±800kV 长串绝缘子污闪特性及绝缘子选择研究

国内外的运行经验均表明，输变电设备的外绝 缘在直流电压下的积污比交流电压下更严重，而且 相同污秽条件下的直流污闪电压要低于交流污闪 电压，因此直流输电线路及换流站在运行遇到的污 闪问题更多[1]。在我国的电网规划构架中，±800kV 直流输电线路是实现跨大区跨流域输电，全国能源 资源优化配置的主要能源通道，因此其外绝缘可靠 性需要得到进一步的重视，其也成为±800kV 直流 输电工程外绝缘设计的控制性因素[2-3]。
型号
串型
盐密 灰密 片数 串长
mg/cm2 mg/cm2 片
m
CA-756EZ
单I
0.08
0.48
37 7.22
0.08
0.48
60 11.7
CA-776EZ
单I
0.05
0.3
0.05
0.3
23 4.49 45 8.78
U50% (kV)
800 700 600 500 400 300 200 100
V 形串。为解决±800kV 直流输电工程线路外绝缘 设计和线路绝缘子选型问题，本文对±800kV 直流 输电线路用绝缘子的污闪特性进行了研究，随后通 过试验分析了串长、V 型串、双串并联串间距对直 流绝缘子污闪特性的影响。根据本研究的试验结 果，结合污秽闪络电压的各种校正因素，可以计算 得到±800kV 直流输电线路的外绝缘配置。
2.4 试验结果分析
在灰密不变的情况下，直流线路绝缘子的污
闪电压与盐密存在以下关系：
U50% = a(S )b
（1）
式中：U50%为绝缘子的 50%闪络电压，kV/片；
S 为盐密，mg/cm2；a 为常数；n 为污秽特征指数，
表征污闪电压随盐密的增加而衰减的规律。
根据公式（1），对本次试验结果进行拟合，
4 V 形串对绝缘子串污闪电压的影响
为研究串形对绝缘子串污闪电压的影响，对单 V 串 45 片 CA-776EZ 型绝缘子在 0.05mg/cm2 盐密、 0.3mg/cm2 灰密条件下进行了直流人工污秽试验， 将其与同条件下单 I 串 45 片 CA-776EZ 型绝缘子的 50%污闪电压进行对比。结果表明，在相同的染污 条件下，二者的 50%闪络电压仅相差 2%。可认为， 单 I 和单 V 绝缘子串的污闪特性没有明显差别，I 形绝缘子串的污秽闪络特性可用于 V 形绝缘子串 的污秽外绝缘设计。
2009 特高压输电技术国际会议论文集
1
±800kV 长串绝缘子污闪特性及绝缘子选择研究
宿志一 1，周军 1，高海峰 1，伊藤 进 2，近藤诚一 2
1.中国电力科学研究院，中国 北京市 海淀区清河小营东路 15 号，100192； 2. 日本碍子株式会社，日本 小牧市 485-8566
摘要：本文对±800kV 直流输电线路上可能用到的几种典 型大吨位绝缘子的污闪特性进行了系统的人工污秽试验 研究。对于线路可能用到的 V 形串及双 I 串并联结构，本 文通过试验分析了 V 形和双串并联结构对绝缘子串污闪电 压的影响。试验研究结果表明，大吨位绝缘子的直流污闪 电压与串长之间仍存在较好的线性关系，V 形绝缘子串的 污闪特性与 I 形串基本一致，可以直接使用 I 形串的试验 结果，但并联绝缘子串间距则对绝缘子串污闪特性存在显 著影响，并且串长不同时，并联绝缘子串间距对其污闪电 压的影响效果不同。文章给出了考虑现场等值盐密与试验 盐密关系校正的基础上，利用本文的试验结果，进行± 800kV 特高压直流输电工程外绝缘参数计算和线路绝缘子 选型的方法。
1:1
20 0.03
1.0
1:1
电瓷
XZWP30
0.05
1.0
1:1
300
30 0.1
1.0
1:1
22 0.03
1.0
1:1
CA-776EZ 24 0.05
1.0
1:1
24 0.1
1.0
1:1
10 0.03
1.0
1:1
CA-778EZ
10 0.1
1.0
1:1
玻璃
22 FC300P
0.05
1.0
1:1
片数 间距/ mm
染污条件
60
-
60*2
600
60*2
550
SDD: 0.10 mg/cm2
60*2
500
23
-
NSDD: 1.0 mg/cm2
23*2
500
13
-
13*2
500
13*2
800
SDD: 0.05 mg/cm2 NSDD: 1.0 mg/cm2
