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线路绝缘子选择分析


哈尔滨电业局(以下简称哈局)现管辖的 66kV 及以上线路 103 条,总长度 2765.384k m,杆塔总数为 10870 基,各类绝缘子 457269 片。自哈尔滨地区在 1980 年发生大面积污 闪事故以后,哈局采取监测盐密、调整线路爬距、涂硅油及定期清扫等措施,取得了较 好的防污闪效果。但春、秋两季的防污清扫不但消耗大量人力、物力,而且要安排停电, 既影响工农业生产及人民生活用电,又降低了线路的供电可靠率指标。为了防止线路发 生污秽闪络事故,减少线路绝缘清扫的停电次数,有必要对线路的绝缘配合设计进行探 讨。

1

输电线路绝缘子的积污规律

哈局送电线路大多采用 X-4.5 绝缘子。 污区采用 XWP-7 型防污绝缘子, 近年来在 II、 III 级污区开始采用合成绝缘子。 文献[1]介绍了华东地区多年试验的 X-4.5 和 XWP-7 型绝缘子的长期积污规律。指 出两种绝缘子的积污规律基本相似:约在运行 2a 后积污达到饱和值,运行 1a 的盐密值 基本是饱和值的 50%, 饱和后污秽绝缘子的表面积污受雨水冲刷及风吹的影响, 盐密呈现 波动,但一般不会超过饱和值。 合成绝缘子在我国运行时间较短, 对积污规律的探索及实验工作有待加强, 文献 [2] 介绍了抚顺防污实验站做的近 3a 的 X-4.5 型和合成绝缘子积污对比实验结果。 结果表明, 运行近 1a 的合成绝缘子的盐密值为普通 X-4.5 绝缘子盐密值的 2.25 倍,运行近 1.5a 为 2.54 倍,运行 2.5a 时为 2.10 倍,运行 2.5a 的合成缘子与运行 1.5a 的合成绝缘子盐密 比较接近,说明合成绝缘子的积污规律与普通绝缘子的积污规律相近,即运行约 2a 的积 污达到饱和值,合成绝缘子的盐密可取为普通悬式绝缘子的 2.5 倍。

2

线路外绝缘设计原则

目前,我国线路绝缘设计是按输电线路 1a 进行 1 次人工清扫的原则设计的。按《架 空送电线路设计规程》设计的哈局 66kV 及 220kV 线路直线塔绝缘子片数分别为 5 片和 1 3 片,并据此确定塔头尺寸。 而美国、日本等国家的线路绝缘是按长期有效的原则来设计的,设计的线路一般不 需要绝缘清扫。以日本 500kV 线路在不同污秽区的绝缘配合设计为例,绝缘子使用个数 见表 1。 表1 日本 500kV 线路在不同污秽区的绝缘子使用个数
污秽分区 A B C D E F 0.5 52 45 40 35 盐分附着密度(mg/cm2) 0.01 0.03 0.06 0.12 0.25 210KN 普通绝缘子 26 30 35 41 46 300KN 普通绝缘子 23 26 30 35 40 36 210KN 防污绝缘子 31 300KN 防污绝缘子

从表 1 可知,日本的 500kV 送电线路是根据线路所在地区的污秽程度确定线路绝缘子的 使用片数,然后根据绝缘子串的片数来确定塔头尺寸。 哈局已运行的送电线路杆塔的塔头尺寸已经确定,受塔头尺寸限制,仅靠增加绝缘子数

量难以满足绝缘配合要求。因此,必须利用防污能力强的绝缘子来配合现有的塔型。

3

哈尔滨地区常用杆塔许用绝缘子片数

按《架空送电线路设计规程》选取带电部分与杆塔结构件在外过电压、内过电压和 运行电压下的最小间隙及哈尔滨地区气象条件下的相应风速,再根据哈尔滨地区气象条 件,对各电压等级的常用杆塔型号校验风偏,其 X-4.5 及 XWP-7 允许使 用片数见表 2 和表 3。 表2 哈尔滨地区 66kV 常用直线杆塔悬垂绝缘子允许使用片数
杆塔型号 X-4.5 及 XWP-7 型 绝缘子允许使用片数 锥型 A 型 ZS2 ZS4 ZGU2 ZGU4 单杆 双杆 6 6 7 7 7 7

