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高压直流绝缘子的选择和尺寸确定

July 15, 2015 • Columns, Commentary by Pigini, 最近文章汇总

自从交流绝缘子的选择和尺寸确定导则发布以来(国际 大电网会议文献361-2008),最近数年一直在编写基 本上同样的导则,用于高压直流绝缘子。经历了十余次会议 以后(第一次2005年在北京,最近一次是二月在布拉格),目前,国 际大电网会议工作组C4.303 最终确定了该指南的草稿,相关的 文献正在编辑中。 编写一个能够为来自13个国家的所有22 位工作组成员接受的文 件确实是一个挑战,他们代表着制造商、电力部门和试验室。部 分挑战源于这样的事实,即和交流相比,关于直流污秽方面的技 术知识和运行经验都欠缺得多。因此,有必要对相关的试验室和 现场经验进行深入的分析,同时,也充分利用近年来超高压领域 的科研成果。 另外一个障碍是,就直流系统中污秽所起的关键作用方面,制造 商和用户之间要达成共识。最终,大家一致认为,与交流相比,直 流设计中,污秽因素更重要得多,将直接影响到绝缘子长度、系 统成本和超高压的可行性。 在这部即将颁布的指南中,基于以下原因,大家公认污秽在直流 绝缘子的设计中起主导作用: * 在直流系统中(用p.u.表示),操作过电压的幅值一般低于 交流系统; * 在直流电压下,绝缘子表面的污秽沉积一般较高; * 在同样的电压作用下,已知绝缘子污秽等级相同的情况下,直流要求的爬电距离高于交流; * 因此,交流中采用的简化方法不能直接推断到直流。 采用不同的设计方法可以达到精确。新的指南中,对精确进行了分析,首先采用完全定性,然后到最精确和完全定量。在该指南中,还特别举出了一种简化方法,获取初步设计的基本数据。按照这种简化的方法,首先测量交流带电或交流不带电绝缘子(通常为标准盘形悬式绝缘子)表面的污秽数据,以这个数据为假设,评定直流绝缘子污秽的严重程度。然后,通过运行经验和试验室的试验数据推导出校正因子,再根据下列情况和测得的污秽度信息,运用这些校正因子进行修正,确定直流的污秽严重程度:
  1. 直流线路带电时,对污秽层不均匀性的影响(即比交流大得多);
  2. 污秽类型(例如可溶部分与不可溶部分的比例);
  3. 绝缘子的伞形和材料
因此在直流情况下,上述评估得出的污秽严重程度是否精确, 取决于采用的校正因子的准确度。 就绝缘子的性能而言,上述方法参考了所谓的“具代表性”的曲线,这些曲线将一些通常相当分散的实验数据进行平均(如图一所示)。 新的指南指出,简化方法中的近似值具有导致结果不精确的风险,反过来有可能对系统的成本和可靠性产生重大影响。 就最终设计而言,该指南建议,直接从直流带电绝缘子的系统测量数据中获得相关的污染严重程度。可以在线路开始施工之前,选择具代表性的地点,现场安装数个配备带电直流绝缘子的站 统一爬电比距(USCD)与用SDD(附盐密度)表示的污染严 高压直流绝缘子的选择和尺寸确定 高压直流绝缘子的选择和尺寸确定 CHINA10ss 22 3 图一:统一爬电比距(USCD)与用SDD(附盐密度)表示的污染严 重程度的关系曲线。针对不同伞形的盘形绝缘子得出的不同结 果。与初步设计设定的平均曲线进行比较。 点,达到这一目的。就直接评估特定污秽条件下选用的绝缘子性能问题,该指南也提出了建议。为此,必须考虑统一爬电比距这一概念,因为合理的设计需要考虑爬电系数(CF)对绝缘子性能的影响。 如图二所示,由于伞形功效相应降低,统一爬电比距不一定是常数,而是 随CF线性增加。因此,在绝缘长度给定的情况下爬电距离“被迫”过大,造成CF增加,结果,每单位起弧距离的耐受电压(U)趋于达到饱和点。这意味着,存在大大过低或过高估计U的风险(假定USCD为常数值),除非CF值仅保持在有限的范围内。 因此,该部直流绝缘子的选择指南提出,采用下列方法获得绝缘子的最佳设计,即用统计方法确定污秽严重度的分布以及掌握特定污染条件下绝缘子的性能。这种方法可以允许用统计法评定绝缘子的尺寸,这是达到理想的系统可靠性所必需的。 经过工作组C4.303辛勤和有效的工作产生了即将发布的新指南,该指南代表着高压直流绝缘子的最佳设计向前迈进了重要一步。 CHINA10ss-22-4 高压直流绝缘子的选择和尺寸确定 高压直流绝缘子的选择和尺寸确定 CHINA10ss 22 4 CHINA10ss-22-5 高压直流绝缘子的选择和尺寸确定 高压直流绝缘子的选择和尺寸确定 CHINA10ss 22 5 图二:图中显示了同类绝缘子,USCD和U(单位起弧距离耐受电压)取决于绝缘子爬电距离和电弧距离(CF)之间的比例。 Alberto Pigini pigini@ieee.org

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