Equipment 冰区35110 kV复合绝缘子 伞裙结构优化技术

摘要：要提高复合绝缘子冰闪电压，必须找出具有最优电场特性的伞裙结构，通过对复合绝缘子冰闪电压受伞裙结构影响的分析，提出了优化复合绝缘子伞裙结构的方法，第一从电场分布特性反面来分析，第二从流体力学或空气动力学方面来进行改进，并对电场特性受伞裙结构的影响因素进行分析。

关键词：复合绝缘子；伞裙结构；电场；覆冰中图分类号：TM216 
文献标志码：B 
文章编号：1003-0867(2014)02-0056-02冰区35/110 kV复合绝缘子
伞裙结构优化技术
（中山市城区电气工程有限公司，广东…中山…528401）
叶国飞
随着我国社会经济的稳步发展，电网建设的区域也逐渐扩大，很多输电线路布设于高海拔、覆冰严重的区域，该地区气候条件恶劣，严寒，对输电线路的安全性提出了很高的要求。

要进行输电线路的防覆冰研究，就需要从输电线路绝缘子着手。

在电力系统中，使用量最大的器件要数绝缘子了。

其中，复合绝缘子具有防污闪性能优异、重量轻、成本低等特点，被广泛应用于电力系统中。

复合绝缘子的使用，对维护电网安全运行、提高输电线路耐污闪水平起到了极大作用。

但是，复合绝缘子虽然防污闪性能较优，但却不能够有效防冰闪。

在输电线路等级日趋提高的现今，防冰闪性能较差的复合绝缘子的缺陷暴露无疑。

为了提高复合绝缘子的防冰闪性能，文章对复合绝缘子冰闪特性进行分析。

1 输电线路覆冰类型以及电场对绝缘子覆冰的影响
当输电线路所处环境温度低于零摄氏度时，在风力等作用下，大气中的过冷水滴与物体表面接触就会形成覆冰，覆冰与热量传递和交换有着密切的关系，是过程为液态冷却水滴放出潜热的物理过程。

可将输电线路覆冰类型按照物理性质、密度、覆冰形成条件、覆冰外形分为：软雾凇、雾凇、雨凇。

这3种类型的主要参数以及形成条件可参照表1所示。

按照覆冰的形成内在机理以及增长过程，其又可分为湿增长过程和干增长过程，湿雪和雨凇覆冰属于湿增长过程，而干雪和雾凇覆冰属于干增长过程。

而混合凇覆冰介于湿增长和干增长过程之间。

绝缘子和导线覆冰根据覆冰的危害程度还分为雨凇、混合凇、雾凇、白霜，其中雨凇覆冰对电力系统危害程度最大。

根据研究表明，随着外加电压的不同，电晕放电和周围环境的关系较为密切，外加电压与绝缘子电晕放电的概率之间的关系与正态分布统计规律相符合，用公式表达为f (U 0) = (1/(2πσ)1/2)e – (U 0
–U c )2/σ，式中σ2为方差；
U c 为50%起晕电压；U 0为外加电压。

因为覆冰为热交换、热传递的热力学过程，绝缘子覆冰受到电场热效应影响较大，而绝缘子覆冰过程中的泄漏电流决定了热效应。

覆冰过程中，覆冰的增长导致能量交换也产生了变化，泄漏电流的平均强度与大量的参数有着密切关系，例如环境温度、覆冰水电导率、绝缘子形式等。

2 复合绝缘子伞裙结构优化设计
可采用改进复合绝缘子伞裙结构的措施，来提高覆冰地区冰闪电压。

为了使优化设计后的伞裙结构拥有更多试验数据和理论层面的支持，研究人员分析计算了复合绝缘子伞裙结构。

其优化方案：在覆冰气象条件下，根据流体力学的原理以及复合绝缘子外部气液两相流场的物理特征，利用软件对水滴离散相和空气连续相进行数值计算。

通过计算，优化覆冰地区复合绝缘子伞裙结构的设计为：最小伞距应超过30 mm ；增加伞群的伞径比，将小中伞插于相邻大伞之间；伞裙的下倾角为0°、上倾角为15°为最适宜。

采用软件计算出不同伞裙结构110 kV 复合绝缘子覆冰电场模型，并对复合绝缘子冰闪电压受伞裙结构影响的机理做出了分析，优化复合绝缘子伞裙结构，第一从电场分布特性反面来分析，第二要从流体力学或空气动力学方面来进行改进。

2.1 FXBW-110/100伞裙结构优化
可增大中伞的直径，减少中伞数量。

中伞伞径取值：
E av (5) = E av (k )，当中伞伞径的值为135、125 、115 mm 时，E av (5)和E av (k ) 的值参照表2所示。