表3

哈尔滨地区 220kV 部分常用直线杆塔悬垂绝缘子允许使用片数
杆塔型号 ZGL1 ZGL2 ZGL3 LH Z1 Z2 Z3 FZ SZ1 SZ2

单导线 X-4.5 及 WXP-7 型绝缘子允许使用片 数 复导线 X-4.5 及 WXP-7 型绝缘子允许使用片 数

16

16 13

17 14

17 14

16 17 17 17 13 14 14 14

17 14

17 14

表 2 和表 3 中允许使用片数为本文推荐使用片数,适用于哈尔滨地区的平原及部分丘陵地区。 上述允许使用片数风偏角为外过电压不超过 13° ,内过电压不超过 30° ,运行电压不超过 55° 。

4

输电线路的运行电压

由于输电线路在系统中所处的位置及负荷变化等原因,输电线路的运行电压并不是 完全相同的,为使线路的绝缘配合设计合理,在进行线路绝缘设计时,应选取该线路的 最高运行相电压。本文选取哈尔滨地区 220kV 及 66kV 线路实际测量的最高运行线电压 分别为 242kV 和 72.5kV。 在中性点直接接地系统中,220kV 线路的运行电压取 242/ =139.7kV。

在中性点经消弧线圈接地的系统中,由于中性点位移,以增加 15%考虑。按此原则 66kV 线路的运行电压取(72.5/ 取。 )×1.15=48kV。个别运行电压高的线路可按实际值选

5

几种绝缘子的污闪放电特性

对国内多个实验单位在自然污秽和人工污秽条件下的多年的实验数据进行统计,回 归计算后得出污闪放电电压与等值盐密的关系为: U50%=AS-p 式中 U50%——50%放电电压; A、P——常数; S——等值盐密。 文献[3]介绍了东北地区的绝缘子的实验结果: X-4.5(6 片串) U50%=4.5157S-0.3244 -0.2739 X-4.5(13 片串) U50%=5.4395S XWP-7(6 片串) U50%=5.3333S-0.3198 XWP-7(13 片串) U50%=5.4443S-0.3320 文献[4]指出东北地区 110kV 合成绝缘子的人工污秽污闪放电特性为 U50%=97.797S -0.1705 。 由于缺乏 66kV 和 220kV 合成绝缘子的污闪放电电压与盐密关系的详细资料,因此 用爬距进行计算,表 4 列举了 110kV 合成绝缘子与 X-4.5 型绝缘子在不同盐密/灰密条 件下的 U50%值。 表4 110kV 合成绝缘子与 X-4.5 型绝缘子在不同盐密/灰密条件下的 U50%
盐密/灰密(mg/cm2) 合成绝缘子 110kVUh(kV) X-4.5× 7Up(kV) (Uh-Up)/Up 0.1/0.4 0.2/1.0 0.4/1.0 0.6/1.0 0.6/2.0 208.10 71.30 1.91 191.30 58.80 2.25 185.00 53.50 2.46 172.60 46.80 2.68 193.10 42.30 3.56

从表 4 中可以看出,随着盐密和灰密的增大,X-4.5 型绝缘子的 U50%下降很大,而合成绝缘子的 U50%下降不大,说明合成绝缘子用于重污区是合理的。

6

输电线路绝缘配合计算分析

绝缘配合按不同型号绝缘子串,在不同盐密条件下的单片 U50%污闪电压按线性关系 选择, 绝缘子污闪电压标偏系数 δ %=10%按美国电机电子工程师学会(IEEE)的数据选取。 其保证电压: UB=n×U50%(1-3δ %)=0.7nU50% 式中 UB——保证电压; n——绝缘子片数; U50%——成串绝缘子的单片 50%污闪电压; δ %——绝缘子的标准偏差系数。 保证电压 UB 要大于或等于系统最高运行相电压 Uφ m。

从华东地区绝缘子积污规律的研究得知,绝缘子运行 2a 后绝缘子的盐密达到饱和。 以 X-4.5 型绝缘子饱和盐密值为基准,按同地区同污秽条件下 XWP-7 型绝缘子是 X-4.5 型绝缘子饱和盐密值的一半、合成绝缘子是 X-4.5 型绝缘子饱和盐密值的 2.5 倍来进行 绝缘配合设计,求出不同型号绝缘子在不同饱和盐密情况下,直线杆塔悬垂绝缘子串的 绝缘子需用片数。 表 5、 表 6 为 66kV 及 220kV 线路不同型号绝缘子在不同饱和盐密情况下悬垂串的需 用片数。 分析表 5、表 6,以 X-4.5 型绝缘子饱和盐密为基准盐密,66kV 及 220kV 电压等级 X-4.5、XWP-7 及合成绝缘子在不同盐密下的绝缘配合见表 7。 表5 66kV 线路不同型号绝缘子在不同饱和盐密值情况下悬垂串的需用片数
0.05 11.93 6 50.12 0.025 17.35 5 60.73 0.125 107.3 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.25 10.25 9.531 8.983 8.183 7.621 7.08 7 50.21 0.3 6.673 0.35 6.348 0.4 6.079

