[科普中国]-外绝缘

我国特高压直流输电线路外绝缘选择的特殊性

外绝缘选择是±800 kV 直流输电工程在安全性和经济性方面的最重要因素之一。与超高压直流输电线路设计一致，对特高压外绝缘的要求仍可分为两部分：带电导线之间、带电体与支撑结构或地间的空气间隙；支持带电体必要的固体绝缘。后者取决于直流工作电压和大气污秽程度，属于特高压直流绝缘子电气特性的研究范围；对于前者，设计中必须考虑最小空气间隙问题，而对长空气间隙放电特性的认识是其选择的基础。

还没有成熟的±800 kV 直流输电工程设计和运行经验可供借鉴和参考。在西电东送中，我国±800 kV直流输电线路必然穿越高海拔、覆冰(雪)、污秽、酸雨(雾)等特殊环境的地区，这些特殊环境条件下的空气间隙和绝缘子电气特性及外绝缘选择是国内外面临的技术难题。由于环境条件的差异，国外无相关的研究数据，国内虽在较低电压等级上进行过大量的研究，但针对±800 kV 直流工程在特殊环境下的外绝缘特性研究还很少。因此研究高海拔、污秽、覆冰(雪)、酸雨(雾)特殊环境下的特高压直流线路空气间隙和绝缘子电气特性及外绝缘选择方法是我国特高压直流输电线路建设中不可忽视的挑战性技术难题1。

换流站外绝缘问题换流站的外绝缘主要包括支柱绝缘子、穿墙套管和空气间隙。支柱绝缘子与悬式绝缘子一样受污秽、覆冰、酸雨、高海拔等因素的影响，影响规律也相似。

在已投运的葛洲坝—南桥±500 kV 直流线路中，葛洲坝、南桥两换流站的直流场多次发生外绝缘闪络事故，主要是穿墙套管的不均匀雨闪、垂直套管的雨闪和外绝缘表面冰雪融化导致的冰闪。

穿墙套管的不均匀雨闪是在雨天其表面绝缘不均匀受潮引起的，垂直套管的雨闪是“污水帘+空气间隙”串联击穿，两者均随着污秽度的增加而下降，而雨水电导率也严重影响雨闪电压，我国酸雨区的扩大，降雨酸度的增加，不可避免地将影响换流站的雨闪特性。换流站站址出现在高海拔地区同样也不可避免，然而国外还没有高海拔地区雨闪电压变化规律的试验数据，国内的研究也甚少，尚无定论。

换流站的空气间隙主要有极母线间、极母线对地和极母线对各种架构的间隙，主要问题也是高海拔下长空气间隙的直流和冲击电压作用下的放电特性。

线路绝缘子选择世界上投运的超高压输电线路中，瓷、玻璃和合成绝缘子均有采用，以瓷和玻璃绝缘子为主。直流线路绝缘子由于钢脚腐蚀和材质中碱金属离子迁移等危害，损坏多，且耐污能力有限。合成绝缘子具有机电强度高、重量轻、耐污性能好等优点，南方电网技术研究中心建议云广±800kV线路大量采用合成绝缘子，但必须对延缓其材料老化和预测寿命周期等进行研究。

选择绝缘子片数的方法有：按运行电压污秽条件、爬电比距法、按±500kV线路绝缘水平外推、按污耐压法等，由于双串绝缘子的污闪电压比单串绝缘子的低5%~15%，且串间距越小，污闪电压越低；V形串的污闪电压比单串的高10%以上，因此必须考虑绝缘子串的布置方式。

综合考虑污秽、覆冰、低气压等因素对绝缘子电气特性的影响，可采用人工神经网络比较不同绝缘子的性能优劣以及确定某一环境下的绝缘子片数。

操作过电压和雷电过电压对特高压直流线路绝缘子片数的选择不起控制作用，因此不必进行过电压校核。

在覆冰地区，长串直流绝缘子的冰闪特性受海拔高度、污秽度、冰厚、绝缘子串布置方式的影响，海拔高度、覆冰厚度、覆冰水电导率等因素与绝缘子串直流最低闪络电压呈幂指数关系；极性效应表现为负极性闪络电压一般比正极性闪络电压低20 %左右；绝缘子布置方式表现为垂直布置绝缘子串的冰闪电压较V形串的低5%左右，较水平布置的低10 %左右2。

总结我国由于特殊的地理和气候环境，特高压直流输电线路的外绝缘选择有其特殊性，尚需进行大量研究工作：

（1）高海拔、污秽、覆冰、酸雨(雾)环境是威胁我国特高压直流输电工程安全运行的主要因素，对复杂环境下直流绝缘子的闪络特性和机理，尤其是长串绝缘子的闪络和耐受特性的研究非常迫切。

（2）研究不同型式绝缘子在各种气象条件下的积污、覆冰规律，比较不同型式绝缘子的性能优劣，选择适合我国特高压直流输电线路的绝缘子型式。

（3）研究长空气间隙直流、冲击放电特性和机理，特别是高海拔低气压条件下的直流、冲击放电特性。

（4）进行特殊杆塔和换流站空气间隙直流、冲击放电的补充和验证试验。

（5）在应用现有的外绝缘选择方法时，必须考虑高海拔、污秽、覆冰(雪)、酸雨(雾)对外绝缘特性的影响，进一步探讨适合我国特高压直流线路外绝缘选择的方法3。