流场空气间隙放电特性的高海拔校正

·本文是贵州一广州－ｔ－５００ ｋＶ直流工程咨询项目“±５００ ｋＶ贵广直流输电工程安顺换流站外绝缘设计与高海拔修正”的子课题之一。主 要工作人员还有李庆峰、梁宝生、李鹏、李明、陈磊、马仪、吴泽辉、龚天森、胡晓、余波等。
万方数据
２６
电力设备
第６卷第８期
验范围确定为２—４．２ ｍ。 １．３试验结果与分析
２００５年８月 第６卷第８期
电力 设备
Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅａｕｉｐｍｅｎｔ
Ａｇｕ．２００５ ＶＯＩ．６ ＮＯ．８
换流站直流场空气间隙放电特性的高海拔校正 寨
宿志一１，尚 涛２，王代荣３
（１．中国电力科学研究院，北京市１０００８５；２．中国南方电网有限公司，广东省广州市５１０６２０； ３．西南电力设计院，四川省成都市６１００２１）
（ｂ）硬母线一构架和遮栏间隙
。一电科院ＧＢ校正；口一云南所ＧＢ校正； Ａ一电科院ＤＬ校正；ｘ一云南所ＤＬ校正
图２标准大气条件下母线。构架和遮栏间隙的 操作冲击放电特性
从图２看出，对于软母线一遮栏和构架这种典型 间隙布置，不同海拔高度得到的正极性操作冲击放电 电压校正后的曲线是相当近似的；而对于管母线一遮 栏和构架这种典型间隙布置，小间隙时不同海拔高度 的试验结果相近，但随着间隙距离的增加，不同海拔 高度的试验结果差距会增大（间隙为４．２ ＩＴＩ时放电电 压相差７％）。
根据安顺站１９９０～２０００年每日４次气象数据， 可以计算出安顺地区多年月最小相对空气密度平均 值和多年月最小相对空气密度平均值，其分布图见图 ４。安顺市及邻近郊县的月最小相对空气密度和最小 绝对湿度同时出现在每年３～４月，故换流站站址处 的最小相对空气密度６幽值和最小绝对湿度ｈ。ｉ。值分
ｌＩ
｝ ＾、
将两地典型间隙的操作冲击放电电压的实测值均 校正到标准大气条件下时，二地校正值的误差见表２。
技术与应用
宿志一等：换流站直流场空气间隙放电特性的高海拔校正
２７
表２标准大气条件下两地典型间隙的操作冲击放电电压的误差
表２的统计表明，在海拔２ ０００ ｍ以下时，为解决
工程问题可以使用ＧＢ／Ｔ １６９２７－－１９９７引入的ｇ参数 法修正不同海拔高度直流典型间隙的放电电压，也可 以使用ＤＬ／Ｔ ６２０－－１９９７规定的校正方法修正放电电
１ 不同海拔高度下操作冲击模拟试验
１．１试验装置与试品 低海拔和高海拔的直流场典型间隙操作冲击模
拟试验分别在电科院高压试验大厅（４３ ｍ Ｘ ３０ ｍ Ｘ ２６．５ ｍ）和云南所户外高压试验场（１０００ ｍ２）进行。 试验装置与模拟试品的主要尺寸及参数见表１。
试验地点 海拔高度／ｒｌｌ 试验装置 管母线 软母线 构架与遮拦 导线对地距离／ｎｌ
图１模拟典型间隙的操作冲击放电特性
