特高压线路绝缘子主要有玻璃绝缘子、复合绝缘子(合成绝缘子)以及瓷绝缘子,在中国特高压线路中均得到实际应用。目前,在中国线路上大量应用的绝缘子主要有:轻度、中度污秽地区主要是双层伞形绝缘子XWP-300、三伞瓷绝缘子CA-876、普通瓷绝缘子CA-590和玻璃绝缘子FC300;重污秽地区和高海拔地区主要为复合绝缘子。
文献[2]选取了几种线路中常见的绝缘子进行了研究,其具体结构如图10-1所示。
图10-1 绝缘子型式结构示意图
常用绝缘子几何参数如表10-1所示。
表10-1 绝缘子几何参数
对以上绝缘子进行人工污秽实验,文献[2]得到了在标准大气压下,不同盐密下三种不同材料绝缘子单位长度50%闪络电压(kV/m)曲线,如图10-2(a)所示;不同盐密下三种不同伞型瓷绝缘子单位长度50%闪络电压(kV/m)曲线,如图10-2(b)所示。
从图10-2(a)可以看出,复合绝缘子在不同盐密下,其单位长度闪络电压最高,并且随着盐密的增加,闪络电压下降缓慢,耐污闪性能最为优越。其次是三伞型瓷绝缘子,在盐密较小时,三伞型瓷绝缘子单位长度闪络电压较高,但随着盐密的增大,闪络电压下降较为迅速。对比以上三种绝缘子,普通型玻璃绝缘子耐污闪性能最差。
图10-2(b)对比了三种伞型瓷绝缘子的耐污闪性能。可以看出,伞裙形状对同种材质的绝缘子耐污闪性能有较大的影响:伞形绝缘子的耐污闪性能明显优于普通型绝缘子;三伞型绝缘子的耐污闪性能优于双伞绝缘子。
10.1.1.2 特高压输电线路绝缘子高海拔特性
特高压线路可能会经过高海拔地区,随着海拔升高,气压降低,污秽绝缘子的闪络电压也会下降,文献[3]提出了输电线路绝缘子海拔高度与闪络电压之间的线性表达式如下:
式中,U0为绝缘子在标准大气压下闪络电压;U为海拔高度为H(km)时闪络电压;k为下降斜率(km-1),即海拔每升高1km绝缘子的闪络电压下降的百分数,它反映输电线路绝缘子海拔高度对闪络电压的影响。
文献[2]对低气压下绝缘子的闪络电压进行了研究,得到不同类型绝缘子在不同海拔高度下的闪络电压,进而求得绝缘子的下降斜率如表10-2所示。以表中悬式绝缘子CA-590为例,其下降斜率k值为0.079,即表示在0.05mg/cm2盐密的污秽条件下,海拔每升高1km,CA-590的闪络电压就会下降7.9%。(www.xing528.com)
图10-2 绝缘子不同盐密下沿单位长度闪络电压曲线
由表10-2可以看出,复合绝缘子的下降斜率较小,高海拔绝缘性能良好;玻璃绝缘子在轻度污秽地区相比三种瓷绝缘子会有较好的耐高海拔性能;双伞瓷绝缘子、三伞瓷绝缘子随海拔上升,绝缘性能有较大下降。
表10-2 不同类型绝缘子下降斜率k(km-1)
注:——代表无相关数据
10.1.1.3 特高压输电线路绝缘子的其他特殊性考虑——均压性能、耐电弧性能
实际应用中,不仅需要考察绝缘子的耐污闪和高海拔特性,还应考虑到特高压电网的特殊性,对绝缘子的均压性能及耐电弧性能等进行考察。
1)均压性能
特高压线路绝缘子串的长度是超高压的两倍左右。此时,绝缘子串上的电压分布很不均匀,压降主要集中在绝缘子串两端,使得整个绝缘子串利用率大大降低。因此在选型时,应充分考虑绝缘子的均压设计。
玻璃绝缘子的介电常数比瓷绝缘子略大,使得玻璃绝缘子主电容比瓷绝缘子大,当绝缘子成串使用时,每片绝缘子受对地和对导线的旁路杂散电容的影响相对较小,故整串的电压分布也较瓷绝缘子更为均匀。这对减小无线电干扰、降低电晕损耗以及延长绝缘子的使用寿命有利,且可以提高玻璃绝缘子串的闪络电压。国网电科院分别测量了配置相同形式均压环的瓷绝缘子串与玻璃绝缘子串的电压分布,结果表明,玻璃绝缘子串的整体电压分布趋势与瓷绝缘子相似,但导线侧几片玻璃绝缘子上承受的电压比瓷绝缘子低8%左右。
复合绝缘子在工频电压作用下表面场强和电压分布极不均匀,芯棒和金具连接处场强最高达6.5kV/cm,而导线侧第一个伞裙上的分布电压一般都远高于整串绝缘子平均分布电压,在长期工作电压的作用下该片绝缘伞裙有可能提前老化,从而失去绝缘能力并最终导致整个绝缘子报废。实际中,可以通过加装均压环来改善复合绝缘子端部场强集中的问题。另外,也可采用复合绝缘子与数片玻璃绝缘子的混合串联形式来解决该问题,即在复合绝缘子的头部再串入数片玻璃绝缘子,由靠近线路侧的玻璃绝缘子来承受最高分布电压,从而避免复合绝缘子在强电场下发生提前老化。
2)耐电弧能力
绝缘子发生闪络时,有温度极高的电弧流过,表面会留下烧灼痕迹,绝缘子的绝缘性能会遭到破坏。不同的绝缘子耐电弧能力不同,对于特高压线路绝缘子,这一点更值得引起关注。试验结果表明:玻璃绝缘子的耐电弧烧伤能力明显优于瓷绝缘子;玻璃绝缘子在遭受雷电电弧烧灼后,表面剥落一层玻璃,新表面仍是光滑的玻璃体,绝缘强度不会下降,仍可长期运行;但瓷绝缘子在经电弧烧灼后,表面釉层剥落,露出的瓷体容易积污,导致绝缘性能下降,所以遭雷击烧伤的瓷绝缘子必须更换;复合绝缘子在雷击后一般只留下白色电弧痕迹,不影响其使用,也不需要更换,但必须注意两端金具的烧蚀情况。
综上分析,三伞型和双伞瓷绝缘子具有较好的耐污闪性能,已在中国实际工程中得到大量应用;玻璃绝缘子有着优秀的机械和电气性能,强度高、耐电弧且电压分布更均匀,但目前普通型玻璃绝缘子耐污闪能力还不如三伞型和双伞瓷绝缘子;复合绝缘子质量轻,憎水性好,耐污闪性能和高海拔绝缘性能极佳,同时还具有优越的抗机械冲击能力,可缩短输电线路的重建工期,并可降低工程造价。
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