工频电压下空气间隙的确定介绍

10.3.1.1　工频长间隙放电特性曲线

工频电压下导线对杆塔的放电击穿模型可以参考长空气间隙下的棒—板和棒—棒击穿模型。苏联亚历山德罗夫等学者提出长间隙击穿电压和绝缘子交流闪络电压曲线如图10-6所示[14，15]。

由图10-6可知，在间隙距离较小时，临界击穿电压随着距离的增加而近似线性增加，但距离增加到一定程度后，曲线的线性度变差，间隙距离增加时击穿电压增加不多。在设计中应当特别注意特高压线路，由于电压等级高，导线与杆塔间隙击穿电压容易进入非线性区域，因此单纯增加间隙距离对提高击穿电压效果并不明显。

图10-6　长间隙击穿电压和绝缘子交流闪络电压曲线

10.3.1.2　间隙工频放电电压要求值

工频电压下间隙绝缘配合的计算方法如下[7]。

空气间隙的50%工频放电电压应该考虑以下因素：百年一遇最大风速、系统最高运行电压和多间隙并联对放电电压的影响。

综合上述因素，单个间隙50%工频放电电压要求值为

式中，ks为安全裕度，取1.05；kc为配合系数，主要考虑多间隙并联对放电电压的影响；Um为系统最高运行电压，取1100kV；ka为海拔修正系数：工频电压下H=500m时，ka=1.063；H=1000m时，ka=1.131；H=1500m时ka=1.202。

配合系数kc的计算如式（10-37）所示，其中取并联间隙数m=100，Z=2.45取0.03[4]。

国标GB/Z24842-2009《1000kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合》中建议配合系数kc取1.1[16]。实际上，式（10-37）计算结果与国标建议值十分接近，本节计算中配合系数kc采用国标建议值，取1.1。

考虑海拔高度的影响，空气间隙工频放电电压要求值U50.1.r.pf为

10.3.1.3　特高压真型塔试验布置与放电曲线

（1）单回塔

特高压线路中单回塔主要为酒杯塔和猫头塔，两种塔形的中相均为V型串，边相为I串。由于V型串不受风偏影响，故导线对塔窗的间隙距离通常满足工频放电电压要求值。因此，对于特高压单回杆塔，只需校核两种塔型边相I串间隙距离是否满足工频放电电压要求。

对特高压酒杯塔和猫头塔的真型塔试验布置如图10-7所示。

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图10-7　单回杆塔工频放电试验布置

对于这两种杆塔，主要发生的是导线对塔腿的放电。试验中模拟风偏角为50°左右，导线对塔腿距离为2～4m，间隙距离d与放电电压曲线如图10-8所示[16]。这样，根据工频放电电压要求值，查相关放电电压曲线，即可得到单回塔工频放电电压下所要求的间隙距离。

图10-8　单回塔工频放电电压曲线

（2）双回塔

对于双回杆塔的绝缘子串，由于V型串不受风偏影响，故导线对塔窗的间隙距离通常满足工频放电电压要求值，仍主要校核I串绝缘子的空气间隙。

双回杆塔的导线对相邻下横担的间隙距离主要由操作过电压决定，该间隙距离通常可达5～8m，而工频电压下间隙距离要求值仅为3m左右，故此时导线对相邻下横担间隙距离完全能满足工频放电电压要求。因此，双回塔工频放电间隙需重点考虑的是风偏时导线对塔身的间隙距离。

特高压双回真型鼓型铁塔试验布置如图10-9所示，上相与中相主要是导线对塔身的放电，而下相主要是导线对塔腿的放电，故需要对这两种情况分别进行试验。由于上相与中相均是导线对塔身的放电，两者放电形式基本相同，考虑同等间隙下中相导线的击穿电压要略低于上相导线，从严考虑上相导线空气间隙的确定可以参照中相导线的试验结果。因此，试验主要针对中相和下相进行。对上相的空气间隙距离要求可参照中相，一般与中相导线相同。

图10-9　双回塔工频放电试验布置

对于双回铁塔的导线对塔身间隙的工频放电电压，试验中模拟风偏角为50°左右，间隙距离d与工频放电电压曲线如图10-10所示[16]。这样，由工频放电电压要求值，查相关放电电压曲线，即可得到双回塔工频放电电压下所要求的间隙距离。

图10-10　双回塔中相与下相工频放电电压曲线

10.3.1.4　间隙距离推荐值

根据工频放电电压要求，查上述相关放电电压曲线，可得出工频放电电压下所要求的间隙距离，如表10-15所示。

在确定工频电压下空气间隙时，应保证在50°风偏角下，间隙距离应不小于表10-15所给数值。国标GB/Z24842-2009《1000kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合》中建议工频电压下间隙距离要求值如表10-16所示，与表10-15所得的结果相吻合。

表10-15　工频放电电压要求值对应的杆塔边相间隙距离

注：双回塔上相的试验结果参照中相试验结果，所有杆塔绝缘子串型为I串。

表10-16　工频电压下最小空气间隙要求值