从图１可见：①就母线对构架和遮栏的布置而言，母 线对构架和遮栏呈垂直布置，较平行布置时的正极性操 作冲击放电电压更低，如电科院试验软母线对构架和遮 栏呈垂直布置的试验数据（２ ｍ以上）低于平行布置的数 据；②同样是母线对构架和遮栏呈垂直布置时，软母线对 构架和遮栏间隙的放电特ｌ生曲线与硬母线对构架和遮栏 间隙的放电特ｆ生曲线有一交叉点：电科院试验时交叉点 在间隙距离３．８ １１０－处，在交叉点以下时软母线的放电电 压低于硬母线的放电电压，３．８ ｍ以上时硬母线放电电 压低于软母线的放电电压；云南所试验时交叉点则在 ４．０ ｍ处，其原因除试验的分散性外，可能与云南所使用 的管母线直径大（１５０ ｍｍ）有关。
０７
， Ｉ
＊｛
Ｊ≮
１ ｋ，‘
淡
．≯’久
Ｉ— ｒ
’ｌ ■－‘ 、－‘ 、－６’
、，
图３按实测插值法求取安顺换流站母线一构架 和遮栏间隙的操作冲击放电特性
２．３．２直接校正法 将低海拔的试验结果校正到标准大气条件下，按
照ＧＢ／Ｔ １６９２７－－１９９７引入的ｇ参数法（或ＤＬ／Ｔ ６２０ 规定的校正方法）使用所处海拔高度的大wk.baidu.com条件（相 对空气密度和绝只，－ｊ－湿度）确定该海拔高度的间隙放电 电压。通常在工程中要对当地的气象资料进行统计 分析，确定当地的相对空气密度和绝对湿度，确定外 绝缘的大气校正系数。参数的选择以往有取多年平 均值和取多年极端值（即多年最小相对空气密度及多
。ｊ∥
／／
瑚
１
，
２
３
４
５
阅腺距离Ｓ／ｍ
间隙距离肼ｎ
（ａ）软母线一构架与遮栏间隙
（ｂ）硬母线一构架与遮栏间隙
…·电科院；…－一云南所；——实测插值法结果
之处：前者没有考虑可能出现的恶劣气象条件；后者 未顾及最小绝对湿度和最小相对空气密度同时出现 的概率非常小而趋于保守。电科院提出采用累计概 率为５０％的多年平均值或采用月极小值的多年平均 值作为参数。本文采用月极小值的多年平均值作为 参数，即取月最小相对空气密度及月最小绝对湿度的 多年平均值同时出现时的月份的多年月最小相对空 气密度和最小绝对湿度。
母线一构架和遮栏间隙的放电电压见图３。实测插值
法虽不完善（如使用中未顾及不同试验地点的湿度影
响），且采用线性插值的理由也显得不够充分，但其最
突出的优点是简单方便，而从工程实际考虑需要两个
不同海拔高度的试验显得过于麻烦，故采用实测插值
法是综合权衡的结果。
姗 ●，
＞
姗
∥
芒 Ｓ
澎。
出
ｍ
印
粤 籍
＞岜。Ｓ出神脚崧 咖
万方数据
中图２）；ｍ和形为校正指数，其值可从它们与ｇ参数
的关系曲线（见ＧＢ／Ｔ １６９２７．１中图３）中查得，仅适
用于海拔２ ０００ ｍ以下。
ＧＢ／Ｔ １６９２７．１引入的ｇ参数
ｇ＝ＵＢ／（５００ＬＢＫ）
（２）
式中，％为实际大气条件下的５０％放电电压（测量或
估算值），ｋＶ；￡为最小放电路径，ｍ；相对空气密度８
经研究表明，无论是棒一板问隙，还是导线一塔间 隙，预加的直流电压都可以改善正极性操作冲击的绝 缘强度。因此，可用纯正极性操作冲击来确定换流站 直流场空气问隙的距离。由于空气间隙的正极性操作 冲击放电电压低于负极性操作冲击放电电压，因此本 文只对空气间隙的正极性操作冲击放电电压进行研 究。此次试验主要是在中国电力科学研究院（简称电 科院，处在低海拔地区，海拔高度为５０ ｍ）高压试验大 厅完成的，同时结合云南电力试验研究所（简称云南 所，处在高海拔地区，海拔高度为ｌ ９７０ ｍ）高压试验基 地的试验结果，进行了高海拔验证，从而提出了高海拔 修正意见。
