如何选择绝缘子串片数？

直流输电线路的绝缘子片数选择主要取决于工作电压下的污秽耐压特性。因此，一般是根据污秽性能选择绝缘子片数，再校核计算操作及雷电冲击特性。

从理论上讲，按自然积污的闪络特性选择绝缘子片数较合适，然而这对于实际工程而言是难以做到的。所以，目前工程设计中确定绝缘子片数通常有两种方法，即按人工污秽的闪络特性选择绝缘子（也称污耐压法）和根据运行经验按泄漏比距选择绝缘子（也称泄漏比距法）。前者比较直观，但必须有适用的统一的测量方法所测得的盐密值，而且还与污秽成分、污秽均匀比等因素有关，对特高压直流线路，原则上要用此法[1]；后者按绝缘子几何泄漏距离计算，该方法在理论上虽不够严密（未考虑绝缘子造型的差异对泄漏距离有效性的影响），但简单易行。

28.2.3.1　绝缘设计的线性关系

根据各国所做的直流污秽绝缘子试验结果，美国试验表明，在80片以内绝缘子串的污闪电压和串长基本呈线性关系；意大利试验表明在串长12m以内也是线性关系；日本试验认为绝缘子串长达到14m时，其污闪电压与串长的线性关系依然成立；我国特高压直流线路的绝缘子串长也在十几米的范围内，因此绝缘子串污闪电压与串长的线性关系基本成立[5]。

28.2.3.2　按运行电压选择绝缘子片数

由于恒定电场的吸尘作用和直流电弧的不易熄灭，在相同污秽程度下，绝缘子的直流污闪电压比交流污闪电压的有效值低。因此，相同电压下，直流线路采用的绝缘子片数较交流多，其绝缘水平主要决定于绝缘子串的直流污秽放电特性。

1）按污耐压法选择绝缘子片数

在特高压直流工程的建设中，科研试验单位开展了大量绝缘子耐压试验，得出了不同型式绝缘子在各种污秽条件下的污耐压值，在绝缘子片数选择过程中考虑了污秽物成分修正、不同气候条件和绝缘子型式的积污均匀性修正、灰密修正等。

根据不同污区划分，以绝缘子下表面盐密值为基准，《直流线路设计规范》中按污耐压法选择±800kV线路绝缘子片数的计算过程见表28-7。

表28-7　按绝缘子下表面盐密值选择±800kV线路绝缘子片数

2）按爬电比距法选择绝缘子片数

《直流线路设计规范》给出了导线对地电压情况下绝缘子爬电比距与等值盐密关系的对数拟合表达式如下：

式中，L为要求的爬电比距，cm/kV；ESDD为直流等值盐密mg/cm2。

试验表明，在内陆地区同一环境条件下，直流线路绝缘子串积污比（等值盐密）是交流线路的2.0倍左右，按式（28-5）计算出直流线路爬电比距应满足表28-8要求。

表28-8　推算的直流线路要求的爬电比距表

3）已建直流工程绝缘子片数选择情况

对于±800kV特高压直流线路，在轻、中冰区的悬垂串均采用复合绝缘子，重冰区悬垂串采用盘形绝缘子，耐张串一般采用盘形绝缘子。在绝缘子片数选择时取直流污耐压法推荐的片数和爬电比距法推荐的最大片数之小者。

以海拔1000m及以下地区为例，已建和在建的几个±800kV直流线路悬垂串绝缘子片数选择情况如表28-9所示。

表28-9　悬垂绝缘子串绝缘子片数结果表（钟罩型V串）

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28.2.3.3　耐张串的绝缘子片数

运行经验表明，由于耐张绝缘子串受力比悬垂绝缘子串大，容易产生零值绝缘子，因而通常使耐张绝缘子片数比同级悬垂串绝缘子片数增加1～2片。由于绝缘子串水平布置自清洗能力较好，在同一污区，其污耐区值明显高于悬垂串。从经济上考虑，耐张串的绝缘子片数在悬垂串片数的基础上不再考虑增加，而且不必采用大爬距防污型绝缘子。国内外超、特高压交直流线路耐张绝缘子串均采用盘式瓷或玻璃绝缘子，在同等污秽和海拔高度条件下，建议耐张串与悬垂串取相同的绝缘子片数，绝缘配置留有裕度。

表28-10为±800kV灵州—绍兴直流线路耐张绝缘子片数配置表，考虑了气候特征的差异化设计原则进行片数设计，表28-11为±1100kV准东—华东直流线路耐张绝缘子片数配置表。

表28-10　±800kV线路不同海拔耐张绝缘子串基本片数

注：“/”左侧为考虑北方气候特征的片数，右侧为考虑南方气候特征的片数。

表28-11　±1100kV线路海拔1000m耐张绝缘子串基本片数

注：“/”左侧为考虑北方气候特征的片数，右侧为考虑南方气候特征的片数。

28.2.3.4　复合绝缘子的选择

国内外污闪试验结果证实：同等污秽，即便在亲水性状态下，复合绝缘子污闪电压仍比瓷和玻璃绝缘子高50%以上。因此，同样运行电压下，复合绝缘子爬距仅需要瓷和玻璃绝缘子爬距的2/3即可，工程设计中一般按复合绝缘子爬距按盘型绝缘子爬距的3/4以上取值。

采用污耐压法设计复合绝缘子配置方案，同样需要像瓷绝缘子那样进行污秽成分校正、污秽不均匀分布校正。另外，参考中国电科院“±800kV直流绝缘子污秽放电特性及高海拔放电系数研究”报告的结论，线路绝缘子海拔修正系数为：海拔每升高1000m，复合绝缘子应补偿6.4%。

±800kV直流线路工程采用的复合绝缘子长度及爬距配置如表28-12所示。

表28-12　±800kV直流复合绝缘子基本绝缘配置

±1100kV准东—华东直流线路工程采用的复合绝缘子长度及爬距配置如表28-13所示。

表28-13　±1100kV直流复合绝缘子基本绝缘配置

28.2.3.5　按过电压条件校核

直流线路绝缘子片数及串长是按运行电压污秽条件决定的，还须按过电压条件加以校核，目前国内±800kV直流线路操作过电压水平计算结果在1.6～1.8p.u.[1]，±1100kV准东—华东线路操作过电压水平计算值小于1.6p.u.。

直流线路污秽绝缘子的操作冲击闪络电压随污秽程度的增加而降低，根据美国EPRI试验验证，在同一污秽条件下，同型号绝缘子的直流操作耐压为直流耐压的2.2～2.3倍。又根据大量试验研究证明，当预加直流电压时，其50%操作冲击电压是50%污闪运行电压的1.7～2.3倍。因此，操作过电压对绝缘子片数的选择不起控制作用。

由于污秽原因，直流线路的绝缘子较交流1000kV线路片数更多且串长更长，其在雷电冲击电压下的绝缘裕度较大，反击雷电流超过200kA，雷电过电压对绝缘子片数的选择不起控制作用。