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复合绝缘子在高压直流系统中的应用
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复合绝缘子在高压直流系统中的应用

September 24, 2015 • Columns, Commentary by Pigini, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

长期以来,人们公认,和交流相比,直流输电的绝缘 设计更加苛刻,特别是从抗污性能的立场来看。 例如,下面的图一是由瓷绝缘子的试验室试验推导而来, 绘制出了用测量到的附盐密度(SD D)作为污秽严重性与 统一爬电比距(USCD)之间的函数关系。这个关系已经为 现场的经验所认证。安装瓷绝缘子的高压直流线路,按照 红色曲线设计的线路运行情况良好,而绝缘子设计为统一 爬电比距较低的线路容易遭遇闪络的问题。 图中曲线还表明了这样一个事实,依据污秽度的不同,和交 流 相 比 ,直 流 线 路 的 绝 缘 要 求 更 大 的 统 一 爬 电 比 距 。这 样 会导致不现实的设计参数,特别是遇到超高压和重度污秽 并存的情况时。在重度污秽的极端情况下(例如,附盐密度 为1mg/cm2),将要求800kV绝缘子串的总爬电距离大于 9 0米。这意味着,具有3.4爬电因子(CF)的绝 缘子要达到 大约27米的惊人长度,这个长度通常是直流线路的极限。
直 流 线 路 对 复 合 绝 缘 子 的 设 计 更 加 苛 刻 。但 是 ,复 合 绝 缘 子大大受益于其聚合物伞盘具有憎水性迁移材料(HTM) 的特性。在这方面,图二描绘了在国际大电网C4.0303工作 组内部目前正在进行分析的初步结果。它基本上表明,在附 盐密度相同的条件下,与非憎水性迁移材料的绝缘子相比, 用憎水性迁移材料制造的绝缘子所要求的爬电距离更低。 这一点不仅被试验室的研究(见图二中的虚线)而且被运行 经验(见图二用点表示的现场高压直流线路)所证明。  
图 一:盘 形 瓷 绝 缘 子:统 一 爬 电 比 距( U S C D )和 附 盐 密 度 (SDD)的关系曲线(对于交流,是相对地的有效值;对于直 流,是相对地的峰值)。 复合绝缘子在高压直流系统中的应用 复合绝缘子在高压直流系统中的应用 Fig119

图 一:盘 形 瓷 绝 缘 子:统 一 爬 电 比 距( U S C D )和 附 盐 密 度 (SDD)的关系曲线(对于交流,是相对地的有效值;对于直 流,是相对地的峰值)。

根 据 图 二 ,在 重 度 污 秽 的 极 端 情 况 下( 例 如 ,附 盐 密 度 为 1mg/cm2), 52米的爬电距离对于一组800kV的复合绝缘子 足够了。因此,相应的绝缘子长度可能“只有大约14米”,这 主要是因为在较高的爬电因子下(假定在该情况下是3.8, 而盘形瓷绝缘子是3.4),复合绝缘子效率更佳。 公平地说,这只是一个在现实中很少见到的极端污秽条 件的参照例子。其目的仅是定性地强调绝缘设计参数的临 界 性 ,并 展 示 复 合 绝 缘 子 表 现 出 的 相 对 优 势 。考 虑 到 用 于 直流线路的可行性和污染造成的成本问题,绝缘的设计 应该非常详细。这将要求通过带电测量绝缘子精确地评定 现 场 的 污 秽 严 重 程 度 ,同 时 ,还 要 进 行 试 验 室 的 试 验 去 评定所选择的绝缘子的性能。绝缘子的性能主要取决于 外形和特性(即图一和二中的曲线仅代表了一种平均的性 能 )。通 过 施 加 可 接 受 范 围 内 的 闪 络 ,可 以 用 一 种 统 计 设 计方法评定。
直流应用中绝缘子的两个最重要的方面是伞套的材料和外 形。对于第一个方面,在交流中有耐漏电起痕和电蚀损的试 验标准(IEC 60587),但是,类似的试验对于直流是否是必 要的(或者是否可以应用和交流相同的材料等级标准),在 CIGRE内部的D1.26和IEC 36工作组中仍然有争论。 在世界不同地方进行的几项直流耐漏电起痕和电蚀损的 研 究 中 ,使 用 了 与 交 流 有 限 值 相 同 的 直 流 电 压 。这 种 条 件 下的试验结果显示,直流确实比交流差。但是,我认为,这 样 的 试 验 结 果 具 有 固 有 的 偏 颇 性 ,从 实 践 的 角 度 来 看 ,得 出的结论也不应该认为是有效的。这一观点已经由目前安 装在高压直流线路上的绝缘子令人满意的运行经验所验 证。同时,意大利试验室CESI依据交流/直流应力的不同, 正确调整电压应力后,对不同制造商的绝缘子进行的长期 老化试验也验证了这一观点。
图二:统一爬电比距和直流现场污秽严重程度的函数关 系:憎水性迁移材料(复合)和非憎水性迁移材料(瓷)绝缘 子 的 比 较( 附 灰 密 度 N S D D 为 0 . 1 m g / c m 2;顶 部 到 底 部 的 污秽比例 T/B=1)。 复合绝缘子在高压直流系统中的应用 复合绝缘子在高压直流系统中的应用 Fig215

图二:统一爬电比距和直流现场污秽严重程度的函数关 系:憎水性迁移材料(复合)和非憎水性迁移材料(瓷)绝缘 子 的 比 较( 附 灰 密 度 N S D D 为 0 . 1 m g / c m 2;顶 部 到 底 部 的 污秽比例 T/B=1)。

由图一我们能够推导出(如果把憎水性迁移材料的优点考 虑进来,图一能够扩大到复合绝缘子),在交流中,绝缘子 将不会遇到与直流中同样的运行应力。依据污秽的严重程 度 ,直 流 应 力 可 以 小 到 交 流 应 力 的 一 半 。因 此 ,如 果 要 标 准 化 耐 漏 电 起 痕 试 验 ,并 且 对 直 流 也 是 现 实 可 行 的 ,就 应 该 将 其 考 虑 进 去 。此 外 ,直 流 中 优 化 绝 缘 子 几 何 形 状 和 尺 寸必须考虑到,在外形太窄小和爬电因子太高的情况下, 爬电距离的功效会降低,并且和交流的情况相比其限制更 加严格。 Alberto Pigini

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