1000kv線路用特高壓絕緣子運(yùn)行情況分析

0特高壓調(diào)控性能指標(biāo)分析在晉東南-南陽-荊門1000kv交流試驗(yàn)工程中，線路中使用的瓷、玻璃、復(fù)合絕緣子、變量中使用的樹枝和空心復(fù)合瓷絕緣子的直徑（盤徑）、結(jié)構(gòu)高度和固定機(jī)械負(fù)荷（機(jī)械）的負(fù)荷大于500kv。同一塔架的數(shù)量比超高壓高8倍以上。分離器鏈的長度比500kv以上。它們通常采用“v”型字符串和2.4-i型字符串的組合。塔架距離大，高度比超高壓高得多。采用8個(gè)分裂導(dǎo)線。這些不同于超高壓絕緣子的運(yùn)行條件,使特高壓絕緣子運(yùn)行的可靠性與超高壓不同。筆者在分析這些關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了特高壓絕緣子研究的一些問題及需開展的工作。1在特高壓交流試驗(yàn)中，試驗(yàn)單元的使用現(xiàn)狀1.1表1:表1特高壓交流試驗(yàn)示范工程使用的盤形懸式瓷、玻璃和復(fù)合絕緣子如表1所示。表1表明,在晉東南-南陽-荊門1000kV交流試驗(yàn)示范工程中,使用的盤形懸式瓷、復(fù)合絕緣子的盤徑、結(jié)構(gòu)高度、爬電距離和額定機(jī)械負(fù)荷要比500kV的高很多。1.2電源連接1.2.1隔離刀閘作業(yè)母線支柱絕緣子的結(jié)構(gòu)高度為10m,隔離刀閘為9.5m、10m,額定機(jī)械彎曲負(fù)荷為16kN,扭轉(zhuǎn)負(fù)荷為8kN·m,爬電比距為25mm/kV。1.2.2空心瓷絕緣子變壓器、電抗器、CVT和ZnO避雷器使用的空心瓷絕緣子,結(jié)構(gòu)高度為10m,爬電比距為25mm/kV,傘間距不小于70mm。1.2.3m、11mGIS使用空心復(fù)合絕緣子,結(jié)構(gòu)高度為10.5m、11m。以上表明,晉東南-南陽-荊門1000kV交流試驗(yàn)示范工程中,使用的變電設(shè)備絕緣子的直徑和結(jié)構(gòu)高度比500kV高兩倍以上。2運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)2.1氧化瓷規(guī)定在高壓工程中的應(yīng)用大連某公司2000年開始在750kV及以下電壓等級(jí)采用300kN、400kN(420kN)雙層傘形瓷絕緣子。截至目前300kN、400kN(420kN)分別有40萬片和43萬片掛網(wǎng)運(yùn)行,且無一片劣化絕緣子,但在1000kV特高壓工程中缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。日本某公司目前已有300kN、400kN、530kN盤形懸式絕緣子運(yùn)行于1000kV特高壓輸電線路,530kN普通傘形瓷絕緣子已有6萬片運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),具體如表2所示。2.2盤式懸式玻璃絕緣子法國某公司530kN玻璃絕緣子約有2萬片運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。2.3復(fù)合絕緣材料前蘇聯(lián)1150kV線路部分采用了復(fù)合絕緣子。我國尚無1000kV復(fù)合絕緣子在特高壓工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。2.4支架和空心分離器我國尚無1000kV支柱和空心絕緣子在特高壓工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。3運(yùn)行功能分析3.1吸收特性3.1.1各附鹽密度比較文獻(xiàn)表述了在自然污穢條件下,不同盤徑懸式絕緣子的積污特性不同,平均半徑愈大,現(xiàn)場等值附鹽密度就愈低。我國特高壓工程使用的絕緣子盤徑在320~400mm,比254mm(參照盤形懸式絕緣子)大很多,說明其積污特性較超高壓優(yōu)良。