蘇明強

（福建博電工程設計有限公司）

0 引言

隨著現(xiàn)代輸電線路的大規(guī)模建設，自然雷電對輸電線路的破壞現(xiàn)象愈發(fā)增強，所以為了維護社會用電水平，實施輸電線路防雷措施具有十分現(xiàn)實的意義。絕緣配合設計即是通過絕緣體來增強輸電線路的防雷性能，此項措施不但能夠?qū)崿F(xiàn)低成本防雷，在電力單位的角度上來看，絕緣體還能夠保護輸電線路設備，實現(xiàn)了對電力單位經(jīng)濟效益的保護。但因為現(xiàn)代輸電線路規(guī)模龐大，其各自的環(huán)境、設備參數(shù)等方面均存在差異，所以要實現(xiàn)良好的絕緣配合設計，需要考慮到多方面因素，進而針對差異特點進行設計。

1 輸電線路絕緣配合的設計原則

絕緣體的設計是否良好，將直接決定了輸電線路的防雷性能水平，而在設計原則上來說，依照相關規(guī)定，輸電線路耐雷能力必須大于或等于常規(guī)線路，這是輸電線路絕緣配合設計的最基本原則。而深入來看，因為雷擊現(xiàn)象很容易引發(fā)輸電線路設備跳閘，所以跳閘是影響輸電線路最頻繁的電力事故，必須在設計時嚴格控制跳閘出現(xiàn)的概率，如此有助于輸電線路的穩(wěn)定性提高[1]。

關于輸電線路防雷性能水平規(guī)定如下：

1）中平原地區(qū)220kV輸電線路防雷性能水平規(guī)定。在中平原地區(qū)，其電壓為 220kV的輸電線路防雷性能水平需要維持在 110～76kA的區(qū)間之內(nèi)。對輸電線路跳閘事故發(fā)生概率進行控制方面，需要維持在 0.25 次/（km·a），最優(yōu)為 0.315 次/（km·a）。

2）中平原地區(qū)110kV輸電線路防雷性能水平規(guī)定。在中平原地區(qū)，其電壓為 110kV的輸電線路防雷性能水平需要維持在41～63kA的區(qū)間之內(nèi)。對輸電線路跳閘事故發(fā)生概率進行控制方面，需要維持在0.83 次/（km·a），最優(yōu)為 0.525 次/（km·a）。

通過上述可以了解到輸電線路絕緣配合設計的基本原則與標準，在進行設計時必須圍繞上述原則標準來進行設計。此外，因為絕緣配合設計屬于戶外裝置，其容易受到戶外地理環(huán)境等因素的侵蝕，因此為了避免設計受到干擾，設計時還需要考慮到防污的性能水平。

2 絕緣配合設計分析

2.1 半波輸電線路參數(shù)模型

在輸電線路短于電磁波波長的條件下，輸電線路的電壓將會維持相同的變化狀態(tài)，此時可以通過集中模型對此進行描述。在輸電線路長度與電磁波長幾乎相等的條件下，輸電線路電壓會出現(xiàn)較為劇烈的波動，所以因為不能使用集中參數(shù)加以描述，集中模式將無法應用，此時則應當采用分布參數(shù)模型。

假設半波輸電線路沿線參數(shù)相等，應用均勻傳輸線對其進行模擬。假設線路終端的電壓和電流為已知，可得距離末端I處的電壓、電流方程為：

式中，U2、I2為傳輸線末端電壓與電流，I2的流出末端屬于正數(shù)。圖1為傳輸線二端口網(wǎng)絡。

圖1 傳輸線二端口網(wǎng)絡

而根據(jù)上式電流方程可以建立二端口網(wǎng)絡的網(wǎng)絡方程。根據(jù)電路二端口理論，二端口網(wǎng)絡可等效為Π形形式，具體如圖2所示。

圖2 傳輸線二端口網(wǎng)絡等效Π形電路

2.2 半波長輸電線路的穩(wěn)態(tài)特性

下表為線路參數(shù)。

表 110、220半波長線路單位參數(shù)

在表1參數(shù)的基礎上，可得相應的波阻抗為 Zc=246.11 ? j3.7455Ω，采用21節(jié)點、20分段系統(tǒng)，線路長度100km，對180、360、750MW三個線路電壓進行分別計算，計算結(jié)果顯示，在750MW線路輸送功率條件下，線路沿線的電壓變化并不大，而當在180、360MW線路輸送功率條件下，電壓出現(xiàn)了中高、端低的變化。

