特高壓輸電技術新進展《高電壓技術（第三版）》課

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篇

新輸電系統所推進的高電壓技術課件制作者：浙江大學 趙智大第十二章直流輸電中的高電壓技術UHVDC第四節

高壓直流架空線路的絕緣在選擇和設計直流線路絕緣時，必須關注它在運行條件、結構型式、設計原則等方面有別于交流線路的特點，諸如：·

直流絕緣子的染污過程特點；·

直流絕緣子金屬部件的電化腐蝕；·

直流絕緣子的結構和運行特點；·

作用在線路絕緣上的過電壓波形；·

直流絕緣子類型和片數選擇；·

直流線路各種空氣間距的確定，等等。其中有些問題將放到以后各節中再作討論。對直流架空線路絕緣的基本要求可分為下列三個方面：（1）能夠長期耐受運行電壓。直流下絕緣子染污速度快、電氣強度下降得多，腐蝕問題嚴重，所以應采用特殊的直流絕緣子。（2）能夠耐受正常操作及故障所引起的操作過電壓。（3）應該使直流架空線路的雷擊故障率處于容許值以下。一、直流線路絕緣子◆

高壓直流絕緣子運行條件的特點● 在直流電壓的作用下，絕緣子表面的積污量和

積污速度要比交流下嚴重得多;● 污穢在絕緣子表面上的分布更不均勻;● 在直流下表面積污對絕緣子閃絡特性的影響更

為嚴重;● 絕緣子的鐵腳和鐵帽上存在嚴重的腐蝕現象（鐵腳上必須加鋅套）；● 在直流電壓下，合成絕緣子的抗污閃能力要比電瓷和玻璃絕緣子好得更多。

直流線路絕緣子的類別

直流玻璃絕緣子

直流瓷絕緣子在我國建設第一條±500kV葛南直流線路時,對絕緣子類型的選擇僅考慮以上二種,最后選用的是瓷絕緣子(

日本NGK公司的產品

)。

直流合成絕緣子我國電力系統開始采用合成絕緣子較德、美等國為晚，但發展很快，使用效果良好：交流系統——已用200多萬支，用量已居世界第二

位；直流線路（±500kV）——用量已達11000多支，居世界第一位。圖日本NGK公司的直流瓷絕緣子剖面圖直流絕緣子在運行中還會遇到的一個突出的問題是電化腐蝕現象。電蝕導致絕緣子損壞，是由于兩方面的過程所致：①鋼腳變細，導致絕緣子的機械強度大幅度下降；②電蝕生成物在體積上的膨脹導致瓷體或玻璃件受壓破裂。為了解決這個問題，目前最通用的辦法是在鋼腳上加鋅套，如圖12-10

所示。它一般可使直流絕緣子的壽命延長一倍左右。已建成的直流線路所采用的絕緣子大都是玻璃絕緣子或瓷絕緣子，但在近年來新建的直流線路上采用合成絕緣子也越來越多，特別是我國已成為世界上使用直流合成絕緣子最多的國家。直流絕緣子的結構型式一般均為耐污型，即具有較長的表面泄漏距離，以利于縮短絕緣子串的總長度。美國的研究表明：理想的直流絕緣子的泄漏距離l

與高度H的比值范圍約為2.5~3.0（普通交流絕緣子只有2.0左右）。此外，直流絕緣子還應具有良好的自潔性能。下圖為高壓直流合成絕緣子的外形一例。直流線路的實際運行經驗表明：在大氣嚴重污穢的地區（例如海濱或某些工業區），單靠增大泄漏距離往往仍不能使泄漏電流減小到足夠低的水平，還需要采取一些其他的輔助措施以減小泄漏電流，例如：（1）涂硅脂。在絕緣子表面涂上硅脂，能使其絕緣性能顯著改善、泄漏電流大大減小，因為這種材料具有憎水性和埋置外來固體微料的特性，從而能阻止表面上連續導電層的形成。不過，當所埋微粒達到某一飽和狀態時，硅脂將突然喪失其限制表面電導的性能；所以，涂層必須定期清除和更新，其周期可為數月到數年，這取決于該地區的污穢程度。（2）加強停電清洗或帶電清洗。美國太平洋聯絡線的南段（該地區雨水較少、干燥期較長），投運后曾因汽車廢氣污染而導致頻繁的污閃，后來采取補救措施，除將絕緣子從27片增加到30片，使泄漏比距增大為3.43cm/kV外，還把絕緣子的清洗周期縮短到60天左右。（3）在某些工程中（例如日本的“北—本線”），當污染特別嚴重、氣候又特別惡劣時，還曾試用“降壓運行”這樣的應急措施來避免污閃事故的發生。顯然，上述幾種輔助措施都會給運行單位帶來麻煩，而且它們的作用也是有限的。所以，在建設直流輸電工程時，應注意把換流站址和線路路徑選得離工業區和其他污染源遠一些。二、空氣間隙直流架空線路上的空氣間隙包括極導線間、導地線間、導線對地、導線—桿塔間的空氣間隙。正確選擇應有的氣隙長度（空氣間距）是一個十分重要的問題，它對桿塔型式及尺寸、線路走廊寬度、線路建設費用、線路運行可靠性都有很大的影響，在超/特高壓線路的情況下尤為突出。為此，不少研究者曾對幾種典型電極構成的典型氣隙的擊穿特性進行了實驗研究，下面將引用其中一些成果。但如直流輸電電壓達到±600kV以上的特高壓范疇時，仍應結合實際工程開展實際氣隙的擊穿特性研究，以免套用典型氣隙的數據所可能造成的浪費。在介紹各種氣隙的擊穿特性之前，需要先說明試驗電壓的波形。迄今為止，國際上還沒有統一的用于直流輸電系統的試驗電壓標準波形。但從直流輸電系統絕緣上可能受到的過電壓波形出發，有較多國家采用由一直流電壓分量Udc與一沖擊電壓分量ui疊加而成的試驗電壓波形，如圖12-11所示。其中沖擊電壓分量ui又可分為兩類：（1）

雷電沖擊波：波前時間T1為若干μs，半峰值時間T2為50μs左右；（2）

操作沖擊波：波前時間T1=100~300μs，半峰值時間T2=

10004000μs。下面就來介紹一些典型氣隙擊穿特性的實驗結果：（1）“棒—板”氣隙與“棒—棒”氣隙在正極性直流電壓下的擊穿特性實際上都是直線（試驗進行到1600kV為止），如圖12-12與圖12-13所示。在干燥的標準大氣條件下，它們的擊穿梯度分別約為：“棒—板”氣隙：“棒—棒”氣隙：4.8kV/cm；5.5kV/cm（2）在正極性操作波和正極性直流電壓相疊加的情況下，“棒—板”氣隙的擊穿電壓要比單純的正極性操作波下（Udc

=0）的擊穿電壓來得高（二者的差別在直流分量超過400kV時才開始顯著起來），但比單純的直流電壓下（Ui=0）為低（圖12-14）。（3）在上述