高海拔直流外绝缘试验研究

高海拔直流外绝缘问题一直是制约高海拔地区超特高压直流输电工程设计的技术难题。为此,依托昆明特高压实验室在实际高海拔条件下,对特高压直流输电工程外绝缘特性进行了系统研究。研究了±800 k V全尺寸悬式和支柱绝缘子直流污闪特性,以及典型电极和±800 k V直流线路塔头空气间隙放电特性。结果表明,在高海拔条件下,随着线路悬式复合绝缘子和换流站支柱绝缘子串长的增加,其50%污秽耐受电压均成线性增加关系;随着典型长空气间隙和±800 k V直流线路塔头间隙距离的增大,其50%雷电冲击和直流放电电压均成线性增加。该研究成果已应用于高海拔特高压直流输电工程外绝缘的设计和复合绝缘子产品的开发,并取得了良好的社会和经济效益。     

特高压直流输电线路外绝缘设计若干问题研究*

绝缘子长度和空气间隙距离的选取是特高压直流输电外绝缘设计的关键技术问题,其中涉及外绝缘试验操作冲击波的选取、导线高幅值直流工作电压对空气间隙放电电压的影响、绝缘子污闪电压与其长度的关系、高海拔影响等实际问题.特高压工程技术（昆明）国家工程实验室对特高压直流输电线路外绝缘设计中的若干问题研究取得了如下结果：给出了操作冲击波头时间长度的建议;验证了复合绝缘子直流污闪电压与其长度的线性关系;提出了可供工程设计用的空气间隙放电电压和绝缘子直流污闪电压的海拔修正系数.     

高海拔地区大吨位绝缘子直流污闪特性研究

为了研究实际高海拔条件下大吨位瓷和玻璃绝缘子染污放电特性,给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘设计提供参考,在实际海拔1970 m条件下,利用±250 kV直流污秽试验电压,采用恒压升降法,对大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性进行了详细研究。试验结果表明:大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性相差不大;盐的种类、灰密大小及污秽分布情况对大吨位瓷绝缘子直流污闪特性影响较大;伞形对绝缘子表面电弧发展特性影响较大,使得不同伞形绝缘子的直流污闪电压差别较大。因此,在高海拔地区特高压线路外绝缘选型和设计中要充分考虑这些因素的影响。     

复合与瓷和玻璃绝缘子直流覆冰闪络特性比较

污秽覆冰环境下绝缘子电气特性是覆冰地区输电线路外绝缘选择的基础,然而国内外针对不同材质绝缘子覆冰闪络特性的对比研究甚少。为此,在人工气候室内模拟覆冰气象条件,采用恒压升降法对3种不同材质绝缘子进行了大量覆冰直流闪络试验研究。分析试验结果得出了目前常用3种绝缘子在覆冰污秽条件下的直流闪络特性,结果表明:严重覆冰条件下,复合绝缘子电弧闪络梯度略高于瓷和玻璃绝缘子,且其污秽特征指数略小;覆冰水电导率和表面污秽对电弧闪络梯度的影响特征指数有明显差异。最后提出了绝缘子串覆冰水电导率及表面污秽共同作用时的直流电弧闪络梯度校正公式。研究结果可为覆冰地区输电线路外绝缘的选择和设计提供参考。     

低气压下染污覆冰表面和冰凌间隙的直流电弧特性

低气压下染污覆冰表面沿面电弧和冰凌空气间隙电弧伏安特性是研究高海拔、污秽、覆冰综合环境中绝缘子放电机理和放电模型的基础,为此,利用三角平板玻璃先染污后覆冰和冰凌间隙模型在低温低气压实验室分别试验研究了低气压下覆冰沿面电弧和冰凌间隙电弧直流伏安特性。结果表明:染污覆冰表面沿面电弧和冰凌间隙电弧的伏安特性E-I关系呈负幂函数,相同条件下,正极性沿面电弧电压高于负极性,而空气间隙电弧伏安特性受极性影响很小;沿面电弧和空气间隙电弧直流伏安特性均随着气压降低而下降,且空气间隙电弧受气压影响较沿面电弧大。研究结果为建立低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电模型提供了基础。     

低气压下特高压直流污秽复合绝缘子覆冰闪络特性

复合绝缘子耐污性能好,我国在建的云广±800 kV直流特高压线路将采用复合绝缘子,但该线路面临覆冰和高海 拔的影响。该文在人工气候室模拟高海拔的低气压研究了2种不同伞型结构的染污复合绝缘子直流冰闪特性。结果表明：特高压直流复合绝缘子冰闪电压随冰厚和污秽程度增加均呈幂函数规律下降,2种绝缘子冰厚影响特征指数分别为0.246、0.212,污秽影响特征指数则分别为0.174 2、0.178 4。而冰闪电压与高海拔低气压之间满足幂函数关系,其气压影响特征指数与绝缘子型式、覆冰状态和覆冰量、污秽程度等有关。在中等覆冰条件下,五三型结构复合绝缘子具有较好的覆冰电气性能。在严重覆冰条件下,复合绝缘子伞裙结构对直流冰闪电压的影响不明显。     

