高电压绝缘相关技术分析及应用

高电压绝缘相关技术分析及应用

吕玉春

广东吉熙安电缆附件有限公司

摘要：经济的发展，推动了我国电力行业的发展，超高压等级输电线路构成了我国电力网络的骨干架构，其中330、750kV为我国西北地区特有电压等级。自1972年6月我国第一条330kV超高压刘天关线投运以来，已将西北电网建设成了东西互送、水火互补的坚强大电网。以宁夏为例，目前330kV及以上交流输电线路总长度已逾5200km，重要性不言而喻。架空地线是超高压输电线路的重要组成部分，对保护线路免受雷击和感应过电压危害具有重要意义。但由于与导线间的静电及电磁感应效应，架空地线中不可避免地产生较大感应电压。研究架空地线上感应电压大小和影响因素对优化架空地线设计，提高线路运行安全性至关重要。

关键词：高电压绝缘；技术分析；应用

引言

随着社会的高速发展，绝缘技术当前发展非常迅速，交流电机小型化的趋势越来越明显，重量也越来越轻，对绝缘技术的应用提出了更高的要求，要求机电设备能够在更加恶劣的环境中运行，能够经受得住环境的考验。我们了解到，不合理的伞裙形状易使相邻伞裙间局部爬电距离被空气放电短路，从而发生伞裙间飞弧短接。据不完全统计，1982—1997年，国产和进口的500kV变压器、电抗器、互感器、断路器和避雷器上的套管由于伞裙形状不合理先后发生数十起雨闪事故。如葛州坝电厂使用的日本日立公司喷涂RTV的瓷空心绝缘子，由于伞裙结构较为密集，在暴雨时雨水连成链状引起闪络。复合绝缘子是近十几年发展起来的新型材料结构的绝缘子，目前国内外皆未对其伞裙形状进行系统研究，而是在参照棒形瓷支柱绝缘子伞型的基础上进行设计的。此外，按照传统伞形设计的支柱绝缘子覆冰后，冰棱桥接，容易发生冰闪事故。

1高电压大容量变压器绝缘技术的发展

随着绝缘技术的不断发展，对各种大容量变压器的应用越来越多。在技术高速发展的今天，越来越多的交流电动机面临着被淘汰的局面，很多大容量变压器逐渐使用B级绝缘体系来代替F级绝缘体系，电机的额定容量也不断提升。为了实现环境的可持续发展，各种低能耗技术逐渐得到应用，对电机提出了高导电、高导磁率的要求，这样才能保证电机的空载率，这对变压器绝缘技术的应用，提出了更高的要求。在相关研究中发现，虽然电动机采用了不同的绝缘材料，但绝缘结构基本是一样的，根据制造工艺可以分为胶模绝缘和少胶浸渍绝缘体系。

2高电压绝缘相关技术应用

2.1复合支柱绝缘子覆冰闪络特性

复合支柱绝缘子冰闪试验在特高压交流试验基地环境气候实验室进行。实验室罐体直径22m，高32m，净空间直径20m、高25m。环境气候实验室能够模拟覆冰、污秽、高海拔等特殊自然条件。穿墙套管外绝缘采用瓷套，内绝缘采用油纸绝缘，额定电压为800kV。复合支柱绝缘子覆冰试验采用带电覆冰，使用旋转钢棒记录覆冰厚度，采用恒压升降法获得U50。根据4种伞形结构的复合支柱绝缘子覆冰闪络试验结果，计算获得单位爬距上的覆冰闪络电压，复合支柱绝缘子4号单位爬距覆冰闪络电压值高，较1号、2号、3号复合支柱绝缘子分别提高29%、30.2%和16.9%，4种伞形复合支柱绝缘子的大伞间距分别为72、60、96和108mm，1号和2号复合支柱绝缘子覆冰结束后大伞间完全桥接，见图1(a)，闪络电压偏低，3号和4号复合支柱绝缘子覆冰结束后，存在部分伞未完全桥接，见图1(b)，闪络电压略高，考虑冰闪的复合支柱绝缘子设计，需在保证大伞盘机械强度的条件下，加大大伞伞径，在保证爬电距离的前提下，提高大伞间距。

