输电线路绝缘子选择与计算.doc

1 绝缘子选型1.1 绝缘子材质我国主要生产的绝缘子主要有盘形瓷绝缘子、盘形玻璃绝缘子及 复合绝缘子1.2 各类绝缘子特性绝缘子的性能比较表1-1 不同类型线路绝缘子的性能比较常见故障盘形瓷绝缘子盘形玻璃绝缘子棒形复合绝缘子雷击闪络电压高，可能出现“零值”，几率决定于生产商，无招弧装置可能发生元件破损闪络电压高，无招弧装置可能造成元件爆裂，几率决定于生产商闪络电压略低，装均压环一般可使绝缘子免受电弧灼伤污秽耐污差，双伞型可改善自清洗性能，调爬方便耐污差，防雾型可提高耐盐雾性能，调爬方便表面憎水性，耐污闪性能好，一般不需调爬风偏“柔性”好，风偏小“柔性”好，风偏小“柔性”较好，风偏大断串概率大小决定于生产商概率极小概率大小决定于生产商劣化劣化速率决定于生产商基本不存在劣化硅橡胶老化速率和芯棒“蠕变”决定于生产商和使用条件外力易损坏，残垂强度大易损坏，残垂强度较大不易损坏现场维护检测维护工作量大，双伞型易人工清扫，检“零”麻烦清扫周期短、工作量大维护简便，缺陷检测困难3 污区划分3.1 沿线污秽调查3.1.1 走廊沿线污源分布情况本次对待建1000kV特高压中线工程线路走廊沿线进行了污染情况调查。湖北省境内绝大部分地区为自然污秽，包括生活污染、公路扬尘、农村施用农药、化肥以及烧山积肥的灰尘；工业污秽主要集中在宜城市板桥镇，分布有石灰厂、水泥厂、采石场等重点污源。河南省境内线路附近分布较多乡镇，主要的自然污秽来自居民区的生活污染和农田施用的化肥等，线路跨越铁路、高速公路、土路若干，加上风沙扬尘等也会对线路造成一定的污染；工业污源主要有采石场、石灰厂、水泥厂、铝铁厂、炼钢厂、火电厂等。山西省境内沿线分布储煤厂、炼焦厂、炼铁厂、火电厂、砖厂等，小型煤矿区和炼铁高炉更是星罗棋布，大气污染十分严重。另外1000kV特高压中线工程线路平行或跨越的500kV线路有：斗樊线、双玉、回、樊白、回、姚白线、白郑线、牡嵩线、沁获线、榆临线；跨越铁路七条、已建成高速公路六条、国道和省道若干。(1) 化工污秽该线路走廊附近的化工污源主要集中在河南省和山西省，主要有沁阳市碳素有限公司(1500万kg/a)、孟县化肥厂(6000万kg/a)、偃师市山化县化工厂、南阳石蜡精细化工厂(12000万kg/a)、南阳市金马石化有限公司(600万kg/a)、长治化工有限公司、钟祥市华毅化工有限公司(18000万kg/a)等。另外晋城市规划中的野川、马村化工园区，工厂十分集中，规模现在大约为30000万kg/a，随着发展，其规模将进一步扩大。 (2) 冶金污秽冶金污秽主要包括铝厂、炼铁厂、炼钢厂等。根据调研情况，主要有巩义市回锅镇的铝加工基地、焦作市西向镇的沁阳铝试验厂(5000万kg/a)、西向镇宏达炼钢厂、晋城市泽州县弘鑫冶炼公司(3000万kg/a)以及晋城分布广泛的小型炼铁厂等。 (3) 火电厂主要集中在河南省和山西省，有以下大型火电厂：沁阳铝电集团电厂(31万kW)、孟州电力股份有限公司(49万kW)、偃师市首阳山电厂(100万kW)、洛阳华润热电有限公司(25万kW)、南阳市鸭河口电厂(现有70万kW，总体规划310万kW)、阳城电厂(现有容量235万kW，在建的二期规模将达到355万kW)，晋城和长治规划中将建成赵庄电厂、高河电厂、沁水电厂和郑庄电厂四个大型火电厂，规模都在240万kW以上，这将大大增加污染的严重程度。(4) 其它工业污秽沿线走廊附近除上述类型污秽外，还包括如水泥厂、石灰厂、煤矿区等。主要有宜城市水泥厂、汝州水泥公司、南阳航天水泥厂、赵庄煤矿、成庄煤矿等。另外沿线有许多小型采石场、砖厂、煤矿和储煤厂等，污染比较严重。(5) 自然污秽自然污秽主要是由大气降尘、风沙、农药以及化肥产生的污染。待建特高压线路沿线多数地段附近工业并不发达，大气环境污染状况相对较轻。湖北省境内地势多为平地和丘陵，沿线主要是农田和旱地，杂树林覆盖面积较大，植被较多，雨水比较充沛，在一定程度上减轻了自然污秽的影响。河南省境内地势以平原为主，全年以东北风为主，雨水较少，灰尘、风沙较大，自然污秽影响比较大。山西省境内主要以高山大岭和山地为主，待建特高压线路将跨越太行山脉，全年以西北风为主，降雨较少，粉尘污染严重。(6) 部分污秽物化学成分分析对沿线走廊不同类型的污源点的污秽物进行了取样以及化学成分分析，分析结果见表3-1。表3-1 部分污源污秽物成分分析结果单位：mg/L样品名称Na+K+Mg2+Ca2+Cl-NO3-SO42-洗煤厂6.645.186.9345.3915.520.0828.18炼焦厂13.5515.421.73106.1918.268.9388.72水泥厂13.7314.321.31132.0121.686.50116.43火电厂22.2319.365.0480.8845.623.51127.56炼钢厂19.0619.773.9571.2341.911.7341.91炼铁厂14.0710.877.0875.8816.501.1287.79化肥厂19.9117.834.31105.2627.172.56218.17图3-6 污染物的化学成分从测量结果和上图可知，污秽物中Ca+离子含量远大于Na+、K+、Mg2+离子含量，尤其是炼焦厂、水泥厂和化肥厂，都大于100mg/L。