位分布不均匀性、临近效应等较大影响长串绝缘子的污耐压特性,一定要采用给定电压等级的真型试验来求取单片绝缘子的污秽耐受电压值。在重污秽等级时,绝缘子表面呈电阻分布,电位分布不均匀性、临近效应较小影响长串绝缘子的污耐压特性,并不一定要求采用给定电压等级的真型试验来求取单片绝缘子的污秽耐受电压值。在任何盐密、灰密下一定要采用真型试验进行研究。
(2) 现场等值附灰密度NSDD对污耐压的影响。文献[5]说明防污型绝缘子的污耐压特性并不总是与爬电距离成正比,且绝缘子的伞型是影响绝缘子的一个重要因素。另外还说明了NSDD对污耐压的影响很大,污耐压的差别可达5%~25%。本文认为NSDD对污耐压的影响不能一概而论,污耐压曲线若取NSDD为1.0mg/cm2,污耐压设计时,若NSDD<1.0mg/cm2,单片污耐压值应降低,若不进行NSDD修正,设计就有裕度,反之绝缘强度不够,发生闪络的风险较大。
(3) 积污不均匀性对污耐压的影响。上、下表面污秽不均匀分布对污耐压的影响,可用关系式K=1-NLn(T/B)表达,其中,K为修正系数,T/B为上、下表面污秽不均匀比。NLn(T/B)是负值,K>1。说明不考虑K设计就有裕度。
3 1000kV工程输变设备污秽绝缘配置的建议
采用污耐压法对300kN(H×D×L为195mm×320mm×505mm)绝缘子串由长串真型试验求取单片污耐压值U50,取绝缘子串闪络概率p为15%,σ为7%,污秽设计目标电压值修正系数K1为1.1。
方案一:取单、双串对污耐压的修正系数K2为0.92,NSDD对污耐压的修正系数K3为0.90。在盐密/灰密为(0.03 mg/cm2)/(0.1mg/cm2)(Ⅰ级)下,由长串求取单片U50为15.0kV,取NSDD对污耐压的修正系数K3为0.90,则双联悬垂串片数和串长在盐密0.03mg/cm2下分别为61片和11895mm;在盐密为0.06mg/cm2(Ⅱ级)的情况下,由长串求取单片U50为12.61kV,则双联悬垂串片数和串长分别为72片和14040mm;在盐密为0.10mg/cm2 (Ⅲ级)的情况下,由长串求取单片U50为11.30kV,则双联悬垂串片数和串长分别为81片和15795mm。
方案二:取单、双串对污耐压的修正系数K2为0.95,NSDD对污耐压的修正系数K3为0.95。在盐密/灰密为0.03mg/cm2 (Ⅰ级)的情况下,双联悬垂串片数和串长分别为56片和10920mm:在盐密为0.06mg/cm2(Ⅱ级)的情况下,片数和串长分别为66片和12870mm:在盐密为0.10mg/cm2(Ⅲ级)的情况下,片数和串长分别为75片和14625mm。
方案三:取单、双串对污耐压的修正系数K2为0.95,不考虑NSDD对污耐压的修正。在盐密为0.03mg/cm2(Ⅰ级)的情况下,双联悬垂串片数和串长分别为53片和10335mm;在盐密为0.06mg/cm2(Ⅱ级)的情况下,片数和串长分别为63片和12285mm;在盐密为0.10mg/cm2(Ⅲ级)的情况下,片数和串长分别为71片和13845mm。
方案四:不考虑单、双串对污耐压的影响和不考虑NSDD对污耐压的影响。在盐密为0.03mg/cm2(Ⅰ级)的情况下,双联悬垂串片数、串长和爬电距离分别为50片、9750mm和25250mm;在盐密为0.06mg/cm2(Ⅱ级)的情况下,片数、串长和爬电距离分别为60片、11700mm和30300mm;在盐密为0.10mg/cm2(Ⅲ级)的情况下,片数、串长和爬电距离分别为67片、13065mm和33835mm。
具体建议如下:
建议1:300kN普通型绝缘子双联悬垂串片数、串长和爬电距离在Ⅰ级(盐密为0.03mg/cm2)污区下分别为50片、9750mm和25250mm;在Ⅱ级(盐密为0.06mg/cm2)污区下,片数、串长和爬电距离分别为60片、11700mm和30300mm;在Ⅲ级(盐密为0.10mg/cm2)污区下,片数、串长和爬电距离分别为67片、13065mm和33835mm。
