高海拔地区绝缘子并联间隙雷电冲击试验研究

针对阿里联网工程中海拔4000m以上线路的雷电防护需求,设计并试制了高海拔地区用110kV、220kV电压等级的绝缘子串并联间隙,每个等级的并联间隙依据基准绝缘子串长度的85%和90%设计有两种不同的结构型式,在西藏国家电网高海拔试验基地对绝缘子串和并联间隙开展了雷电冲击特性试验,测试研究了高海拔110kV、220kV瓷绝缘子串以及不同型式并联间隙的雷电冲击50%放电电压、伏秒特性和并联间隙保护有效性。试验结果表明,所有型式的并联间隙均能有效疏导电弧路径保护绝缘子串免遭电弧烧蚀,而考虑到并联间隙伏秒特性曲线较绝缘子串的应降低10%以上,110kV电压等级并联间隙适合选用85%间隙距离型式,220kV电压等级并联间隙两种型式则均可满足运行需求。     

高海拔长绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性

绝缘子串并联间隙能够为雷电泄放提供通道从而有效保护绝缘子。目前并联间隙的研究中关于高海拔条件下长绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性的研究较少。为此,基于高海拔输电线路实际绝缘配置,在云南电网公司超高压交流户外试验场进行了220 kV长复合、玻璃绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性的研究。结果表明:高海拔条件下并联间隙形状对长绝缘子串的雷电冲击放电特性影响不大;长绝缘子串并联间隙的雷电冲击50%放电电压随间隙距离的增大而升高,相应的伏秒特性曲线亦上移;不同材质长绝缘子串并联间隙的失效性规律不同,长复合绝缘子串的失效概率存在1个闭区间,而长玻璃绝缘子串的失效概率随雷电冲击电压的升高而近似以线性规律增大。     

高海拔220kV输电线路绝缘子串与并联间隙雷电冲击绝缘配合研究

运行经验表明,并联间隙(parallel gap device,PGD)能有效地降低由雷击引起的输电线路绝缘子损坏故障率,但目前高海拔地区的绝缘子串与并联间隙的绝缘配合研究还很薄弱。因此,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室进行了负极性标准雷电冲击电压下220kV瓷、复合绝缘子串及不同间距的并联间隙雷电冲击闪络及伏秒特性试验研究。分析了不同绝缘子串对其并联间隙的雷击闪络特性和伏秒特性的影响;并结合并联间隙与绝缘子串的绝缘配合原则和电弧路径,确定了并联间隙保护绝缘子串的最优间距。结果表明:绝缘子串电场分布会影响并联间隙雷电冲击闪络特性;推荐的并联间隙对绝缘子串具有良好的保护作用。     

基于雷电冲击特性的同塔多回输电线路并联间隙配置

由于同塔多回输电线路相导线数量多,并联间隙配置方式复杂且不同配置方式下的耐雷性能各异。结合广州供电局同塔双回及同塔三回输电线路,基于对实际运行绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及耐雷性能的分析,提出了同塔多回线路防雷性能最优的并联间隙配置方案,并研究了并联间隙防雷保护的有效性。结果表明,绝缘子串并联间隙雷电冲击50%放电电压为无间隙绝缘子串的80%左右,前者伏秒特性曲线在后者下方,并联间隙与绝缘子串可以形成良好绝缘配合;试验冲击闪络电弧均可疏导至间隙空气中燃烧,并联间隙有效保护了绝缘子串;同塔多回线路通过并联间隙形成回路间差绝缘,能够有效降低多回同跳概率。     

