重冰地区绝缘配合研究

敖丽华

【摘 要】架空送电线路的绝缘配合设计主要是解决杆塔上和档距中各种可能放电途径（包括导线对杆塔、导线对地线、导线对地等）的绝缘选择和相互配合问题。220kV架空送电线路作为一项成熟技术，目前国内已经积累了相当的设计和运行经验。本专题报告主要针对具体工程实际情况，分别研究了轻、中冰区绝缘配合，特别对重冰区绝缘配合进行了重点研究，开展下述三个方面的研究：

（1）轻、中冰区绝缘子类型选择、绝缘子强度选择、绝缘子串片数的选择为主要内容的绝缘子选型研究；（2）轻、中冰区满足工频电压、操作过电压及雷电过电压要求的杆塔最小空气间隙确定。（3）重冰区线路绝缘子片数选择、绝缘子组合形式的选择。

【关键词】覆冰；耐压；绝缘子

一、重冰区绝缘配合

1、重冰区线路绝缘子片数选择

重覆冰区段线路绝缘子片数选择时除需满足工频污秽条件确定的绝缘子片数外，还需满足严重覆冰情况下绝缘子串不发生闪络，因此重覆冰地区绝缘配合的重点是对绝缘子的覆冰耐压强度进行校核。

2、重冰区污区划分

根据江西省电力系统污区分布图，结合现场沿线调查的污源分布、污湿特征、已建送电线路的运行经验等，并考虑适当留有裕度，本工程重覆冰区段划为c级污区，统一爬电比距按39mm/kV配置。

3、绝缘子型式选择

国内架空送电线路通常采用下列三种型式的绝缘子，即瓷质盘型绝缘子、钢化玻璃盘型绝缘子、棒式合成绝缘子。在中冰区三种绝缘子均有成熟的设计运行经验，在重冰区段目前均采用盘式绝缘子。

4、覆冰绝缘子闪络特性

经过大量试验证明，覆冰绝缘子长串冰闪电压与海拔高度、盐密、覆冰厚度、绝缘子结构型式、覆冰水电导率、绝缘子串布置型式、污秽不均匀度、覆冰条件等因素有关，其中海拔高度、覆冰厚度、覆冰水电导率等因素与绝缘子串最低闪络电压呈指数关系。

二、覆冰绝缘子串最低闪络电压与绝缘子片数的关系

Kanai（1970），C.L.Phan（1983），X.Jiang（1988），K.Kannus（1988），F.Su（1993），M.Farzanech（1997）等测量了覆冰绝缘子串的交流电压分布情况并试验研究了冰闪电压与串长的关系，结果表明：当绝缘子串长度小于1.0m时，覆冰绝缘子串的最低交流闪络电压与绝缘子串的长度呈线性关系。对于25片以下的绝缘子长串，轻度覆冰时，覆冰闪络电压与绝缘子串的长度呈非线性关系，覆冰绝缘子长串的平均每片绝缘子的最低闪络电压比短串小；严重覆冰时，冰闪电压与串长呈线性关系。

重庆大学对常压及低气压条件下绝缘子冰闪电压与串长的关系作了研究。所试验的绝缘子串均为最严重的覆冰状态，即除高压端绝缘子外，其它所有绝缘子的伞裙均被冰凌桥接。

重庆大学的试验研究亦证明了绝缘子覆冰耐压随冰厚的增加逐渐减小并趋于饱和，其原因在于覆冰量增加到一定程度后，绝缘子裙间隙被冰凌完全桥接，覆冰融化后冰水在绝缘子表面已形成通路，覆冰量的继续增加只能增加冰凌的根数和表面覆冰厚度，因此绝缘子的最低闪络电压继续降低的趋势就不明显。

对于绝缘子覆冰后达到完全桥接状态的覆冰厚度，国内外大量试验表明该值在20～25mm左右。目前国内输电线路设计及科研院校进行的覆冰耐压试验中均考虑在覆冰达到20mm时，绝缘子出现完全桥接的情况。

三、绝缘子串型式及布置的影响

耐张绝缘子串水平布置由于自清洗能力较好，在同一污区，其污耐压值明显高于悬垂串。从经济上考虑，耐张串不必采用大爬距防污绝缘子。

武汉水利电力大学、中国电力科学研究院、重庆大学等单位所做的绝缘子覆冰闪络试验，表明覆冰绝缘子串覆冰融化阶段闪络发展过程与污秽绝缘子串闪络放电十分相似，都是由泄漏电流起了主导作用，绝缘子串水平布置、V型布置方式不易被冰凌桥接，阻碍了泄漏电流沿覆冰绝缘子表面发展，其闪络电压高于I串布置方式，依据重庆大学对13片XWP-210绝缘子进行的覆冰闪络电压试验，绝缘子串V串布置时其闪络电压可较垂直布置提高11.3%～12.1%

中国电科院开展进行了重覆冰条件下的染污绝缘子的覆冰耐压试验，冰过程中对绝缘子串施加运行电压，覆冰持续时间为12～14h，使绝缘子串喷淋面（迎风面）伞裙实现覆冰全桥接（局部串间伞裙电流密度大处存在未交接现象）。覆冰阶段结束并硬化半小时后升压至试验电压，对绝缘子覆冰进行硬化，之后进行融冰阶段。在试验电压下，进行2h融冰直至耐受或发生闪络为止。

耐受（或闪络）发生，更换另一串，施加电压增加（或降低）△U（5%），重复上述试验过程。

再用升降法，获得该交流绝缘子串50%覆冰闪络电压及标准偏差。

中国电科院试验结论为本工程20mm及以上冰区0m海拔绝缘配置可按V串瓷绝缘子每米绝缘高度的耐受电压为25kV进行设计，海拔0m以下按下式计算工频覆冰耐压的绝缘子片数：

（1）

式中：

m-每串絕缘子片数；

Vm-系统最高运行电压（kV），220kV取252kV；

Vn-覆冰耐压，取25kV/m；

H-绝缘每片几何爬电距离（m）。

所以重冰区考虑到常规复合绝缘子防冰闪能力较弱，容易积冰引起冰棱桥接而发生冰闪的特点，建议本工程重冰区绝缘子串采用与传统瓷质或玻璃绝缘结构形式类似的瓷复合绝缘子，型号为FX-WP。

经过计算重冰区绝缘子机械强度强度取值如下：

悬垂串绝缘子强度选择

耐张串绝缘子强度选择

松弛档耐张绝缘子串采用单联70kN机械强度的绝缘子。

重冰区绝缘子采用与传统瓷质或玻璃绝缘结构形式类似的瓷复合绝缘子，根据档距不同分别选用FX-WP-70和FX-WP-120两种型号，跳线绝缘子全线全部选用防风偏合成绝缘子FYTX-220/100-QT。