上海電力設(shè)計(jì)院有限公司 蘇 鋒 李 艷 孫 振

1 高壓輸電線(xiàn)路的特點(diǎn)及構(gòu)成部分分析

1.1 高壓輸電線(xiàn)路的特點(diǎn)

高壓輸電線(xiàn)路由于其所需的信息量較小，因此其成本也相對(duì)較低。其需要用兩根導(dǎo)線(xiàn)，一條連接正級(jí)，一條連接負(fù)級(jí)[1]。電力傳輸?shù)闹绷骶€(xiàn)路具有持久性，并且其電流傳遞的距離相對(duì)較遠(yuǎn)。在我國(guó)的某些高壓輸電設(shè)施中，交流電的運(yùn)輸也被廣泛采用，這在日常生活中尤為明顯。高壓輸電線(xiàn)路如圖1所示。

圖1 高壓輸電線(xiàn)路

1.2 高壓輸電線(xiàn)路是電氣設(shè)計(jì)的主要構(gòu)成部分

在基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作中，施工所需的工程圖紙一定要認(rèn)真制作，并依照工作規(guī)程進(jìn)行。施工方案的原材料選擇，施工團(tuán)隊(duì)需要對(duì)施工路線(xiàn)和施工方法以及相應(yīng)的存儲(chǔ)難點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。確保電力線(xiàn)路的正常運(yùn)行，提高工作效率，提高施工工作的效率。同時(shí)，必須做好避雷和防冰措施，避免發(fā)生事故破壞輸電線(xiàn)路。工程圖的設(shè)計(jì)要按照國(guó)內(nèi)的規(guī)范和規(guī)范來(lái)編制，以保證準(zhǔn)確。

2 特高壓輸電線(xiàn)路發(fā)展?fàn)顟B(tài)

與普通線(xiàn)路相比，特高壓線(xiàn)路也提出了更高的要求，例如，外線(xiàn)路絕緣水平、電力工程技術(shù)以及線(xiàn)路保護(hù)措施。如果特高壓輸電線(xiàn)的外部絕緣水平不達(dá)標(biāo)，保護(hù)措施不充分，線(xiàn)路的污閃、過(guò)電壓、擊穿等故障就會(huì)增加[2]。因此，在特高壓輸電線(xiàn)路上使用復(fù)合絕緣子是十分必要的，也是現(xiàn)代各種電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺的一環(huán)。

3 復(fù)合絕緣子在特高壓輸電線(xiàn)路中存在的問(wèn)題

3.1 界面擊穿

復(fù)合絕緣子電氣損壞問(wèn)題以雷擊為主，占損壞總數(shù)一半以上。雖然材料在不斷地改進(jìn)，但依然存在著界面多次被破壞的問(wèn)題。在生產(chǎn)過(guò)程中，芯棒、套管均有明顯的剝落現(xiàn)象，套管界面和桿體直徑也會(huì)受到侵蝕，甚至有可能造成界面破壞，從而影響絕緣子的服役壽命。為此，必須持續(xù)地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以減少界面崩潰的概率。

3.2 芯棒脆斷

芯棒脆斷是一種比較常見(jiàn)的復(fù)合型絕緣子故障，在特高壓輸電線(xiàn)路上比較常見(jiàn)。在芯棒脆斷的過(guò)程中，由于酸蝕作用，芯棒絲在酸蝕作用下逐步碎裂，甚至在較小的載荷下都會(huì)造成整個(gè)芯棒斷斷。其主要特征如下。

一是通常出現(xiàn)在高電壓終端場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較高的位置。若將均壓環(huán)接反，將導(dǎo)致復(fù)合材料絕緣子的脆斷。解決了這一難題，可對(duì)均壓環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工，確保磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定的水平，從而有效地避免材料的脆斷。

