1 引言 經(jīng)常聽到這樣的提問：
為什么35千伏懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)一般都是3片？
為什么110千伏的復(fù)合絕緣子的長(zhǎng)度一般都是1米左右？
本人前幾年曾經(jīng)參加過一次直流1100千伏復(fù)合絕緣子的產(chǎn)品鑒定會(huì)，看到的絕緣子竟有16米之長(zhǎng)！那么，這樣的長(zhǎng)度是考慮了哪些因素才決定的呢？
本文就想解釋以上的問題。
2
概述
在制造任何一種電氣設(shè)備之前，都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
如何設(shè)計(jì)？
1、必須了解這種電氣設(shè)備運(yùn)行在哪一種電壓等級(jí)的系統(tǒng)中；
2、必須考慮這種電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。
如果這種電氣設(shè)備運(yùn)行在戶外，例如戶外絕緣子，那么在設(shè)計(jì)上，就需要考慮3個(gè)方面的基本要求：
1、有足夠的電絕緣強(qiáng)度；
2、能承受一定的機(jī)械負(fù)荷；
3、能經(jīng)受不利的環(huán)境和大氣作用。
本文只討論第一個(gè)基本要求。
3
在設(shè)計(jì)中，如何考慮電氣設(shè)備有足夠的電絕緣強(qiáng)度？
1、首先必須考慮施加在電氣設(shè)備絕緣上的兩種電壓
1）長(zhǎng)期的工作電壓
2、對(duì)過電壓進(jìn)行分析，保證電氣設(shè)備的絕緣在遭受到過電壓的侵襲后，仍然具有設(shè)計(jì)規(guī)定的絕緣強(qiáng)度，用稍微專業(yè)的語言說：就是具有一定的絕緣水平。
如果絕緣水平設(shè)計(jì)得太低，容易造成事故；如果絕緣水平設(shè)計(jì)得太高，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用過高。
所以，設(shè)計(jì)確定絕緣水平需要考慮兩方面的因素：
1）在技術(shù)上，需要拿出限制過電壓的措施，不能不能被動(dòng)挨打，聽之任之。還需要研究絕緣能夠耐受過電壓的能力。最后需要處理好工作電壓、限制過電壓的措施和絕緣耐受能力三者之間的相互配合的關(guān)系。
2）在經(jīng)濟(jì)上，需要協(xié)調(diào)投資費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用和事故損失費(fèi)用之間的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
所以，絕緣水平的確定應(yīng)該符合一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，合理地確定絕緣水平在專業(yè)上稱為：絕緣配合。
4
絕緣水平的確定，首先需要進(jìn)行過電壓分析
過電壓是電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓從而可能危害絕緣的異常電壓，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁能量的一種擾動(dòng)。
1、雷電過電壓（也稱為外部過電壓）
由大氣中的雷云對(duì)地面（包括電力線路、電氣設(shè)備等）放電引起的過電壓。
特點(diǎn)：持續(xù)時(shí)間短，一般為幾十微秒，具有脈沖的特性。
2、內(nèi)部過電壓
電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過電壓。
內(nèi)部過電壓的能量來源于系統(tǒng)本身，它的幅值以工作電壓為基礎(chǔ)而增長(zhǎng)。
通常用系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的倍數(shù)來表示，該倍數(shù)一般取1.3--4.0?？梢妰?nèi)部過電壓一定會(huì)大于系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的，但是最大內(nèi)部過電壓一般不會(huì)超過系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的4倍。
內(nèi)部過電壓又分為操作過電壓和暫時(shí)過電壓。
