摘要：对于特高压直流输电线路来说，绝缘配置对于其运行水平及输电容量有极大的影响。由于电压等级非常高、输送容量特别大、输电距离特别长等特点，一旦特高压直流输电线路的绝缘发生故障，将会带来严重的经济损失以及强烈的系统不稳定性。此外，由于高压直流输电会产生“静电吸附效应”，因此绝缘子表面积污比较严重，同时直流绝缘子表面污闪特性与交流的有很大区别，以上因素导致高压直流线路的污闪现象比较严重，污闪放电事故与交流同电压等级的输电线路相比较为明显。因此，合理选择和配置特高压直流输电线路的绝缘情况，对于建设坚强智能电网、提高系统运行水平具有至关重要的作用。鉴于此，本文主要分析探讨了特高压直流输电线路绝缘配置与性能，以供参阅。
关键词：特高压；直流输电线路；绝缘配置；性能
1高压直流铁塔空气间隙的绝缘配置
合理的绝缘配置能够节省工程建设成本以及降低线路事故的发生率，绝缘配置的如何选择与设计是整个特高压直流输电建设过程中最重要的环节之一。输电线路铁塔的塔头部分通过金具、绝缘子等对导线、架空地线进行牢固支持，并使塔头空气问隙，包括导线对大地、导线对导线、导线对架空地线和导线对铁塔之间保持足够的安全距离，因此塔头空气间隙的确定是设计塔头结构尺寸的关键基础。同时，在特高压直流输电线路设计中，±800kV特高压直流输电线路铁塔高度高，荷载大，铁塔投资约占本体投资的40％左右。合理选择铁塔的塔头布置形式、塔身布置形式、塔腿布置形式以及构件断面、构件材质和节点构造等，对于减少特高压直流输电工程的建设成本以及线路能够长期稳定运行具有实际工程价值。
1.1特高压直流铁塔空气间隙的直流放电特性
通过设计相关实验验证了，导线对杆塔的空气间隙距离跟相应等级的高压输电线路导线与塔身的临界闪络电压是线性的关系，导线对杆塔的空气间隙距离随着临界闪络电压的增大而增大。在特高压输电线路周围环境比较干燥的情况下，其临界闪络电压通过实验测量后得出一般取值为487kV／m。
1.2特高压直流铁塔空气间隙的操作冲击放电特性
根据最新的相关规定——《高压直流架空送电线路技术导则》中50％操作冲击放电电压U50％的相关计算公式，考虑到绝缘子串在风偏的影响因素下，在相关公式中带入不同海拔、环境下的空气密度、湿度系数，线路操作过电压倍数联，以及线路允许最高运行电压，即可计算导线对杆塔空气间隙的正极性50％操作冲击放电电压U50%，然后对应不同海拔高度下空气间隙放电特性试验曲线，即可取得操作冲击间隙距离的推荐值。
1.3特高压直流铁塔空气间隙的雷电冲击放电特性
在特高压直流输电工程正常运行过程中，如果雷电冲击发生在换流阀的位置上时，换流阀的运行状态很快就会发生改变，此时的运行状态由换流状态变为逆变状态，此时状态的改变主要作用时对高压直流输电线路进行抽能与去除减少空气中的游离电子，使得冲击的影响变小，随后换流阀再重新启动运行。上面换流阀的这一系列过程的时间极为短暂，整个状态的时间一般少于100ms，这些状态的发生不会影响高压输电线路的正常运行。从而得出结论：雷电过电压对特高压输电线路的影响很小，可以忽略。因此，特高压输电线路的塔头间隙设计就忽略此种因素。
1.4特高压直流铁塔带电作业间隙
特高压直流输电线路出现任何故障以及维护运行过程中，都需要具体操作人员采取必要的带电作业，导线与杆塔间隙距离的大小关系到操作人员的具体人身安全，如有设计不当，则会导致很严重的操作事故，因此，带电作业最小距离也成为维护人员能否安全操作维护的重要指标之一。上述的具体带电操作最小距离的参数主要包括电气距离以及操作人员可活动范围，最小电气距离即为防止电气击穿的最小间隙距离，IEC明确规定了需要通过综合考虑海拔、环境因素、空气污秽等各种情况来确定最小电气距离，这些因素总体提高了确定最小电气距离的难度。最小安全人员操作距离即为保证人员安全的最小活动范围，同时作业间隙的表面形状对于间隙放电具有很大影响，实验测量得出正极性棒与板的间隙放电电压时最大的，因此应该尽量避免这种形式的间隙放电。通过上述大量篇幅的分析，特高压直流输电线路中导体对杆塔的空气间隙在考虑相应风偏的具体情况下，需要同时满足工作、操作以及雷电过电压的相关实验测试及要求。
