加强对1000kV级交流输电线路用复合绝缘子的研究和开发[大全5篇]

第一篇：加强对1000kV级交流输电线路用复合绝缘子的研究和开发

加强对1000kV级交流输电线路用复合绝缘子的研究和开发

吴维宁1，胡 毅1，王绍武2，苗桂良3，吴光亚1

(1武汉高压研究所，湖北省 武汉市 430074；2国家电网公司，北京市 100031；3电力规划设计院，北京市 100031)

摘要： 简要阐述了我国目前交、直流复合绝缘子的发展现状，提出了1000kV级交流复合绝缘子要向高于400kN的高强度等级发展，进一步改进结构、完善配方，提高复合绝缘子的可靠性。首次提出了复合绝缘子绝缘距离的确定方法。最后结合我国运行经验和对防污闪技术的认识，提出在c级、d级和e级特别是在d级和e级污秽等级地区应优先选用复合外绝缘子。文中还对我国绝缘子制造商和用户提出了希望和建议。

关键词： 绝缘子；复合绝缘子；特高压输电；可靠性；防污闪

1000kV级交流输变电技术对绝缘子提出了更高的要求，如额定机械(电)破坏负荷为210、300、400kN和530kN；绝缘子串长比交流超高压线路长，如串长一般在10～14m，约为500kV线路绝缘子串长的2～3倍；采用2～4串或更多串并联的绝缘子串布置方式；绝缘子串的数量比超高压线路多几倍，元件数量剧增，并要求每个元件的可靠性更高；绝缘子盘径大，绝缘子串布置方式不同，使其污秽特性可能与超高压也不同；铁塔间距大；分裂导线一般大于8，再加上覆冰、风力等苛刻的运行条件，使其要承受很大的拉、弯、扭机机械负荷。这些皆对复合绝缘子的运行可靠性提出了更高的要求。

本文结合我国复合绝缘子的制造现状、发展趋势、使用复合绝缘子的必要性及1000kV级交流输电对输变电技术的要求，提出了应加大力度研制高于400kN高强度等级的复合绝缘子，并对运行部门和制造企业提高了希望和建议。我国复合绝缘子的制造现状

1.1 总体评价

我国复合绝缘子的制造技术已达国际先进水平，其伞裙形状、端部密封技术、整体注射成型工艺、机械强度的可靠性等已达国际领先水平。1.2 制造现状

近20年来，国内已成长了一批优秀的复合绝缘子制造企业，其代表企业有襄樊国网合成绝缘子股份有限公司、山东泰光电气有限公司、东莞市高能实业有限公司、广州市迈克林电力有限公司等。目前，东莞、广州、淄博、襄樊等企业已能大规模生产35～750kV、70～400kV的AC和±500kV、70～400kN的DC棒型悬式复合绝缘子。迄今已有600～700万支(折合110kV)复合绝缘子挂网运行。除广泛应用于国内外，还大量出口。

除以上有代表性的4家企业外，我国还有中小型企业约80至100家。其中约10家企业的年销售能力在1000～3000万元人民币。中小型企业与上述4家企业的差别在于管理、生产设备、检验测试设备及技术人员素质等方面。但主要差别体现在新型技术的应用以及技术人员的综合素质上。提高对复合绝缘子的研发力度

建议按以下思路提高复合绝缘子的可靠性。

(1)优化配方。力争将我国复合绝缘子的寿命提高至20～30年。

(2)优化伞裙形状。伞裙形状优化设计原则应是沿空气的击穿强度大于复合硅橡胶与空气界面的击穿强度，否则爬电距离易被短接。

(3)重新设计均压装置。均压装置的设计应满足以下要求：①能改善复合绝缘子的电位分布。②能保护金属附件、芯棒及伞套不被电弧灼伤。③能保护两端金属附件连接区不因漏电起痕及电蚀损而导致密封性能的破坏。④对形状、杆径及直径的要求。2.1 提高机械强度

