摘要：讨论了330kV交流输电线路绝缘子串片数选择的方法 提出了330kV交流输电线路由工频电压下爬电比距法来确定绝缘子串片数一般可满足线路在污秽条件下及操作冲击电压、雷电冲击电压条件下不发生闪络现象。
关键词：输电线路 绝缘子 爬电比距 闪络电压 海拔修正。
0 引言
架空送电线路的绝缘配合设计目的是要解决杆塔上和档距中各种可能放电途径的绝缘选择和相互配合的问题，在工程设计中，一般依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064-2014）、《110～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）、《电力工程高压送电线路设计手册》中的研究结论和方法进行绝缘配合。其中最关键的便是绝缘子串（联）的片数（串长）选择，应满足在长期工作电压下不发生污闪，在操作过电压下不发生湿闪，并具有一定的雷电冲击耐受强度，使线路能在工频电压、操作过电压和雷电过电压等各种条件下安全可靠运行。
1 不同工况下选取绝缘子串片数方法
1）按工频电压选择绝缘子片数
在工频电压作用下，选择绝缘子片数的方法一般有两种：一种是按各类污秽条件下绝缘子串的爬电比距（l）来选择；一种是按各类污秽条件下绝缘子串的成串污闪电压来选择。这两种方法的出发点都是以一定的线路允许的污闪事故率为基础。而且这两种方法都需要先确定线路所处地区的污秽等级。在工程设计中，污区划分和绝缘配合执行《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》Q/GDW 152-2006，根据各省电力公司电力系统污区分布图来确定线路所处地区污秽等级。
a）按照爬电比距（l）确定绝缘子片数
根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010），绝缘子片数计算公式为：
（式1）
式中：n——每串绝缘子片数；
Um——系统标称电压，kV；
l——不同污秽条件下所需爬电比距，cm/kV；
Le—单片绝缘子有效爬电距离，cm；
Lg—单片绝缘子几何爬电距离，cm；
Ke——绝缘子爬电距离的有效系数（形状系数），（可根据国家标准《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》 GB/T 16434-1996附录D中给出的污闪电压回归方程计算）。
b）按照绝缘子串的污闪电压确定绝缘子片数
对于500kV及以下不太长的绝缘子串，在污秽条件下可以认为串长与污闪电压呈线性关系。这就有可能允许按单片绝缘子的污闪电压来选择绝缘子所需片数。
IEEE（美国电机电子工程师协会）取绝缘子污闪电压的标准偏差系数
%=10%，取最高运行相电压作为污闪耐压值（UR）。
（式2）
式中，U50%---绝缘子串的50%污闪电压，kV
U50%值可由成串污闪数据取得，对于500kV以下电压等级，也可由单片U50%值按线性关系选定。
我国按污闪电压选定绝缘子片数的方法与美国接近，测试单片绝缘子的污闪电压（U50%），标准偏差系数取 %=8%。耐压值（UR）取为最高运行相电压。
（式3）
绝缘子串的50%污闪电压值可以通过查询其与绝缘子片数的关系曲线得到。
目前我国规程规定的绝缘子工频泄露比距的要求系根据我国线路的大量运行经验而得出的，这自然也包括了污秽绝缘子遭受操作过电压的情况在内，在设计时操作污闪可不作为选择绝缘子片数的条件。
c）按海拔高度修正绝缘子片数
根据《110~750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010），高海拔地区污秽绝缘子的闪络电压，随着海拔升高或者降低而变化，悬式绝缘子的片数，宜按下式进行修正：
（式4）
式中：nH-海拔1000m及以下地区的绝缘子串片数；
H-海拔高度，km
m1-特征指数，它反映气压对污闪电压的影响程度
2）按操作冲击闪络电压校核绝缘子片数
根据《110kV~750kV 架空输电线路设计规范》GB 50545-2010、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T50064-2014、《电力工程高压送电线路设计手册》中的规定，按绝缘子串的操作冲击闪络电压数据选择绝缘子片数。对绝缘子串的干、湿冲击闪络电压分别进行计算，再对其根据海拔修正系数进行修正，查询对应的绝缘子串干、湿闪络电压曲线即可得所需绝缘子片数：
（式5）
（式6）
--空气密度校正系数；
--空气湿度校正系数；
--操作过电压倍数，330kV电压等级取2.2；
%--标偏系数；
n—标偏系数的倍数；
1/（1-n
%）--330kV电压等级取1.1；
--线路的最高运行相电压有效值，kV，为
=
/ 
，269.4kV；