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1.5风偏对特高压直流铁塔空气间隙的影响
高压直流输电架空线路需要长期运行在荒郊野外等条件恶劣的地方，高压架空线路的寿命受线路周围的气候影响比较大。周围环境中的自然风是关系到线路能否长期安全运行的主要影响因素，风速较大时会导致塔身与塔头放电导致线路故障，这是线路故障产生较多的一种形式。如果要计算风偏对塔头空气间隙的影响时，导线的风偏角的计算是十分必要的。
1.6特高压直流铁塔空气间隙海拔修正
之前对不同电压等级的高压输电线路的设计进行过不同海拔系数校正的一系列研究分析，这几种电压等级分别为500kV、750kV以及1000kV，本文重要按照国家颁布的IEC60071.2标准对塔头空气间隙的海拔系数进行校正。依照国家最新规定GB／T20635中明确规定了校正因数m的取值如下：1)当高压冲击实验为工作或者雷电冲击干电压的情况下，m的取值为1。2)当高压冲击实验为工作或者雷电冲击湿电压的情况下，m的取值为0.8。
1.7特高压直流铁塔空气间隙确定
根据以上分析，特高压直流输电线路铁塔塔头的空气间隙主要与操作冲击电压及风偏有关。根据操作冲击电压及最大风偏，并加以海拔校正，即可确定塔头的空气间隙。同时，在设计时考虑必要措施，以便于运维检修及带电作业的开展即可。
2缘子的选择与配置
2.1绝缘子形式选择
瓷绝缘子具有运行时间更长、运行经验更加丰富，同时还有比较大的机械强度，正常运行相同时间老化程度低等优点。玻璃绝缘子会产生一定的自爆特性，同时其自爆之后一般不会掉串，这种绝缘子的失效检出率比较高，电压分布比较均匀，耐电弧能力非常强，同时具有一定的自洁特性；因此较其他类型绝缘子，适合应用在高电压等级线路和较为清洁的环境中。复合绝缘子能承受强污染特性，长时间不用清扫，同时具有很好的经济性，比较适合污染较重的输电地区。对于选择特高压直流输电线路绝缘子型式，有如下建议：(1)在轻度污秽区，悬垂串一般采用复合绝缘子，耐张串一般采用瓷绝缘子或玻璃绝缘子。(2)在中度及以上污秽区，悬垂串可采用复合绝缘子或玻璃绝缘子，耐张串则宜采用瓷绝缘子或玻璃绝缘子。(3)在重冰区，复合绝缘子在覆冰之后，将会失去原有的憎水特性。因此，一般选择瓷绝缘子或者玻璃绝缘子。(4)在高海拔地区，悬垂串一般采用复合绝缘了，形串一般也采用复合绝缘子，而耐张串则宜采用瓷绝缘子或玻璃绝缘子。
2.2绝缘子机械强度选择
绝缘子强度是否满足荷载需求，应满足下面公式计算要求：T≥TR／K1。式中，TR一具体定义为绝缘子所能耐受的额定机械破坏荷载(kN)；T-分别取绝缘子承受的最大使用荷载、验算荷载、断线荷载、断联荷载或常年荷载(kN)；K1-绝缘子机械强度的安全系数。在选择绝缘子时，TR取值应大于等于TXK1，或者将绝缘子机械强度的安全系数K1=TR／T与不同运行情况下所对应的最小安全系数相比较，K1大于规定数值，即表示满足设计要求。
2.3绝缘子串长度(片数)选择
输电线路外绝缘设计的原则，就是确保线路绝缘子串在最恶劣、最严重的运行状态下(电压、污秽、湿度)时不会发生事故。通常，在确定输电线路绝缘子的串长时，有三种方法：一种是爬电比距法，即根据线路所经过区域的污秽水平，结合线路额定电压确定爬电比距从而确定绝缘子串长；另一种方法是通过在不同污秽程度下分解试验获得的实际绝缘子的耐污闪电压，选定绝缘子串长应大于设计线路的最大运行电压，并保留足够的安全裕度，即——污耐受法；第三种方法是参照拟建线路附近己投运±500kV线路的绝缘水平，对其相同污秽情况进行类比，并根据电压等级与绝缘水平的正比关系，外推计算确定绝缘子串长。
参考文献
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[3]杨振家,张成,刘海威,张明杰.±800kV特高压直流输电线路绝缘选择[J].山东电力技术.2016(05)
论文作者:张佩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/16
标签：绝缘子论文; 线路论文; 间隙论文; 特高压论文; 电压论文; 铁塔论文; 空气论文; 《电力设备》2019年第17期论文;