220kV同塔双回输电线路复合绝缘子的操作和雷电冲击放电特性兰延群

220kV同塔双回输电线路复合绝缘子的操作和雷电冲击放电特性兰延群

兰延群

（焦作电力勘察设计有限责任公司河南省焦作市454100）

摘要：随着我国市场化经济的不断完善，城乡现代化建设脚步的不断加快，各行各业蓬勃发展，对于电力需要的缺口越来越大，在此背景下，我国的电力事业飞速发展，取得了举世瞩目的重大成就。在目前的电力行业中，由于我国南方地区夏季多雨，雷击事故经常发生，这就导致对高压输电线路的绝缘能力有了很高的要求，目前采用复合绝缘子来进行绝缘处理，但是雷击跳闸事故仍然时有发生。根据相关分析认为导致雷击耐压偏低的原因是未能合理配置个别地段中复合绝缘子的干弧距离，因此需要对220kV同塔双回输电线路中的复合绝缘子操作及雷击放电特性进行模拟实验分析，从而采取相应的改进措施，从而为日后的输电线路复合绝缘子选型设置提供一定的参考意见。

关键词：220kV同塔双回输电线路；复合绝缘子；操作；雷电特性

近年来我国逐步加大了对环境生态的关注力度，复合绝缘子由于具有质量抗污能力好、易于维护、安装方便、质量小等优点，逐步成为新时期110kV及以上的电压等级输电系统中绝缘措施的最佳选择方案。在重污染地区，普遍采用复合外绝缘方式来进行线路绝缘处理，在防雷性能上，复合绝缘子具有两方面的特点，一方面和传统的陶瓷或者玻璃绝缘子相比，复合绝缘子不会出现不可避免的低值或者零值现象，能够有效地在整个运行过程中保持稳定的耐雷击抗性，但是由于复合绝缘子的联结金具较长，在使用时需要间均压环的安装，其有效干弧距离教同样高度的陶瓷或者玻璃绝缘子更短，因此复合绝缘子正常的耐雷击抗性水平相对较低。在我国目前的线路设计改造工作中，没有对复合绝缘子干弧距离提出要求，导致当前应用了复合绝缘子的输电线路耐雷水平较低，影响到广大人民群众的日常生活生产。国内外对于复合绝缘子的干弧距离仍未提出相应的统一规范标准，因此需要进行相应的模拟实验，从而更好对为日后复合绝缘子的应用提供参考意见。

一、实验的设备与方案

（一）实验设备与模拟塔窗

实验地点位于一露天空白场地，通过将模拟铁塔分段进行吊起来进行实验，门型塔的结构尺寸为70m*60m，雷击模拟设备为5400kV的冲击电压产生器，其容量为527kJ，在测控系统中，电压的测量设备使用分压比为4527：1的分压器，峰值表和传输电缆共同组成的测量设备均已经过国家高电压计量站进行校准测量电压峰值总不确定度小于±3%。

实验中所使用的模拟实验铁搭是典型的220kV同塔双回交流输电线路结构，杆塔的塔头部分和实际应用尺寸相符，是真型结构，为了减少质量，根据杆塔的外框架结构来进行塔头部分的建造，对于内部支撑结构如塔柱、横担等可以进行适当的简化，搭建模拟塔窗。为了符合实际情况，由于不用悬挂避雷线，略去了相应的横担，根据对称性原理，只制造了实际塔头的一半，处于对杆塔塔身影响的考虑，在塔头下端的塔身长度维持在下相横担下方4.5m出，采取垂直排列式双分裂导线作为模拟导线。

（二）实验方法

采取标准波形方式来操作雷击实验，雷击的波前时间和波尾时间分别为1.2us和50us，操作冲击波前时间和波尾时间为250us和2500us。实验采用升降法来进行，其具体步骤如下：

施加n组水平电压U1，每组施加的电压基本不变，施加次数为m，各组加压电压水平应当根据之前一组的实验结果来进行减少或者增加一个小量数值，即△U。△U幅度为预期电压峰值的3%-5%，每组操作冲击实验的有效实验次数为40次，雷击每组有效实验20次，将50%放电电压求取出来，和之前同类实验产生结果不同第一个实验应当作为第一个有效实验，只有这次实验及随后的39次或者19次实验才能作为有效实验，并采取这些实验的数据来确定50%放电电压，50%放电电压的数值U50是通过下式来进行计算的：