3.1.2空心瓷緣的制備支柱瓷絕緣子的主體直徑為300~330mm,空心瓷絕緣子為900~1000mm。產(chǎn)生的問題是如此大直徑的絕緣子,可能因迎風(fēng)側(cè)與背風(fēng)側(cè)表面的積污不均勻等使其污耐壓特性變差。3.1.3傘型和容積污比a.普通傘型。盤形懸式、支柱和空心絕緣子使用在“非常輕”和“輕”污穢等級(jí)地區(qū)的積污特性較好,但積污速率較快。b.雙層傘型。傘平滑無棱,有利于風(fēng)雨清洗,積污特性優(yōu)良、自潔性能好、積污速率低,實(shí)際運(yùn)行效果較好。c.大小傘交替型。盤形懸式、支柱和空心絕緣子的大小傘交替型適合于嚴(yán)重潮濕或發(fā)生冰雪橋接的地區(qū)。傘平滑無棱,相對普通傘型也有利于風(fēng)雨清洗,積污特性較優(yōu)良、自潔性能較好、積污速率較低。d.鐘罩型或深棱傘型。盤形懸式、支柱和空心絕緣子傘下的溝槽深,不利于風(fēng)雨清洗,積污特性較差、自潔性能較差,積污速率快。文獻(xiàn)研究結(jié)果表明:在相同運(yùn)行條件下,普通傘型與雙層傘型和鐘罩型或深棱傘型絕緣子的積污比分別為1∶(0.3~0.5)和1∶(1.0~1.4),說明不同型式絕緣子積污特性主要取決于絕緣子的外形。1000kV特高壓輸電線路使用了普通傘型、雙層傘型、大小傘交替型和鐘罩型瓷或玻璃絕緣子,其外形與其他電壓等級(jí)使用的絕緣子差別較大,這些絕緣子的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)很少,應(yīng)開展這方面的研究。3.1.4聯(lián)“i”、聯(lián)“v”形懸垂串特高壓線路使用了雙聯(lián)“I”、三聯(lián)“I”、四聯(lián)“I”、雙聯(lián)“V”形懸垂串;雙聯(lián)、三聯(lián)水平布置耐張等與超高壓的絕緣子串布置方式不同,使得特高壓絕緣子的污穢特性與超高壓的不同。3.1.5高度邊緣串積污文獻(xiàn)研究表明,在城市及典型工業(yè)污穢區(qū),絕緣子的積污隨高度不同而變化,30m高度絕緣子串積污明顯高于10m。我國特高壓輸電線路桿塔高度一般在70m左右,較500kV線路桿塔高出近一倍,使得絕緣子串的積污特性與500kV存在差異。因此應(yīng)開展1000kV輸電線路桿塔高度對絕緣子積污影響的研究。3.1.6緣子串電位分布的影響1000kV特高壓正常工作電壓是500kV的兩倍,絕緣子串電位分布的畸變程度比500kV嚴(yán)重得多,導(dǎo)致其電場強(qiáng)度比500kV等級(jí)的高,而絕緣子的積污特性具有靜電吸塵效應(yīng),無疑會(huì)使其同一型式絕緣子的積污特性比500kV等級(jí)的差。3.2電氣性能3.2.1傘間距試驗(yàn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,500kV變電站中電氣事故主要發(fā)生在大直徑套管上的約占80%。事故原因是傘形不合理,尤其是在大雨作用下,過小的傘間距使傘與傘之間容易形成雨橋而發(fā)生閃絡(luò)。特高壓套管直徑約為500kV套管的兩倍,在其選型時(shí)雖已考慮了該問題,但無運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證。3.2.2自然生成性的保護(hù)特高壓桿塔高度可高達(dá)70m以上,最高可達(dá)150m左右。突出的高塔防雷問題對絕緣子提出了更高的要求。為了解決絕緣子的防雷問題,已采取了以下措施:a.采用雙避雷線,負(fù)保護(hù)角一般為7°;b.桿塔接地電阻<10Ω,以減少雷擊反擊。建議待建工程采取以下措施:a.雙回線用非平行絕緣以減少雷擊故障率;b.引弧角間隙。絕緣子裝置安裝招弧性能高的引弧角間隙能有效起到保護(hù)絕緣子串的作用,從而避免絕緣子掉串和重合閘不成功。特高壓線路應(yīng)考慮安裝引弧角間隙。3.3特高壓絕緣子串的機(jī)械特性特高壓線路使用了結(jié)構(gòu)高度為10.53m的三聯(lián)“I”、四聯(lián)“I”、雙聯(lián)“V”形的懸垂串;雙聯(lián)水平布置耐張等串型。