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挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸

May 11, 2015 • Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

挪威电力公司Statnett营运着 132 kV到420 kV的10,000多公 里的架空线网络。近来的潮流变 化使增加功率成为必须,因此, 像世界上很多输电系统营运商 一样,Statnett目前正朝着建设 新一代电网迈进。面对公众反对 架设新线路,以及难以获得新增 加线路的走廊权,实现增大功率 很大程度是通过升级现有线路, 显然,这是任何地方同类项目中 最大之一。 目前,挪威42 0 k V的线路有 2,200 km。但是到2030年该项 目完成的时候,该电压等级的线 路长度将增加三倍多,达到7, 500 km。类似的还有大约5,500 km 的300 kV线路,其中大约1500 km是双分裂导线。Statnett计 划将这些线路升级到420 kV,在 此期间,线路功率可以提高大约 40%,与此同时保留现有的铁塔 和导线。 为了优化升级线路的绝缘配合, 对不同绝缘子类型的覆冰和污染 行为进行了系统的研究。在试验 室和现场均进行了绝缘子和空气 间隙雷电和操作冲击性能试验。 目的是将延长现有绝缘子的需要 降到最小,空气间隙保持在最小, 确保电压升级带来的视觉影响减 到最低。 本文由Statnett公司(挪威)Sonja Berlijn、以及STRI公司(瑞典) Igor Gutman和Jan Lundquist 撰稿,回顾了重新设计电压升级 线路的绝缘尺寸所需要进行的试 验和工作,在很多方面,比设计新 线路更具技术挑战。
近年来,多数电压升级项目都涉及保 留现有的铁塔和导线,主要变化则是 改变线路绝缘。或者将现有的绝缘子 串加长,例如增加盘形绝缘 子(见图一),或者更 换为一种不同 的绝缘 子配置(例如用‘V’型串或支撑线路 柱式绝缘子代替现有的‘I’型串)。
使用带电作业方法增加4个盘形玻璃绝缘子,将300 kV铁塔上的V-型串延长。 挪威电力 挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸 Pic28

使用带电作业方法增加4个盘形玻璃绝缘子,将300 kV铁塔上的V-型串延长。

图一:典型300 kV 'V' 型串加装4个盘形 玻璃绝缘子使串长增 加的部分。 挪威电力 挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸 Pic42

图一:典型300 kV 'V' 型串加装4个盘形 玻璃绝缘子使串长增 加的部分。

 
红线示出当前以及到2030年升级完成时的420 kV系统。 挪威电力 挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸 Pic32

红线示出当前以及到2030年升级完成时的420 kV系统。

例如,为了遵守420 kV线路所要求的 绝缘水平,300 kV的‘I’型串通常需 要从14个标准盘形玻璃绝缘子增加 到18个(21吨),总串长度达到3. 5到 3.6 m之间。同时,按照欧洲标准 EN 50341,这种绝缘水平所要 求的基本空气间隙必须 达到2.8 m。考虑 到挪威典型 的300 kV铁塔, 其横担和拉线之间的 空气间隙仅有2.4 m,显然从一开始, 这种升级就是不容易实施的。考虑到这种限制,Statnett公司的工 程师开始提出了一些基本问题:绝缘 子串能够缩短吗?如果能,可以缩短 多少?此外,如果能够将原来估计的 大约3.5 m串长缩短,那么空气内部 间隙要减少多少才能不对线路性能 产生不利影响? 依靠基于概率的方法并且由绝缘子 和空气间隙的精确数据支持的"智能" 工程方法,证实了Statnett 300 kV电 网上的多数铁塔的确刚好有足够的空 间使升级成为可行。然而对于其它铁 塔,由于限制条件太严格,必须根据 风、覆冰、线路温度、地理位置和线 路角度确定不同的解决方案。 绝缘子的性能 A.污染和覆冰试验 在挪威,选择线路绝缘子时,需要考 虑的两个主要环境重点是覆冰和污 染,结果是Statnett 300 kV线路采用 的传统绝缘解决方案是玻璃绝缘子 串。玻璃绝缘子串被优先选用的原因 是基于其在覆冰条件下的性能、维护 要求低以及长期的预期运行寿命,它 们被视为最佳选择。此外,由于期望 尽可能在带电作业条件下进行420 kV 的升级,最具成本效益的策略是,在 任何可能的地方仅增加玻璃绝缘子 串的长度。 基于上述寻求最小化延长原有绝缘子 长度的论证,在瑞典STRI实验室进行 了一系列覆冰和污染试验。试验室的 试验程序是模拟当地的环境条件而 特别制定的,因此,试验方法被视为 充分代表了Statnett的运行环境。这 就确保了试验结果真正适用于任何 基于统计法确定绝缘子尺寸的方法 (按照IEC 60815-1),目前已经问世, 被称为线路性能评估的软件(LPE),拥 有版权使用方便。 按照广为接受的 "覆冰逐步应力" (IPS)方法(由STRI与Statnett和瑞 典电网运营商Svenska Kraftnät合 作开发)进行覆冰试验,现在该方法 已经列入IEEE标准1783-2009中。为 了得到50%的闪络电压,覆冰试验 融化水的电导率范围宽泛,从100到 300 μS/cm。 然后按照IEC 60507并进行修正,使 之符合测量到的绝缘子NSDD低值 (从挪威电网中拆下),用“固体层 法”进行了试验。同样,在0.03到 0.16 mg/cm2宽泛的盐密范围内, 得 到50%的闪络电压。 对Statnett公司多数300 kV电网中 当前使用的特定伞裙悬式玻璃绝缘 子进行了试验室试验。也对其它伞裙 形状的玻璃绝缘子以及复合绝缘子 进行了污染和覆冰试验。这样就可以 建立一个能够进行结果比较的数据 库,可以用于将来某一天的项目中。 近来,在涂覆RTV的绝缘子上并且模 拟湿雪的条件下,也获得了类似的试 验结果。 做为应用统计法确定绝缘子尺寸的 基础,污染和覆冰试验的结果被绘 制为闪络电压特性曲线,计算中的关 键参数包括:U50 –具有50%闪络概 率的电压水平;l –绝缘子的轴向长 度;g –污染或覆冰的严重程度;A和 a-由试验推导出的试验常数。 按照上述试验程序得出的试验结果 证实,如果应用“确定法决定绝缘尺 寸”,升级后线路上绝缘子串中的绝 缘子数量可以从18个减少到17个。此 外,依据“统计法决定绝缘尺寸”后 发现,甚至能够证明,少数420 kV铁 塔上,仅使用16个绝缘子也是可以接 受的。
图二:Statnett公司典型的300 kV铁塔。 挪威电力 挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸 Pic52

图二:Statnett公司典型的300 kV铁塔。

 
图三:准备接受覆冰试验的 绝缘子(上图)。 图四:绝缘子串积冰近景图  (左图)。 挪威电力 挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸 Pic62

图三:准备接受覆冰试验的 绝缘子(上图)。
图四:绝缘子串积冰近景图 (左图)。

     

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