污秽物中的Na+和K+含量基本相等，其中以火电厂和炼钢厂最为严重。负离子中SO42-离子含量最高，其中水泥厂和火电厂都超出了100mg/L，化肥厂甚至超过200mg/L。可见，沿线污染源的排放物主要以粉尘污染和盐类污染为主。2.1.2 气候条件和污湿特征根据调查收资，沿线与污秽闪络相关的降雨量、小雨天数、降雾日数及最长雾日数、平均温度和相对湿度及污闪季节的风等气象条件的调查统计结果如下：图3-7 降雨日数从调查情况来看，2002年-2004年三省的降雨主要集中在6月-9月，这四个月的平均月降雨日数为15天-22天。占到全年降雨日数的52%-68%。降水量以荆门、襄樊、南阳和平顶山等地居多，山西省降水量在三省中为最少，呈从南向北逐渐减少的趋势。连续无降雨日主要集中在10月至来年3月，平均连续无降雨日数呈从南向北逐渐递增的趋势。毛毛雨是引发污闪的主要原因，湖北地区以及河南省南部毛毛雨较多，为18天-39天；河南北部及山西省相对较少，为12天-29天。综合上述情况，沿线从南向北利于积污的气象条件递增的趋势，但诱发污闪的外部条件例如毛毛雨则反之，降雾气象以南阳、长治境内较为严重。表3-2 污闪季节的风速、主导风向和静风频率统计 地 点项 目荆门襄樊南阳平顶山洛阳焦作晋城长治2002-2004平均风速1.82.12.22.01.81.61.82.2主导风向NNWNWNNWNEENENEENENENEENEWNWSE静风频率(%)2120192281723232002-2004年的污闪季节的风速均在2m/s左右，静风频率在23%以下，不利于污染物的扩散。3.2 沿线现状污区情况3.2.1 现有污区图的情况3.2.2 现场实测污秽状况图3-16 山西段路径与电网相对关系图表3-5 部分线路闪络跳闸统计时 间杆塔号故障点污源情况备注绝缘配置/爬电比距(cm/kV)污区图污级2006.1.21220kV苏丹线39#C相长治煤矿、焦化覆冰14XWP-7/2.542006.1.22220kV漳寺线38#A相长治煤矿、焦化覆冰14XWP-7/2.542003.2.213.15阳东二、三线40#、58#、62#距电厂1832km冰闪30FC16P/155注：斗樊线144#杆塔绝缘子串在雾湿天气下有放电现象。3.3 本工程沿线污区划分3.3.1 污区划分原则(1) 参照GB/T16434-1996高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准的规定。(2) 有关文件的要求；(3) 结合特高压线路具体情况及污区划分“运行经验、污湿特征、现场等值附盐密度”三要素来确定。当三者不一致时，应以运行经验为主；(4) 对既没有运行经验、又没有盐密测量值的地区，暂按污湿特征，并结合各省最新污区分布图的定级来确定污秽等级。建议本工程特高压线路污区划分参照GB/T16434-1996中对各污秽等级下的爬电比距分级数值作出的规定，如表3-6所示。表3-6 特高压线路各污秽等级下的爬电比距分级数值污秽等级盐密值爬电比距，cm/kV线 路220kV及以下330kV及以上1000kV00.031.61.61.6I0.03-0.061.60-2.001.60-2.001.60-2.000.06-0.102.00-2.502.00-2.502.00-2.50-10.10-0.252.50-3.202.50-3.202.50-3.200.253.20-3.803.20-3.803.20-3.80注：爬电比距取额定电压计算值3.3.2 晋东南 南阳段线路污区划分山西省境内线路全长约118km，地形以丘陵为主，跨越太行山脉；省内污染源主要有煤矿、炼焦厂、炼铁厂、化工厂以及大型电厂等，另外规划中的野川、马村化工园区以及阳城电厂二期、赵庄电厂、高河电厂、沁水电厂、郑庄电厂等重污染源将使大气污染愈加严重；全年干旱少雨，小雨日数约为12天-21天，平均湿度仅为61%左右；污闪季节降雾日数达到18天-32天；主导风向为西北风，风力较大，污秽物的扩散能力很强。山西省境内与特高压线路平行或跨越的500kV线路有阳东线(级中、上限设计、爬电比距2.8-3.1cm/kV)、榆临线(级下限设计、爬电比距2.6cm/kV)。河南境内与特高压线路平行或跨越的500kV线路有樊白双回(级上限设计、爬电比距2.5cm/kV)、白郑线(级中限设计、爬电比距2.2cm/kV)、姚白线(级中限设计、爬电比距2.2cm/kV)、牡嵩双回(级中限设计、2.8cm/kV)、沁获线(级上限设计、爬电比距3.0cm/kV)。根据ESDD测量结果，结合线路运行经验和污湿特征，晋东南 南阳段特高压输电线路污秽等级划分如下：我国500kV输电线路一般按泄漏比距法确定绝缘子片数，从而确定串长。