復合絕緣子在特高壓直流工程中應用

摘要：特高壓直流工程具有電壓等級高、路徑長的特點，為保證工程安全、穩(wěn)定運行，可以將復合絕緣子應用到該工程中，其具有優(yōu)異的耐污性能和良好的技術經(jīng)濟性，實際應用中安全系數(shù)較高，可增強特高壓直流工程運行中的可靠性，整體的應用優(yōu)勢較為明顯。應正確認識到特高壓直流工程中應用復合絕緣子的重要性與必要性，并根據(jù)該工程的運行特點和實際需求加大對復合絕緣子的研究力度，確保能夠充分發(fā)揮復合絕緣子的功能作用，提高特高壓直流工程的運行效益。

關鍵詞：復合絕緣子特高壓直流工程耐污閃能力機械性能

中圖分類號：TM21

ApplicationofCompositeInsulatorsinUltra-HighVoltageDirectCurrentEngineering

LIGuodong

NingxiaPowerTransmissionandDistributionEngineeringCo.，Ltd.，YinchuanCity，NingxiaHuiAutonomousRegion，750001China

Abstract：Theultra-highvoltagedirectcurrentprojecthasthecharacteristicsofhighvoltagelevelandlongpath.Inordertoensurethesafeandstableoperationoftheproject，compositeinsulatorscanbeappliedtotheproject，whichhaveexcellentpollutionresistanceperformanceandgoodtechnicaleconomy.Inpracticalapplication，theirsafetyfactorishigh， whichcanenhancethereliabilityoftheultra-highvoltagedirectcurrentprojectoperation，andtheoverallapplicationadvantagesarerelativelyobvious.Weshouldhaveacorrectunderstandingoftheimportanceandnecessityofusingcompositeinsulatorsinultra-highvoltagedirectcurrentprojects，andincreaseresearchoncompositeinsulatorsbasedontheoperationalcharacteristicsandactualneedsoftheproject，ensuringthatthefunctionalroleofcompositeinsulatorscanbefullyutilizedandimprovingtheoperationalefficiencyofultra-highvoltagedirectcurrentprojects.

KeyWords：Compositeinsulators;Ultra-highvoltagedirectcurrentengineering;Anti-pollutionflashoverability;Mechanicalperformance

復合絕緣子的重量輕、強度高，具有優(yōu)異的耐污性能，可以減少惡劣環(huán)境下絕緣子表面的清掃次數(shù)，也無須頻繁進行零值檢測，提高了運行維護效率，而且價格便宜，整體的經(jīng)濟性良好。復合絕緣子在耐張串上的應用效果良好，在特高壓直流工程中，由于載荷與運行電壓較高，實際應用時需保持謹慎，從安全性的角度出發(fā)進行科學調(diào)整。同時，在特高壓直流輸電線路中應用時要注意傘裙護套老化、大噸位復合絕緣子的可靠性和高壓端的電場分布等問題，使復合絕緣子得到高效利用。

1特高壓直流工程采用復合絕緣子的必要性

特高壓直流工程項目數(shù)量不斷增加，且大多建于沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，而這些區(qū)域的環(huán)境條件比較差，污區(qū)等級高，如果電力設備絕緣表面存在較多污穢物，在潮濕的條件下發(fā)生污閃，則會給整個電力工程系統(tǒng)造成較大影響。而復合絕緣子的應用可以避免特高壓直流工程出現(xiàn)上述問題，延長輸電線路的使用壽命[1]。

1.1提高特高壓絕緣子串的耐污閃能力

特高壓直流工程的電壓等級高，直流輸電線路具有較大的電場強度，而且會出現(xiàn)較強的電暈放電現(xiàn)象，由于該工程所處環(huán)境較為特殊以及線路本身的特性，容易出現(xiàn)積污的情況。通過實踐統(tǒng)計分析，與交流線路絕緣相比，直流絕緣子表面積污能力是其的2～3倍。而且在環(huán)境污染問題逐漸加重的條件下，特高壓直流工程在運行期間經(jīng)常會發(fā)生污閃，影響系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，將復合絕緣子應用到該工程中可以增強直流線路的耐污閃能力，降低了污穢物的影響，可在一定程度上提高線路運行安全[2]。

1.2減輕絕緣子的重量，降低桿塔的荷載

特高壓直流工程中所用的導線具有截面大、重量大的特點，整體的分裂數(shù)量較多，會對桿塔施加較大的作用力，導致桿塔整體負荷較高。而且特高壓直流工程需要導線具有較高的外絕緣水平，所以通常會選擇大噸位的絕緣子，而復合絕緣子與普通絕緣子相比重量較輕，通常只有玻璃絕緣子的10%，為了減輕桿塔的外負荷，則應選用大噸位復合絕緣子[3]。

