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冰雪下的绝缘子性能

April 19, 2017 • Commentary by Pigini, Weekly Article

球范围遭遇的闪络问题证实了冰和雪可以显著降低绝缘子性能并影响电网的可靠性。因此, 发表了许多关于这一主题的研究, Masoud Farzeneh和William Chisholm 在其《覆冰和污秽环境下用绝缘子》一书中撰写了一篇优秀的评论。针对这类环境正确设计绝缘子至关重要, 多数以确定性方法为基础的绝缘子设计可能太过于保守, 导致绝缘子不必要的过长。例如, 依据上述方法, 结冰超过30mm、冰水电导率为100μS/cm, 平均应力40–50kV/m的大直径直流绝缘子, 800kV系统下的电站绝缘子长度需要超过16米。

冰雪下的绝缘子性能       800kV

假定800kV直流系统临界冰闪风险为每年10天的垂直绝缘子串长, 100支冰闪风险相同的绝缘子,
即最大厚度30mm, 概率2%。红色曲线: 最大冰水电导率 (概率2%), 100μS/cm;蓝色曲线: 25μS/cm。

确定性方法体现在唯一现有的测试标准IEEE 1783-2009 中。其中的基本点建议在冰水电导率为100μS/cm下进行测试。但这一值可能太高, 并不代表相对清洁的山区的情况。这证实了需要更精确的方法进行设计, 特别是针对直流和特高压的应用。

对于这个问题, 最好的方法或许是从统计的角度采用与染秽条件下所使用的类似的方法。首先, 需要仔细定义不同的环境参数, 因为这些参数会影响绝缘子的性能。表征冰和雪的最重要参数为:宽度 (S)、密度 (ρ) 和等效冰水电导率 (μS/cm 中的σ, 也考虑了所存在的任何污染)。每个参数以统计分布为特征。估算典型年份中发生危险事件的次数也同样重要 (, 闪络易发条件下出现雨雪的天数)。此外, 必须测定绝缘子的耐压概率特性, 通常以ISP (冰应力产品) 和SSP (雪应力产品) 表示, 也考虑其他因素, 诸如这一环境下的电压应力类型 (AC、DC+、DC-), 绝缘子直径、高度、倾斜角度和并联的绝缘子数量等诸多因素。最后, 必须根据这些不同运行环境的临界性以及所研究的系统的相对重要性来确定每年可接受的闪络次数。

显而易见需要大量的数据。这类信息常常是有限的, 在尝试应用统计方法时必须作出临时的合理假设。这也表明需要更多国际范围的研究。特别是, 可能需要做更多的工作来确定冰和雪的分布图 (如染污情况的污区分布图), 并根据绝缘子对冰雪的结合程度来确定绝缘子的强度。应用统计方法可以帮助用户更好地理解不同参数的重要性, 一旦校准, 也可以作为高效的设计新线路的工具。实际上, 一旦基于某个区域交流系统的实地经验对该方法进行了校准, 就可以使用外推法, 用来设计更高电压交流系统或者甚至同一服务区的直流系统。

应用统计方法的一个例子如800kV直流线路的图所示。图中标出了所要求的线路绝缘子长度, 假设为“I”串绝缘子, 随水的等效电导率为25和100μS/cm而变化的可接受的闪络次数。电导率作为参数的相关性是显而易见的。如果接受每10年1次闪络, 在25μS/cm 的情况下, 串长度为11米是足够的; 但在100μS/cm条件下, 串的长度需要超过14米。

总而言之, 正确的设计需要对环境参数做出充足的估计以及采用正确的统计方法。对于许多地点, 例如山区, 最大电导率为25μS/cm或许是有代表性的。与污秽试验中提出并采纳的相类似, 此参数的选择也应该成为开发和验证快速试验程序研究的基础。或许该是IEC准备综合性新导则的时候了, 以IEEE方法为起点, 但对此加以改进。

Alberto Pigini

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