从表中数据得出，E av (5) 和E av (k ) 最相近时的中伞伞径值为125 mm 。

通过优化，绝缘子结构参照图1所示。

2014年第02期 总第321期
2.2 EXBW-35/70伞裙结构优化
为增加严重覆冰间隙长度，可增加高压端两大伞的间
距，并减小小伞直径。

小伞伞径取值可以中度覆冰为例。

为
便于分析，将空气间隙标注如下，间隙j代表高压端第三片
大伞上冰凌与第二片大伞边缘之间的间隙；而间隙i代表高
压端第二片大伞上冰凌与第一片大伞边缘之间的间隙。

详细
参照图2所示。

小伞伞径不易过小，以确保足够的爬距，其
伞径取值应：E av(3) = E av(i)。

小伞伞径取值分别为85、90、95 mm时求出各自的
E av(3)与E av(i)值，具体参见表3。

优化后，绝缘子电场特性得到较大改善。

间隙承担电
压分布更加均匀，降低了电压总和。

优化后的电场结构高度
没有发生改变，在提高冰闪电压的基础上，未使污闪电压受
到影响，整体而言，提升了绝缘子性能。

3 试验
试验主要在人工气候室内进行，气候室能够模拟自然
条件下覆雪、混合凇、雾凇、雨凇等覆冰类型，人工气候
室主要由风速调节系统、喷雾系统、抽真空系统、制冷系
统构成。

最高模拟海拔为7 km，最低模拟温度达到了零下
45 ℃。

在试验的过程中，将监测导体水平布置于试品绝缘
子附近，将监测导体覆冰平均值作为该绝缘子表面覆冰厚
度。

可采用电导率仪，该电导率仪可应用于自来水、食品、
生化、制药、环保、冶金、化工化肥、火电等工业溶液中，
能够连续监测电导率值。

设置稳定性±0.2%(FS)4h，测量误
差为±0.1%FS，测量范围在0～3×104μs/cm。

校正电导
率为20 ℃时，其值为r20 = k t r t，式中k t为温度换算系数，r t
则为t ℃时，测定的污液电导率。

覆冰闪络的临界电流较同
条件下污秽闪络临界电流小，覆冰试验所需电源应达到污秽
试验电源条件。

覆冰试验原理如图3所示。

图中G为保护
放电管，r0为分流器电阻，F为测量分压器，E为人工气候室，
H为330穿墙套管，R0为保护电阻，T2为500 kV/2000 kVA
交流试验变压器，T1为10 kV/2000 kV A调压器。

试验电源采用500 kV/2000 kVA交流无晕污秽试验变
压器，系统短路阻抗小于6%，系统局部放电量不超过10
PC，输出电压纹波畸变率小于3%，输出电压为0～500 kV，
输入电压为0～10.5 kV，额定容量为2000 kVA，最大短路
电流是75 A，额定电流为4 A。

测量用冲击分压器额定电压
为500 kV，工频分压比为1000:1。

试品绝缘子上所施加的电
压有效值可以通过控制台测量系统进行测量。

分析结果：覆
冰复合绝缘子电场分布受到伞裙结构参数影响较为明显，冰
凌尖端电场强度越小，说明伞径越大。

伞的大小伞径差值越
大，电场畸变就越小。

4 结束语
随着经济的发展，国家电网辐射的面积越来越大，对
于自然条件较差的地区而言，输电线路受到的影响很大，
对安全性也提出了更高的要求。

对严寒地区而言，防止线
路覆冰非常关键，在电力系统中，绝缘子是用量比较大的
元器件，由于复合绝缘子具有多种优点，在电力系统中被
广泛的应用，作用非常显著，其不足之处是不能对冰闪进
行有效的防护，为了提高复合绝缘子的防冰闪性能，文章
对复合绝缘子冰闪特性进行分析。

根据研究可知，输电线
路电压等级越高，对输电线路安全危害就越大，复合绝缘
子覆冰闪络概率也越大，因此，对冰区复合绝缘子伞裙结
构进行优化具有着重要的意义。

参考文献
[1] 屠幼萍, 陈聪慧, 佟宇梁, 张辉, 卢毅, 谢丽芳. 现场运
行复合绝缘子伞裙材料的老化判断方法[J]. 高电压技术, 
2012(10).
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高电压技术, 2013(1).
（责任编辑：刘艳玲）表2 和的值对比
中伞伞径/mm135125115
E av(5)/kVcm－1 4.23 3.42 3.01
E av(k)/kVcm－
1 3.5
2 3.50
3.46
图１　优化后的绝缘子结构图
图２　绝缘子间隙图
表3 E
av
(3)与E
av
(i)对比
小伞伞径/mm859095
E av(3)/kVcm－1 1.61 1.92 2.35
E av(i)/kVcm－1
1.87 1.90 1.91
图3 覆冰试验原理图。