对于我国来说，由于大气污染严重，现有500kV线路，绝缘子串长一般均由工频条件下的污闪特性决定。由爬电距离来决定绝缘子的串长，这种方法首先根据输电线路所经地区的污秽情况，盐密和灰密的测量值，以及已有输电线路的运行经验，确定污秽等级，再依据国家标准GB/T 16434-1996高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准来决定该污区所对应的爬电比距，根据所选绝缘子的爬电距离计算所需绝缘子的片数。此种方法简单易行，可操作性强，在工程设计中被广泛采用，并且经过很多工程实际的考验，是一种可被接受的工程设计方法。4.4 按爬电比距法选择悬垂串的绝缘子片数4.1.1 工频过电压条件下绝缘子串片数由爬电距离来决定绝缘子的串长，在工程设计中被广泛采用。由工频电压爬电距离要求的线路每串绝缘子片数应符合下式要求：式中：m 每串绝缘子片数；Um 系统额定电压，kV； 爬电比距，cm/kV，列于表盐密与爬距配置表；L0 每片悬式绝缘子的几何爬电距离，cm；Ke 绝缘子爬电距离的有效系数，主要由各种绝缘子爬电距离在试验和运行中提高污秽耐压的有效性确定。(1) 绝缘子爬电距离的有效系数Ke绝缘子爬电距离的有效系数Ke定义为在相同的自然条件下，在相同的积污时间内被试绝缘子与基准绝缘子沿单位泄漏距离的污闪电压之比。Ke不能仅根据人工污秽闪络电压的试验结果确定，还必须考虑绝缘子的自然积污能力。我国幅员辽阔，各地的地理气象条件差别很大，不同形状的绝缘子在不同地区的运行效果也有差别。目前还很难确定各种形状绝缘子的Ke值。电力行业标准DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中指出：几何爬电距离290mm的XP-160型绝缘子的Ke暂取为1。采用其它型式绝缘子时，Ke应由试验确定。式中:L01、L02 分别为XP-160型及其它型绝缘子的几何泄漏距离；U50%.1、U50%.2 分别为XP-160型及其它型绝缘子的50%污闪电压，kV。为分析研究不同型式绝缘子的有效系数；参考了西北电网750kV输电线路绝缘子在高海拔低气压条件下的污闪特性研究报告，该报告提供了750(2#)和750(4#)试验U50%值(ESDD：0.05;NSDD：0.1mg/cm2)。表45 西北电网污闪特性研究的瓷绝缘子U50%值编号材料盘径(mm)伞形结构高度(mm)爬距(mm)表面积(cm2)机械强度(kN)单片绝缘子U50%(kV)750(2#)瓷300双伞1704592784.8621015.4750(4#)瓷340三伞1705303627.0421017.8武汉高压研究所1000kV交流输电线路绝缘子长串污秽特性及污秽外绝缘设计的研究报告，报告中提供的常压下绝缘子的单片U50%值；具体数据和相应绝缘子的有效系数Ke计算值如表4-6。表4-6 有效系数Ke的计算序号数据来源型 式ESDD/NSDD(mg/cm2)U50%(kV)串长(片)单片绝缘子U50%(kV)(%)有效系数Ke1武高所XP-1600.1/1.0208287.43-12武高所FC-400/2050.1/1.0566.44811.87.20.843武高所CA590-EZ0.1/0.5537.64811.27.70.874武高所FC300/1950.1/0.5513.64810.84.80.865武高所CA596-EZ0.1/0.5609.64812.77.40.96武高所CA887-EZ0.1/0.5561.64811.77.50.947750(2#)双伞(459)0.05/2.0-315.4-0.998750(4#)三伞(530)0.05/2.0-317.8-0.97上表中盘型(钟罩型)绝缘子的有效系数Ke的计算值基本在0.86-0.90之间，由于3#-6#绝缘子为灰密0.5mg/cm2条件下U50%值，其值偏大，因此，绝缘子的有效系数Ke计算值偏大；7#-8#双伞和三伞绝缘子的有效系数Ke的计算值基本在0.94-0.99之间，由于其U50%无法进行灰密修正，且7#和8#绝缘子的U50%值为短串试验得到，其值偏大，因此，有效系数Ke的计算值也偏大。双层伞绝缘子在我国500kV及以下线路中已大量使用，积累了大量试验数据和运行经验。通过对双层伞绝缘子和普通型(XP-300)绝缘子在同样条件下的污闪电压和积污状况的比较，以及对大量数据的统计分析，由运行部门总结出，双层伞型绝缘子的Ke值为0.95。西北750kV线路绝缘子爬电距离的有效系数Ke的取值，普通型取1.00；防污型(双伞型和三伞型)取0.95；防污型(钟罩型)取0.90。本报告暂推荐在轻污区普通型、双伞和三伞绝缘子的有效系数Ke取值为1.0；防污型绝缘子的有效系数Ke取值为0.9；中等及以上污秽区普通型盘型、双伞和三伞型绝缘子的有效系数Ke取值为0.95；防污钟罩型绝缘子的有效系数Ke取值为0.85。(2) 绝缘子片数计算计算工频电压下所要求的爬电距离和绝缘子串片数进行计算，其结果如表4-7。