(1)加强对高强度绝缘子的研制开发。绝缘子机械强度当高于400kN时，其制造工艺、技术的难度远大于400kN以下的复合绝缘子的要求。

(2)合适的安全系数的确定。1000kN级输电线路高压导线结构比较大，一般采用8×400mm2、8×500mm2和8×630mm2 3种导线，且受线路经过地区的限制，垂直档距大于1000m，故其悬垂串多用2～4串绝缘子并联，耐张串多用3或4串绝缘子并联。机械负荷比500kN级以下线路有较大增加，这无疑对绝缘子机械强度的安全系数有了新的要求，因此建议安全系数取32.2 结构

(1)组合结构。1000kV级交流用复合绝缘子的绝缘距离一般为10～14m，约为500kV交流复合绝缘子的2～3倍，而且存在产品成品率下降，包装、运输和安装及运行维护困难的问题。一旦出现局部损坏就应整支更换，使维护费用增加；以及存在电位分布不均匀等问～

3，但应论证。题。建议其结构由整支复合绝缘子设计成2支或3支组合结构，且每支均带均压装置。

(2)招弧角间隙。1000kV级输电线路的污秽绝缘设计现采用污耐压法，相对于传统的爬电比距法其绝缘强度约增强20%～40%。足够的绝缘距离，使得在1000kV级线路绝缘子串上采用招弧角间隙可以得到实现。绝缘子安装招弧性能高的防闪络角形件能有效保护绝缘子，并避免掉串和重合闸不成功。因此，特高压线路应考虑安装招弧角间隙。2.3 电气特性

特高压线路用绝缘子相对于500kV及以下电压等级用绝缘子，其电气特性的要求要高得多，主要反映在以下几个方面：

(1)可见电晕和无线电干扰。现行国家、电力行业相关标准要求应在规定的最高工作电压下不产生电晕，且规定在1.1倍最高运行相电压下绝缘子的无线电干扰水平不应大于60dB。500kV及以下电压等级用绝缘子，较易满足标准要求，而1000kV级用绝缘子，因其电气强度急剧增加，电位分布畸变严重，因此其可见电晕和无线电干扰水平很难满足运行要求。

(2)电位分布。由上文可知，1000kV级用绝缘子的绝缘距离急剧增加，使其电位分布相对于500kV及以下电压等级绝缘子更不均匀，无疑会导致其电气强度降低。

(3)工频大电弧。交流复合绝缘子工频大电弧特性相对于瓷、玻璃绝缘子较差

［1］，而1000kV级用复合绝缘子，若采用整支结构，就使得其工频大电弧很难满足运行对其要求，且掉串的可能性大大增加。本文建议采用2支或3支组合结构以提高其工频大电弧性能。复合绝缘子绝缘距离的确定

考虑到复合绝缘子运行若干年后其憎水性会降低至瓷、玻璃绝缘子的水平，即HC5级或HC6级［1］，所以本文认为复合绝缘子的绝缘距离应与瓷、玻璃绝缘子串相同。

3.1 单个瓷、玻璃绝缘子串片数的确定

第一步，确定基本参数。基本参数包括现场等值附盐密度ESDD、现场等值附灰密度NSDD、单片绝缘子50%人工污秽闪络电压值U50和标准偏差σ0。

第二步，确定安全系数K。首先确定单串绝缘子的闪络概率P，然后安全系数K值，按正态系数12%～25%0.67。［2］-P分布表确定K值。对1000kV级线路，单片绝缘子的闪络概率P可取，K由正态分布表查得对应于12%、15%和25%的K值分别为1.17、1.04和

第三步，确定单片绝缘子的最大耐受电压值。单片绝缘子的最大耐受电压值按式(1)确定。

Umax=(1-Kσ)U50

(1)式中，Umax为单片最大耐受电压；K为安全系数(取1.17、1.04和0.67)；σ为标准偏差，取7%；U50为单片50%人工污秽闪络电压值，取9.14kV。由式(1)计算出对应于12%、15%和25%的Umax为8.39、8.47kV和8.71kV。

第四步，确定污秽设计目标电压值Umax。按式(2)确定Umax。

Umax=K1Usmax

(2)式中，Umax为污秽设计目标电压值；Usmax为系统最高运行电压，606kV；K1为按系统的重要性考虑的修正系数，取1.1。由式(2)计算出UΦmax=666.9kV。

第五步，确定绝缘子串片数。绝缘子串片数N按式(3)确定。

N=Umax/UΦmax

(3)