摘要：整理和分析了中国电力科学研究院和云南电力试验研究所有关换流站直流场典型电极的操作波放电特性模 拟试验数据，讨论了不同海拔高度下典型间隙的操作冲击放电电压的校正方法。文章指出：可以根据ＩＥＣ和国家标 准提出的ｇ参数法以及文中得出的典型间隙公式确定海拔２ ０００ｍ以下的换流站直流场的空气间隙。 关键词：换流站；直流场；空气间隙；操作冲击 中图分类号：ＴＭ７２１；ＴＭ８５２
图５按直接校正法求取安顺换流站母线－构架 和遮栏间隙的操作冲击放电特性
２８
电力设备
第６卷第８期
从图５看出，当母线对构架和遮栏的间隙距离在 ２～２．５ ｉｎ范围内时，直接校正法与实测插值法的计算结 果相差较大，１０％左右；当间隙距离大于３ ｉｎ时，二者仅
相差５％；当间隙距离为４ ＩＴＩ时二者误差可忽略不计。 安顺换流站直流场典型空气间隙的操作冲击放
试品布置
表１ 试验装置与模拟试品的主要尺寸及参数
电科院高压大厅（４３ ｍ×３０ １１１×２６．５ ｉｎ） ５０
３ ６００ ｋＶ、１８０ ｋＪ冲击电压发生器，可产生＋２５０／２ ５００妒的 标准操作波
长１０ ｉｎ，直径１１０ ｍｍ，两端装屏蔽环 长１０ ｍ，由４根西３４ ｍｍ镀锌铁管组成的分裂导线（分裂问 距为１７０ ｍｉｌｌ），两端装屏蔽环 模拟钢构架高１．８５ ｎｌ，模拟遮栏高１．８ ｍ，二者相距２．５ ｍ
低海拔与高海拔模拟典型间隙操作冲击放电特 性的试验结果见图１。
姗枷
＞
芒
Ｓ
姗瑚啪
出
脚
印 咖咖
籍
啪瑚㈣
纩／ 压 ／６
黝√ ∥电∥． ，７
／矿％ ，，’ ｒ，
ｙ．，：／ ｔ．，夕
仁。７ ｆ
间隙距离Ｓ／ｍ
ｏ一硬母线一构架与遮栏（云南所，垂直）；口一软母线一构架与遮栏【云南所，垂直）； ６一硬母线一构架与遮栏（电科院，垂直）；ｏ一软母线一构架与遮栏Ｉ电科院，垂直ｌ
２空气间隙放电电压的海拔校正
２．１ 外绝缘放电电压的大气条件校正 我国现有的国家标准和行业标准，可用于海拔修
正或比较不同大气条件对间隙放电电压的影响。这 ２个标准是ＧＢ／Ｔ １６９２７．１一１９９７《高电压试验技术 第一部分》和ＤＬ／Ｔ ６２０－－１９９７（（交流电气装置的过电 压保护和绝缘配合》。按照这２个标准规定的方法， 可以将不同试验地点的实测值换算到标准大气条件 下的放电电压进行比较。
年最小绝ｘ，－Ｊ－湿度）２种方法。这２种方法各有其不足
万方数据
／
＞ 董
Ｓ 出 圈
罾 餐
么 ∥ ∥。
－，
∥７７
１４００ ＞ 芒
Ｓ１２０６ 出
墨１０００
耧
／
么
７／ ／
，
间隙距离Ｓ／ｍ
间隙距离Ｓ／ｍ
（ａ）软母线一构架和遮栏间隙
（ｂ）硬母线一构架和遮栏间隙
——电科院数据；——直接校正到安顾站数据；…－实测插值法结果
相同间隙在不同地点获得的放电电压换算到标 准大气条件下时，其电压值应当是相同的。为此，将 电科院和云南所两地软母线对构架和遮栏的间隙放 电电压，以及硬母线对构架和遮栏的间隙放电电压， 校正到标准大气条件下进行比较。