2.3 絕緣配置

在上述分析的基礎上，在 4500MW 線路輸送功率條件下，因為其電壓變化不大，所以可以采用統(tǒng)一形式的絕緣配置形式，而在5000、5500MW 線路輸送功率條件下，其線路電壓變化呈現(xiàn)中高、端低的變化，如果直接統(tǒng)一采用高性能配置，會造成成本投入的浪費，所以需要對實際參數(shù)進行考察，依照考察數(shù)據(jù)來進行絕緣的配置。

3 絕緣配合設計步驟

3.1 計算參數(shù)確認

計算參數(shù)是絕緣配合設計的根本因素，在沒有計算參數(shù)的支持下，就會導致絕緣配合設計形式化，無法發(fā)揮實際的應用效果。而為了找到計算參數(shù)，首先應該對已經(jīng)存在的線路進行確認，此點需要通過相應系統(tǒng)的查找和分析功能來實現(xiàn)，在查找分析的結(jié)果當中，其所有存在物理屬性、實際環(huán)境屬性的參數(shù)都屬于計算參數(shù)[2]。

3.2 路段劃分

輸電線路的建設本身就需要結(jié)合實際情況來開展，在此前提下大多數(shù)的輸電線路各自參數(shù)方面就會存在一定的差異，此時就不能夠以同樣絕緣配置來進行設計，因此需要進行路段劃分。路段的劃分主要核心在于：將參數(shù)值在同一范圍內(nèi)的輸電線路劃為統(tǒng)一路段，進而形成多路段絕緣配合設計方案。此外，在路段劃分時不能劃分太多的路段，否則會造成方案使用次數(shù)的減少，所以路段劃分還需要分為兩個層次，即上述的同一區(qū)域路段劃分與多區(qū)域路段劃分[3]。

3.3 防雷、防污要求

自然雷電是影響輸電線路運行穩(wěn)定性的重要因素，所以在進行絕緣配置時，需要嚴格地控制其耐雷性能水平。一般情況下，輸電線路可以被分為高壓、低壓線路兩種，在此條件下要進行絕緣配合設計，首先應當對低壓線路的絕緣水平進行確認，之后如果存在高壓線路則可以在低壓絕緣水平之上，通過不斷遞增的方式來增強高壓線路的絕緣水平。此外，在防污要求方面，主要是為了避免自然環(huán)境的污染，應當盡可能地避免輸電線路、絕緣體與自然環(huán)境的接觸，并加強運作環(huán)境的干凈，以實現(xiàn)防污的效果。

4 設計輸電線路的絕緣配合

4.1 選擇絕緣配合的電氣間隙

首先，因為現(xiàn)代社會對于電能的需求較大，所以輸電線路的運行過程中，很容易出現(xiàn)超電壓的現(xiàn)象，此時，因為電氣間隙兩側(cè)的電壓會隨著電壓的輸出瞬間變大的特性，如果電氣的間隙距離不足，就很可能會引發(fā)電流擊穿的電力故障。其次，在輸電線路電壓大幅度超出規(guī)定最大值的情況下，如果電氣間隙無法實現(xiàn)預期效應，就必定會出現(xiàn)電流擊穿現(xiàn)象。所以在進行絕緣配合設計時，需要對輸電線路的具體參數(shù)進行分析，不能流于形式進行設計。

4.2 設置絕緣配合中的爬電距離

輸電線路的運行時常處于戶外環(huán)境，此時運行過程中很可能會出現(xiàn)許多污染物，不利于輸電線路與絕緣配合設計的運行。而為了防止污染的影響，應當根據(jù)工作電壓的數(shù)據(jù)來確定其爬電距離的大小。此外，在此方面的設計上，不用考慮突然超出的電壓，因為不會受其影響。

4.3 設計絕緣配合中固體絕緣的結(jié)構

從現(xiàn)代普遍的絕緣設計上，絕緣設計結(jié)構當中主要分為基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣三個種類，其所產(chǎn)生的效果存在差異性，但都屬于固體絕緣設計的一種。而因為是固體絕緣，其必然會造成一定的空間占用，如果設計不當，就可能導致相鄰的絕緣結(jié)構產(chǎn)生沖突，從而可能會導致絕緣設計運行的故障，例如絕緣輸電線路熱量較高、短路等現(xiàn)象，因此固體絕緣設計當中需要重視固體絕緣的結(jié)構設計，主要需考慮設計內(nèi)輸電線路自身、環(huán)境因素兩方面的影響，避免直接進行設計安裝，而需要結(jié)合實際規(guī)模條件，設計出合理科學的安裝方案，在進行確認之后，即可安裝固體絕緣。此外，因現(xiàn)代科技水平較為發(fā)達，所以不可避免未來的改造，設計應盡可能地預留部分空間。