玻璃绝缘子串自然覆冰(雪)交流闪络特性

高海拔、污秽及覆冰(雪)环境下绝缘子串电气性能会急剧下降,绝缘子串覆冰(雪)闪络特性是覆冰地区输电线路外绝缘选择的重要依据之一,而目前大多数研究是在人工模拟条件下进行的。为此,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验站(海拔高度为1 400 m),采用固体涂层法对LXHY3-160型玻璃绝缘子进行了高海拔现场试验,试验方法采用均匀升压法。此外还分析了覆雪对绝缘子串电气特性的影响,结果表明:此次覆冰(雪)自然试验中,绝缘子上表面均覆了薄雪;绝缘子冻雨覆冰,主要分布在迎风面,覆冰密度为0.775 4 g/cm3;闪络时融冰水电导率较大,且闪络时融冰水电导率随串长增加而呈增长趋势;但冰全融化后,融冰水电导率基本一致,与串长无关。覆冰(雪)对绝缘子串闪络特性的影响规律与人工模拟所得基本一致:自然覆冰下绝缘子串闪络电压与绝缘子串长呈线性关系;绝缘子串覆冰质量与串长亦呈线性关系;自然覆雪绝缘子串闪络电压与串长呈线性关系。     

负极性直流电压下棒-棒间隙和绝缘子的雾中放电特性

为了深入研究空气间隙和清洁直流绝缘子在雾条件下的放电规律,进一步探讨污秽外绝缘受雾影响的特性,开展了棒-棒空气间隙和清洁绝缘子在雾条件下的负极性直流电压放电特性试验。选取0.5、1.0 m棒-棒空气间隙和6片绝缘子串3种试品,对比分析了其在干、雾条件下的负极性直流闪络电压Uav和闪络电流。随后通过改变试验室内的气压,探索了海拔高度H对棒-棒空气间隙和清洁绝缘子闪络电压的影响。试验结果表明,0.5 m和1 m棒-棒空气间隙在雾条件下的Uav比干条件下的分别高22%和23.6%,雾条件下的气压特征指数n与干条件下的基本相同,0~2 000 m范围内,H每升高1 000 m,Uav降低10%~11%;而绝缘子串的Uav在雾条件下比干条件下低,其雾条件下的n为0.39,小于棒-棒空气间隙的n。研究结果可供直流雾中放电研究和高海拔地区直流输电工程外绝缘设计参考。     

±800kV楚穗直流线路自然积污规律分析研究

绝缘子自然积污特性研究对架空输电线路的外绝缘配置具有重要意义。为研究特高压直流输电线路积污特性,准确设计线路绝缘配置。笔者通过对±800 k V楚穗直流输电线路沿线绝缘子串进行人工污秽取样分析,结合线路沿线的气候特征及污染源,研究气象条件、污染源以及材质对外绝缘积污的影响。研究表明,特高压直流线路绝缘子积污受大气环境与污染源的影响;复合绝缘子表面污秽度远大于玻璃和陶瓷绝缘子。     

特高压直流输电线路外绝缘设计和绝缘子选型

污秽外绝缘问题是我国直流特高压输电工程建设中最关键的技术问题之一。瓷和玻璃绝缘子已经不能满足我国特高压直流输电工程外绝缘的要求,复合绝缘子是解决该问题的必然选择。目前国内外虽然对复合绝缘子的直流污闪特性进行大量的研究,但对其人工污秽试验方法及输电线路绝缘子选型等外绝缘设计的一系列基础问题尚没有解决。为此提出了特高压直流输电线路外绝缘设计和复合绝缘子选型需要开展的研究,并对比了3种不同材料绝缘子的直流污闪特性,最后详细的论述了复合绝缘子伞裙结构的优化设计。     

绝缘子冰闪特性和提高冰闪电压措施研究综述

在覆冰、污秽、积雪、高海拔等因素综合作用下,绝缘子的外绝缘性能将显著降低。2008年初的极端冰灾天气导致我国输电线路和变电站的绝缘子发生大面积冰闪、跳闸、设备损坏等事故,造成了巨大的经济损失。因此对绝缘子冰闪特性研究现状和提高冰闪电压措施进行了分析,提出了针对超、特高压绝缘子冰闪特性研究的建议,可作为我国绝缘子冰闪特性研究的参考。     