二是當(dāng)護(hù)套或端面被破壞時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。然而，采用新型的無(wú)硼纖維耐酸芯棒，其總體的抗酸性能得到了顯著提升，這將大大降低這個(gè)問(wèn)題。值得強(qiáng)調(diào)的是，不是每一種纖維芯棒都擁有優(yōu)秀的抗酸特性，因此，必須對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)估與挑選。盡管脆斷對(duì)工作產(chǎn)生重要影響，但其發(fā)生概率較低，可通過(guò)多種手段加以干預(yù)以降低概率[3]。芯棒脆斷如圖2所示。

圖2 芯棒脆斷

圖3 玻璃和瓷絕緣子

3.3 老化問(wèn)題

絕緣子在使用一段時(shí)間之后，會(huì)出現(xiàn)老化問(wèn)題，主要是由于溫度以及表面放電等因素造成的。盡管硅橡膠材料的老化周期比較長(zhǎng)，但是在投入運(yùn)行的早期就會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，這與環(huán)境污染和材料配方技術(shù)有很大關(guān)系。大部分地區(qū)都可以通過(guò)硅膠來(lái)維持其良好的狀況和特性，但是老化是無(wú)法避免的。為了確保絕緣子的安全運(yùn)行，必須盡早對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。因此，需要對(duì)復(fù)合材料絕緣子進(jìn)行周期性的檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，以避免其進(jìn)一步惡化。

3.4 機(jī)械問(wèn)題

復(fù)合材料絕緣子在使用過(guò)程中存在著嚴(yán)重的力學(xué)性能退化問(wèn)題。目前，采用的是內(nèi)插式絕緣子，但其對(duì)接接法的要求太高，而且其蠕變坡度與卷邊式絕緣子的設(shè)計(jì)有很大差異。

4 特高壓線(xiàn)路絕緣子串長(zhǎng)和最小間隙距離確定

4.1 特高壓線(xiàn)路設(shè)計(jì)中考慮的電氣絕緣距離

1000kV 交流特高壓線(xiàn)路的絕緣匹配要求在工頻、工作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓等多種情況下都能安全、可靠地運(yùn)行。絕緣子工頻閃污是絕緣子串的主要控制因子，外部絕緣結(jié)構(gòu)通常按污染承受能力法進(jìn)行片數(shù)計(jì)算，同時(shí)參照現(xiàn)有的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將海拔、覆冰等場(chǎng)地條件綜合考慮。對(duì)于操作過(guò)電壓，過(guò)電壓倍數(shù)取1.6p.u．、1.7p.u．，系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓取1100kV 時(shí)，操作過(guò)電壓無(wú)法控制絕緣子片數(shù)，若計(jì)算值不及絕緣子串50%沖擊放電電壓值，則存在沖擊放電的情況。在特高壓系統(tǒng)中，雷電過(guò)電壓與運(yùn)行電壓并無(wú)直接關(guān)系。輸電線(xiàn)路的高外絕緣水平，使得絕緣設(shè)計(jì)中雷電過(guò)電壓并不是決定因素[4]。

4.2 絕緣子串長(zhǎng)

在有污情況下，用抗污法來(lái)測(cè)定絕緣子串的長(zhǎng)度。一是在大氣條件下測(cè)定不同絕緣子的污閃電壓，得到不同絕緣子的50%污閃電壓與鹽密度的關(guān)系；二是對(duì)絕緣子耐壓進(jìn)行測(cè)定；三是對(duì)可溶鹽類(lèi)的鹽密進(jìn)行了修正，并對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算；四是采用灰、鹽比例對(duì)絕緣子表面積垢情況進(jìn)行了校正；五是針對(duì)上、下兩個(gè)面的不均勻性，對(duì)其不均勻性進(jìn)行了校正；六是在高海拔的情況下，做了高程校正；七是在最大工作電壓條件下，對(duì)絕緣子串節(jié)的個(gè)數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。