由式(3)计算出对应于单串闪络概率分别为12%、15%和25%的绝缘子片数分别为80、78和76片。

3.2 推荐污耐压法确定污秽绝缘设计的基本参数

本文确定1000kV级交流输电线路绝缘子串片数时，取σ为7%，单片绝缘子的闪络概率P取15%，按系统的重要性考虑的修正系数K1取1.1。由上可知，1000kV级交流用复合绝缘子在d级污秽等级下，即ESDD/NSDD分别为0.1/1.0mg·cm-2时，其绝缘距离应为13260mm。采用复合绝缘子的必要性

截止目前，500kV及以下电压等级的绝缘子约有600～700万支(折合110kV)在挂网运行，基本上与瓷、玻璃绝缘子形成了三足鼎立的局面。随着复合绝缘子制造技术水平的提高、运行经验的积累、可靠性的提高及对复合绝缘子整体技术水平认识的提高，复合绝缘子在1000kV级仍会大量使用。4.1 对选用复合绝缘子的共识

(1)运行经验表明使用复合绝缘子有利于遏制电网污闪事故。运行经验证明，复合绝缘子在我国，特别是在华东、华北、东北、华南等电网中为遏制污闪事故的发生发挥了很好作用。

(2)便于安装和运行维护。4.2 使用瓷、玻璃绝缘子的主要问题

(1)由于特高压线路污秽问题十分突出，因而绝缘子片数和串长急剧增加，导致了不同污秽地区杆塔高度的急剧增加(最高达100m以上)。

(2)绝缘子太重。为减少塔窗尺寸，一般还用V型串限制风偏，一基塔用6串绝缘子，绝缘子自重达8910kg，耐张串的4串并联后自重更高，达17820kg串长，对特高压线路杆塔设计非常重要。4.3 选择高强度复合绝缘子的优势

(1)质量小。每支复合绝缘子的质量约为瓷、玻璃绝缘子的6.7%。

(2)憎水性能优良(HC1级)。在ESDD/NSDD为0.1/1.0mg·cm-2时，其单位爬电距离的污闪电压是瓷、玻璃绝缘子的2.5～3.0倍

［１］

［3］

。减少绝缘子质量和。

(3)重污秽地区选用复合绝缘子既可缩短绝缘子串长，减少塔窗尺寸，又可显著降低铁塔负载。

(4)可大幅度降低工程造价。例如300kN瓷绝缘子价格约为3.2万元，而1000kV特高压300kV复合绝缘子价格仅为瓷绝缘子的一半，1.6万元。4.4 我国防污闪技术取得的进步

(1)采用污耐压法来进行AC、DC污秽绝缘配置(针对线路)，而不采用爬电比距法。

(2)不仅考虑ESDD，还应考虑NSDD和SES(等值盐度)作为污秽绝缘配置基础数据。

(3)在进行污秽绝缘设计时，还应考虑上下表面污秽度的不均匀比。

(4)污秽等级的划分不仅应考虑ESDD，还应将NSDD和SES(等值盐度)作为污秽绝缘配置的基础数据。

对以上防污闪技术认识的提高，使得在进行污秽绝缘设计时，应从根本上改变观念。对于同一ESDD，由于NSDD不同，其污秽等级可能是GB/T 16434—1996中的Ⅰ或Ⅱ或Ⅲ，也可能将为Ⅳ或Ⅲ。同一ESDD情况下，其绝缘子串片数可能不同，甚至差别很大。如1000kV级交流线路使用XP-160绝缘子，在ESDD/NSDD为0.1/0.4mg·cm-2和0.1/1.0mg·cm-2时，其单片污耐压值为9.0kV和8.5kV，按前面推荐方法计算单个绝缘子串片数分别为74片和78片。若NSDD相差较大，其绝缘子串片数就相差很远。这也是武汉高压研究所近几年在学术上一直强调线路应采用污耐压法和应考虑NSDD的原因。在1000kV级线路中，仅考虑采用污耐压设计单个绝缘子串片数，在ESDD和NSDD比较大(即ESDD超过0.1mg/cm2，NSDD超过1.0mg/cm2)时，1000kV级用绝缘子串的片数可达80片以上，串长约在14m，杆塔高度会超过100m，所以本文强调了在污秽等级为c级、d级和e级，特别是在d级和e级污秽等级地区，应优先选用复合外绝缘子。结论

