超特高压绝缘子串污闪、冰闪特性及电位和电场分布研究.doc

超/特高压绝缘子串污闪、冰闪特性及电位和电场分布研究我国用电负荷与发电能源分布很不平衡,超过2/3探明储量的煤炭资源分布在北方和西北地区,超过3/4可开发的水利资源分布在西南地区,而约2/3的电能需求在相对发达的中部和东部地区。为满足负荷中心的电能需求,需要大容量、远距离传输电能,实现能源资源的优化配置。目前我国500kV交流(西北330kV交流)和±500kV直流输电线路为骨干网架的电网存在传输能力不足、重负荷地区短路电流过大、新建线路走廊和变电站用地紧张等问题,已经不能满足电能传输需求。为保障“西电东送、南北互供、全国联网”战略的顺利实施,我国当前正积极进行超、特高压输变电工程建设,因此将有更多的超、特高压输电线路经过污秽、覆冰、高海拔等环境恶劣地区。对超、特高压输电线路而言,绝缘子串满足各种运行条件下电气绝缘和机械性能要求是保证线路安全稳定运行的重要因素之一,如绝缘子选型不当,可能在运行电压下出现绝缘子污闪、冰闪等事故,全国联网情况下,事故的影响区域范围将更广,造成的经济损失将更加严重。绝缘子型式和串长的确定也是杆塔高度和塔头结构尺寸设计的基础,因此,在交流输电线路设计关键问题研究中,绝缘子的绝缘强度设计和选型是研究的核心问题之一。绝缘子选型及串长确定需考虑长串绝缘子污耐受电压、覆冰后的耐受电压、绝缘子串的电位和电场分布、均压环的电场分布等因素。我国目前获得的1000kV交流线路长串绝缘子的50%污耐压数据还不全面,超高压线路长串绝缘子冰闪电压试验数据相对较少,而特高压长串绝缘子冰闪电压数据几乎没有,现有的数据还不能充分指导我国超、特高压输电线路绝缘子选型。超、特高压线路长串绝缘子电位、电场分布数值分析存在开域边界、几何结构复杂和媒质种类多、悬浮电位导体、计算量大等问题。针对上述问题,论文对特高压交流线路长串绝缘子污闪特性和污秽条件下绝缘子选型,超高压线路长串绝缘子冰闪特性,FEM—-BEM耦合算法和子域逼近有限元法的理论分析,不同布置方式下超高压绝缘子串覆冰前的电位和电场分布计算,特高压交流线路典型复合绝缘子的电位和电场分布、均压环的电场分布等进行了研究。(1)在大型人工雾室内系统地研究了特高压典型长串绝缘子的污闪特性,研究表明：1)各种类型绝缘子的污耐压U50％与ρSDD和ρNSDD具有指数为负的幂函数关系,ρNSDD=0.5mg/cm2情况下,绝缘子的污耐压受ESDD的影响特征指数为0.1703～0.2059：PSDD=0.1mg/cm2情况下,各种绝缘子的污耐压U50％受NSDD的影响特征指数为0.0910-0.1028；2)双伞型和三伞型空气动力型绝缘子的污耐压性能高于普通型绝缘子,爬距有效利用率较高；3)ρSDD/ρNSDD=0.25/1.0mg/cm2情况下,FXBW-1000/300复合绝缘子单Ⅰ串、双Ⅰ串、单V串均能至少耐受698.6kV交流电压而不发生闪络,具有良好的防污闪性能。(2)按150串绝缘子满足设计目标闪络概率Pn分别为2%、5%对特高压交流线路绝缘子进行选型,研究表明：1)对各种型号绝缘子,考虑CaSO4修正ESDD,绝缘子片数可减少2-11片：2)对于Ⅰ、Ⅱ级污区,CA887-EZ绝缘子串长为12.090-14.235m,XSP-300绝缘子串长为11.310-12.870m;3)Uamax为689.6kV相对于Uamax为768.5kV,对于Ⅰ、Ⅱ级污区,CA887-EZ绝缘子串减少5-7片,串长为11.115-12.870m,XSP-300绝缘子串减少5-6片,串长为10.140～11.700m；4)设计目标闪络概率Pn=5%情况相对于Pn=2%情况,CA887-EZ和XSP-300绝缘子对于Ⅰ、Ⅱ级污区片数减少了2-3片；5)按现有设计推荐值kl=1.04计算,XSP-300绝缘子串片数可减少12-14片；6)双Ⅰ串串间距600mm时,相对于单Ⅰ串,绝缘子片数均增加0-1片,与单Ⅰ串基本一致；串夹角90°情况下,单V串相对于单Ⅰ串,CA887-EZ绝缘子减少7-11片,XSP-300绝缘子减少7-10片；7)复合绝缘子可有效减小线路绝缘子串长,对于Ⅲ、Ⅳ级污区可分别使用结构高度为9.750m和10.530m的复合绝缘子,以污耐压性能最优的盘型绝缘子XSP-300为例,1)ρSDD/ρNSDD=0.25/0.5mg/cm2情况下使用复合绝缘子可使串长减小35.06%,>ρSDD/ρNSDD=0.35/0.5mg/cm2情况下可使串长减小33.33%。(3)在大型环境气候试验室内进行了超高压线路长串绝缘子冰闪特性试验研究,研究表明：1)PSDD=0.1、0.05、0.025mg/cm2时,28片XWP2-160绝缘子串的冰闪电压较500kV线路额定运行电压分别约低20.5%、约低