±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣問題研究

曲偉國

【摘 要】±800 kV特高壓直流輸電線路，是現階段全球范圍內電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最長的直流輸電線路，是我國西電東送能源配置中至關重要的一環。由于其覆蓋面廣，社會環境、地理條件、氣候條件等十分復雜，因此在一系列不利因素組合致使引發線路故障時，會威脅到直流系統的安全運行，并對送端、受端電網帶來極大的干擾，最終對社會經濟發展及人們的正常生活造成不利影響。文章首先闡述了±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置選擇的特殊性，然后分析了±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣子特性受特殊氣候環境的影響，最后對±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置選擇方法進行了探討，以期為促進±800 kV特高壓直流輸電線路的安全運行提供有益借鑒。

【關鍵詞】±800 kV特高壓;直流輸電線路;絕緣問題

【中圖分類號】TM863 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）12-0081-02

0 引言

對于±800 kV特高壓直流輸電線路而言，絕緣配置是保障其安全有序運行及輸電容量的關鍵。±800 kV特高壓直流輸電線路具有電壓等級高、輸送容量大及輸電距離長等特點，倘若此類線路出現絕緣問題，必然會造成巨大的經濟損失和嚴重的系統問題。除此之外，±800 kV特高壓直流輸電線路會引發靜電吸附效應，所以絕緣子表面極易積污，并且直流絕緣子表面污閃特性不同于交流絕緣子。受上述因素影響，±800 kV特高壓直流輸電線路會發生嚴重的污閃現象，其中尤以污閃放電事故及交流同電壓等級的輸電線路最為明顯[1]。所以，科學地選擇配置±800 kV特高壓直流輸電線路的絕緣，對于保障線路的安全運行有著十分重要的意義。

1 ±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置選擇的特殊性

±800 kV特高壓直流輸電線路安全性、經濟性受絕緣配置選擇的影響程度大。對于±800 kV特高壓直流輸電線路設計而言，可將其大致分為兩個方面：一是帶電導線相互間、帶電體與支撐結構或地相互間的空氣間隙，在這方面的設計過程中應當處理好最小空氣間隙問題，由此需要設計者明確空氣間隙放電特性;二是支持帶電體所需的固體絕緣，設計中應當調節好直流工作電壓，并考慮大氣污染程度的影響。

2 ±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣子特性所受特殊氣候環境的影響

2.1 直流絕緣子的特性

相較于交流線路，直流系統操作過電壓倍數明顯更小，所以直流絕緣子爬電距離與絕緣高度的比值超過交流絕緣子，進而決定了直流絕緣子性能會受到其傘裙結構更大的影響。現階段，常用的直流盤形絕緣子的結構特征主要表現為大盤徑、大爬距、防霧型等。相較于交流絕緣子，±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣子性能會受到污穢、高海拔、覆冰等因素的極大影響[2]。

2.2 污穢的影響

±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置選擇要充分明確污穢前提下絕緣子的電氣特性。伴隨我國社會經濟的不斷發展，與此同時也表現出越來越嚴重的環境污染問題，由此使得絕緣子污閃事故屢見不鮮。基于恒定電場力吸附作用，±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣子表面污穢附著水平要顯著超過交流線路，并且在同種條件下，直流絕緣子表面積污量可達到交流絕緣子的1～1.5倍[3]。直流輸電線路不會出現過零情況，直流電弧燃燒穩定，極易發展，在相同污穢前提下，直流污閃電壓較交流更低，再加上直流電弧穩定，極易引發飄弧，因此直流絕緣子爬電距離利用率遠不及交流絕緣子。

2.3 高海拔的影響

我國地勢西高東低，全國超過2/3的地區的海拔在1 000 m以上，如此一來，±800 kV特高壓直流輸電線路必須經過高海拔地區。高海拔情況下，空氣稀薄、大氣壓力不足，因為空氣對流散熱偏小，一定的電流便可實現電弧的發展。所以，受高海拔影響，絕緣子不論是污閃還是冰閃，電壓均低于平原地區。同時，因為直流電弧不會出現重燃、恢復的情況，相較于交流電弧容易發生橋接現象，并且低氣壓下直流閃絡電壓所受飄弧現象的影響也比交流閃絡電壓的更弱，所以氣壓下降對直流閃絡電壓的影響要小于交流閃絡電壓。

2.4 覆冰的影響

輸電線路覆冰不僅會引發斷線、倒塔等機械故障，還會影響絕緣子的電氣性能。絕緣子遭受覆冰或被冰凌橋接后，會出現絕緣強度降低、泄漏距離縮短等情況，進而對閃絡電壓造成極大的影響。相關研究數據顯示，覆冰時的閃絡電壓僅為覆雪時的40%，且不及絕緣子濕閃電壓的30%。因為絕緣子表面存在污穢物，在覆冰時受到冰層覆蓋，同時在覆冰時還會有污穢物陸續積聚在絕緣子表面，使得出現覆冰與污穢物共存的情況，在融冰時，冰體表面的水膜會對污穢物中的電解質進行溶解，進而提升融冰水或冰面水膜的電導率，使得絕緣子的電氣性能不斷下降。