表4-7 悬垂串绝缘子片数计算绝缘子型式污区及配置水平爬电距离mm绝缘子片数(片)绝缘子串长mm1000m及以下1500m1000m及以下1500m1000m及以下1500m普通型485mm级0.060.10mg/cm22.5cm/kV2500257452541014010530普通型505mm25002574505197509945普通型550mm2500257451531045510865三、双伞型485mm2500257452541014010530三伞型635mm25002574404178007995钟罩型690mm250025744142984010080合成型25002574普通型485mm级0.100.25mg/cm23.20cm/kV3200329570721365014040普通型505mm3200329567691306513455普通型550mm3200329562641271013120三、双伞型485mm3200329566721287014040三伞型635mm3200329554551053010725钟罩型690mm3200329555571320013680合成型32003295普通型485mm级0.25mg/cm23.80cm/kV3800391383851618516575普通型505mm3800391380821560015990普通型550mm3800391373751496515375三、双伞型485mm3800391383851618516575三伞型635mm3800391363651228512675钟罩型690mm3800391365671560016080合成型38003913由表4-7可知，级污区可选用54片单片爬距485mm普通型绝缘子和双伞、三伞型绝缘子；绝缘子串长10530mm；级污区可选用54片单片爬距635mm三伞型绝缘子或级和级污区选用合成绝缘子。4.4.2 按操作过电压选择绝缘子串片数操作过电压要求的线路绝缘子串正极性操作冲击电压波50%放电电压U50应符合下式要求：式中：Us线路相对地统计操作过电压，kV；线路绝缘子串操作过电压统计配合系数，根据电力科学研究院“1000kV交流输变电工程过电压与绝缘配合研究”(2006年6月)，操作过电压统计配合系数取为1.25。1000kV输电线路统计操作过电压倍数取1.7p.u.。系统最高运行电压取1100kV。正极性操作冲击电压波50%放电电压U50为：根据电力科学研究院“500kV交流和直流输电线路杆塔绝缘强度和作用电压”(1991年6月)，在临界波头长度下绝缘子串50%闪络电压与串长的关系：对于边相：对于中相：式中：U50cr 临界波头长度下绝缘子串50%闪络电压，kV；l 绝缘子串长，m。对于实际波头长度的操作波，其闪络电压要高于临界波头情况，可按下式修正：式中：、cr 实际波头长度和临界波头长度，s，实际波头长度取 250s；U50、U50cr 波头长度为和cr时的绝缘子串50%闪络电压，kV。对于不同的绝缘子串长，上式中的临界波头长度由下式计算：由于以上的计算公式均按标准气象条件给出，故应进行气象修正：式中：U、U0 实际状态和标准状态下的外绝缘放电电压，kV；Kt 空气密度修正系数。式中： 空气温度梯度，0.0065/m；H 海拔高度，m；T 绝对温度，取293；n 特性指数，取n=0.5。操作过电压要求的线路绝缘子串片数(以普通型300kN绝缘子计算)列于表4-8。表4-8 操作过电压要求绝缘子串片数/绝缘长度(mm) 海拔高度(m)操作过电压(kV)01000200030001.7p.u=1909kV边相32/620032/620035/670038/7350中相37/715037/715040/780045/8650考虑2片零值绝缘子后操作电压要求的1000kV交流输电线路绝缘子串片数(以普通型300kN绝缘子计算)列于表4-9。表4-9 绝缘子串片数 海拔高度(m)操作过电压(kV)01000200030001.7p.u=1909kV边相34343740中相39394247本工程不存在在0级、级污秽区，当污秽等级大于等于时，操作过电压对绝缘子串片数的选择已不起作用，绝缘子串片数由工频电压决定。表4-10 0级污秽区普通型绝缘子串片数 海拔高度(m)操作过电压(kV)01000200030001.7p.u=1909kV边相34343740中相39394247表4-11 级污秽区普通型绝缘子串片数 海拔高度(m)操作过电压(kV)01000200030001.7p.u=1909kV边相37-4137-4139-4341-45中相39-4139-4142-43474.4.3 按雷电过电压的要求进行校验一般来说，雷电过电压与运行电压无直接关系，在特高压系统中，由于输电线路本身的外绝缘水平很高，对外绝缘设计而言，雷电过电压不起决定作用。1000kV线路绝缘子串具有很高的冲击绝缘水平(U50%4MV)，雷击杆塔只能在很大的雷电流(I0=200-250kA)下才有可能引起绝缘子串反击闪络，出现这种雷电流的概率是很小的(数量级0.1%及以下)。