摘要： 文章结合500kV及以下输电线路运行经验，总结了500kV及以下线路发生污闪的根本原因是输电线路外绝缘配置总体水平不足，并对500、1000kV交流输电线路污秽绝缘配置、爬电比距等问题提出了建议，并提出相关研究的课题。
关键词： 输电线路；绝缘子；特高压；污秽绝缘配置
0 引言
我国1000kV交流输变电工程正处于设计阶段，污秽外绝缘配置是需要解决的3个重大问题之一。近5年来，我国绝缘子行业的专家学者对电力系统面临的污闪问题，在多年运行经验的基础上，进行了认真总结和深刻反思，并取得了一些重大科研成果，在防污闪技术认识方面有了一个质的飞跃。本文在此技术认识和科研成果的基础上，对500、1000kV交流输电线路污秽外绝缘配置提出了建议，并提出相关研究的课题。
1 500kV及以下输电线路运行经验
1.1 1990年华北大面积污闪事故
1.1.1 输电线路污闪概况
据统计，北京地区有30条110～500kV线路发生污闪；天津地区有6条110～500kV线路发生污闪；唐山地区有14条110～220kV线路发生污闪；河北南网110～220kV线路发生了145次污闪；晋中、南地区有19条110～220kV线路发生污闪［1］。
1.1.2 污闪事故主要特点
（1） 污闪基本上发生在Ⅲ级污区。京津唐、河北南网、晋中南地区发生事故后测得盐密平均值分别为0.135、0.101、0.117mg/cm2。数据表明污闪基本上发生在Ⅲ级污区。
（2） 爬电比距偏低。
（3） 清扫质量不高导致线路发生污闪。
（4） 恶劣天气是大面积污闪事故发生的重要原因之一。
1.2 2001年东北、华北和河南电网大面积污闪事故
1.2.1 输电线路污闪概况
此次发生污闪的66～500kV线路总计238条，其中500kV线路的故障塔有30基，闪络绝缘子串有35串(组)；220kV线路故障塔293基，闪络绝缘子串332串(组)；66～110kV线路故障塔110基，137串(组)绝缘子串发生闪络［2］。
1.2.2 2001年大面积污闪的基本原因
1.2.2.1 大面积污闪事故根本原因
2001年发生大面积污闪事故的根本原因是输电线路外绝缘配置总体水平不足。各地不同绝缘配置的闪络杆塔数如表1所示。
表1 各地不同绝缘配置的闪络杆塔数
配置比距
/cm·kV-1
16.1～2.00
(Ⅰ级污区)
2.01～2.50
(Ⅱ级污区)
2.51～3.20
(Ⅲ级污区)
＞3.20
(Ⅳ级污区)
统计杆塔总数
/基
辽中、辽南
48(36.6%)
58(44.3%)
23(17.6%)
2(1.5%)
131(100%)
豫西、豫北
1(0.8%)
49(38.3%)
78(60.9%)
0
128(100%)
河北南网
37(37%)
12(12.0%)
50(50.0%)
1(1.0%)
100(100%)
京 津 唐
1(0.8%)
1(0.8%)
10(83.3%)
0
12(100%)
总 计
87(23.5%)
120(32.3%)
161(43.4%)
3(0.8%)
371(100%)
1990年
180(909%)
15(76%)
3(15%)
0
198(100%)
1.2.2.2 辽宁地区线路污闪主要集中在I～II级污区(见表2)
表2 辽宁悬垂串污闪塔杆塔数
配置比距
/cm·kV-1
16.1～2.00
(Ⅰ级污区)
2.01～2.50
(Ⅱ级污区)
2.51～3.20
(Ⅲ级污区)
＞3.20
(Ⅳ级污区)
统计杆塔总数
/基
沈 阳
18%
27(56.3%)
3(6.2%)
0
48(100%)
鞍 山
0
6(85.7%)
1(14.3%)
0
7(100%)
营 口
0
0
19(100%)
0
19(100%)
辽 阳
22（46.8%）
25(53.2%)
0
0
47(100%)
抚 顺
3(60%)
0
0
2(40%)
5(100%)
铁 岭
5(100%)
0
0
0
5(100%)
1.2.2.3 华北、河南线路污染主要分布在Ⅱ～Ⅲ级污区(见表3)
表3 河南、河北和京津唐污闪绝缘子串爬电比距
基(比距：cm/kV)
地 区
不同绝缘情况
原有污秽等级下的杆塔基数及爬电比距
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
豫西、豫北
欠绝缘
1(1.9)
17(2.04～2.36)
6(2.21～2.91)
绝缘下限
3(2.52～255)
绝缘中值
21(2.36～2.91)
13(2.20～2.36)
1(2.9)
绝缘上限