(1)我国复合绝缘子的制造技术已达国际先进水平，其伞裙形状、端部密封技术、整体注射成型工艺、机械强度的可靠性等已达国际领先水平。

(2)建议应在配方、伞裙形状、均压装置等方面采取优化设计，以提高1000kV级复合绝缘子的可靠性。

(3)建议在研制开发1000kV级交流复合绝缘子时，应重点考虑机械强度、结构、可见电晕、无线电干扰、电位分布和工频大电弧等问题。

(4)随着复合绝缘子运行经验的积累，制造技术水平和运行可靠性的提高，对复合绝缘子整体技术水平的认识和对防污闪技术的认识提高，以及在重污秽地区瓷、玻璃绝缘子存在的主要问题和选择复合绝缘子的优势，建议在1000kV级交流输电线路中的c级、d级和e级地区，特别在d级和e级污秽等级地区，应优先选用复合外绝缘子。

(5)考虑到复合绝缘子运行若干年后，其憎水性会降低至瓷、玻璃绝缘子的水平，即HC5级或HC6级，因此复合绝缘子的绝缘距离应与瓷、玻璃绝缘子的相同。文中推荐了复合绝缘子绝缘距离的确定方法。参考文献

［1］ 吴光亚，蔡炜.复合绝缘子运行特性及可靠性分析.电力设备，2004，5(4)：63～68.［2］ 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.［3］ 张文亮，吴维宁.特高压输变电用绝缘子技术和经济可靠性分析.高电压技术，2004，30(8)：22～25.

第二篇：通畅信息对高压输电线路的保护研究论文

1河道非法采砂对输电线路的影响

输电线路分布广泛，地处旷野，跨越各种江河湖泊，长期处于露天之下运行，经常受到外部环境的影响。随着投运的输电线路不断增长以及快速发展的社会经济建设、城市化进程和高速铁路、高速公路等各种施工建设项目带来的隐患增多，输电线路遭受外力破坏的风险也随之增大。近几年的运行数据表明，除了雷击以外，外力破坏故障已经成为输电线路停运的主要原因。例如湖北省电力公司2014年220kV及以上输电线路因外力破坏跳闸54次，占跳闸总数的42.8%，严重威胁电网的安全稳定运行。在各种外破行为类型中，河道非法采砂是造成线路外破事故的主要原因之一。

河道非法采砂主要是由于采砂施工单位未经相关管理部门许可，在输电线路周围擅自进行采砂作业，造成线路设施损坏或故障，主要包括采砂施工作业过程中吊臂误碰导线导致线路跳闸、砂石堆放太高不满足与导线间的安全距离、采砂机肆意开采损伤基础等。河道非法采砂容易造成线路停运、杆塔基础外露、倒塔断线等。

2河道非法采砂导致线路危害的主要原因

2.1利益驱使

随着社会经济飞速发展，城市规模不断扩大，建筑市场对砂石资源需求量日益增大，砂石价格因此不断攀升。为获取暴利，不少采砂业主无证非法开采，严重忽视周边线路运行情况，随意堆放砂石，吊车施工时不注意与导线的距离，最终造成线路跳闸、设备损坏、人员伤亡等情况。此外，一些有证采砂业主为了获取更高的经济利益，在采砂施工过程中，不顾区域限制和周边线路环境，肆意开采，加大了线路跳闸概率。

2.2缺乏电力设施保护意识

河道非法采砂一般在较为偏远的江河地区进行，施工作业人员往往缺乏基本的高压输电线路防外破知识，不知道采砂吊臂应与高压输电线路保持多远的距离，同时对线路附近存在的危险点认识不足，更缺少必要的安全保护措施。而线路运行单位在维护线路时，由于地理位置偏远容易出现宣传工作不到位、采砂区域各类物防、技防措施不完备等情况，造成施工作业方缺乏足够的电力设施保护知识和自我保护意识，最终酿成线路停运、设备损坏和人员伤亡等后果。

