800kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性 廖蔚明

第32卷 第9期 电 网 技 术 V ol. 32 No. 9 2008年5月Power System Technology May 2008文章编号：1000-3673（2008）09-0006-04 中图分类号：TM855 文献标识码：A 学科代码：470·4037 ±800 kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性廖蔚明1，崔国华2，孙昭英1，李成榕2（1．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192；2．高电压与电磁兼容北京市重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区 102206）Flashover Test on Air Clearances of ±800 kV DC Transmission Tower WithSwitching Surges Superimposed on DC VoltageLIAO Wei-ming1，CUI Guo-hua2，SUN Zhao-ying1，LI Cheng-rong2（1．China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China；2．Beijing Key Laboratory of High V oltage & EMC (North China Electric Power University)，Changping District，Beijing 102206，China）ABSTRACT: Research materials and literatures at home and abroad show that there is evident difference between discharge characteristic of air clearance under pure switching surge and under DC pre-voltage superimposed with switching surge. It might influence the selection of air clearance for high voltage transmission tower. Therefore, in design of air clearance of UHVDC towers it is necessary to research the influence of pre-voltage on the conductor. By means of discharge test on air clearance of real size simulation tower head , the discharge characteristics of UHVDC tower air clearances under DC pre-voltage superimposed with switching surge are researched and the test data are obtained. By comparison with the discharge characteristic of pure switching surge, it is discovered that the discharge voltage of tower air clearance under superimposed voltages is higher than that under pure switching surge by 2% to 4%. Thus, from the viewpoint of operational security, it is feasible to adopt the test data from pure switching surge in UHVDC tower air clearance design.KEY WORDS:±800 kV DC power transmission；tower；air clearance；switching surge superimposed on DC pre-voltage摘要：国内外的文献资料表明空气间隙的放电特性在纯操作波和直流预电压情况下有很大的差别，这对高压输电线路塔头空气间隙的选择可能会有影响，因此在我国直流特高压杆塔空气间隙设计中需要对导线上直流预电压的影响进行研究。

通过真型尺寸模拟塔头空气间隙放电试验，研究了特高压线路杆塔空气间隙在直流预电压叠加操作冲击下的放电特性，得到了叠加电压的试验数据。

通过与纯操作冲击放电特性的比较，发现叠加电压情况下杆塔空气间隙的放电电压比纯操作冲击情况下高2%~4%，因此从安全的角度考虑，在特高压杆塔空气间隙设计中，采用纯操作冲击电压试验数据是可行的。

关键词：±800 kV直流输电；杆塔；空气间隙；直流叠加操作冲击0 引言由于我国的一次能源分布与能源需求之间不平衡[1]。

为优化国家能源配置，充分利用西南地区丰富的水力资源，国家电网公司决定建设±800 kV特高压直流输电工程。

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[2]，而塔头空气间隙的选择就是其中重要的组成部分。

在传统的交流输电线路设计中，一般不需考虑工频电压对操作冲击的影响；而在特高压直流输电系统中，由于直流电压持续施加在导线上，且幅值较高，因此预先存在的直流电压对空气间隙操作冲击放电特性的影响就值得考虑[3]。

关于直流预电压对空气间隙操作冲击放电特性的影响，日本的研究结果[4]表明：棒–板空气间隙正操作冲击叠加正直流预电压的击穿电压比纯操作冲击高7%；负直流预电压叠加正操作冲击的击穿电压比纯操作冲击低4%~7%；正直流预电压叠加负操作冲击的击穿电压比纯操作冲击低10%；负直流预电压叠加负操作冲击的击穿电压比纯操作冲击低3%~4%。

瑞典的试验结果[5]表明，棒–板间隙在正直流电压叠加正操作冲击时的放电电压比纯操作冲击时高，且随着直流预电压幅值的升高而升高，特别是当直流电压超过DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2008.09.015第32卷第9期电网技术 7400kV时升高的幅值非常明显[5]。

中国电力科学研究院在+500 kV直流预电压下的试验结果表明[6]，导线–杆塔间隙在有直流预电压时的正操作冲击放电电压比仅施加正操作冲击时约高3%~5%。

清华大学对棒–板间隙的研究表明[7-8]，正直流预电晕能提高气体间隙正操作放电电压，而负直流预电晕却能降低气体间隙的正操作冲击放电电压，且电极的棒直径越小这种效应越明显。