4.3 特高壓線(xiàn)路最小空氣距離確定

4.3.1 滿(mǎn)足正常運(yùn)行的絕緣子最小片數(shù)計(jì)算

本文圍繞特高壓輸電線(xiàn)路的最小間隔選擇這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，以單回路輸電線(xiàn)路為研究對(duì)象，研究工頻電壓和雷電作用下氣隙間距對(duì)輸電塔尺寸的影響規(guī)律，利用實(shí)測(cè)的氣隙間距確定輸電塔的最小間隔，同時(shí)考慮絕緣子劣化對(duì)輸電塔結(jié)構(gòu)的影響，提出考慮絕緣子劣化的輸電塔最小間隔。

4.3.2 操作過(guò)電壓間隙確定

一是運(yùn)行過(guò)電壓統(tǒng)計(jì)匹配因子的測(cè)定，根據(jù)單個(gè)氣隙工作脈沖放電電壓 U50%的計(jì)算：

其中，Us為工作過(guò)電壓，單位為 kV；Z 為一個(gè)常數(shù)，所以取2.45；對(duì)于單個(gè)空隙，σ1取0.06；其中，σm 為多重空隙的方差，取0.024。所以：

所以線(xiàn)路空氣間隙操作過(guò)電壓統(tǒng)計(jì)配合系數(shù)kc為：

5 復(fù)合絕緣子在特高壓輸電線(xiàn)路中的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)我國(guó)既有線(xiàn)路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)，發(fā)現(xiàn)使用復(fù)合絕緣子，既可減少線(xiàn)路維修費(fèi)用，又可減少對(duì)電網(wǎng)的污染。在受污染的地區(qū)，推薦采用復(fù)合絕緣子。1000kV 輸電線(xiàn)路推薦采用9m 左右的高絕緣子，重污染地區(qū)采用17m 以上的絕緣子。若采用多串并聯(lián)的方式，則可進(jìn)一步調(diào)節(jié)絕緣子的高度，但也會(huì)使絕緣子的質(zhì)量及串長(zhǎng)增大，增加了線(xiàn)路的造價(jià)。在高海拔、重污染地區(qū)，采用復(fù)合絕緣子具有較高的經(jīng)濟(jì)性、工藝性。當(dāng)組合子串長(zhǎng)度不超過(guò)10m 時(shí)，既能減小塔窗面積，又能控制塔荷載，又能減少污閃事故的發(fā)生。所以，復(fù)合材料絕緣子在上述幾個(gè)方面都有著顯著的優(yōu)越性。

為保證超高壓輸電線(xiàn)路的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行深入研究。一方面，開(kāi)展超大噸位復(fù)合材料絕緣子力學(xué)特性的研究，形成高效的標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)方法。另外，在保證合成絕緣子均勻壓力的同時(shí)，也要注意對(duì)電磁干擾、電暈等問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚M量減少突發(fā)性的事故。合理的引弧方式，確保了引弧效果。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的力學(xué)結(jié)構(gòu)，保證一根絕緣的斷線(xiàn)不會(huì)掉到地上。制定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，禁止不合格的產(chǎn)品，對(duì)芯棒及裙板的材質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制，并對(duì)制造技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，從源頭上控制，減少操作中的安全隱患。在建造過(guò)程中，應(yīng)制定科學(xué)的倉(cāng)儲(chǔ)程序，對(duì)可能產(chǎn)生的各類(lèi)損壞進(jìn)行嚴(yán)格控制。執(zhí)行并執(zhí)行有效的維修、巡檢計(jì)劃，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，采取相應(yīng)措施，確保生產(chǎn)安全。

6 結(jié)語(yǔ)

復(fù)合絕緣子已經(jīng)在中國(guó)電網(wǎng)中得到了越來(lái)越多的使用，已經(jīng)成為電網(wǎng)建設(shè)中不可缺少的組成部分?？紤]到超高壓輸電線(xiàn)路對(duì)大截面和高負(fù)荷工況的要求，應(yīng)優(yōu)先選用合成絕緣子，而非玻璃絕緣子等其他絕緣子。隨著超高壓輸電線(xiàn)路規(guī)模的擴(kuò)大，其所面臨的問(wèn)題也越來(lái)越多，對(duì)其性能提出了越來(lái)越高的要求。