日本1000kV线路尽管线路走廊大多通过海拔1000m以上的山地，但是由于1000kV电压等级引弧角间隙长，线路的雷害事故率比500kV约减少1/2。1000kV防雷设计考虑以下条件：(1) 双回路铁塔采用2条具有负屏蔽角的架空地线；(2) 引弧角间隙从减少雷击事故次数考虑，应尽可能加大，同时为了不使线路装置直接受害，应保持良好的通路特性；(3) 从减少雷击事故次数考虑铁塔接地电阻应尽可能降至10以下。但在雷电过电压下，绝缘子串仍应满足一定的耐雷水平。在0级污秽区、海拔1000-3000m时，按绝缘子串雷电冲击绝缘水平U50%4MV考虑，耐雷水平I1计算结果见图4-14-4。由此可以看出ZB塔的耐雷水平高于ZM塔，三相V串的耐雷水平与中相V串的基本相当。且耐雷水平均随塔高、接地电阻的增加而降低。由于1000kV线路要求的对地距离大，杆塔高度相应增加，一般在60m以上，因此为了获得较高的耐雷水平，其接地电阻设计值应尽量减小；或增加绝缘子提高绝缘子串雷电冲击绝缘水平。.5 按污耐压法选择悬垂串的绝缘子片数污耐压法是根据试验得到绝缘子在不同污秽程度下的污秽耐受电压，使选定的绝缘子串的污秽耐受电压大于该线路的最大工作电压。该方法和实际绝缘子的污耐受能力直接联系在一起，是一种较好的绝缘子串长的确定方法，但人工污秽试验结果同自然污秽条件下的污耐受电压值存在等价性问题。前苏联、美国、美国、日本、武汉高压研究所和中国电力科学研究院主要是以U50%进行污秽外绝缘设计。U50%以长串绝缘子试验来确定。不同国家污秽外绝缘设计原则相同，仅是设计参数取值不同。不同的国家确定污耐压和污秽设计目标电压值也不同。前苏联取标准偏差为8%，校正系数1-4；美国取为10%，校正系数1-3；武汉高压研究所和中国电力科学研究院按试验来计算取7%，污耐压校正系数为1-3。日本单片绝缘子最大耐受电压Umax按长串绝缘子试验来确定，前苏联还考虑爬电距离有效系数对不同型绝缘子串的Umax进行校正；污秽设计目标电压值均取系统最高运行相电压Umax，Umax校正系数原苏联、美国、美国、日本分别为1、1、1.1、1.151.6。绝缘子串片数N由校正后的Umax与Umax之比确定，即：NUmax/Umax不同国家污秽外绝缘设计基本参数如表4-12所示。表4-12 不同国家污秽外绝缘设计基本参数对比国家污耐压求取方法标准偏差()污耐压校正系数(k)试品布置目标电压值Umax原苏联U50%8%4真型布置1美国U50%10%3真型布置1日本Umax/真型布置1.15-1.6中国U50%试验确定(推荐7%)31/1.042真型布置1.1(推荐1.1-1.732)注1、500kV及以下线路设计污耐压校正系数取3(对应单串闪络概率为0.14%，查正态分布表得出)；注2、1000kV线路设计污耐压校正系数取1.04(对应单串闪络概率为15%，查正态分布表得出)。根据国网武汉高压研究院编制的1000kV交流输变电工程设备外绝缘特性研究报告中推荐的污耐压设计方法如下(海拔1000m以下)： 确定现场污秽度SPS(ESDD/NSDD) 将现场污秽度SPS(ESDD/NSDD)校正到附盐密度SDD(可简称试验盐密SDD) 单片绝缘子最大耐受电压Umax的确定 污秽设计目标电压值Umax的确定本工程按1.1倍的最高运行相电压取值。 绝缘子串片数N的求取 NUmax/Umax 按表4-13校核确定的N。表4-13 不同性质工作电压确定绝缘子串片数不同性质工作电压计算方法备 注长时间工作电压/工频过电压K 工频过电压倍数在直接接地系统通常取1.11.3倍,在消弧圈接地系统取1.51.732操作过电压 操作过电压倍数，操作过电压倍数在2倍时，由于操作波的耐受电压与工频耐受电压之比为2左右，操作波的片数与工频片数是一致的。注：按污秽设计确定不同污秽等级的绝缘子片数满足以上不同性质工作电压和条件对其要求。4.5.1 试验盐密(SDD)的确定由武汉高压研究所牵头，湖北、河南、山西省电力公司参加的国家电网公司重点科研项目晋东南 南阳 荆门待建1000kV特高压交流输电线路沿线走廊污秽特性的调研，课题对中线工程的沿线污秽参数进行了调研，沿线CaSO4的含量约为30%-49%，分别取30%、41%、20%时，根据GB/T 16434-1996中的ESDD经CaSO4校正换算成SDD如表4-14所示。表4-14 GB/T 16434-1996中的ESDD经CaSO4校正后换算成SDDESDD(mg/cm2)污秽等级SDD(mg/cm2)(CaSO4密度取41%)SDD(mg/cm2)(CaSO4密度取30%)SDD(mg/cm2)(CaSO4密度取20%)0.0300.0280.0310.0340.030.060.0280.0450.0310.0520.0340.0580.060.100.0450.0690.0520.080.0580.090.10(0.15)0.250.069(0.099)0.1580.08(0.115)0.1850.09(0.13)0.210.250.350.1580.2170.1850.2550.210.294.5.2 单片绝缘子最大耐受电压Umax的确定根据武汉研究高压院的研究，单片绝缘子最大耐受电压Umax先要求出绝缘子串U50%并折算为单片值，然后进行修正。