2復合絕緣子在耐張串上的應用

2.1復合絕緣子的應用分析

復合絕緣子在超高壓交直流工程中的懸垂串中得到了大規(guī)模運用，但是在耐張串中的應用還有待研究。部分學者認為耐張串中適合應用瓷、玻璃絕緣子，擔心復合絕緣子芯棒容易發(fā)生脆斷現(xiàn)象，而且長期使用期間的機械性能得不到保障，在后續(xù)檢修時不能踩踏傘裙，會增加檢修難度。但事實上，從目前交直流工程耐張串上復合絕緣子的使用情況來看，在電壓等級不高時，復合絕緣子芯棒沒有發(fā)生脆斷現(xiàn)象；在電壓等級較高時，雖然耐張串上使用的復合絕緣子數(shù)量比較少，但整體運行狀態(tài)良好，長期使用過程中也能夠保持較高的機械性能，沒有出現(xiàn)明顯下降的情況。

2.2復合絕緣子的應用可行性

通過實踐應用結果可知，復合絕緣子在超高壓交直流工程耐張串中應用的可行性較高，部分學者研究了耐張串復合絕緣子運行期間的多方面載荷，根據(jù)試驗結果認為其可以應用到耐張串中，為后續(xù)研究和使用打下了良好基礎。特高壓直流工程中耐張塔需要承受較大的負荷，傳統(tǒng)的絕緣子如玻璃材料、瓷絕緣子等重量比較大，所用的片數(shù)較多，在實際應用過程中需要投入較多的材料成本，而且還會增加耐張塔的負荷。而復合絕緣子則可以改善上述問題，該絕緣子所用的材料較輕，價格便宜，還可縮短耐張串的長度，降低對耐張塔造成的負荷。另外，復合絕緣子有著較強的耐污閃能力，方便后續(xù)維護管理，在耐張串上使用的可行性高，經(jīng)濟性良好[4]。

3復合絕緣子在特高壓直流耐張串中的應用

3.1安全系數(shù)分析

以±800kV直流工程為例，該工程主要使用鋼芯鋁絞線作為導線材料，耐張串使用雙聯(lián)550kN復合絕緣子，分析其最大使用荷載下的安全系數(shù)和斷聯(lián)時的安全系數(shù)。不同絕緣子在最大使用荷載下的機械強度安全系數(shù)不同，以相關規(guī)定為依據(jù)，將該工程中耐張串的各項系數(shù)與其進行對比，多方面安全系數(shù)都能達到要求標準。但若處于風速較大的區(qū)域，550kN復合絕緣子串的安全裕度較小。

3.2材料費用計算

對該工程中不同海拔高度的污區(qū)進行絕緣配置，所用的耐張串都按照雙聯(lián)進行分析，對比使用盤型絕緣子和復合絕緣子需要投入的費用成本。不同海拔高度的特高壓直流耐張串中，若使用復合絕緣子，即使是低海拔區(qū)域，每串節(jié)約的材料費用在6萬元左右。不但可以減少成本費用，也可以減輕整體重量，重量不超過盤型絕緣子串的1/5。在工程建設區(qū)域海拔高度不斷增加的過程中，污穢物程度逐漸加重，復合絕緣子受其影響小，也不會產(chǎn)生較大負荷，所以與盤型絕緣子相比經(jīng)濟效益更為明顯。

3.3應用建議

要想提高特高壓直流工程中耐張串復合絕緣子的安全性，可以根據(jù)現(xiàn)實情況適當增加并聯(lián)的聯(lián)數(shù)，也可通過增加復合絕緣子重量的方式來提高其機械性能。雙聯(lián)復合絕緣子在使用過程中受力合理，而且其內(nèi)部結構比較簡單，不容易發(fā)生故障，也方便維護管理，在許多高壓直流工程中較為常用。所以，風速不大、地勢相對平坦的區(qū)域，可選擇大噸位雙聯(lián)復合絕緣子，設置雙掛點，保證裕度合理，可提高使用期間的安全性。由于特高壓直流工程中的電壓比較高，所以與以往使用的絕緣子相比，大噸位復合絕緣子具有較強耐高壓能力和承受荷載的能力，要想保障其長期機械性能良好，還應根據(jù)實際使用情況不斷調(diào)整和優(yōu)化[5]。

4應用于特高壓直流輸電線路中的注意事項

將復合絕緣子應用到特高壓直流工程中時，應了解線路運行期間電對復合絕緣子的要求，積極研發(fā)滿足我國特高壓直流工程要求的絕緣子。目前各制造企業(yè)采用不同工藝制造出了電壓等級為±800kV、額定機械負荷為210～530kN的系列產(chǎn)品，且在較多電力工程中得到了有效運用。直流復合絕緣子已經(jīng)得到了良好應用，有著較為成熟的制造工藝，但是在特高壓直流工程中也會出現(xiàn)一些問題，需要加強重視。