我国特高压的特有技术问题

我国能源分布和负荷中心分布极不平衡,随着电力需求的持续增加,在我国电网中发展和建设特高压输电是必然趋势。与其他国家相比,我国特高压输电面临一些特殊问题,如高海拔和重污秽等。文章在我国现已开展的研究工作的基础上,结合这些特殊问题,分别归纳了我国建设1000kV级交流和±800kV级直流输变电工程中需解决的一些特有技术问题,如高海拔地区的空气间隙放电特性、绝缘子污闪特性和交流电晕问题,以及高海拔地区直流绝缘子污闪特性等。同时论述了特高压交直流输电线路采用复合绝缘子的必要性和可行性。     

不同覆雪形态对悬式绝缘子直流负极性闪络特性的影响

在覆冰雪环境下,输电线路绝缘子绝缘特性下降是导致电网事故的重要原因之一,目前国内外学者对绝缘子覆冰开展了大量的研究,但对绝缘子覆雪的研究相对缺乏,而绝缘子覆雪对输电线路绝缘安全的影响不可忽视,因此开展对绝缘子覆雪特性的研究十分必要。绝缘子覆雪形态一般分为均匀与不均匀两种,该文在多功能人工气候室内模拟自然覆雪环境,比较悬式污秽玻璃绝缘子与瓷绝缘子两种积雪形态对其直流负极性闪络特性和闪络过程的影响。结果表明:在覆雪程度相同时,不均匀覆雪比均匀覆雪对绝缘子直流闪络影响更大,且随着绝缘子表面的污秽度增加,积雪形态对绝缘子的影响逐渐减小,在重度污秽情况下,覆雪形态对绝缘子闪络的影响趋近于无;绝缘子覆雪闪络过程前期类似污秽闪络,后期类似覆冰闪络,不均匀覆雪绝缘子闪络路径沿着背风面雪层发展。     

高海拔直流线路大吨位绝缘子配置方法研究

为给中国高海拔地区特高压直流输电工程外绝缘设计提供参考,该文在1 970 m实际高海拔条件下,以10片/串大吨位钟罩型瓷绝缘子XZP1-300为试品(染污采用固体污层法),采用恒压升降法,在人工雾室中对大吨位绝缘子外绝缘配置方法进行系统研究。试验结果表明：灰密为1.0 mg/cm2条件下,50%闪络电压与盐密大小满足幂函数关系;盐的种类、上下表面污秽分布及灰密大小对直流污闪电压影响较大,沿绝缘子串轴向污秽分布不均匀的影响相对较小,并分别给出上述各因素对污闪电压影响的修正系数。以此为基础,对外绝缘配置公式的应用方法进行了说明,该公式可用来估算自然污秽和人工污秽试验中污闪电压值,并可作为高海拔地区特高压直流输电线路外绝缘设计的参考。     

自然环境绝缘子长串覆冰直流闪络特性

输电线路绝缘子的覆冰将严重影响其电气性能,危害输电线路的运行安全。直流输电具有线路造价低、运行损耗小、节省线路走廊、能非同期连接两个交流电网等优点,适用于大容量、远距离输电,促成了我国"西电东送"和"北电南送"的电能传输格局。该文在重庆大学雪峰山自然覆冰试验基地进行自然覆冰直流闪络试验。研究表明,长串绝缘子在自然覆冰情况下的直流冰闪电压随污冰参数(ISP)呈负幂函数变化。自然条件下,LXY-160型、XWP-210型和FXBW-220/100型等绝缘子的直流冰闪试验显示,干弧最小闪络电压梯度U'_(50)受绝缘子爬电距离和干弧距离共同影响,XWP-210绝缘子在覆冰污秽地区的外绝缘效果最好。此外,在重庆大学多功能人工气候室进行人工覆冰试验,将试验结果进行压强换算后,与自然覆冰结果进行了对比。自然覆冰比人工覆冰的直流冰闪电压更高,分散性更大。试验结果可为超高压直流输电线路外绝缘设计提供参考。     

串长及布置方式对高海拔覆冰绝缘子串直流冰闪电压的影响

高海拔覆冰地区绝缘子选择是特高压直流输电工程面临的技术难题之一,国内外对此研究甚少。该文在人工气候室模拟高海拔和覆冰环境,试验研究了XZP-210直流绝缘子串在轻覆冰时的冰闪特性,分析了冰闪电压与串长和布置方式的关系。结果表明：在不同污秽程度和气压下,轻度覆冰绝缘子串的正、负极性直流闪络电压与串长基本呈线性关系,但存在小于10%的非线性度,且污秽越严重或气压越低,非线性度越小;绝缘子串的布置方式对冰闪电压有明显影响,水平布置时冰闪电压最高,V型串次之,垂直串最低;气压对水平布置的绝缘子串冰闪电压影响最为严重,V型串次之,悬垂串最小。     