U50=Σ（niUi）*N-1

在式中，Ui是某1组实验中所施加的电压，ni是相同施加电压水平Ui所进行的实验次数，N为有效实验次数。

（三）典型实验绝缘子悬挂方式

出于减少起吊重量，令模拟导线达到一定高度的目的，在进行操作及雷击实验时，仅将实验相部分塔窗吊起。当绝缘子结构的高度为2.3m，对地高度为40.1m时，操作冲击实验结果如下：当操作冲击时间为720us时，操作冲击电压为810kV，当操作冲击时间为1440us时，操作冲击电压为800kV，当操作冲击时间为2160us时，操作冲击电压为790kV，当操作冲击时间为2880us时，操作冲击电压为770kV，当操作冲击时间为3600us时，操作冲击电压为770kV，当操作冲击时间为43200us时，操作冲击电压为740kV。而当绝缘子结构的高度为2.6m，对地高度为15m时，雷击实验结果如下：当雷电冲击时间为20us时，操作冲击电压为0kV，当雷电冲击时间为23us时，操作冲击电压为1800kV，当雷电冲击时间为27us时，操作冲击电压为1475kV，当雷电冲击时间为30us时，操作冲击电压为0kV[1]。

二、复合绝缘子的操作冲击实验

（一）实验内容

模拟典型的220KV输电线路杆塔，对其从上到下不同结构高度三相塔窗上的复合绝缘子分布进行操作冲击放电实验，并获得相应的50%操作冲击放电电压Us50，在实验过程中发现的典型发电路径和相关文献记载中的放电现象一种，均为两段均压环间距放电。经过实验结果修正，其实验结果为：当绝缘子结构的高度为2.15m，导线离地距离为15m时，干弧距离为1.915m，修正电压为1012kV，当绝缘子结构的高度为2.30m，导线离地距离为30m时，干弧距离为2.070m，修正电压为1046kV，当绝缘子结构的高度为2.45m，导线离地距离为15m时，干弧距离为2.220m，修正电压为1127kV，当绝缘子结构的高度为2.6m，导线离地距离为15m时，干弧距离为2.360m，修正电压为1200kV，当绝缘子结构的高度为2.75m，导线离地距离为15m时，干弧距离为5.510m，修正电压为1216kV。其线性拟合函数为Us50=362.7X+325.9。

根据中相复合绝缘子操作冲击实验结果表明，因为绝缘子在上面、下面和侧面都有接地杆塔构架，在实验范围内15-45m之间的导线离地距离和绝缘子50%操作冲击放电电压没有太大影响，根据下相复合绝缘子操作冲击实验表明，虽然在绝缘子的上面和侧面都有相应的接地杆塔构架，但在下面没有接地构架，因此15-40.1m内导线距离，即大地临近效应对于绝缘子50操作冲击放电电压产生的影响比中相更大。通过拟合公式和实验修正数据可以发现，复合绝缘子的干湖距离每延长0.15m，50%操作冲击放电电压随之提升54-65kV，上相绝缘子增加程度最大，其次是下相绝缘子。放电电压的增加量和导线与地面距离、对塔构架距离、实验环境以及杆塔塔窗结构等其他因素有关[2]。

三、复合绝缘子的雷击实验

（一）实验内容

模拟典型220kV输电线路的杆塔，在从上到下三个结构高度各异的三相塔窗上放置复合绝缘子，进行雷击放电特性实验，获取50%雷击放电电压UL50。在实验过程中观察到的典型放电路径为两端均压环环间放电。

（二）实验结果及分析

由于干弧距离和50%雷击放电电压呈现良好线性关系，所以可以使用最小二乘法来进行数据拟合，对数据情况进行初步分析。根据实验结果表明，当复合绝缘子的干弧距离在1.9-2.5m内时，绝缘子的干弧距离和50%雷击放电电压呈现线性关系，符合相关文献中的研究结果。在进行中相复合绝缘子雷击实验时，因为绝缘子在上面、下面和侧面都有接地杆塔结构，因此实验范围内的导线离地距离没有对放电电压结果产生太大影响，在下相复合绝缘子实验中，其影响比中相要打，整体实验数据分散性比操作冲击实验机构小，每延长复合绝缘子的干弧距离0.15m，相应的放电电压增加80-84KV，上相绝缘子增加程度最大，其次是中相绝缘子[3]。

总结

通过模拟实验，采取不同干弧距离的复合绝缘子进行操作冲击和雷击放电特性实验，发现在220kV的同塔双回线路中，1.9-2.5m范围内复合绝缘子的干弧距离每增加0.15m，其操作冲击放电电压随之增加54-65kV，雷击放电电压增加80-84kV，电压变化和杆塔结构、实验环境和导线离地距离有关。

参考文献：

[1]张乔根，周建博，奚海波等.复合绝缘子表面不同状态时的放电特征[J].高电压技术，2014，40（4）：987-994.

[2]刘平原，黄道春，霍锋等.220kV同塔双回输电线路复合绝缘子的操作和雷电冲击放电特性[J].高电压技术，2014，40（4）：1022-1023

[3]田大鹏，田金虎.超高压同塔双回输电线路复合绝缘子电位分布研究[J].陕西电力，2013，41（5）：62-65.