饱和盐密 0.03 (mg/cm2) 14.08 X-4.5 单片 U50%(kV) 5 需用片数 49.3 UB(kV) 饱和盐密 0.015 (mg/cm2) XWP 20.43 单片 U50%(kV) -7 5 需用片数 71.51 UB(kV) 合成 绝 缘子 饱和盐密 (mg/cm2) UB(kV) 0.075 117.1

0.04 0.05 0.06 0.08 0.1 0.125 0.15 14.93 13.9 13.11 11.96 11.14 10.37 9.783 5 5 6 6 7 7 52.25 48.66 55.08 50.24 54.57 50.82 0.2 0.25 0.3 0.4 0.8 0.625 0.75 99.08 95.38 92.46 88.04 84.75 81.59 79.09

0.175 9.313

0.2 8.923

0.875 77.04

1 75.3

注:66kV 合成绝缘子的 UB 是 110kV 的 UB 按爬距进行计算得到的。 66kV 合成绝缘子爬距为 1850mm,110kV 合成绝缘子爬距为 2400mm。

表6

220kV 线路不同型号绝缘子在不同饱和盐密值情况下悬垂串的需用片数
0.05 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.25 0.3 0.35 12.36 10.86 10.22 9.722 8.986 8.453 7.952 7.564 7.25 16 138.4 0.025 0.04 0.05 0.06 0.08 0.1 0.125 0.15 0.175 18.53 15.85 14.72 13.85 12.59 11.69 10.86 10.22 9.71 13 13 14 15 16 17 168.6 144.2 144.2 145.5 141 139.2 0.4 6.991

0.03 饱和盐密(mg/cm2) X-4.5 14.21 单片 U50%(kV) 14 需用片数 UB(kV) 139.3 0.015 饱和盐密(mg/cm2) XWP- 单片 U50%(kV) 21.95 7 13 需用片数 UB(kV) 199.8

0.2 9.29

合成 0.4 0.8 0.625 0.75 0.875 饱和盐密(mg/cm2) 0.075 0.125 0.2 0.25 0.3 绝 UB(kV) 354.9 325.3 300.2 289 280.2 266.8 256.8 247.2 239.7 233.4 缘子 注:220kV 合成绝缘子的 UB 是 110kV 的 UB 按爬距进行计算后得到的。 220kV 合成绝缘子爬距为 5400mm,110kV 合成绝缘子爬距为 2400mm。

1 228.2

表7

以 X-4.5 型绝缘子饱和盐密为基准的免清扫线路不同型号绝缘子需用片数表
电压
X-4.5

X-4.5 饱和盐密(mg/cm2) 0.03 5 5 1
14

0.05 0.08 6 5 1
16

0.1 7 5 1

0.12 0.16

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

7 5 1

66kV

XWP-7 合成绝缘子 X-4.5

6 1

6 1

7 1

7 1 1 1 1

220kV

XWP-7

13

13

13

14

15

16

17

合成绝缘子

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

只要将线路实际测得的 X-4.5 型绝缘子的饱合盐密对照表 7,选取相应的绝缘子进行绝缘配合设 计,即可实现线路的免清扫。

7

结束语

a . 在不改变运行线路塔头尺寸的前提下,采用本文推荐的绝缘配合

计算方法,按照各地年实测的盐密值,计算其饱和盐密值,选择防污绝缘子或者采用合 成绝缘子,对线路进行绝缘调整,以实现线路的免清扫或延长线路清扫周期。 b . 绝缘子的积污情况与各地的自然环境及污源分布有关。哈尔滨市及黑龙江省各地尚 无绝缘子积污规律的资料,本文把华东地区及抚顺地区的积污规律应用在哈局的防污闪 工作上,存在一定误差。 c . 建议尽快在哈尔滨地区开展绝缘子积污规律的试验研究, 以进一步搞好防污闪工作。


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