建议2:Ⅱ级及以上污区采用复合绝缘子,其结构高度和爬电距离取瓷绝缘子的80%,即结构高度Ⅱ级污区为9750mm,爬电距离为25250mm,Ⅲ级污区绝缘子结构高度为10452mm,爬电距离为27068mm。
建议3:在0级、Ⅰ级或Ⅱ级污区长串瓷(玻璃)绝缘子串上全部涂PRTV或在一个单元插3~5片瓷复合绝缘子,可分上、中、下3个单元均匀插瓷复合绝缘子。
4 结论
(1) 1900年和2001年大面积污闪事故基本上发生在Ⅱ~Ⅲ级污区,凡实现全线使用复合绝缘子的线路几乎都末发生污闪。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。
(2) 建议500kV输电线路污秽绝缘配置Ⅰ级污区绝缘子串片数为28~30片、Ⅱ级污区为35~38片。
(3) 在干弧距离为4650~4960mm的情况下,受干弧距离的限制,虽然运行于500kVⅡ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)的绝缘子相对GB/T 16434所规定的Ⅲ级污区(2.27~2.91cm/kV)的绝缘子提高了约73.5%(下限配置不够),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%,仍有污闪发生。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;利用爬电比距法进行污秽绝缘设计一定要考虑爬电距离有效系数。
(4) 在一定干弧距离下,爬电距离增加到一定后,再增加的爬电距离是无效的。爬电距离和有效高度之比(本文定义为形状系数α)普通型绝缘子串为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。
(5) 1000kV输变电工程中应按污耐压法进行绝缘配置,至今有单片绝缘子的污秽耐受电压在任何盐密/灰密下一定要采用真型试验;NSDD对污耐压的影响、积污不均匀性对污耐压的影响等不确定因素影响污秽绝缘设计,应进一步进行研究。
(6) 建议1000kV输变电工程中采用300kN普通型绝缘子双联悬垂串片数、串长和爬电距离在Ⅰ级污区(盐密为0.03mg/cm2)下分别为50片、9750mm和25250mm;在Ⅱ级污区(盐密为0.06mg/cm2)下,绝缘子的片数、串长和爬电距离分别为60片、11700mm和30300mm;在Ⅲ级污区(盐密为0.10mg/cm2)下,绝缘子的片数、串长和爬电距离分别为67片、13065mm和33835mm。
(7) 建议1000kV输变电工程Ⅱ级及以上污区采用复合绝缘子,其结构高度和爬电距离取瓷绝缘子的80%,即Ⅱ级污区绝缘子结构高度为9750mm,爬电距离为25250mm,Ⅲ级污区绝缘子结构高度为10452mm,爬电距离为27068mm。
(8) 在0、Ⅰ或Ⅱ级污区长串瓷(玻璃)绝缘子串上全部涂PRTV或在一个单元插入3~5片瓷复合绝缘子,可分上、中、下3个单元均匀插入瓷复合绝缘子。
5 参考文献
[1] 崔江流,张开贤等.一九九零年华北大面积污闪事故调查报告,华北污闪事故调查小组,1990.
[2] 崔江流,宿志一,车文俊,等.2001年初东北、华北和河南电网大面积污闪事故分析.电力设备,2001,2(4):6~20.
[3] 吴光亚等.高压支柱瓷绝缘子运行事故分析.电瓷避雷器,2002,18,9(5).
[4] 吴光亚等.关于特高压线路耐污设计基础究问题.高电压技术,1990,71~73.
[5] J.G.安德生著.电力工业部武汉高压研究所译.345kV及以上超高压输电线路设计参数手册.北京:电力工业出版社,1981.
[6] 刘湘生,白健群等.500kV长串绝缘子人工污秽试验研究(Ⅰ)试验研究及结果.能源部武汉高压研究所科学技术报告,1992.
[7] 刘湘生,吴峡等.500kV长串绝缘子人工污秽试验的研究,能源部武汉高压研究所科学技术报告,1992.11.
[8] 吴光亚等.交流输电线路绝缘子串片数的选择.高电压技术,2002,28(2):21~23.
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