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特高压系统绝缘子所面临的挑战
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特高压系统绝缘子所面临的挑战

August 7, 2015 • Columns, Commentary by Pigini, 最近文章汇总

对复合绝缘子和安装有 复合外套的电气设备,迫切 需要进行资格预审的测试, 这项工作是为了给这一领域 的用户带来更大的信心。
在20 世纪 70 年代,根据历史数据预测,在“ 一切照旧”型设想方案下,发达国家的能源 需求将激增。例如,1972年在斯德哥尔摩举行的 专题讨论会上,由意大利国有公用事业企业 -- 意大 利国家电力公司(ENEL)根据电力供应长期发展情 况 提交的论文,预测意大利电力需求将从 1980 年 的大约 260TWh(这一预测已经高估了 20%)增加 到 2000 年的 800TWh,而相 应的装机容量将由 52GW 增加至 160GW。
然而,我们现在已经到了 2007 年,意大利的能源状 况只比 1980 年的高出 30 %, 证实了所谓“最坏情 况”或“最不可能的预测”,往往是更加的预测准 确。总而言之, 依据上述的预测方案,发达国家决定 需要发展特高压,以便能够与电力需求增长的预期相 适应。为此,对这一设想的开发投入了巨额资金。 1988 年, CIGRE 工作组 38.12 在巴黎 一般性会议 上乐观地报告: “特高压交流 输电领域的大部分研 究项目几乎已经完成, 主要设备的原型试验也已经 通过测试”, 而至于直流, “显然 800 kV 是切实可 行 的......,1000 kV 也是可行的...... ,但如 果没有一 些重大的技术突破,则 1200 kV 是不太可行的...” 。但是这个工作组在 1994 年会议上的报告却不 那么乐观。报告 中指出 “由于经济状况不景气...... 特高压 的发展进展缓慢。”事实上,只有俄罗斯 和 日本建成了两个特高压交流线路,但是 都在较低 电压情况下运行。同样,直流的实际经验也只达到 600kV。到本世纪末, 特高压即使有的话,也只是处 于半死或不 流行的状态。 然而,从 2000 年开始,对特高压技术的兴趣再次复 苏了,这在很大程度上是由发展中国家以及其他国 家对于能源的大量需求所推动的。例如,巴西和南 非需要建设数千公里以外的发电资源这样的传输 通道,具有类似需求的还有印度,特别是中国需要远 距离的水电和煤炭资源。但是,只有在中国,“一切 照旧”的情况是成立的,根据预测,2007 年到 2020 年之间的装机容量将翻番(大约 600 GW) , 而且将 有几条 1000 kV交流线路和 800 kV 直流线路会 在不久的将来建成。 随着对特高压的重新关注,国际会议和专题讨论会 正在世界各地频繁召开: 新德里( 2006年2月) ,北 京( 2005年 以及 2006 年 11 月) ;里约热内卢和德 班 ( 2006 年 7 月) ; 下一个重要的专题讨论会,将于 2009 年 7 月由国际电工委员会 CIGRE 组织在北 京举办,来分析特高压所 需要的研发工作
预期在这一次最新的专题讨论会中, 一个这样的问 题将引起大家的兴趣:对特高压绝缘子需要进行怎 样的研发工作?
特高压交流的绝缘主要由操作过电压決 定,1000kV 系统的绝缘子相对地的距离 是 7 米至 9 米,这样的长度现有的生产技术和安装技术都可 以达到。但是,特高压直流的情况就不同了,绝缘子 设计主要取决于污染的要求,对于 800kV 直流绝缘子的绝缘长度将达到 10 到 12 米甚至更高, 这样的
绝缘子将会非常难以制造、安装和运输。事实上, 要使这样长度的电站绝缘子同时符合电气要求和 10 kN 的机械要求都并非容易,制定这一机械要求 的前提是为了使其可以承受可能出现的地震。因 此, 优化设计和某些技术性突破似乎是有必要的。
直流绝缘子的优化设计工作主要是通过现场测量 来确定绝缘子的耐污强度。直流在快速积污过程 中基本与交流相同,都 是风力超过静电力。然而,直 流绝缘子在缓慢积污过程中(即低风速条件下)会聚 集高达 10 倍以上的污秽,因为此时静电力占了上 风。不幸的是,这一比例关系还没 有在不同类型的 环境下被很好的评估。因 此为了优化设计,在典型 的环境条件中, 对绝缘子进行长时间施加直流电压 的现场 测试工作迫在眉睫。 在特高压中,绝缘子的型式试验也成 为一个问题。 例如,一个 800 kV 直流绝缘子通常需要 1600kV 的操作冲击实验(SI), 2000kV 的雷电冲击试验(RI) ,以及 1000kV 的交流试验和 1250kV 的直流试验, 而且还往往需要做局部放电测量。这些试验在室 内可能很难进行,即使最简单的样品也需要规模为 40×40×40m 甚至更大的高压实验室。如果对于 一些特殊的样品, 例如垂直断路器,甚至有必要采用 更大的 实验室,那么唯一的可能性就是在户外进 行
试验。那么如果需要做淋雨试验呢?对于在室内做淋雨试 验的均匀性要求都难以达到,更何况是做如此长度的淋雨 试验呢?在有些情况下还需要做评估线性污秽试验或在强 干扰条件下进行 PD 测试可行性的试验。由此看来,鉴于 这种特高压的要求,IEC 标准肯定需要调整。 现在我们的问题转向复合绝缘子或 RTV 涂料,如果采用它 们就可以限制绝缘子的长度。但其使用寿命令人们表示 担忧。 看来,对复合绝缘子和安装有复合外套的电气设备, 迫切需要进行资格预审的测试, 这项工作是为了给这一领
域的用户带来更大的信心。出于这样的考虑,在实验室中
做长期老化试验和选定几个典型的严酷污秽地点做现场 试验对特高压来说是两个行 之有效的方法。 在特高压的长套管(如在避雷器中) 短路实验中也存在着 问题。过去,瓷套管的最大高度是一个限制因素;现在,虽然 复合外套可以做的更长,但又受到了没有任何实验室能够 对它们进行测试的限制。
Alberto Pigini

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