3(3.05)
过绝缘
5(2.55)
河北南网
欠绝缘
23(1.85～2.0)
15(1.85～2.27)
2(1.98)
绝缘下限
1(2.12)
6(2.52～2.73)
绝缘中值
/
2(2.24)
3(2.91)
过绝缘
43(2.52～2.91)
京 津 唐
欠绝缘
2(2.55～2.72)
1(2.55)
绝缘中值
1(1.81)
过绝缘
1(2.55～2.91)
总 计
22(13.2%)
89(53.3%)
47(28.1%)
9(5.4%)
1990年
180(90.9%)
15(1.5%)
3(1.5%)
0
由以上分析可知:爬电比距处于污区下限的杆塔约占闪络杆塔总数的46%，爬电比距处于污区上限或高于污区规定值的故障塔约占总数的42%。
各电网基本绝缘水平不足的另一个事实是，此次污闪事故发生初期，各电网均采取了降低系统电压的措施，降低幅度均为5%～10%，但未能遏制污闪的进一步发展。
1.3 天津、山东电网污闪
天津、山东地区电网基本全线实现使用复合绝缘子的线路几乎都未发生污闪。
2 对1000kV工程绝缘配置的建议
2.1 我国500kV输电线路的运行经验
我国500kV交流输电线路的污秽绝缘设计规程规定：0级污秽等级防污型绝缘子串XWP3－160(H×D×L=155mm×280mm×450mm)每串绝缘子个数为25片、普通型XP－160(H×D×L=155mm×255mm×305mm)为28片，实际工程时杆塔留有3片裕度，也就是说每次发生大面积污闪调爬时，每基杆塔每串绝缘子最高可以增加3～4片绝缘子。因XWP－160(210)和
XP－160(210)的结构高度相同，使调爬后每串绝缘子的XWP －60(210)片数达到31～32片，并且基本上已将普通型绝缘子XP－160更换成双伞型绝缘子XWP－160(210)或复合绝缘子，使干弧距离达到4805～4960mm，爬电距离达到13950～14400mm，爬电比距达到2.79～2.88cm/kV(按额定电压计算值)。从表4看出，河南、河北和京津唐电网1990年发生大面积污闪后，虽然将普通型绝缘子串更换为双伞型绝缘子串，片数达到31～32片，但调爬后2001年31～32片双伞型绝缘子串仍然发生污闪，污闪后测量处在Ⅱ级污区(0.06～0.10mg/cm2)污闪绝缘子的垂直串盐密值，实测盐密值为0.050～0.098mg/cm2，处在Ⅲ级污区(0.10～0.25mg/cm2)的绝缘子实测盐密值为0.101～0.25mg/cm2。运行在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级污区等级的绝缘子串的爬电比距处于污区上限，或高于污区规定值的故障塔，约占污闪总数的42%。
表4 污闪后测量污闪绝缘子垂直串盐密值
mg/cm2
地 区
绝缘子型式
污秽等级及测量盐密
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
＞0.03～0.06
＞0.06～0.10
＞0.10～0.25
＞0.25～0.35
豫西、豫北
LXP、FC型
XWP型
0.044
0.244
0.325
0.120
0.386
河北南网
XWP型
/
0.098
0.101
/
京津唐
XP型
XWP型
0.110
0.077
0.155
0.190
辽中、辽南
XP型
LXP型
XWP型
0.0584
0.097
0.080
0.050
0.138
0.130
从多年的运行经验分析，尤其是近2年浙江、江苏等地已调爬或新建的500kV工程，在双伞型绝缘子串为31～32片时，同样仍然发生污闪，现已全部更换为复合绝缘子。这些充分说明了500kV交流线路单悬垂串的污秽绝缘配置偏低，且在Ⅱ、Ⅲ级污区配置每串31～32片XWP－160(210)型绝缘子并不能确保不发生污闪。
2.2 500kV交流输电线路污秽外绝缘配置
2003年全国防污闪年度工作会议上，与会专家一致认为500kV交流输电线路单悬垂串的XWP3－160型绝缘子最低片数为28片，XP－160型绝缘子最低片数为30片。按污耐压法，XP－160型绝缘子在盐密/灰密为0.03/1.0mg/cm2下，不考虑上、下表面积污比修正，单片值U50为11.68kV(U50为292.0kV、单悬垂串选用25片)，不考虑上、下表面积污比修正，XP－160型单悬垂串绝缘子的片数为32片，干弧距离为4960mm，爬电比距为1.95cm/kV。即本文建议Ⅰ级污区绝缘子片数为28～30片、Ⅱ级污区为35～38片。