特高压直流线路复合绝缘子悬挂方式对其冲击闪络特性的影响

V串绝缘子在输电线路中得到了广泛应用,但其与I串绝缘子的冲击闪络特性差异尚不明确。为此,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室开展了V串和I串悬挂方式的±800 k V复合绝缘子在操作冲击和雷电冲击作用下的放电试验,并通过有限元仿真软件对2种悬挂方式下复合绝缘子附近的电场分布进行仿真分析。结果表明:当有效绝缘距离相同时,正极性冲击电压下的V串绝缘子50%冲击放电电压低于I串绝缘子,而负极性冲击电压下的V串绝缘子50%冲击放电电压高于I串绝缘子;V串缘子下均压环与横担间的空气间隙的电场分布更接近棒–板间隙,而I串绝缘子2个均压环间的空气间隙的电场分布更接近棒–棒间隙。因此,I串和V串绝缘子间冲击闪络特性的差异是由于电极结构的极性效应引起的。     

110kV输电线路并联间隙的电气性能试验

介绍了东莞地区110 kV输电线路并联间隙装置的电气性能试验研究结果。试验内容包括复合绝缘子安装并联间隙后的电晕特性和无线电干扰特性,绝缘子串雷电冲击50%放电电压和雷电冲击伏秒特性的对比试验,不同长度复合绝缘子安装并联间隙后雷电冲击50%放电电压和雷电冲击伏秒特性试验,工频大电流燃弧特性试验,大电流通流能力试验。通过这些电气性能试验,验证了该110 kV输电线路并联间隙满足运行要求。     

500 kV交流线路复合绝缘子并联间隙应用研究

为了设计和开发性能优良的的超高压输电线路并联间隙防雷保护装置,开展了绝缘子串并联间隙的相关研究,包括其雷电冲击放电特性试验、操作冲击放电特性试验、工频短路电流试验和工频电压分布研究。提出了一种兼具绝缘子防雷保护和工频电场均压功能的环形并联间隙,并评估了加装并联间隙后的500 kV交流线路的耐雷性能。研究结果表明,所设计的并联间隙具有绝缘子雷击闪络保护、转移疏导工频电弧和均匀电场分布的功能,使得平原地区架空线路加装并联间隙后雷击跳闸率低于0.14次/(100 km.a)。     

220 kV玻璃绝缘子并联间隙雷电冲击放电路径研究

绝缘子并联间隙可以保护绝缘子不受电弧损伤,提高供电可靠性,但试点应用中发现并联间隙存在失效情况。为获取并联间隙结构参数对保护效果的影响,对220 kV玻璃绝缘子不同结构尺寸并联间隙开展了雷电冲击闪络特性试验,获取各间隙试品的雷电冲击50%放电电压与保护效果,并对电弧路径进行了分析,给出了并联间隙失效的可能解释。试验结果表明：Z/Z0值越小、Xc与Xp值越大,并联间隙保护效果越好,所选220 kV并联间隙Z/Z0小于0.875后保护效果趋于稳定。雷电冲击电压作用下,并联间隙两侧电极均会出现先导,先导发展过程受径向电场作用向绝缘子串弯曲,可能是U50电压下发生沿面闪络的主要原因。     

并联间隙在云南高海拔地区配电线路的应用方法

在绝缘子串旁加装并联的保护间隙是"疏导式"防雷保护的典型措施,而在高海拔地区绝缘子串与并联间隙的雷电冲击绝缘配合需要重新试验。在昆明地区进行了负极性标准雷电冲击电压下PS15/500支柱式绝缘子及其并联的可调式保护间隙的雷电冲击特性试验,采用正态概率分布的方法得到了对应击穿概率的放电电压,从击穿概率的角度进行了绝缘配合设计,得到了并联间隙最佳的绝缘配合间距,为并联间隙在高海拔地区的应用提供了数据参考和方法基础。     

架空输电线路并联间隙电气性能试验

针对单串瓷绝缘子并联间隙,通过对试品50%雷电冲击放电电压试验,验证不同电压等级、不同结构尺寸瓷绝缘子并联间隙防雷保护功能的有效性,确定工程应用中并联间隙有效长度与绝缘子干弧距离比值(Z/Z0),以指导和规范输电线路绝缘子并联间隙的使用。     