1）操作過電壓：電力系統(tǒng)由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的過電壓。
為了滿足正常運(yùn)行的需要，或者被迫切除故障，電力系統(tǒng)會(huì)通過斷路器操作以改變運(yùn)行方式。
電力系統(tǒng)可以看作是一個(gè)由許多具有電感性、電容性的元件所組成的復(fù)雜電路。
斷路器的操作，使電力系統(tǒng)從一種電磁狀態(tài)過渡到另一種電磁狀態(tài)。在這種過渡中會(huì)出現(xiàn)電磁振蕩，電磁能與靜電能在電感性與電容性的元件中以電路固有頻率交替轉(zhuǎn)換，以致在電氣設(shè)備上出現(xiàn)過電壓。
操作過電壓是內(nèi)部過電壓的主要類型，其持續(xù)時(shí)間約為幾百微秒至幾毫秒，其波形也具有脈沖性質(zhì)，稱為操作沖擊波。
2）暫時(shí)過電壓：由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷暫態(tài)過程以后達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)態(tài)的情況所出現(xiàn)的過電壓。
暫時(shí)過電壓是工頻或接近工頻的電壓，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以又稱為工頻電壓升高。
5
絕緣配合的原則
1、絕緣配合的目的：
2、電氣設(shè)備的絕緣水平確定之后，是通過什么方法來知道電氣設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了規(guī)定的絕緣水平呢？---通過各種試驗(yàn)電壓來檢驗(yàn)。
3、需要確定哪幾種試驗(yàn)電壓值呢？
首先需要考慮設(shè)備絕緣可能承受的工作電壓和各種過電壓，然后決定了以下4種試驗(yàn)電壓的類型：
1）短時(shí)（1分鐘）工頻電壓試驗(yàn)：
為了檢驗(yàn)設(shè)備在工頻運(yùn)行電壓和暫時(shí)過電壓下的絕緣性能。
2）長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓試驗(yàn)：
為了考核局部放電等導(dǎo)致老化的因素對(duì)絕緣的影響或外絕緣的污穢放電性能。
3）操作沖擊試驗(yàn)：
為了檢驗(yàn)設(shè)備絕緣耐受操作過電壓的性能。
4）雷電沖擊試驗(yàn)：
5、絕緣配合的總原則：
綜合考慮電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓、各種保護(hù)裝置的特性和設(shè)備的絕緣特性，以確定設(shè)備的絕緣水平，使設(shè)備絕緣故障率或停電事故率降低倒在經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上可以接受的水平。
6、首先，對(duì)不同電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)，配合原則不同。
1）220千伏及以下系統(tǒng)，一般以雷電過電壓決定設(shè)備的絕緣水平。
其主要保護(hù)措施是避雷器，所以以避雷器的保護(hù)水平為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平，同時(shí)保證輸電線路有一定的耐雷水平。
這樣確定的設(shè)備絕緣，能夠耐受得住操作過電壓的作用，因此不需要專門采用針對(duì)操作過電壓的限制措施。
2）因?yàn)椴僮鬟^電壓的能量來源于系統(tǒng)本身，隨著電壓等級(jí)的提高，操作過電壓也將隨之增高，所以在超高壓電力系統(tǒng)（大于等于330千伏）的絕緣配合中，操作過電壓將逐漸起控制作用。
所以需要采取相應(yīng)的措施，將操作過電壓限制到預(yù)定水平。同時(shí)采用避雷器，除用以限制雷電過電壓外，也作為操作過電壓的后備保護(hù)。
6
知道了絕緣配合的原則，現(xiàn)在討論絕緣配合的方法
習(xí)慣的方法：
1、首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的“最大過電壓”
2、再找出一個(gè)設(shè)備絕緣的“最小放電電壓”
3、然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，乘上一個(gè)考慮各種影響因素和一定裕度的系數(shù)（一般稱為配合系數(shù)，或者稱為安全裕度系數(shù)），以補(bǔ)償在估計(jì)最大過電壓和最低放電電壓時(shí)的誤差
