流工程中，若選擇瓷質外絕緣，由于其支柱絕緣子過高，在實際運行中難以實行，此時復合支柱絕緣子則是較好的選擇。

2.2 試驗設計

本試驗是在高海拔的條件下進行，實際海拔高度1970m，對不同條件下的復合支柱絕緣子進行直流恒壓升降法污閃試驗，在試驗中記錄高海拔環境下鹽密、灰密對復合絕緣子直流污閃特性的影響，并設置瓷質支柱絕緣子作為對照，分析對比試驗結果。

3 試驗條件及試驗方法

3.1 試品

高海拔地區±800kV復合支柱絕緣子直流污閃特性試驗中共設置6組試驗，其中4組是在4種不同的傘裙結構的復合支柱絕緣子直流污閃特性試驗，另2組則是以瓷質支柱絕緣子的直流污閃特性，與前4組試驗形成對照。復合絕緣子的傘裙結構較為簡單，傘的下表面無棱、光滑，通常可分為登徑傘和大小傘兩類，二者均在實際輸電線路中得到了廣泛應用。在復合絕緣子生產過程中，復合絕緣子的傘裙直徑、形狀及傘間距均可以根據實際需要加以設計和制造，因此，傘裙結構的差異將在不同程度上影響輸電性能。

3.2 試驗裝置與方法

（1）本試驗電源采用±250kV直流污閃電源，并且在正式試驗前已測試該電源，滿足相關規定中試驗電源的標準，試驗方法采用人工污穢試驗的固體污層法。具體試驗中，模擬導電物與模擬惰性物質分別采用氯化鈉與高嶺土完成，二者采用定量涂刷法，以一定比例將二者與去離子水混合形成污液后均勻涂刷與絕緣子表面，后待絕緣子表層污液陰干后方可進入霧室進行試驗，等待過程實踐約15～18h。進入霧室實驗中，以蒸氣霧方式進行，霧室尺寸為編程10m正方體空間。

（2）通過對試驗過程的觀察可發現，在高海拔地區環境下，低氣壓的氣候條件與直流電弧將更易導致傘裙間的橋接，這一現象也反映出高海拔地區符合支柱絕緣子直流污閃特性與平原地區的差異較大，因而平原地區用以修正的方法也難以契合高海拔地區的實際要求。在平原地區的修正方法多是利用人工氣候實驗室的數據設計而成，但人工氣候室存在一定的局限性，在低氣壓條件下較難穩定濕度并維持，因而恒壓升降法的采用存在技術上的難題，因而在大多情況下采用升壓法進行試驗，但在實際運行中，升壓法并不被運用。

（3）本試驗中采用的恒壓升降法也是出于對高海拔地區氣候的模擬及相應技術的實行難度考慮最終決定。具體來說，恒壓升降法首先需對試品加以恒定電壓，與此同時保證試品受潮，這一環節是對試品進行耐受試驗。通過對試品測漏電流值的測量，判斷其受潮狀態，在確認試品完全受潮后，觀察試品是否出現閃絡，若始終沒有出現，則表明試品耐受通過，因而可進行下一組提高-5%電壓差ΔU；若試品出現閃絡，則判定耐受不通過，下一組降低-5%電壓差ΔU。耐受試驗過程中，為保證試品的受潮程度徹底，因而試驗時間不低于60min/組。恒壓升降法試驗過程中，每次試驗均保證不低于10個點，同時每個點的試品均為重新涂污后進行的試驗。每一串試品在進行耐受試驗中，無論其耐受是否通過，試品均只經受一次試驗。

4 試驗結果及分析

4.1 鹽密對直流污閃電壓的影響

（1）以第1組試品為研究對象，進行鹽密對復合支柱絕緣子直流污閃電壓影響試驗，在試驗中通過變化鹽密，觀察直流污閃電壓的變化情況。試驗中在兩種不同的灰密條件下，保持50%直流污閃電壓，改變鹽密大小測得試驗數據。

（2）由試驗數據分析得出，鹽密對復合支柱絕緣子的直流污閃電壓影響較為顯著。當灰密固定時，隨著鹽密增大，符合支柱絕緣子的直流污閃電壓不斷下降，近似冪函數關系，與交流條件下相似。從圖中可看出，隨著鹽密數值的不斷增大，復合支柱絕緣子的直流污閃電壓變化曲線各點斜率不斷減小，表明其變化幅度不斷降低，即隨著鹽密增大，絕緣子表面導電率增加緩慢，進而導致直流污閃電壓下降放緩。此外，在不同灰密條件下，兩條曲線的特征指數基本一致，因此可以得出：鹽密與灰密對復合支柱絕緣子的直流污閃電壓的影響是相互獨立的。

4.2 灰密對污閃電壓的影響

（1）研究灰密變化對符合支柱絕緣子的直流污閃電壓的影響仍選取第1組為研究對象，試驗中，保持一定的鹽密水平，變化灰密大小，觀察灰密變化下復合支柱絕緣子的直流污閃電壓的變化情況。

（2）根據測定數據及相應分析可以看出，當鹽密恒定而灰密不斷增大時，復合支柱絕緣子的污閃電壓不斷降低，其圖像呈近似冪函數關系圖像。灰密增大會造成短時間內（通常是20h內）復合支柱絕緣子的憎水性遷移速度放緩，導致相應直流污閃電壓下降。同時，根據浸潤理論，當絕緣子表面不溶物質的增多，在絕緣子表面所能吸收的水分會隨之增加，進而導致絕緣子表面的水膜增厚，泄漏電流增大。此外，與鹽密對復合支柱絕緣子直流污閃電壓的影響相同，灰密對其污閃電壓的影響變化規律與鹽密相獨立。

5 結語

綜上所述，隨著我國電力發展向西部地區的不斷推進，對高海拔地區大尺寸復合支柱絕緣子直流污閃特性研究需求愈發迫切。文章圍繞高海拔地區復合支柱絕緣子直流污閃特性展開探討，對復合支柱絕緣子進行簡要介紹，并分析我國目前高海拔地區復合支柱絕緣子的應用及存在的問題，最終以試驗的形式探究高海拔地區復合支柱絕緣子的污閃特性，分別進行了復合支柱絕緣子的耐受試驗、鹽密與灰密對復合支柱絕緣子的直流污閃電壓的影響試驗。基于此，旨在為我國未來高海拔地區復合支柱絕緣子的直流污閃研究與應用提供參考。

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