4.1環(huán)境問題造成的傘裙護套老化

分析我國擬建的多條直流特高壓輸電線路，有些工程建設區(qū)域比較特殊，所處海拔比較高，太陽輻射比較強，在紫外線的作用下，該工程中的設施設備、導線材料和復合絕緣子等會受到較大影響，會加速各種材料老化。在高海拔地區(qū)建設的特高壓直流工程，一定要注意太陽光照對復合絕緣子和傘裙護套材料的影響，做好相應防護工作，以免影響使用壽命。通過相關研究可以發(fā)現(xiàn)，紫外線照射下硅橡膠材料的憎水性會得到一定恢復，但若處于長期照射條件下，紫外線會造成靜態(tài)接觸角下降，使該材料容易受到污穢物的影響，需要及時維護處理。

4.2大噸位復合絕緣子的可靠性

4.2.1模擬運行工況提高機械性能

復合絕緣子運行期間會承受拉伸負荷、振動負荷的和彎扭負荷，在特高壓直流工程中需要考慮到多方面負荷的影響。±800kV直流復合絕緣子的機械負荷比較高，而且許多廠家也生產(chǎn)出了滿足特高壓直流工程運行需要的復合絕緣子，常用耐酸芯棒和專門的金具作為主要材料，但還缺少足夠的實踐經(jīng)驗。由于特高壓直流工程對運行安全性和線路可靠性要求比較高，生產(chǎn)制造廠家也需要根據(jù)復合絕緣子所處的環(huán)境條件不斷提高其機械性能，保障其使用期間長期可靠。通常會模擬大噸位復合絕緣子的運行工況，根據(jù)實際情況優(yōu)化和改進生產(chǎn)工藝，提高其使用性能，使其可以有效應用于特高壓直流輸電線路。

4.2.2注重檢測復合絕緣子的使用性能

生產(chǎn)廠家優(yōu)化復合絕緣子的生產(chǎn)工藝，改善技術條件，通過優(yōu)化工藝技術的方式來提高復合絕緣子的質(zhì)量和性能。而使用單位在選擇和使用這一材料之前應重視評估其可靠性，一般會根據(jù)國家的質(zhì)量要求標準來檢驗所用芯棒的機械強度，根據(jù)其在特殊條件下的耐受時間來確定機械復合絕緣子的長期機械性能。實際檢驗過程中會對芯棒施加規(guī)定強度的60%負荷，經(jīng)過4天左右的持續(xù)負荷觀察其耐受情況。特高壓直流工程與以往的電力工程相比電壓強度更高，因此對復合絕緣子性能的考核要求也要隨之提升。應基于傳統(tǒng)復合絕緣子檢測技術方法適當調(diào)整和改進技術條件，實現(xiàn)對復合絕緣子性能的細致檢驗，保障所用材料性能可靠，為特高壓直流工程穩(wěn)定運行提供保障。

4.3復合絕緣子高壓端的電場分布

特高壓直流工程中應用的復合絕緣子的絕緣距離較長，在實際使用過程中會出現(xiàn)電壓分布不均勻的現(xiàn)象，高壓端電場強集中，若沒有妥善處理這一問題，不但會使運行線路產(chǎn)生較強的電暈和無線電干擾，還容易破壞傘裙護套材料，使其遭受電蝕，影響其正常使用，還容易造成端部密封破壞和脆斷事故，無法保障線路可靠運行。通過相關研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化復合絕緣子的結構設計，合理設置均壓屏蔽環(huán)，能夠避免上述問題出現(xiàn)，降低電蝕損的發(fā)生率。在生產(chǎn)復合絕緣子的過程中，應模擬特高壓直流工程的運行工況，進行電廠計算分析，根據(jù)計算結果合理設計均壓屏蔽環(huán)，確保能夠發(fā)揮其保護端部金具和傘裙護套的作用。

5結語

綜上所述，復合絕緣子在高壓直流輸電工程中得到了廣泛應用，在現(xiàn)代科學技術快速發(fā)展過程中，復合絕緣子的制造工藝水平也得到提升，進一步提高了復合絕緣子的使用性能，將其應用到特高壓直流工程中也能夠獲得良好效果。在具體應用的過程中需要考慮到環(huán)境條件對其質(zhì)量和性能造成的影響，要想保證其長期可靠，還應結合工程所處環(huán)境特點對復合絕緣子進行持續(xù)改進與優(yōu)化，使其可以滿足不同區(qū)域特高壓直流工程的應用需求，降低工程整體的運行維護管理成本。

參考文獻

[1]梁進祥，徐偲達，張虎.高壓輸電線路復合絕緣子硅橡膠內(nèi)部缺陷超聲檢測[J].絕緣材料，2024，57（1）：68-73.

[2]寧凱，蔣正龍，付志瑤.復合絕緣子硅橡膠老化過程中成分變化規(guī)律研究[J].湖南電力，2023，43（6）：11-14.

[3]伍弘，王博，楊凱，等.特高壓直流線路復合絕緣子積污特性仿真及現(xiàn)場實測研究[J].寧夏電力，2023（3）：34-41.

[4]余明智.高海拔地區(qū)220kV輸電線路復合材料桿塔應用研究[D].昆明：昆明理工大學，2023.

[5]孫建亮.覆雪絕緣子直流閃絡電弧發(fā)展特性及動態(tài)電路模型研究[D].淄博：山東理工大學，2023.