在多次大面积污闪事故发生后进行调爬，基本将500kVⅠ级污区的普通型XP－160(210)型绝缘子更换为XWP－160(210)型绝缘子。爬电比距为1.85～2.92cm/kV的绝缘子运行于Ⅱ级污区，爬电比距为1.85～5.05cm/kV的绝缘子运行于Ⅲ级污区，在2001年大面积污闪事故中仍发生污闪。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级污区的爬电比距满足GB/T
16434所规定的Ⅰ级(1.45～1.82cm/kV)、Ⅱ级(1.82～2.27cm/kV)、Ⅲ级(2.27～2.91cm/kV)污区要求，在欠绝缘、过绝缘、绝缘下限、绝缘中值、绝缘上限，皆相继发生污闪。仔细分析污闪原因，干弧距离在4650～4960mm以下，会受到干弧距离的限制，虽然运行于Ⅱ级污区(1.85～2.92cm/kV
)的爬电比距相对GB/T 16434所规定的Ⅱ级污区(1.82～2.27cm/kV)提高了1.6%～28.6%，运行于Ⅲ级污区(1.85～5.05cm/kV
)的绝缘子的爬电比距相对GB/T 16434所规定的Ⅲ级污区的绝缘子的爬电比距(2.27～2.91cm/kV)提高了约73.5%(下限配置不会够)，运行于不同污秽等级绝缘子的爬电比距比标准规定值高1.6%～73.5%，仍发生污闪。这充分说明了在一定干弧距离下，一味追求爬电比距解决不了污闪问题，在一定干弧距离下的过绝缘依然会发生污闪。本文认为当爬电距离增加到一定数值后，再增加的爬电距离是无效的。普通型绝缘子串的爬电距离和有效高度之比(本文定义为形状系数α)为2.0～2.3，防污型为3，形状系数超过2.5后，α越大其爬电距离的有效性越差。形状系数α的问题实际上是外绝缘配合问题，爬电距离和有效高度之比值，即形状系数α是由沿有效高度间空气的击穿强度约大于绝缘体与空气界面的击穿强度来确定的，若不满足这一要求，爬电距离易被电弧放电短接。空气击穿强度可取500kV/m，绝缘体与空气界面在受污染和受潮的2个条件同时作用下的沿面空气击穿强度可取200kV/m，即形状系数α为2.5是最优外绝缘配合，考虑到不确定因素可将α放大到3.0～3.2。所以本文强调在一定干弧距离下的过绝缘不是一个解决我国防污闪的有效方法;同时强调利用爬电比距法进行污秽绝缘设计一定要考虑爬电距离的有效系数。
2.3 爬电比距法和污耐压法的评价
因不同型式绝缘子的有效系数在不同盐密、灰密下不同，无疑采用不同型式的绝缘子在不同污秽等级下其爬电比距不一样(有少数人至今对这一问题认识不清，也是我国防污闪工作中仍末彻底解决的问题，即在调爬时不论是预选哪种型式的绝缘子，只要爬电比距符合GB/T
16434所规定的要求就行)。正因为爬电比距有效系数是随绝缘子型式和污秽度的不同而变化的，并不是定量的。根据我国国情，要给出绝缘子不同型式和污秽度下的爬电比距有效系数可能性太小，在世界上也没有可供参考的数据。因而国家绝缘子标委会和电力行业绝缘子标委会各委员及专家一致同意在制、修订绝缘子污秽度的国标和行业标准时，取消GB/T
16434所规定的爬电比距法而采用污耐压法。
2.4 污耐压法应考虑的问题
对500kV输电线路采用污耐压法进行污秽绝缘设计，在盐密/灰密为(0.03mg/cm2)/(1.0mg/cm2)下，不考虑上、下表面积污比修正，XP－160型单悬垂串的片数应为32片，对应的爬电比距为1.95cm/kV，但仍有污闪事故发生。这说明一定要按统计法准确确定现场污秽度SPS、单片绝缘子的污秽耐受电压、绝缘子串可接受的闪络概率、长期工频配合耐受电压、绝缘子型式、串型等因素进行修正。否则按污耐压法的绝缘配置设计，爬电比距仍会偏高或偏低。
1000kV输变电工程中按污耐压法进行绝缘配置至今有以下不确定因素影响污秽绝缘设计:
(1) 单片绝缘子的污秽耐受电压。文献［4］研究结论为施加电压从200～750kV,绝缘子串长从0～10m，210kN盘形悬式绝缘子和400kN防污型悬式绝缘子人工污秽试验结果表明:220kV左右时长串折算成单片污耐压值比750kV长串折算成单片耐压值低5%～10%左右。施加电压从650～800kV,
120kN盘形悬式绝缘子和420kN防污型悬式绝缘子人工污秽试验结果表明:320kV左右时长串折算成单片污耐压值比800kV长串折算成单片耐压值低5%～10%左右。本文认为在轻度污秽等级时，电 [1] [2] 下一页
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