--系统最高运行电压，为363kV；
--绝缘子串的操作冲击50%湿闪络电压值（峰值），kV；
--绝缘子串的操作冲击50%干闪络电压值（峰值），kV；
根据式5、6，可以计算出在不同海拔时Usuh及Usua值。分别查询《电力工程高压送电线路设计手册》中相应的绝缘子串的湿、干闪络电压曲线绝缘子片数，可作为设计参考。
3）按雷电过电压选择绝缘子片数
通过对高压系统历年运行经验总结，雷电过电压与运行电压无直接关系。因为在高压系统中，由于输电线路本身的外绝缘水平很高，对外绝缘设计而言，雷电过电压不起决定作用。但应根据已选定的绝缘水平（即按照工频泄露距离及操作过电压要求选定的绝缘子型式及片数）来检验线路的耐雷水平，并应符合GB/T 50064-2014的规定。如果在某些情况下雷击跳闸率太高，可酌情增加绝缘子片数。
考虑到造成污闪的不利气象条件（如雾、露、毛毛雨等）和雷电同时出现的可能性极小，因此雷电冲击污闪电压不作为选择绝缘子片数的条件。
2 工程实例
以西北地区某330kV输电线路为实例进行绝缘子片数计算，该线路全线位于海拔3500米地区，单回路架设，全线架设两根地线，处于D级污区（l=3.2cm/kV），线路使用U160BP/146D型悬式瓷绝缘子（结构高度146mm，盘径255mm，单片爬距450mm）。
1）按工频电压计算绝缘子片数；
a）按照爬电比距法，l=3.2cm/kV，Lg=450mm，Ke=1计算得绝缘子片数n=24。
b）按照污耐压法，UR=0.68 U50%= 
=269.4kV，计算得绝缘子串污闪电压为396.2kV，根据线路所处区域污秽等级查询线性曲线可知需配置绝缘子片数为17~22片左右。
图1 绝缘子串（146×254mm）工频50%污闪电压曲线
注：前苏联人工污秽试验数据，试验用瓷绝缘子尺寸与本工程使用基本相同
c）按海拔高度修正，本工程悬式绝缘子m1取值为0.38，按式4计算得海拔修正后的绝缘子片数为27片。
2）按操作过电压选择绝缘子片数；
--空气密度校正系数，对3500海拔处取0.708；
--空气湿度校正系数，3500海拔处取1.05；
--操作过电压倍数，取2.2；
根据式5、6，可以得出：在海拔3500m时，
=1076kV， 
=1130kV。
经查询《电力工程高压送电线路设计手册》中提供原西安高压电器研究所（图2）及美国超高压实验基地铁塔绝缘子串（146×254mm）（图3）操作冲击闪络电压曲线（试验用瓷绝缘子尺寸与本工程使用基本相同），需配置绝缘子片数为18~21片左右，均小于工频电压下爬电比距法选定绝缘子片数。
图2 绝缘子串操作冲击闪络电压曲线
图3 铁塔中相悬垂绝缘子串的正极性操作冲击干闪电压曲线
3）按雷电过电压选择绝缘子片数
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064-2014）要求，有地线的单回330kV线路的反击耐雷水平应达到120～151kA。本工程送电线路杆塔冲击接地电阻为10Ω时，经查询原第一机械工业部高压电器研究所试验数据，线路绝缘子片数量大于19片即可满足151kA耐雷水平。
图4 绝缘子串（146×254mm）正极性雷电冲击闪络电压曲线
注：摘自原第一机械部高压电器研究所1967年实验数据，试验用瓷绝缘子尺寸与本工程使用基本相同
3 结论
随着电力系统操作过电压倍数的降低，操作过电压要求的绝缘子片数已经不起控制作用。且由于超高压输电线路本身的外绝缘水平很高，对外绝缘设计而言，雷电过电压也不起决定作用，由工频电压要求的绝缘子片数，一般都能满足工程所要求的耐雷水平。通过计算结果可以验证，本工程330kV线路绝缘子片数的确定，主要取决于工频电压下爬电比距的要求。
参考文献：
［1］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2003.
［2］吴光亚等. 交流输电线路绝缘子串片数的选择［J］.高电压技术，2002（2）.
［3］葛建国. 关于输电线路的耐雷水平计算方法的探讨［J］.黑龙江科技信息，2007（3）.
［4］杜澎春等. GB/T 50064-2014［S］.北京：中国计划出版社，2014.
［5］于刚等. GB 50045-2010［S］.北京：中国计划出版社，2010.
作者简介：
刘澜（1990.8-），男（汉族），西安市，中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，职称：助理工程师；研究方向：高压输电线路绝缘设计。
论文作者:刘澜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/6
标签：绝缘子论文; 过电压论文; 电压论文; 线路论文; 操作论文; 闪电论文; 污秽论文; 《电力设备》2017年第23期论文;