3防止河道非法采砂的措施

根据河道非法采砂作业的特点，采砂业主及施工人员的心理，结合线路运行情况，可采取以下措施防治河道非法采砂作业：

第一，在线路规划选线阶段，应及时向各选线区段的地方政府的规划部门进行深入调研，了解未来3～5年内辖区河道采砂施工情况;同时应尽量避免线路经过江河湖泊和采砂施工区域，减少潜在的危险源，避开现有重要输电通道线路，加大两条相邻线路中心距离。

第二，在线路设计上，对于线路跨越河流时，应收集通航船舶及其附属物的最大高度，并在跨越距离上留出一定裕量，防止船舶在线路下方作业及行驶时触碰导线，造成线路跳闸事故。

第三，建立健全警企联防工作机制，成立电力警务室，担负起督导、指挥、协调打击盗窃破坏电力设施违法犯罪活动的工作任务，搭建起保护电力设施安全和企业治安环境的有效平台，查处、惩治河道非法采砂破坏等危害电力设施安全的违法犯罪行为。

第四，涉及电力设施保护区内严重影响输电线路安全运行的采砂施工等情况，应立即汇报给当地电力警务室，由电力警务室出警处置;对于存在重大安全隐患的，电力警务室可以报请市公安局进行办理。

第五，给输电线路造成重大损失的责任方，电力警务室协同辖区派出所依法对责任方进行传唤，并依据地方物价局价格认定中心出具的价格报告，对责任方进行立案查处。责任方态度认识较好的，与供电部门签订协议书，给予一定经济补偿;责任方态度恶劣的，依法进行拘留或逮捕。

第六，加大输电线路通道非法采砂安全隐患摸底排查，与政府相关部门开展整治非法采砂专项联合执法工作，加大力度打击因非法采砂造成电网事故的违法行为，追究其经济赔偿责任和刑事责任。

第七，加强与辖区内采砂施工单位的联系，了解清楚采砂施工计划、施工范围、进度要求等，然后根据施工计划、范围和进度提前制定应对防范措施。

第八，强化线路保护区河道采砂施工作业的监督管理，采取“以疏为主、以堵为辅、主动服务”的策略，主动了解情况，及时提供现场电力安全指导，协助做好预控措施。

第九，对线路保护区内的河道采砂作业区域展开特殊巡视，安排专人进行蹲守，开展现场施工安全把关，建立隐患信息点档案，制定各项应急预案，同时将现场情况上报调度，做好线路负荷转移预案，增强线路运行管控能力。

第十，综合考虑汛期、丰水季节特点及跨越点安全距离实际情况，按照相关标准规程设立永久性拦河线、限高架、安全警示标志(牌)等，标明电力线路下方穿越物体的限制高度和要求。

第十一，针对线路防采砂外破工作，线路运检单位要主动联系质量技术监督局、建设局等政府相关职能部门，收集沿线施工计划信息，及时组织人员开展现场勘察核实，对可能危及输电线路安全运行的外力破坏隐患，建立档案并定期持续观察;利用电力行政审批度、政企联动机制、内部会签制度开展吊车、铲车等移动作业车专题防外破信息收集、宣贯及预控工作;针对固定施工场所，推广使用保护桩、限高架(网)、限位设施、视频监视、激光报警等物防、技防措施;针对移动(流动)施工场所，采取在防护区内临时安插警示牌或警示旗、铺警示带、安装警示护栏等安全保护措施，并结合线路地段外破缺陷、隐患及历年线路运行经验，有针对性地开展专题宣传及状态性巡视工作;有条件时，可利用近电报警装置、视频在线监控装置、专职护线队巡防等技防、人防措施提高关键地段、关键时段以及重要线路通道的外破防控能力。其中，有专职护线力量的，要确保在5～11月施工密集期，重点区段通道巡视每天不少于1次，护线员每日巡视不少于2次。

目前，随着经济建设的需要，市场对砂石的需求量日益增高，河道采砂行业监管压力日益增大，肆意开采，随意堆沙现象日益严重，因此对于输电线路辖区内防止河道非法采砂外破的形势异常严峻。要改变这种现状，线路运行单位需要从线路设计、施工、线路运维、宣传培训、政企沟通、联合执法、物防技防等多个方面着手，以预防为主，以梳理为主，多措并举，从而减少外破事件的发生概率，提高线路运行的可靠性和稳定性，改善电网运行环境。