单片绝缘子最大耐受电压Umax1由GB/T 4585-2004附录B2.2条规定的在给定基准污秽度SPS下的50%人工污秽耐受电压的测定程序求出绝缘子串U50%并折算为单片值。Umax1(1-k1)U50Umax= k2 k3 k4 (1-k1)U50k1：正态分布系数k2：绝缘子上下表面不均匀比系数k3：对NSDD的校正系数k4：对串型的校正系数修正后的结果见表4-15 。表4-15 不同污秽等级下不同型式单片绝缘子Umax单位:kV污秽等级SDD(mg/cm2)CA-590EZCA-596EZFC-300/195U50%Umax2U50%Umax2U50%Umax200.02814.513.416.014.913.512.50.04513.112.214.613.512.311.40.06912.011.213.412.411.310.5(0.099)0.15811.210.210.49.512.511.411.610.610.59.69.88.90.2179.68.910.79.99.08.4注：SDD为附盐密度(CaSO4按41%修正)。4.5.3 绝缘子片数(1) 单串绝缘子片数在外绝缘研究报告中，以300kN绝缘子为例，得出的不同污秽等级下不同型式单片绝缘子Umax见表4-16。表4-16 不同污秽等级下不同型式绝缘子所对应的片数污秽等级ESDD(mg/cm2)CA-590EZ(瓷普通型)FC-300/195(玻璃普通型)NN1N2N3NN1N2N300.0348484848515151510.0655525354585557580.106056585965606264(0.15)0.25667360666268647170786471667368750.357871737583757879注：1、ESDD为等值附盐密度(未修正)；2、N为ESDD未进行修正后的片数，N1为ESDD按41%CaSO4修正后的片数，N2为ESDD按30%CaSO4修正后的片数，N3为ESDD按20%CaSO4修正后的片数。本报告推荐CaSO4的含量按41%，在级污区，对于普通性的瓷绝缘子需要56片，瓷件高度达到10.9m，整个串长达到13m多，导致塔头增大，杆塔重量增加较多，对投资影响较大，而采用普通性的玻璃绝缘子增加投资更多。研究结果表明，双伞型300kN瓷绝缘子在SDD/NSDD为0.1/0.5mg/cm2条件下，单串污耐压值较相同污秽度和相同串型下的CA590-EZ普通型300kN瓷绝缘子提高约5%。美国特高压试验基地(Project UHV)也曾对双伞型绝缘子与普通型绝缘子进行过相同污秽度下的污耐压对比试验，试验结果显示，在SDD为0.1mg/cm2时，双伞型较普通型绝缘子污耐压提高约7%。表4-17 双伞CA887-EZ型及异型绝缘子串污耐压特性研究结果序号串 型SDD(mg/cm2)U50%(kV)(%)1CA590-EZ普通300kN双串48片0.0611.67.202CA887-EZ双伞300kN单串48片0.111.77.503CA590-EZ普通300kN单串48片0.111.87.4040.1510.66.605CA887-EZ双伞300kN单串48片0.113.37.90注：NSDD为0.5mg/cm2分析原因如下:一是伞裙形状对污耐压特性的影响较大。具有较深的裙和较宽的裙间距、伞裙间距离设计得较窄，结构高度较大和外部的裙比防污型更深，尽管其设计不同，其污耐压特性并不比双伞型污耐压特性优良。对我国外污闪工作具有重大启示意义的是如只改变绝缘子的形状而不显著增大系数，那么在污秽性能上只能得到有限改进。二是由伞裙形状不同造成的。普通型绝缘子局部放电短接了部分爬电距离。三是在重污秽条件下绝缘子伞形对污耐压的影响比轻污秽条件下大，原因是局部放电更易短接部分爬电距离。CA887-EZ双伞型300kN瓷绝缘子在SDD/NSDD为0.1/0.5mg/cm2条件下，单I串污耐压值较相同污秽度和相同串型下的CA590-EZ普通型300kN瓷绝缘子提高约5%。即在相同污秽度SDD/ESDD为0.1/0.5mg/cm2下，双伞单I串的片数较CA590-EZ普通型单I串的片数应减少5%。双伞型绝缘子串片数N按以下公式计算。N=Umax/(k6Umax)式中Umax:1.11100/1.732=698.6kV；k6:1.05；Umax:单片绝缘子的最大耐受电压值;求得CA887-EZ双伞型300kN瓷绝缘子单I串在不同污秽等级下的绝缘子串片数如表4-18所示。表4-18 不同污秽等级下双伞型绝缘子所对应的片数单位:片污秽等级ESDD(mg/cm2)N00.03450.06490.10530.25630.3567注：1) ESDD为等值附盐密度(未修正)；2) ESDD按41%CaSO4修正后的片数。