试验所用的绝缘子型号为 CA-776EZ。试验时， 长串绝缘子的试品悬挂情况如图 6 所示。
在±800kV 特高压直流输电线路上，300kN 及 以上的大吨位绝缘子需要得到大量应用。线路绝缘 子串长的增加，要求其串形结构有所变化，如采用
络或耐受结束，采用升降法获取绝缘子串的 50％直 流污秽闪络电压（U50%）。 2.2 试品
试品包括 300kN 钟罩型绝缘子 CA-756EZ、 550kN 钟罩型绝缘子 CA-785EZ，Baidu Nhomakorabea00kN 双层伞型 电瓷悬式绝缘子(XZWP-300)，300kN 三伞型绝缘 子 CA-776EZ 和 420kN 的 三 伞 型 绝 缘 子 CA-778EZ ， 300kN 钟 罩 型 玻 璃 悬 式 绝 缘 子 FC300P，以及四种伞形结构的复合绝缘子试品。 其中，瓷和玻璃绝缘子试品的结构参数如表 1 所 示，外形图如图 1 所示。复合绝缘子试品的结构 参数如表 2 所示，外形图如图 2 所示。
（a）单 I 串（60 片）
式中 U 为升降法确定的闪络电压，kV；σ为标准
偏差，通常可取 7％。
（3）进行可溶盐的盐密修正，校正系数为 K1；
进行灰密修正，校正系数为 K2；进行上下表面污秽 不均匀分布修正，校正系数为 K3，可分别由不同的 校正公式得到，具体方法可参考文献[9]。修正后的
耐受电压 Un’由式 5-3 决定：
28 0.1
1.0
1:1
表 4 复合绝缘子直流污秽试验条件
伞型
试品
盐密 mg/cm2
灰密 mg/cm2
0.05
1.0
1#
0.1
1.0
一大二小 2#
0.25
1.0
0.1
1.0
0.25
1.0
0.1
1.0
3#
0.25
1.0
一大一小
4#
0.1
1.0
0.25
1.0
络电压与表面盐密之间的关系曲线图 3 所示、复 合绝缘子试品单位绝缘高度上的 50%污秽闪络电 压与表面盐密之间的关系曲线图 4 所示。
图 1（c）
195
5
CA-778EZ
图 1（c）
205
645
380
5330
550
525
365
4021
300
670
402
5591
300
630
407
5324
420
6
玻璃
FC300P
图 1（a）
195
700
380
5373
300
2
±800kV 长串绝缘子污闪特性及绝缘子选择研究
表 2 复合绝缘子的几何参数
2 ±800kV 线路绝缘子污闪特性
2.1 试验方法 污秽试验按照 IEC61245:1993《直流系统用高
压绝缘子人工污秽试验》[4]规定的试验程序进行，
关键词：±800kV；直流； 绝缘子；污秽试验；长串
1 简介
绝缘子表面染污采用固体污层法。绝缘子表面的污 秽物使用 NaCl 和高岭土。试验时，先对染污的绝 缘子施加电压、然后用清洁雾进行湿润、持续至闪
对试验结果进行比较可以发现：
（1）对于 13 片串长的双串，在表面 SDD 和 NSDD 分别为 0.05 mg/cm2 和 1.0 mg/cm2 的试验条 件下，当并联串间距 D 分别为 800mm、500mm 时， 其 U50%与单 I 串基本相同，相互间相差不超过 1.5%。
（2）在表面 SDD 和 NSDD 分别为 0.1 mg/cm2 和 1.0 mg/cm2 的条件下，对于 60 片串，当并联串 间距 D 为 600mm 时，其 U50%与单 I 串基本相同， 而当 D 距减小时，其 U50%也会有所下降，如 D 减
表 1 悬式绝缘子的几何参数
序号 1
材质
型号 CA-756EZ
伞型 图 1（a）
结构高度 (mm) 195
爬电距离 (mm) 635
盘径 (mm) 400
表面积 (cm2)
5286
机械负荷 (kN) 300
2
CA-785EZ
图 1（a）
240
3
电瓷
XZWP-300
图 1（b）
195
4
CA-776EZ
得到每片瓷和玻璃绝缘子试品的 50%污秽闪
表 3 瓷和玻璃绝缘子直流污秽试验条件
材质
型号
盐密 灰密 片数
mg/cm2 mg/cm2
上下表面 污秽比
18 0.03
1.0
1:1
CA-756EZ 22 0.05
1.0
1:1
22 0.1
1.0
1:1
10 0.03
1.0
1:1