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。     

高海拔地区特高压直流线路绝缘子的正极性先导发展法闪络判据

绝缘子雷击闪络判据是输电线路耐雷性能分析的重要组成部分。其中,CIGRE推荐的先导发展法得到了广泛应用。但是该模型没有考虑高海拔、先导通道内部压降El和末跃过程。因此,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室,开展了V串和I串悬挂方式的±800 k V线路用复合绝缘子在正极性雷电冲击下的50%击穿电压U50%和伏秒特性试验。结果表明:V串绝缘子U50%比相同绝缘长度的I串低,且伏秒特性曲线较为陡峭。基于绝缘子/空气间隙放电的物理过程,考虑先导通道内部压降Ul和末跃长度hf,提出了改进的先导发展模型。结合伏秒特性试验数据,I串和V串绝缘子正极性先导发展法系数k与临界先导起始场强E0值分别修正为0.73′10~(-6)m~2/(V~2·s)、495 k V/m和0.53′10~(-6) m~2/(V~2·s)、440 k V/m。修正后的先导发展模型可以作为高海拔地区I串和V串绝缘子的闪络判据。     

高海拔地区500kV输电线路用复合绝缘子与并联间隙的绝缘配合

为丰富并联间隙用于在高海拔环境下500kV电压等级线路的绝缘配合研究,在2 100m海拔下对不同结构的500kV输电线路复合绝缘子用并联间隙进行了冲击击穿特性试验,并比较了不同结构并联间隙冲击击穿特性的差异。同时,根据雷电冲击试验和操作冲击结果,参考绝缘子串与并联间隙的绝缘配合原则,得到了合适的并联间隙间距。研究结果表明:3 780mm棒形并联间隙、3 780mm环形并联间隙2种并联间隙适合2 100m海拔的500kV线路工程运用,可满足保护绝缘子及线路绝缘的双重要求。研究结论可为并联间隙的工程设计提供支持。     

合成绝缘子悬挂方式对雷电冲击特性影响

试验研究了合成绝缘子并联和V型悬挂方式对耐雷电冲击特性的影响并运用有限元软件计算了绝缘子串周围电场分布,结果表明并联绝缘子串间击穿电压较单串时低,而型串的影响很小。认为绝缘子串悬挂方式对绝缘子串之间电场分布变化的影响是造成击穿电压变化的原因。     

长绝缘子串冲击绝缘强度的提高

据原苏刊报道,用装设辅助并联回路和提高绝缘子串下部绝缘子的电容的方法,可提高绝缘子串负极性雷电冲击绝缘强度,但对于正极性雷电冲击放电特性无影响。当由10只绝缘子组装成4个辅助回路时,绝缘子的正负极性雷电冲击放电电压均获提高。装在绝缘子串下部的辅助并联回路则能提高正极性放电电压,却不能够大大提高50%负极性冲放电电压。     

具有防雷功能的500 kV线路绝缘子优化设计及防雷防冰闪试验分析

安装线路避雷器是一种有效的线路防雷手段,但目前带间隙和不带间隙的氧化锌避雷器都存在各自的缺点,且安装维护难度大。为此提出了一种穿心结构带环形电阻片的氧化锌避雷器,并与带均压环的绝缘子串联,形成一种新型500 k V防雷防冰闪复合绝缘子。提出了总长度5 m的绝缘子结构参数并进行了绝缘配合与电场仿真分析,仿真结果表明:正常工况下绝缘子表面电场最大场强为300 k V/m;在覆冰厚度为10 mm且冰凌长度达10 cm时,绝缘子表面最大场强为350 k V/m,均小于空气起晕与击穿场强。对500 k V防冰防雷绝缘子进行了工频湿耐受,操作冲击耐受与雷电冲击闪络试验,试验结果验证了防雷防冰闪绝缘子的有效性,为重冰多雷区域的输电线路保护提供了参考。     