直流瓷绝缘子长串高海拔覆冰闪络特性

为了给超特高压直流输电线路外绝缘选择和运行维护提供基础数据,以典型直流瓷绝缘子XZP－210长串为研究对象,在大型多功能人工气候室试验研究了污秽、覆冰、高海拔综合复杂环境下的直流闪络特性。试验结果表明：XZP－210覆冰绝缘子串直流冰闪50％闪络电压眠慨与串长基本呈线性关系;不同海拔高度下,弘㈣随覆冰厚度和污秽程度增加均呈幂函数规律下降,冰厚影响的特征指数在0．182～0．208之间,污秽程度影响特征指数在0．175～0．191之间;气压对％0％的影响特征指数n在0．404－0．462之间;临界闪络电流Ic随污秽程度的增大呈幂函数规律增大,其指数在0．629-0．678之间;厶随着气压的降低而减小,与气压比呈幂函数规律,指数在0．512～0．538之间。     

±1100 kV输电线路Y型绝缘子串间隙放电特性及污闪特性分析

Y型绝缘子串通过缩短V型串单肢长度,增加下I串,从而缩短了横担长度,可达到优化塔头尺寸、降低杆塔单基指标的目的。针对特高压直流(UHVDC)输电线路开展了Y型绝缘子串的间隙放电试验及人工污秽试验,包括Y串2种V–I串长比例(8:1和7:2)下不同间隙距离的标准操作冲击电压试验,及3种等值盐密(ESDD)(0.05mg/cm~2、0.08 mg/cm~2、0.15 mg/cm~2)和2种串长(4.37 m、7.7 m)下的人工污秽试验,获得了±1 100 kV直流Y串绝缘子的空气间隙闪络特性和污秽闪络特性。研究结果表明:V–I串长比为8:1时,由于下I串长较短,因此容易产生冲击电压击穿放电,而当V–I串长比为7:2时,放电则较多地出现在屏蔽环对塔身;2种比例下,间隙冲击放电电压及绝缘子污秽闪络电压值相差不大,差别分别为2.8%和5%;直流Y串污耐压值与盐密变化呈幂指数关系,而污耐压值与串长呈线性关系;此外,Y型串与I串、V串试验结果对比表明,各串型间隙放电特性、污秽闪络特性之间无明显差异。研究结果可为±1 100 kV输电线路Y型绝缘子串间隙配置及污秽外绝缘配置提供参考,对我国±1 100 kV直流输电线路实现Y型串的应用和推广具有重要价值。     

低气压下三种直流绝缘子覆冰闪络特性及其比较

根据人工气候室模拟覆冰条件所进行的直流闪络试验结果，分析了气压和覆冰水电导率对三种超高压直流绝缘子(XZP-160、LXZP．210、XZWP-160)覆冰负极性闪络电压的影响。试验结果表明：直流绝缘子覆冰负极性闪络电压与气压、覆冰水电导率等呈非线性关系；覆冰水电导率对负极性闪络电压的影响在覆冰期比在融冰期更严重；不同结构绝缘子的冰闪电压有着明显的差异，三伞型XZWP-160绝缘子受气压和污秽的影响比钟罩型XZP-160和LXZP-210绝缘子严重。由此，建议在高海拔覆冰地区要慎重选择直流绝缘子。同时对三种不同类型的绝缘子在覆冰期的闪络电压进行校正，这对我国西电东送工程中直流输电外绝缘的设计有着重要的参考价值。     

高海拔地区直流输电线路外绝缘特性研究

为给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘的设计提供参考,在实际高海拔条件下采用恒压升降法详细研究了瓷、玻璃和复合绝缘子的直流污闪特性,其内容主要包括:不同悬挂方式和污秽分布情况对瓷绝缘子污闪特性的影响;2种大吨位玻璃绝缘子直流污闪特性的对比及550 kN玻璃绝缘子V串与I串污闪电压的比较;比较3类绝缘子直流污闪特性。试验结果表明:悬挂方式及污秽分布情况对瓷和玻璃绝缘子有较大影响;复合绝缘子的直流污闪特性明显优于瓷和玻璃绝缘子;爬电距离不是决定复合绝缘子直流污闪电压的唯一因素,合理优化复合绝缘子的伞裙结构可有效提高其单位绝缘高度的直流污闪电压。