以上资料表明，为使±800 kV直流线路获得更好的技术经济比较，应考虑直流电压对杆塔空气间隙操作冲击放电电压的影响。

由于空气间隙的正极性放电电压低于负极性的放电电压[9-10]，因此在研究合成放电电压特性时，仅考虑正极性直流电压叠加正极性操作冲击的情况。

本文在已完成的±800 kV线路仿真塔头空气间隙正极性操作冲击放电特性试验的基础上，选取2~3个点进行比较试验，得出两者之间的相互关系及修正系数，为是否需要采用直流电压叠加操作冲击试验结果进行杆塔塔头的空气间隙设计提供依据。

1 试验电路模拟实际运行线路上出现操作过电压的情况，需要在模拟导线上同时施加直流电压和操作冲击电压。

为避免直流电压对冲击电压发生器或冲击电压对直流电压发生器互相造成损坏，需要设计特殊的保护电路分别保护这2个设备。

根据文献[11-13]和本次试验的具体情况，试验中采用一个隔离球隙放置在冲击电压发生器之后，以阻止直流电压施加到冲击电压发生器上。

同时，在直流电压发生器后加装了保护电阻，以阻止冲击电压直接作用到直流电压发生器上对其造成损坏。

试验电路如图1所示。

其中：①冲击电压发生器，7200 kV，480kJ；②直流电压发生器，±1500 kV，50mA；③隔直间隙，防止直流电压加到冲击电压发生器上，球隙的隔直电压大于800 kV；④电容C2和C3构成电容分压器，测量合成电压的幅值和波形；⑤电阻R1和R2以及直流电压发生器的滤波电容C1共同构成保护滤波电路，防止冲击电压对直流电压发生器造成损坏，滤波电路的时间常数希望尽量大些，本文试验中选择R1=10 MΩ的水电阻，用绝缘绳悬挂安装；⑥电阻R3和R4，构成电阻分压器，测量直流电压的幅值；⑦试品S，塔头间隙组合。

试验中，直流电压发生器产生的直流高电压直接施加到模拟导线上。

冲击电压击穿隔离球隙后，也图1试验电路接线Fig. 1 The principle diagram of test circuit connection 作用到模拟导线上，从而得到合成电压。

2 试验方案2.1 试验设备和试品试验在国家电网公司特高压直流试验基地的户外试验场进行。

户外试验场尺寸为180m×90m。

悬吊试品的门型塔架高60m、宽50m，设有3台悬挂重量为5t的吊车，用于吊挂试品。

试验中使用的主要试验设备包括：7200 kV/ 480kJ冲击电压发生器，7200 kV弱阻尼电容分压器及冲击测量系统，±1500 kV/50mA直流电压发生器等。

试验电压由7200 kV冲击电压发生器和±1500 kV 直流电压发生器共同产生，同时作用在试品上。

试品为±800 kV直流仿真型杆塔(单极)。

仿真型杆塔的横担、立柱和绝缘子串型及布置参照中南电力设计院提供的设计图纸加工制作。

模拟导线使用长为25m的6分裂导线。

子导线直径32.2mm(模拟截面为720mm2的导线)，相邻子导线的间距为450mm，由镀锌铁管焊接而成。

导线对地距离为18m。

悬挂导线的绝缘子使用300kN复合绝缘子。

全部金具按照±800 kV直流输电工程要求配置。

导线侧均压环的环径为1120mm，管径为120mm，安装高度330mm；杆塔侧均压环的环径为400mm，管径为90mm。

2.2 试品布置由门型架悬吊±800 kV直流仿真型杆塔(单极)。

绝缘子采用单V串布置，V串夹角为90°。

L1和L2分别为导线侧均压环到横担和立柱的最小间隙距离，也是放电的2条主要路径。

具体布置如图2所示，图3为试验基地现场照片。

通过改变V型串每边的长度以及2串绝缘子之间横担的长度，模拟导线侧均压环到杆塔横担和立柱之间的空气间隙距离可在6.5~8.5m范围内变化。