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直流系统要求新的绝缘试验方法

July 15, 2015 • Columns, From Research View, 最近文章汇总

如果没有把越来越多的直流纳入电力系统,电网未来的进一步发展将是不可能的,这一点看来 是毫无疑问的。实际上,除了众所周知的近期中国和印度的项目以外,欧洲和美国也在准备采用高压直流解决方案。由这种转变产生的优点是多方面的,并且在INMR过往的数篇出版商寄语和文章中介绍给了读者。 以欧洲为例,ABB公司的Gunnar Asplund早在90年代中期已经提出了旨在扩大欧洲大陆电能贸易的解决方案。通过创建广泛的高压直流电网,允许传输不同地区多余的能量,包括西部的风能,北部的水能和南部的太阳能,供峰值用电地区使用。他的这种先见之明目前被很多同行所共享,使大家共享这一构想的驱动力源于计划在北海安装海岸巨型风力发电厂,以及在撒哈拉和中东地区安装热力太阳能发电厂。 然而,创建高压直流电网要求开发可靠的开关设备,而在本计划中,仍然缺乏这一环节。此外,到目前为止,点对点的连接在高压直流的连接设计中一直占主导地位。这一技术尚有待于开发,以允许多终端连接,降低输电损耗,减少变电站组件的数量。因此,这一领域的研究工作正在进行之中。 美国已经计划用直流枢纽连接该国的三个异步电力系统,取名为 Tres Amigas 超级变电站。该设施将使用现场的一些最新技术,包括电压源高压直流转换器,直流超导电缆环和能量储存电池系统,调节电能流动的方向和水平。一旦投入运行,变电站将允许该国西部和中部的大型太阳能和风能并入电网,并有能力更好地处理实时电力波动。美国能源部的目标是建设一个AC-DC-AC链接的765 kV交流线路电网,进一步发展整个系统。 当然,所有上述解决方案要求极高的供电安全,因为传输的电能将非常巨大。这就提出了一个问题,如何提高绝缘的可靠性。   新西兰高污秽区现场运行的±350 kV直流耐张绝缘子上,  在最靠近接地端显示发生了漏电起痕。 直流系统要求新的绝缘试验方法 直流系统要求新的绝缘试验方法 Pages from CHINA10ss 2 2 新西兰高污秽区现场运行的±350 kV直流耐张绝缘子上,  在最靠近接地端显示发生了漏电起痕。 目前为止汇集的广泛经验表明,直流和交流的物理现象存在着相当大的差别。这些差别包括应力的类型以及由此引起的电场分布、空间和表面电荷的集聚、故障和闪络现象,还有绝缘材料的老化和劣化。 的确,由于在选择直流应用的绝缘系统时没有依照已制定的设计标准和试验方法,我们已经犯了许多错误并为此付出了昂贵的代价。很多情况下是缺乏足够的知识导致了上述后果。显然,我们仍然需要做很多工作,增加对所有与直流有关现象的理解,其中很重要的活动之一是专注于制定新的试验方法。 目前,国际大电网会议正在朝着这个方向努力。但值得一提的是,采用的主导方法似乎仍然是已经存在的交流试验程序的修改版。只要与绝缘的现实运行条件保持相似,我并不一定认为这种方法有什么错。 我在这里举两个相关的例子:第一个是评价户外用复合材料的漏电起痕和抗电蚀损性。很多试验室采用了称作斜面法的原始程序 (按照IEC 60587和ASTM D2303) 。在不同电压等级以及正负极下,用这种方法测试了多种材料样品。直流的试验结果清晰地表明,与交流应力情况相比,试验中观察到的材料损伤要严重得多。例如,中国在修改原有程序中已经引入了自己的国家标准,与此同时,国际大电网会议工作小组D1.27仍然在朝着这个目标迈进。尽管运行经验表明,全世界大多数高压直流线路上正在运行的复合绝缘子很难观察到漏电起痕引起大范围损伤,所有上述工作仍在继续。 另外一个例子是直流电压的耐受试验,按照我的看法,这次仍然缺乏国际间的协调行动。我们的经验表明,施加的试验电压将电荷沉积在固体绝缘表面,特别是在耐受电压的情况下,多次沉积后可能大到足以改变局部的电场分布,而这种情况又会影响到后续试验的结果。当采用复合材料时,沉积电荷衰退的时间可能会长达数天。因此,或者必须在两次加压之间等待很长时间,或者必须采取特殊程序中和电荷。这将使试验很耗时和昂贵。 复合绝缘系统标准冲击试验中也会出现类似的问题。在这些试验中,通常使用的升降法假定,每次冲击施加的结果彼此是独立的,但是当电荷保持在绝缘子表面时,情况就不再是这样了。我们的经验再次表明,改变连续施加冲击之间的时间间隔可能会改变试验结果。因此, 当提出新的国际标准和修订旧的国际标准时,需要采取合适的行动和更广泛的讨论应对这些影响。 Prof. Stanislaw Gubanski Chalmers University of Technology stanislaw.gubanski@chalmers.se

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