图1复合支柱绝缘子覆冰状态

2.2绝缘架空地线感应电压仿真

对于某条采用绝缘架空地线的线路而言，除地线接地处的杆塔外，其余某级或某几级杆塔的导、地线可近似认为是导线带电、地线对地完全绝缘(两端不接地)的状态，此时在地线上产生的感应电压中静电耦合分量起决定性作用，可近似为静电耦合电压。已有的研究表明，同等条件下，两端均不接地产生的静电感应电压远大于一端接地、另一端不接地情况下的电磁感应电压。

2.3绝缘架空地线用新型接地装置设计

前面仿真分析的是全绝缘架空地线上产生的感应电压且按最大值考虑，而实际运行中的绝缘架空地线全线至少有一点接地，这种情况下还有电磁感应作用。理论和实际运行经验表明，110kV及以上线路架空地线单点接地时，地线端部感应电压可达几万伏特。因此，作业人员应采取将绝缘架空地线接地等必要措施以保证人身安全。对于330kV及以上超高压输电线路的绝缘架空地线的接地操作，因缺乏专用接地线/装置，常采用用于导线接地的成套接地线来完成，工作效率低且检修成本较高。因此，设计一种可用于超高压输电线路绝缘架空地线接地的新型接地装置，其串联一大电阻以缓冲因感应电压过高时在直接接地过程中起弧造成的危害。新型接地装置主要由接地线头(线夹)、绝缘杆(附带增强绝缘手柄)、电阻切换装置及接地软铜线组成。接地线头采用导电性能好、接触电阻小的材质制成，具有足够的机械强度和与地线良好稳固的接触；电阻切换装置主要作用为：在初接地时通过一个大电阻接地，待电荷释放一部分后换为直接接地，可避免初接地时产生电弧伤害；作业人员手持绝缘手柄下部，与架空地线保持足够的安全距离。根据仿真分析结果，按照极限情况下的感应电压最大值考虑，绝缘杆长度设计为1.5m，缓冲电阻取200kΩ。经验证，该新型接地装置满足现场绝缘架空地线接地要求，且质量更轻、强度更高，便于作业人员携带及使用。

2.4绝缘漆管

绝缘漆管是最近几年开发出来的材料，在高压领域应用相对比较多，绝缘漆管的底材通常为玻璃纤维或者棉纱，其种类相对比较多，主要包括改性聚氯乙烯树脂、醇酸清漆、油性绝缘清漆、硅橡胶浆。在实际使用过程中，需要认真做好漆管的浸渍工作，保证漆膜的完整性，在通常的情况下，其可以承受5kV左右的电压，击穿电压也相对比较低，可以维持在2kV左右，在受潮的状态下，其击穿电压也会大于1．5kV。LDF绝缘体系实际应用时间已经比较长，研发人员在该材料的研发工作中，投入了非常大的力度，在低压机电绝缘领域中的应用比较多，广泛应用在同步电机、变频电机当中。我们都知道，LDF绝缘体系的使用性能比较突出，绝缘层的厚度也相对比较薄，具有比较强的耐热性、稳定性，电气性能也非常突出。通过该绝缘体系的使用，可以降低出现安全隐患的概率，设备运行的安全程度会更高一些，绝缘工艺使用相对比较简单，有利于工程技术人员的掌握。在具体的使用过程中，为了保证节能效果，应该尽量做到净化生产。通过该技术的应用，绝缘厚度越来越薄，相信经过该技术的进一步发展，其厚度可以降低到1mm。通过该体系的应用，可以有效满足生产的实际需要，材料体系也相对比较丰富，能够满足市场发展的实际需要。

结语

总之，对于同塔双回线路，在某些特定情况下，检修线路上方绝缘架空地线的感应电压甚至接近于两回同时运行时。因此，无论输电线路是否带电，作业人员在进行涉及绝缘架空地线的检修作业时都必须采取可靠措施以保护人身安全

参考文献

[1]黄鉴.西北电网750kV电压等级的合理确定[J].宁夏电力，2003(1)：1-5.

[2]中国电力企业联合会.交流输电线路架空地线接地技术导则：DL/T1519—2016[S].北京：中国电力出版社，2016：2-6.