3 ±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置方法

3.1 絕緣子形式選擇

±800 kV特高壓直流輸電線路在選擇絕緣子形式的過程中，應當全面考量絕緣子電氣性能、機械強度、污閃情況、覆冰情況等因素。其中，在電氣性能方面，首先，在電擊穿強度問題上，結合眾多研究數據可得出，相較于瓷絕緣子，復合絕緣子有著更高的干閃沖擊電壓，但復合絕緣子的濕閃電壓相較于瓷絕緣子而言，通常要高約15%[4]。眾多沖擊閃絡研究也顯示，相較于標準型及耐污型瓷絕緣子，復合絕緣子的干閃、濕閃電壓在操作沖擊電壓50%時基本相同。其次，在電壓分布問題上，玻璃絕緣子有著比瓷絕緣子略大的介電常數和主電容，在超高壓直流輸電線路中選取成串的玻璃絕緣子的前提下，玻璃絕緣子對地與特高壓直流輸電線路導線的旁路電容常數極小，因此成串采用的玻璃絕緣子相較于瓷絕緣子可實現更均勻的電壓分布，可以降低靠近高壓輸電線路的絕緣子所耐受的最高電壓。而復合絕緣子在運行時不論是電壓還是場強的分布都十分不均勻，電壓、場強分布均勻水平受實際位置的影響程度大，特別是芯棒與金具的連接點位置上的不均勻情況更為明顯，通常要求裝置一定的均壓環方可解決場強分布不均勻的問題。在機械強度方面，近年來廣泛推行的復合絕緣子具有極強的軸向耐拉伸能力，其芯棒由環氧玻璃纖維構成，拉伸強度可實現980～1 176 MPa。并且，復合絕緣子還可實現極強的振動吸附性能和抗震的阻尼性能。需要注意的是，復合絕緣子可承受的徑向應力極小，所以在運輸、安裝復合絕緣子時，切忌任意踩踏或施加任意大小的徑向應力，倘若超出承受范圍便出現復合絕緣子折斷的情況。在污閃情況方面，瓷絕緣子、玻璃絕緣子缺乏可靠的憎水性，而復合絕緣子則兼具這兩個方面的特性，由此可降低絕緣子表面積污水平，并提高污閃電壓。通常，在同一單位爬電距離條件下，復合絕緣子污閃電壓可達到瓷、玻璃絕緣子污閃電壓的3倍左右。在覆冰情況方面，復合絕緣子在覆冰后，將會喪失原本的憎水性，加之其傘裙結構偏小，鄰近的兩傘裙極易被冰凌橋接，由此會使得復合絕緣子絕緣性能急劇下降。所以，在重冰區通常應采用瓷絕緣子或玻璃絕緣子。

3.2 絕緣子長度（片數）選擇

在我國±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣選擇配置過程中，通常采用直流污耐受法，同時借助爬電比距法或依據±500 kV絕緣水平外推法開展校核。其中，污耐受法涉及依照年度污染度的評估及直流絕緣子人工污穢試驗結果，獲取長串絕緣子50%直流污閃電壓，通過可靠的鹽密修正、灰密與等值鹽密比值的修正，以及污穢不均勻分布的修正，獲取長串絕緣子的直流污耐受電壓[5]，并基于此得出盤形絕緣子的片數、復合絕緣子的串長。

4 結語

總而言之，±800 kV特高壓直流輸電線路憑借其輸送容量大、遠距離低損耗等優點，在我國“西電東送”戰略中扮演著十分重要的角色。而±800 kV特高壓直流輸電線路的運行水平及輸電容量則受其絕緣配合很大的影響。現階段，我國±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置選擇可依據±500 kV直流輸電線路的絕緣水平外推選擇，或依照污耐壓法選擇，或依照爬電比距法選擇。基于此，為充分發揮±800 kV特高壓直流輸電線路的各項優點，相關人員應當緊緊圍繞如何更有效地解決±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣問題開展探索、研究，提高對±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配置選擇特殊性的有效認識，開展好絕緣子形式選擇、絕緣子長度（片數）選擇等相關工作，如此方可積極促進±800 kV特高壓直流輸電線路的安全運行。

參 考 文 獻

[1]陳秀娟，張翠霞，時衛東，等.±800 kV特高壓直流輸電線路絕緣配合的差異化[J].高電壓技術，2015，41（5）：1726-1731.

[2]林炳強.±800 kV特高壓直流輸電線路施工精益管理探究[J].通訊世界，2017（21）：133-134.

[3]趙玉龍.±800 kV特高壓直流輸電線路雷擊特性分析[J].企業技術開發，2017（5）：83-84.

[4]姜尚榮.關于±800 kV特高壓直流輸電線路典型故障的分析及處理[J].科學技術創新，2018（35）：46-47.

[5]張鵬.淺析±800 kV特高壓直流輸電線路外絕緣問題[J].工程技術：全文版，2016（17）：221-222.