标准大气条件下的母线一构架和遮栏间隙的操 作冲击放电特性曲线见图２。
（ａ）软母线一构架和遮栏间隙
相距２．５ １１１ ６
软母线与构架和遮栏平行（软母线在遮栏侧构架正上方）； 软母线与构架和遮栏垂直（软母线最低点在构架正上方）。硬 母线只与构架和遮栏垂直（软母线最低点在构架正上方）布置
软、硬母线与构架和遮栏垂直（软母线最低点在 构架正上方）
１．２试验条件与试验方法 气象参数的测量，两地统一使用动槽式水银气压
ＧＢ／Ｔ １６９２７．１—１９９７规定＃１－绝缘放电电压可按 式（１）校正。
Ｕ＝矿Ｋ”Ｕｏ
（１）
式中，砜为标准大气条件下的放电电压，ｋＶ；Ｕ为实
际放电电压，ｋＶ；６为相对空气密度，６＝鲁·骂｝鲁；
∥为湿度校正系数，Ｋ取决于试验电压类型，并为空
气绝对湿度ｈ与艿之比ｈ／６的函数（见ＧＢ／Ｔ １６９２７．１
压。两种方法相比较，使用前者校正的误差较小。
２．３ 空气间隙放电电压的海拔校正方法 ２．３．１试验插值法
根据多个海拔高度试验结果的拟合曲线来确定
不同海拔高度的间隙放电电压。本次试验研究仅在
５０ １１＂１－和１ ９７０ Ｉｎ ２个海拔高度下进行，因此按实测插 值求取安顺换流站（海拔１ ４２０ ｉｎ，按１ ５００ ｍ计算）
计和通风式干湿温度计记录气压和干、湿球温度。为 使两地试验结果易于比较，尽可能选取较干燥的晴好 天气，保障试验期间天气的稳定，特别是每一间隙的
试验要在同一气象条件下完成。 试验采用＋２５０／２ ５００灿（电科院）或＋２００／
１ ５００炉（云南所）操作波进行，采用升降法求取５０％放 电电压，每种工况放电次数为３０一４０次，间隙距离的试
６
云南所户外高压试验场
１ ９７０ ３ ６００ ｋＶ、１８０ ｌ【Ｊ冲击电压发生器，可产生 ＋２００／１ ５００斗ｓ的操作波 长９．６ ｉｎ，直径１５０ ｉｎｍ，两端装屏蔽环 长１０ Ｉｎ，由４根４，３４ ｍｍ镀锌铁管组成的分裂
导线（分裂间距为１７０ ｍｍ），两端装屏蔽环 模拟钢构架高１．８５ ｎｌ，模拟遮栏高１．８ ｉｎ，二者
和参数Ｋ为实测值。 ＤＬ／Ｔ ６２０－－１９９７规定外绝缘放电电压按式（３）
校正
ｕ＝矿ｕｏ／￡Ｐ
（３）
式中，‰为标准大气条件下的放电电压，ｋＶ；ｕ为实际放 电电压，ｋＶ；６为相对空气密度，取实测值或查 ＤＩＭＴ ６２０－－－－１９９７的附录表Ｄ１；日为空气密度校正系数， 对于操作冲击取Ｈ＝１＋０．００９（１１一ｈ），空气绝对湿度ｈ 取实测值或查ＤＩＭＴ ６２０－－－１９９７的附录表Ｄｌ；ｎ为特性指 数，对于正极性操作冲击取ｎ＝１．１２—０．１２１。，间隙距离 ｚｉ适用于１～６ ｒｔｌ范围内。 ２．２标准大气条件下操作冲击放电特性
当换流站直流场设备空气间隙结构不同时，其操
作冲击击穿电压是不一样的。根据我国葛州坝一南 桥（简称葛南）高压直流换流站和天生桥一广州（简 称天广）高压直流换流站以及国＃１－直流工程换流站 （如美国太平洋联络线Ｓｙｌｍａｒ站和ＩＰＰ工程Ａｄｅｌａｎｔｏ 站等）直流场设备的布置情况，选取管母线一构架与 遮栏、软母线一构架与遮栏作为典型电极。