换流站阀厅内空气间隙均压环(双环)放电特性研究

换流站阀厅内空气间隙均压环(双环)放电特性研究

肖锐

【摘要】为分析换流站均压环(双环)对墙-地空气间隙特性,根据换流站阀厅内典型均压环(双环)的尺寸结构,选取典型尺寸Φ2200×600均压环(双环),在试验基地开展了有无支撑绝缘子、对墙/地空气间隙以及不同布置方式均压环(双环)的操作冲击放电特性对比试验研究.总结了不同因素对放电电压的影响规律,为换流站选择均压环(双环)空气间隙距离提供参考.

【期刊名称】《电力科学与工程》

【年(卷),期】2018(034)011

【总页数】5页(P74-78)

【关键词】均压环;标准操作冲击电压;空气间隙;放电电压

【作者】肖锐

【作者单位】国网湖北省电力公司宜昌供电公司,湖北宜昌 443000

【正文语种】中文

【中图分类】TM85

0 引言

阀厅空气间隙净距的选择直接决定特高压直流输电工程设计的结果，并影响工程造价。阀厅空气间隙净距的选择已经成为特高压直流输电工程设计中的关键问题之一[1]。近年来，国网电力科学研究院联合国内其他几家单位先后进行了不同电压等

级输电线路以及变电站高海拔地区外绝缘空气间隙放电特性研究，提出了高海拔地区绝缘子、空气间隙和电气设备外绝缘选择的方法、计算公式和具体建议等，均已被工程釆用[2]。八十年代中期，国网武汉高压研究所联合国内几家中试所(云南、青海、西藏)以及高等院校(清华大学、西安交通大学、重庆大学)在不同海拔实验室：武汉(海拔23 m)、成都(海拔506 m)、贵阳(海拔1 040 m)、昆明(海拔1 890 m)、西宁(海拔2 300 m)进行不同间隙结构以及绝缘子的外绝缘破坏性放电的比对试验，获得了不同大气参数下的宝贵数据，对高海拔外绝缘设计起到一定积极作用。但由于受到试验条件限制并考虑到当时绝缘水平的实际需求，故选取的空气间隙及绝缘子串较短，间隙类型也较单一[3，4]。随着间隙的增加，海拔修正因数与放电电压，特别是操作冲击放电电压的大小关系紧密，因此对于长间隙的放电特性以及海拔高度、大气条件对放电电压的影响还有待于进一步研究。国内重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室在人工气候室模拟低气压条件下对外绝缘放电特性进行了大量试验研究[5]，其中，主要研究不同间隙距离、不同模拟气压下的棒-板短空气间隙操作冲击放电特性，其放电特性试验数据是基于模拟试验所得。关于长空气间隙的冲击放电特性，世界上很多国家的不同机构进行过研究[6～8]。其中美国在20世纪60年代就进行了棒-棒、棒-板空气间隙的放电特性试验研究。20世纪70年代瑞典和意大利也对棒-棒、棒-板等典型空气间隙进行了放电特性试验研究[9～11]。

国内目前对金具均压环的研究主要在于线路绝缘子及支柱绝缘子均压环的结构优化设计及表面电场的分布计算，且主要集中在特高压交流线路方面[12～14]，而对于特高压直流阀厅均压环的研究较少，且阀厅均压环的超过2 m的长空气间隙实际放电的研究更少。由于高压阀厅直流穿墙套管处全部采用均压环(双环)结构，本文针对换流站阀厅内典型均压环(双环)的尺寸结构，在试验基地开展了有无支撑绝缘子、对墙/地空气间隙以及不同布置方式均压环(双环)的操作冲击放电特性对比

试验研究，总结了不同因素对放电电压的影响规律。

1 均压环双环放电特性试验及分析

空气间隙放电试验是一种随机试验，不同电极形状及不同间隙距离对应不同的间隙放电电压。在试验过程中，当施加电压较低时，由于电场强度不足以使间隙中空气发生电离而击穿，随着施加电压的逐渐升高，间隙击穿的比率也随之升高，当施加电压达到静态临界击穿电压时，由于放电的发展过程需要一定时间的电压作用才能击穿，因此空隙间隙不会立刻击穿。放电时延在一定程度上具有分散性，在一定时间之内，空气间隙有可能会击穿，也有可能不会击穿。在施加电压持续升高的过程中，间隙击穿的比率也随之增大到接近100%，发生击穿。

1.1 试验布置

在换流站阀厅中，所有支柱绝缘子、穿墙套管、管母线的端部和拐弯处，大多采用均压环屏蔽。并且在高压阀厅直流穿墙套管处全部采用均压环(双环)结构。本文试验参考换流站阀厅内实际均压环(双环)的结构，在试验基地开展了尺寸为Φ

2200×600均压环(双环)有无支撑绝缘子、对墙/地以及不同布置方式等不同空气

间隙情况下操作冲击放电特性的对比试验。

试验时，高压引线的扁铜线经70×70 m门型架下航吊连接的绝缘子串悬挂下垂再串联至均压环(双环)，正对下方的地面铺设18×18 m2金属板，金属板底部通过

铜线与远方地相连。试验冲击电压由7 200 kV/720 kJ冲击电压发生器产生，并

通过一台弱阻尼电容分压器进行测量(测量系统经国家高电压计量站(武汉)的校准，校准结果的总不确定度在±3%范围内)。

1.2 试验方法

试验按照《高电压试验技术第一部分：一般试验要求》[15]和《高电压试验技术第二部分：测量系统》规定的试验和测量方法进行[16]。外绝缘破坏性放电电压与大气环境条件有关。通常，给定空气放电路径的破坏性放电电压随着空气密度或湿度

的增加而升高。通过修正因数，可以将实际大气条件下的破坏性放电电压换算到标准参考大气条件下的电压值。

1.3 分析方法

在工程实际应用过程中，对于某一特定电极的空气间隙特性，一般采用50%放电

电压U50及标准偏差σ来评价。空气间隙在冲击电压作用下发生击穿的概率大致服从正态分布，其函数表达式如式(1)所示：

(1)

式中：U为破坏性放电试验冲击放电电压测量值；U50为空气间隙50%放电电压；P(U)为冲击放电电压为U时的概率；σ为标准偏差，主要反映放电电压U与U50的偏离程度。

从数学角度来讲，试验次数越多，试验数据统计所得50%放电电压与标准偏差越

准确，对分析空气间隙击穿特性越有利。然而，考虑到试验次数增加的同时，试验成本和试验时间也随之增加，由于所有试验均在户外进行，试验时间增加的同时，也带来了环境气象参数变化的弊端，对试验放电结果造成一定的影响，进而影响空气间隙放电特性，使得试验结果准确性下降。通常，使用多级法和升降法来确定空气间隙50%放电电压和标准偏差。多级法是指在试验过程中预先选择多个不同电

压等级电压，对每一电压等级分别多次加压，每级电压加压次数相同，统计每级电压下间隙放电次数，进而根据放电频率来确定间隙50%放电电压和标准偏差的方法。升降法是指在试验开始之前，先预加几次电压，找到一个接近临界放电电压的数值作为试验初始施加电压，在试验过程中，根据每次试验结果改变施加电压大小，若在试验过程中加压Ui之后间隙击穿，则根据以往试验经验选择适当ΔU，在下

次加压时应将电压降低ΔU至Ui-ΔU；反之，若间隙未击穿，则在下次加压时应

将电压升高ΔU至Ui+ΔU，通过统计统计每级电压下的放电次数和耐受次数，结