根据上表的计算结果，在污秽较轻地区(级污区)，双伞型绝缘子采用53片。考虑到特高压线路的重要性和留有裕度，推荐采用54片双伞型绝缘子。对于级污区，可以考虑选用三伞型绝缘子、瓷棒型绝缘子和合成绝缘子。对于级污区，可以考虑选用合成绝缘子。(2) 双联串绝缘子片数有关研究表明，双联串绝缘子的污耐压值小于单联串绝缘子的污耐压值。武汉高压研究所对25片XP3-160绝缘子串单、双串结构的U50%试验结果如下：表4-19 单、双串结构的U50%比较型 式串长(片)污秽度0.1/0.4/mg/cmg2下值(kV)单串双串450mm档同型号双串U50%比单串U50%XP3-16025242.5232.50.96XWP2-16025256.5237.00.92XWP5-16025277.5247.20.89表4-20 改变双串开档距离的U50%比较型 式串长(片)污秽度0.1/0.4/mg/cmg2下不同开档距离U50%(kV)450mm550mm650mmXP3-16025232.5258.0247.5U50%相对值0.941.041.00上述试验是基于500kV线路的绝缘子串U50%试验条件，在开档距离550mm时，双串绝缘子的净距为270mm，试验得到的U50%为单串的1.04倍，且能够防止绝缘子串间的串弧、跳弧现象。武汉高压研究院的绝缘研究报告表明，CA590-EZ普通型300kN瓷绝缘子，双串的单片污耐压值较相同污秽度SDD/NSDD为0.06/0.5mg/cm2下单串污耐压而言，降低6%。即在相同污秽度SDD/NSDD为0.06/0.5mg/cm2下，双串的片数较单串的片数应增加6%。如CA590-EZ普通型300kN瓷绝缘子，双串的单片污耐压值在相同污秽度SDD/NSDD为0.06/0.5mg/cm2下与单串污耐压进行了比对，其它污秽度SDD/NSDD和不同于CA590-EZ普通型绝缘子的其它型式普通型绝缘子来进行比对性研究，在求取双串的片数时取修正系数k4为0.94，N双I按以下公式计算。N双I=Umax/(k4Umax)式中Umax:1.11100/1.732=698.6kV;k4:0.94；Umax:单片绝缘子的最大耐受电压值。分析原因是双串与单串相比，受邻近串邻近效应的影响，更易形成放电通导而导致双串击穿强度降低。根据西安交通大学所做的1000kV线路绝缘子串均压计算结果，当双串绝缘子间距600mm时，单片绝缘子承受的最大电压与500kV线路相当，因此，保证双联绝缘子串绝缘子间净距270mm左右，基本可以保证绝缘子串的U50%值不降低。因此，推荐双联串与单串采用相同的绝缘配置，双串的间距按600mm取值。(3) 复合绝缘子串长的选择复合绝缘子由于具有优异的憎水性，已在全国各地不同电压等级的线路上运行，并在1990年后历次大面积污闪中几乎没有复合绝缘子污闪的记录。因此，1000kV级特高压输电线路应在污秽较重地区考虑使用复合绝缘子。根据300kN瓷绝缘子单串推荐复合绝缘子在不同污秽度下的结构高度和爬电距离见表4-21。表4-21 不同污秽度下复合绝缘子的选择污秽等级ESDD(mg/cm2)CA590-EZ单串片数(CaSO4按20%修正)CA-590EZ单串长(mm)复合绝缘子结构高度(mm)爬电距离(mm)0.06541053010530272700.1059115051053027270(0.15)0.2564711248013845105301107627270286840.3575146251170030300注：ESDD为0.06mg/cm2下复合绝缘子结构高度和爬电距离与CA-590EZ单串相同，其他工况下结构高度和爬电距离取80%，但不低于0.06mg/cm2下复合绝缘子结构高度，爬电距离按比例计算。4.5.4 按污耐压法推荐的基本绝缘配置按污耐压法进行绝缘配置是和实际绝缘子的污耐受能力直接联系在一起，是确定绝缘子串长好方法。但是，目前特高压交流的污耐压试验数据有限，也缺乏运行经验。综上所述，考虑到工程的重要性，结合对沿线污秽和相邻线路运行情况的调研，结合污区的划分，同时为简化设计，在海拔1000m以下推荐的绝缘配置如下：级污区：采用54片双伞型盘式绝缘子，单联串、双联串片数或长度相同。级污区：采用54片三伞型盘式绝缘子或合成、瓷棒绝缘子。合成、瓷棒绝缘子的结构高度按10530mm，爬电距离按28864mm。单联串、双联串片数或长度相同。级污区：采用合成绝缘子，结构高度按10530mm，爬电距离按30300mm。单联串、双联串片数或长度相同。4.6 悬垂串的绝缘子片数选择4.6.1 两种方法的悬垂串配置情况以300kN绝缘子为例，本工程按爬电比距法和污耐压法，在海拔1000m以下推荐的基本绝缘配置见表422。