機(jī)械強(qiáng)度為300kN、420kN、550kN絕緣子串的自重分別為14904kg、11178kg和7452kg,這些使得特高壓絕緣子串形的機(jī)械特性不同于超高壓的懸垂串和耐張串。500kV輸電線路的研究表明:當(dāng)“V”形絕緣子串偏移角度大幅增大時(shí),鋼腳應(yīng)力值與“V”形串夾角有關(guān),說明串形對絕緣子的機(jī)械特性影響較大。為確保絕緣子機(jī)械強(qiáng)度的可靠性,應(yīng)規(guī)定一種可模擬實(shí)際運(yùn)行情況在不同串形下進(jìn)行的絕緣子串機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)。3.4振動(dòng)試驗(yàn)hz對特高壓用絕緣子應(yīng)盡可能在模擬運(yùn)行狀態(tài)條件下進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)特性研究,目的是檢驗(yàn)絕緣子在振動(dòng)頻率f為20~40Hz,振動(dòng)次數(shù)不小于3000萬次的典型振動(dòng)條件下的抗疲勞性能。且還應(yīng)要求振動(dòng)試驗(yàn)后60%的絕緣子應(yīng)進(jìn)行機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn),另外40%的絕緣子進(jìn)行沖擊過電壓擊穿耐受試驗(yàn);在整個(gè)試驗(yàn)期間,鐵帽和鋼腳不斷裂、不彎曲、不松動(dòng);瓷件不出現(xiàn)破損、裂紋;鐵帽和絕緣件及鋼腳三者在同一軸線上;鋼腳處膠裝水泥不出現(xiàn)裂紋或歪斜、水泥松動(dòng)等異?，F(xiàn)象。3.5雙柱質(zhì)權(quán)式三角錐式無砂壓法系統(tǒng)中柱結(jié)構(gòu)高度10m、16kN單柱式支柱絕緣子耐地震能力差,運(yùn)行可靠性降低。建議待建特高壓工程支柱絕緣子采用雙柱并列式、三角錐式。其中,由于三角錐式結(jié)構(gòu)的支柱絕緣子頂部負(fù)荷能達(dá)到較高水平而被推薦更適合于大容量輸電及地震區(qū)。3.6殘余機(jī)械強(qiáng)度性能為了確保特高壓絕緣子機(jī)械強(qiáng)度的可靠性和降低劣化率,規(guī)定了瓷絕緣子應(yīng)進(jìn)行高頻(100~500kHz、3s、連續(xù)火花放電)火花試驗(yàn);鋼化玻璃絕緣子進(jìn)行三次冷熱沖擊;熱機(jī)性能和機(jī)電(械)破壞性能要求殘余機(jī)械強(qiáng)度性能要求:如果分離破壞的數(shù)目大于10,當(dāng)并且每個(gè)和如果分離破壞的數(shù)目少于10,當(dāng)每個(gè)Xs≥0.80SFL,并且每個(gè)Xb≥SFL(式中:為平均破壞負(fù)荷值;S為標(biāo)準(zhǔn)偏差;SFL為額定機(jī)電(機(jī)械)破壞負(fù)荷;為分離負(fù)荷,為金屬件破壞負(fù)荷);頭部內(nèi)絕緣強(qiáng)度達(dá)到?jīng)_擊擊穿電壓2.85~3.1p.u.(1p.u.為單片絕緣子的50%干雷電沖擊耐受電壓值)。但大盤徑、高結(jié)構(gòu)高度和大噸位盤形懸式瓷、玻璃、復(fù)合絕緣子的制造技術(shù)難度很大,且運(yùn)行條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)比超高壓絕緣子嚴(yán)酷,使得特高壓絕緣子運(yùn)行的可靠性可能比500kV的低,且劣化率高。應(yīng)加強(qiáng)特高壓絕緣子運(yùn)行的可靠性和劣化率的研究。4運(yùn)營技術(shù)建議針對特高壓絕緣子運(yùn)行技術(shù),建議開展以下工作。4.1盤式懸式瓷絕緣子的定期檢測對盤形懸式瓷絕緣子按表3定期檢測。4.2復(fù)合絕緣材料的防水性能和機(jī)械性能運(yùn)行復(fù)合絕緣子憎水性以及機(jī)械特性按表4和表5定期檢測。4.3絕緣材料的腐蝕試驗(yàn)運(yùn)行絕緣子鋼腳的腐蝕可導(dǎo)致機(jī)械