考虑非标准雷电波的输电线路绕击跳闸率评估方法

自然云地闪电的波形参数波动范围极大,使得雷电波波形参数对输电线路绝缘子串雷电冲击闪络特性的影响不可忽视。为此,利用电压积分法(disruptive effect method,简称DE法)对输电线路绝缘子串在不同雷电波下的伏秒特性曲线变化规律及其在输电线路绕击跳闸率(SFFOR)分析中的应用进行了研究。首先对传统DE法的参数设定进行分析,分析结果表明,模型参数k越小时,DE法的伏秒特性重构曲线越陡峭。在此基础上,提出了1种新的DE参数选取方法使重构曲线能更好地反映实际绝缘子串的伏秒特性曲线变化规律,并与试验数据进行对比来验证该方法的准确度。对500kV输电线路绝缘子串在多种雷电波下的伏秒特性曲线变化规律的研究表明,施加雷电波的波前时间越小,伏秒特性曲线就越陡峭,绝缘子串的绝缘性能也就越差。此外,输电线路绕击跳闸率还必须考虑雷击线路的分散性。因此,将输电线路雷电先导分形发展理论与DE法相结合,提出了1种同时考虑雷击线路分散性和雷电波参数波动性的输电线路绕击跳闸率(SFFOR)的评估方法,计算结果表明500kV输电线路绕击跳闸率为0.337次/(100km.a),与运行统计数据相近。     

35kV 架空送电线路防雷用并联间隙研究

为解决35 kV架空送电线路的雷击问题,提出采用并联间隙防雷保护方案,分析了其保护原理,设计了35 kV线路防雷用并联间隙的结构尺寸;对并联间隙试品进行了大量的雷电冲击和工频电弧试验,结果表明并联间隙能有效保护绝缘子串和导线免于雷击引起的工频续流电弧的烧蚀;计算了带并联间隙线路的雷击跳闸率,建议将3片绝缘子增加为4片,加装并联间隙不会引起线路跳闸率增加。     

长棒形瓷绝缘子的冲击电压放电特性

为了研究长棒形瓷绝缘子的冲击电压放电特性,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室分别进行了串长为2～5节(干弧距离2.9～7.25m)的单串和双串并联布置方式下的操作冲击和雷电冲击试验,得到了该型绝缘子50%放电电压与干弧距离的关系,研究了引弧环、均压环及绝缘子串并联间隙距离对50%放电电压的影响。试验结果表明,操作冲击放电电压与干弧距离为非线性关系,雷电冲击放电电压随干弧距离增加而线性增大;引弧环和均压环对长棒形瓷绝缘子操作冲击放电电压无影响,但对雷电冲击放电电压影响较大,相比无引弧环和均压环时降低了11.7%;在50～60cm的并联间隙距离下,双串并联布置对操作冲击和雷电冲击放电电压基本无影响。     

特高压直流分段式复合绝缘子应用研究

800 kV特高压直流输电线路杆塔可能采用分段复合绝缘子,针对采用分段式复合绝缘子可能带来的各种技术问题,开展了800 kV直流线路V型分段式复合绝缘子串电场计算及均压特性、塔头空气间隙操作冲击放电特性和电晕特性试验等方面的研究。研究结果表明,V型分段式复合绝缘子串中间连接金具配置小均压环后,能有效改善中间金具端部的电场强度;操作冲击试验与单边采用单支绝缘子组成的的V型串塔头间隙没有明显差别,但放电路径会受到影响;中间金具在1 050 kV电压下均无电晕产生。根据研究结果,若特高压直流工程使用V型分段复合绝缘子,高、低压侧均压环配置仍可沿用特高压直流V型整支复合绝缘子的均压环配置方案,推荐直流分段式复合绝缘子的中间连接部位分别安装小均压环,以避免电弧对复合绝缘子端部压接区的影响。研究成果为后续特高压直流工程的设计和绝缘子选型提供技术依据。