绝缘护套在变电站500kv引线中应用的可行性分析

绝缘护套在变电站500kv引线中应用的可行性分析

发表时间：2019-07-08T11:59:14.587Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：王治宇

[导读] 摘要：随着各种灾害性天气的逐渐增多,输电线路风偏放电事故时常发生,导致线路与树枝、引流线与杆塔、线路相间等发生短路,且不易重合闸,从而引起线路停运。

（国网山西省电力公司检修分公司山西太原 030000）

摘要：随着各种灾害性天气的逐渐增多,输电线路风偏放电事故时常发生,导致线路与树枝、引流线与杆塔、线路相间等发生短路,且不易重合闸,从而引起线路停运。风偏闪络的主要原因包括强风导致导线风偏角过大、暴雨降低空气间隙的放电电压以及设计规程的标准问题,治理措施包括采用V型绝缘子串和对发生故障线路的直线塔绝缘子采取串加装重锤措施。

关键词：绝缘护套；变电站；500kv引线；应用；可行性

某500kV变电站500kV侧采用敞开式设备,3/2接线形式,500kV断路器均为单侧TA布置。2018年,调控部门隐患排查发现,约有22处保护范围不能完全交叉,断路器与TA间存在保护“死区”,主要涉及500kV电流互感器至断路器之间的裸导线,目前主要采用非标钢芯铝绞线,型号为LGJ-1400/100(铝截面积1400mm2、钢截面积100mm2)。如死区发生故障,即使速动保护动作跳开断路器,故障仍然存在,只能依靠断路器失灵保护切除故障。该站断路器失灵保护动作时间整定为0.3s,考虑接点传递、保护动作时间、断路器动作、电流熄弧等耗时,死区故障后断路器可靠跳开时间为0.41s,超过500kV设备故障极限切除时间(0.28s)。即使失灵保护动作时间压缩至0.2s,也无法满足0.28s要求。因此,若某500kV站发生死区故障,将导致对侧跨区直送电厂机组失稳,构成“一般”或以上级别的电网事故。为降低保护“死区”短路故障风险,拟对500kV变电站引线加装绝缘护套进行绝缘化,并分析改造方案的可行性。

1绝缘护套应用情况

针对以上存在的保护死区问题,初步考虑对“死区”导线加装绝缘护套进行包覆,以减少异物上线接地短路、搭接短路的风险。目前适合导线绝缘化的材料主要有PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)和氟硅橡胶等类型。

PE和PVC为热缩管主要用于35kV长方形母线排,但由于PVC材料的热稳定性较差,长时间加热会导致分解,释放有毒的HCl气体,且2种材质施工过程中都需要对材料进行加热,因此应用情况越来越少。

氟硅橡胶绝缘材料其特性与复合绝缘子用的硅橡胶材料类似,具有绝缘性能好,抗漏电起痕性能强,耐侯性佳,机械性能高、憎水性及憎水性迁移等特点,耐高低温性能优异,安装方便,正逐步成为电力设备绝缘化的最主要材料。

目前,部分单位在架空输电线路防风偏、防鸟害方面采取了绝缘化措施,变电站低压侧(10kV、35kV)母线绝缘化中已成熟应用。借鉴架空输电线路防风偏、防鸟害治理对导线绝缘化,采用卡扣式氟硅橡胶绝缘护套对跳线、悬垂线夹两侧导线进行包覆的思路。拟采用氟硅橡胶绝缘护套对站内500kV导线包覆,以降低异物短路放电的风险。

2绝缘护套加装可行性分析

在500kV大截面扩径导线上加装硅橡胶绝缘护套,必然会提高导线与接地端的空气间隙击穿电压。相关研究表明,裸导线间工频击穿电压与间隙距离近似呈线性关系,导线包覆绝缘护套可有效提高输电线路导线间空气间隙的击穿电压，该方法能提高绝缘子高压端导线起晕电压,进而提高等效放电间隙,提高导线与架构空气间隙、相间间隙的击穿电压。因此,分析绝缘护套应用到500kV引线上是否可行必须分析其对空间电场的影响和间隙距离的变化。

2.1对导线空间电场影响

为模拟绝缘包覆对导线放电的改善效果,采用电磁场仿真软件对导线绝缘包覆后电场分布进行仿真计算。计算模型采用2根LGJ-400/35导线,截面直径为26.82mm,其中一根导线包覆绝缘护套,加载电压为500kV线路相电压峰值408kV,另一根导线电位为0V。通过施加电压条件下仿真导线电极间隙在加入绝缘护套后的空间电场变化,以获得包裹绝缘护套对导线空间电场强度分布的影响。

由于目前各厂家绝缘护套产品厚度由2～8mm存在多种类型,对各种绝缘护套厚度下的导线空间电场进行仿真。当导线表面不包覆绝缘护套时,导线表面最大场强为1671.3kV/m,当导线表面包覆2mm绝缘护套后,高场强区域转移至复合绝缘护套表面,且最大场强显著降低至1372kV/m;当复合绝缘护套厚度分别增加至3mm,4mm和5mm时,导线表面最大场强分别降至1341kV/m,1229kV/m和1220kV/m。

研究表明,绝缘包覆护套后,空间电场强度显著降低,且导线空间电场强度随着绝缘护套厚度的增加而减小,表明间隙击穿电压与绝缘护套的厚度呈反向相关关系。另外发现电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势。导线加装绝缘护套,仅是降低表面电场强度,减少风偏放电、异物放电几率,但不能百分百杜绝异物放电,例如金属性搭接放电,且绝缘护套厚度增加会增加安装难度和成本,应综合考虑绝缘性能、散热、护套质量、制作安装难易程度等综合确定绝缘护套厚度。

2.2空气击穿间隙变化

为解决500kV线路防风偏问题,开展4分裂导线绝缘包覆后空气击穿特性试验研究。构建模拟试验平台,利用工频升压设备对绝缘子悬挂裸导线和包覆绝缘护套的导线(导线与绝缘子连接金具亦包覆绝缘盒)加压,分析500kV导线绝缘包覆前后对地击穿特性变化。单导线包覆绝缘护套工频试验发现,在1.1倍运行电压下,包覆绝缘护套后可提高15.7%的间隙距离;4分裂导线包覆绝缘护套工频试验发现,在1.1倍运行电压下,4分裂包覆绝缘护套后可提高10.25%的间隙距离。

2.3氟硅橡胶绝缘护套性能分析

2.3.1绝缘性能

氟硅橡胶绝缘护套击穿电压试验参数如表1所示,2mm厚的氟硅橡胶绝缘护套可在35kV交流电压下保持不击穿,4mm厚的氟硅橡胶绝缘护套可在60kV交流电压下保持不击穿,8mm厚的氟硅橡胶绝缘护套可在85kV交流电压下保持不击穿。而实际应用中两相导线同时进行绝缘化,击穿电压会显著提高。

氟硅橡胶绝缘护套击穿电压随厚度增加,增幅逐步减少,存在明显的饱和现象。因此增加氟硅橡胶绝缘护套厚度对于提高击穿电压效果不明显。

2.3.2热性能

导线包覆绝缘护套后,其散热性能也是影响设备能否安全稳定运行的关键。LGJ-240/40钢芯铝绞线通流试验表明,最为苛刻运行环境,环境温度40℃试验条件下,500kV4分裂导线分别安装1mm、2mm、4mm、8mm厚的氟硅橡胶绝缘护套,每根导线通流20min425A电流。而站内保护