CA-785EZ
10 0.1
1.0
4
±800kV 长串绝缘子污闪特性及绝缘子选择研究
小为 500mm 时，其 U50%分别下降 6%。然而，对于 23 片双串绝缘子，当 D 为 500mm 时，其 U50%相对 单 I 串的结果仅降低了 2%。显然，对于 60 片双串 和 23 片双串，当它们的 D 同为 500mm 时，串长的 增加会导致并联绝缘子串的 U50%下降，即此时直流 污闪电压与串长之间不再是线性关系。
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 0
BBS 1# BS 4# BBS 3# BBS 2#
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
SDD (mg/cm2)
图 4 复合绝缘子 50%污闪电压和盐密的关系曲线
3 大吨位长绝缘子串的污闪特性
尽管绝缘子的直流污闪电压和绝缘子的串长 呈线性关系[6-7]，但为了提高±800kV 直流线路外绝 缘设计的可靠性，绝缘子串长的确定仍需在尽可能 长的绝缘子串下进行。
试验在日本 NGK 公司电力研究所的人工污秽 试验室进行，试验电源采用三相全波整流方式，输 出电压为±750kV，输出电流为 2.5A 时的压降小于 5%，电源的性能满足相关试验要求[8]。
本次试验研究的绝缘子染污条件如表 5 所示。 试验方法与在中国电力科学研究院进行的污秽试 验相同。
表 5 瓷绝缘子直流长串污秽试验条件
可控硅调压装置，在持续 0.5s 的 500mA 阻性负载
电流下，试品上的电压降小于 5%，电压过冲小于
8%。雾室的尺寸为：长 12m，宽 12m，高 15m。
试品的染污条件如表 3 和表 4 所列。复合绝缘
子的试验在染污、干燥 14 小时后进行，根据文献
[5]，此时绝缘子表面污层的憎水性仍接近 HC7 级。
伞型
试品
盘径 (mm)
爬距 (mm)
伞间距 (mm)
绝缘高度 (mm)
每米绝缘高度的爬距 (mm)
1#
一大二小
2#
3#
一大一小
4#
218/147/147 189/110/110 175/125/125
175/125
12120 13877 6339 6235
110/33/38 90/31/29 120/42/38
U n' = K1K 2 K3U n
（3）
对于双伞型绝缘子和三伞型绝缘子，由于它们
的自清洁性好于钟罩型绝缘子，其表面积污量较钟
罩型绝缘子，可适当减小。同样地，对 V 形绝缘子
串的积污量也可根据实际情况进行适当减小。
0 0
CA 776
CA 756
20
40
60
片数
图 5 绝缘子 50%闪络电压和绝缘子片数的关系
不同串长条件下的获得的污闪电压与串长之间 的关系如图 5 所示。本次的试验结果表明，大吨位直 流悬式绝缘子串的 50%污秽闪络电压与绝缘子片数
（串长）呈线性关系（线性相关度 0.9976 以上）。试 验结果为±800kV 直流线路绝缘子片数的选择提供 了更可靠的数据支持。
90/47
2950 3925 2020 2020
4108 3536 3138 3087
（a）
（b）
（c）
图 1 瓷/玻璃绝缘子外形示意图
（a）一大二小 (BSS)
（b）一大一小 (BS)
图 2 复合绝缘子试品外形图
2.3 试验条件
试验首先在中国电力科学研究院的±600kV
直流污秽试验室进行，电源系统采用倍压整流的
25
CA-785EZ
CA-778EZ
20
CA-756EZ
15
FC-300P
XZWP-300
10
CA-776EZ
U50% (kV)
5
0
0
0.05
0.1
0.15
SDD mg/cm2
图 3 瓷和玻璃绝缘子 50%污闪电压和盐密的关系曲线
2009 特高压输电技术国际会议论文集
3
单位绝缘高度上的U50% (kV/m)
5 双串并联绝缘子串间距离对绝缘子串污 闪电压的影响
在±800kV 直流输电线路上，为了提高某些悬 挂的机械强度可靠性，双串或多串并联结构会被采 用。为研究双串并联绝缘子串的串间距离（D，绝 缘子串的中心距）对绝缘子串污闪电压的影响，分 别进行表 6 所示条件的直流人工污秽试验。
表 6 人工污秽试验条件及试验结果