表4-22 按爬电比距法和污耐压法推荐的基本绝缘配置(300kN)污区盐 密(mg/cm2)爬电比距法污 耐 压 法双伞(485mm)三伞(635mm)盘型绝缘子棒型绝缘子0.0152片40片54片(双伞型)0.2554片54片(三伞型)合成、瓷：10530mm(高度)28864mm(爬电距离)0.35合成：10530mm(高度)30300mm(爬电距离)由上表可以看出，双伞和三伞盘型绝缘子在和级污区，两种方法选配的结果比较接近。4.6.2 V型串绝缘子的片数CA590-EZ普通型300kN瓷绝缘子，在SDD/NSDD分别为0.1/0.5mg/cm2和0.15/0.5mg/cm2条件下，型串污耐压较单串要分别提高6%和4%。CA887-EZ双伞型300kN瓷绝缘子单型串在SDD/NSDD为0.1/0.5mg/cm2条件下的单片污耐压为12.2kV，与双伞型绝缘子单串相比提高约13%。其结果与通用电气的试验结果有较大差别。即结构高度盘径爬电距离为146mm254mm305mm的标准型悬式绝缘子型串的污耐压比悬垂串高20%30%。产生较大差别的原因主要是CA590-EZ普通型300kN瓷绝缘子和CA887-EZ双伞型300kN瓷绝缘子的盘径分别为320mm、330mm，远大于254mm。在合理伞形前提下，大盘径绝缘子可以起到阻弧作用而使电弧飘移绝缘子不易形成线状放电，使除盘径外的伞形状不对污耐压的影响较大而产生较大差别。型串污耐压较单串高的分析原因如下：一是本型串的电弧较单串易飘移绝缘子串表面不易形成线状放电，与单串紧贴绝缘子串的电弧短接形式不同。二是型串特殊的布置方式改善了绝缘子串的对地电容，使容性电流对绝缘子串的影响减小，提高了其污闪电压，其次型串发生闪络时，其电弧飘移远离绝缘子串，与单串紧贴绝缘子串的电弧短接形式不同。因此，型串在经济和技术上占有一定优势，主要表现在可减少绝缘子片数，降低杆塔高度，节约走廊宽度，节省造价；其次，在合理的污秽设计下，V型串的积污特性要优于悬垂串，仅为悬垂串的85%甚至更低。如果V串绝缘子片数按I串的85%进行修正，计算得到46片。由于中相塔窗的影响，并为以后的防污留有裕度，在杆塔设计时中相串的绝缘子建议按与边相串同样的片数考虑，同时为了简化设计，建议本工程型串与串采用同样的绝缘子片数。4.6.3 悬垂串的绝缘子片数本工程线路经过地区大部分为级和级污区，部分地区为IV级污区。根据导线荷载情况，主要选用绝缘子的强度为300kN、400kN(420 kN)和550kN，其组装型式有单联I串、双联I串和V串。在海拔1000m以下，各种强度的悬垂串的绝缘子片数见表423。其中，400kN(420 kN)和550kN绝缘子的片数按300kN绝缘子串瓷件长度折算得出。表4-23 悬垂串的配置污区盐密(mg/cm2)300kN绝缘子(单联串、双联串、串)400kN(420kN)绝缘子(单联串、双联串、串)550kN绝缘子(单联串、双联串、串)0.0154片(双伞型、高度195mm、爬电距离485mm)52片(双伞型、高度205mm、爬电距离550mm)44片(高度240mm、爬电距离700mm)0.25合成绝缘子(结构高度10530m、爬电距离28640mm)合成绝缘子(结构高度10530m、爬电距离28640mm)合成绝缘子(结构高度10530m、爬电距离28640mm)0.35合成绝缘子(结构高度10530m、爬电距离30300mm)合成绝缘子(结构高度10530m、爬电距离30300mm)合成绝缘子(结构高度10530m、爬电距离30300mm)4.7 耐张串的绝缘子片数选择国内500kV输电线路设计时，一般认为耐张绝缘子串的自清洁能力较好，而且，污秽越严重地区耐张串与悬垂串的积污特性差异越大，因此，耐张绝缘子串的绝缘子片数一般较悬垂串少，一般配置的爬电距离为相应污区的中限。考虑为级污区留有余度，耐张串按上限2.5cm/kV配置；级和级污区耐张串按3.0cm/kV和3.5cm/kV配置。根据本工程导线方案及绝缘子串组装型式的研究，可以选用3联400kN、2联550kN和4联300kN的耐张串组装方案。下面针对不同污区、不同组装方案的耐张串选择耐张串绝缘子片数。4.7.1 级污区的耐张串绝缘子片数选择级污区300kN悬垂串的基本绝缘配置为54片双伞型绝缘子，爬电距离为2.619kV/cm，瓷件长度为10530mm。此配置也满足耐张串的要求，故级污区耐张串的推荐意见如下：(1) 4联300kN耐张串：54片双伞型绝缘子，爬电距离为2.619kV/cm，瓷件长度为10530mm；(2) 3联400kN耐张串：按10530mm的瓷件折算为52片，爬电距离为2.86kV/cm，瓷件长度为10660mm；(3) 2联550kN耐张串：按10530mm的瓷件折算为44片，爬电距离为3.08kV/cm，瓷件长度为10560mm。4.7.2 、级污区的耐张串绝缘子片数选择(1) 按规程要求的爬电距离选择设计规程中III级污区的爬电比距为2.53.2kV/cm，级污区的爬电比距为3.23.8kV/cm。依此推出耐张串的绝缘子片数见表4-24。表424 按规程要求的爬电距离选择耐张串的绝缘子片数爬电比距要