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直流线路应用中的首选绝缘子

May 19, 2016 • Columns, Insulator / 绝缘子, Reporting from CIGRE, 最近文章汇总

讨论到直流线路的应用 时,有“单纯”直流连 接, 也有 “混合” 连接, 后者是 采用直流双级来替换现有线 路上的交流系统以增加传输 容量的解决方案。虽然目前 已经广泛接受交流系统中复 合绝缘子技术是最先进的,但 对于纯直流线路, 所记录的现 场经验文献仍然有限。1995 年,CIGRE工作组22.03发表 了美国和新西兰应用于高压 直流输电线路经验的调查结 果。所应用的是硅橡胶 (SR) 和EPDM外套制成的早期复 合绝缘子, 但运行经验大多 很好。此外,也证实了应用于 人为破坏或污染问题区域的 某些优点。也提出了在类似 运行条件下, 与同等的SR相 比,EPDM更容易发生闪络。 其它的应用案例也提供了一些 启示。例如, 运行了约25年之 后摘除了美国和南非500kV 高压直流线路上的高温硫化
直流线路应用中的首选绝缘子 直流线路应用中的首选绝缘子 直流线路应用中的首选绝缘子 Screen Shot 2016 05 19 at 4 (HTV)硅橡胶外套绝缘子, 并 对此进行了详细分析。两条 线路的运行历史均表现良好, SR绝缘在各个污秽等级地区 表现优异,从轻度到中度再到 局部高污秽等级的区域。实验 室试验证实,上述绝缘子外套 既保持着疏水性也保持着疏水 性迁移特性 (HTM)。 在直流和交流系统共存于相同 结构的混合线路情况下,尚没 有大规模的系统在运行。但通 过短的试验线路以及全尺寸实 验室试验收集了一些有用的数 据。预计这种混合线路需要在 绝缘子长度方面做出让步,尤 其是现有交流杆塔正在使用的 情况下。这将对绝缘子材料性 能的规范和描述产生影响并因 而影响到设计, 尤其是在电压 等级和运行环境已给定情况下 的爬距。 正面的运行经验总是与稳定 的疏水性能相关联。同时,基 于此性能的动态特性,目前已
经确立了必须区分疏水性保 持、恢复和迁移之间的特性, 而在运行中只有SR提供上述 所有增强性能的特性。需要 牢记的是,在相同条件下,直 流场可能造成更多的污秽累 积, 所有三个动态过程的存 在对实现整体的疏水性绝缘 子是决定性的, 这将抑制泄 漏电流,防止闪络,且不需要 维护。受到抑制的泄漏电流 也降低了可能影响绝缘子密 封系统的金具上阳极腐蚀的 风险, 依据设计方案而定。 最近的研究使用了动态水滴试 验(基于斜面法测试原理)来证 明,当相应的直流应力与交流 电压的均方根值相关时(见图 1),在交流应力下,疏水性的损 失更快。此例显示了HTV和LSR 硅的性能,商用市场有这两种 户外用高压绝缘子, 但HTV添 加了氢氧化铝, 以提高抗漏电 起痕和电蚀损的能力。电压应 力显示为平均的电场应力(施 加的电压除以爬电距离)。直流 +曲线高于交流曲线,但直流+ 曲线更陡峭,这解释了疏水性 外套材料的成功运行经验。此 外, 在同等污秽等级的类似环 境下, 用于直流应用中的爬电 距离通常高于交流。 还需要提及另一个设计方面 的问题。污闪的风险取决于 许多因素, 如污秽的电导率, 电解质电导率的有效性 (可 能由疏水性的低分子量SR链 来密封), 电压应力、安装位 置、疏水性、污秽分布、爬距 轮廓的效率和平均直径。亲 水性表面的 “典型” 污闪中, 闪 络电压和平均直径之间的关系 为:U闪络~d平均-0.38。鉴于HTM特
性,IEC60815–3中修正了平 均直径的影响,如图2所示。 对于增加的平均直径而言,此 类修正从300mm开始 (对于 直流则仍在讨论中, 可能为 250mm)。比较常规和复合 绝缘子技术平均直径的差异 时,低于300mm的区间尤其 令人关注。额定值均为120kN 的电瓷棒形绝缘子和同等的复 合棒形绝缘子,其外观差异明 显 (图3)。此例导致平均直径的 差异为111mm到48mm。假设 一个完全亲水的复合绝缘子, 其关系为:D平均/电瓷/D平均/复合 =(111mm/48mm)-0.38=0.73 表明了在相同的污秽条件下, 较细的复合绝缘子比电瓷绝 缘子要好约1.4倍。 这可以导致较短爬距的应用, 意即绝缘子更短。对于直径甚 至更大的盘形悬式绝缘子, 类 似的考虑是可能的。值得一提 的是, 当采用平均直径和完全 亲水效应的相同模型时, 有疏 水涂层常规绝缘子的表现与没 有涂层的绝缘子相差无几。目 标是:直流 (以及交流) 的首选 是因其长期保持和迅速恢复或 迁移特性而具有永久疏水性的 尽可能细的绝缘子。 Dr. Frank Schmuck Screen Shot 2016-05-19 at 4.56.34 PM 直流线路应用中的首选绝缘子 直流线路应用中的首选绝缘子 Screen Shot 2016 05 19 at 4

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