4、即使得設(shè)備絕緣的“最小放電電壓”大于設(shè)備上可能出現(xiàn)的“最大過電壓”，然后再乘上一個(gè)安全裕度系數(shù)。
7
架空輸電線路絕緣水平的確定
2、絕緣子串中絕緣子片數(shù)的確定。
1）基本要求：
① 在工作電壓下不發(fā)生污閃；
② 在操作過電壓下不發(fā)生濕閃；
③ 具有一定的雷電沖擊耐受強(qiáng)度。
2）運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：因?yàn)樵诠ぷ麟妷合聲?huì)發(fā)生污閃，所以工作電壓是確定絕緣子片數(shù)的決定條件。
通常是在保證不污閃的情況下，根據(jù)工作電壓選定每串絕緣子片數(shù)后，再按操作過電壓及耐雷水平的要求復(fù)核調(diào)整。
3、舉例說明：
1）首先確定污穢等級(jí)
不同污穢情況對(duì)線路及變電站絕緣的影響程度是不一樣的，因此應(yīng)該根據(jù)污穢情況，采用相應(yīng)的絕緣，以保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。
GB/T16434--1996《高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級(jí)即外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》中，按照污穢性質(zhì)、污源距離、氣象情況及等值附鹽密度（鹽密），將架空線路和發(fā)電廠、變電所劃分為不同的污穢等級(jí)。
污穢等級(jí)分為5級(jí)，0級(jí)是清潔區(qū)，4級(jí)是重污穢區(qū)。
2）決定爬電比距
通常用單位爬電距離（爬電比距），即絕緣子每一千伏額定線電壓的爬電距離來估計(jì)臟污條件下絕緣子的污閃性能。
GB/T16434--1996中同時(shí)規(guī)定了不同污穢等級(jí)時(shí)所要求的爬電距離。國(guó)標(biāo)中的λ就是指：每千伏額定線電壓所要求的沿絕緣子表面的爬電距離。
3）再根據(jù)線路額定線電壓，確定絕緣子串中的絕緣子片數(shù)
具體計(jì)算公式為：
其中：
Un —— 為線路的額定線電壓，千伏；
線路的額定線電壓：35千伏
按照0級(jí)（清潔區(qū)）考慮，λ=1.6cm/kV
絕緣子選型：XP--70 l=28cm
np =1.6*35/28=2（片）
線路的額定線電壓：110千伏
按照0級(jí)（清潔區(qū)）考慮，λ=1.6cm/kV
絕緣子選型：XP--70 =28cm
4）根據(jù)在工作電壓下不發(fā)生污閃而確定了絕緣子串的片數(shù)后，還應(yīng)該考慮耐受操作過電壓的作用，即絕緣子串的濕閃電壓在考慮各種影響因素并保持一定的裕度后，應(yīng)大于可能出現(xiàn)的操作過電壓（這些過電壓與絕緣子片數(shù)的關(guān)系有專門的圖表可以查閱）。
在實(shí)際運(yùn)行中，不能排除存在零值絕緣子的可能性。因此，在按上述操作過電壓確定每串絕緣子片數(shù)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加片數(shù)。
對(duì)于直線桿，35--220千伏電壓等級(jí)下，增加1片；220千伏及以上增加1-2片。
8
回答引言的問題
1、對(duì)于線路的額定線電壓為35千伏時(shí)，按照0級(jí)（清潔區(qū)）考慮，對(duì)于XP--70絕緣子，應(yīng)該選取2片。
考慮線路中可能出現(xiàn)零值絕緣子，所以增加1片。所以35千伏懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)一般都是3片。
2、對(duì)于線路的額定線電壓為110千伏時(shí)， 按照0級(jí)（清潔區(qū)）考慮，對(duì)于XP--70絕緣子，應(yīng)該選取7片。
考慮線路中可能出現(xiàn)零值絕緣子，所以增加1片。所以110千伏懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)一般都是7-8片。
而7-8片的XP--70絕緣子串，其絕緣長(zhǎng)度一般為1米左右，所以相應(yīng)的110千伏的復(fù)合絕緣子的長(zhǎng)度也應(yīng)該與其保持一致。
.............................................
聯(lián)系客服
