输电线路 V型串瓶口电气间隙的精确算法

输电线路 V型串瓶口电气间隙的精确算法

刘国祥

新疆新能电力建设科技发展有限公司 新疆乌鲁木齐 830026

摘要：V型绝缘子串因在线路工程中得到广泛应用,例如在猫头型直线塔中相一般均采用V型串。输电线路中相绝缘子串采用V型串能限制导线摇摆，缩小塔窗尺寸，改善铁塔受力情况，从而达到既缩小线路走廊宽度，又减少铁塔耗钢量的目的。V型串虽然限制了串和导线的摆动，但是铁塔瓶口电气间隙校验仍然是需要重视的环节。铁塔瓶口电气间隙指的是中相导线与塔身的最小距离，校验得出的铁塔瓶口电气间隙偏小，导致需使用较大的铁塔，会造成塔材大量浪费，经济指标差；校验得出的铁塔瓶口电气间隙偏大，在大风作用下导线可能会对铁塔构件放电，造成线路跳闸，甚至可能对带电作业的运维人员造成人身伤害。目前铁塔瓶口电气间隙的校验主要使用间隙圆法，该方法在校验导线挂点处的电气间隙时精度较高，在校验塔窗出线处的电气间隙时，该方法截取导线在塔窗出线处的垂直平面画间隙圆校验，把导线在塔窗出线处的位置当作导线与塔身最近的点，然而由于高差和小弧垂的影响，导线与塔身最近的点通常是在塔窗之外而不是塔窗出线处。此外，间隙圆法对于塔身厚度的处理通常是引入一个裕度δ来考虑其对间隙的影响。由于各种直线塔塔身厚度、使用条件均不同，因此δ不能准确反映塔身厚度的影响，若对于各种工况下的各种塔型均用CAD画间隙圆校验，则制图的工作量十分巨大。针对间隙圆法无法精确考虑高差和小弧垂的问题，本文介绍一种较为精确的铁塔瓶口电气间隙算法，通过建立铁塔和导线空间几何模型，推导空间几何算法，利用该方法计算瓶口处导线与铁塔间的最小距离，校验中相使用V型绝缘子串时铁塔瓶口电气间隙是否满足要求。

关键词：V型串；导线；铁塔；电气间隙；精准算法

引言

紧凑型线路中通过应用V型绝缘子串，改变原有导线布置，压缩相间距离，达到减小电感、增大电容，从而使线路波阻抗减小，提高线路自然输送功率，压缩线路走廊的目的。V型绝缘子串在线路应用中已积累了丰富的经验。目前我国紧凑型在变电站出线架构处,为减小出线相间距离,压缩间隔宽度,也往往采用V型绝缘子串，且一般认为V型绝缘子串不考虑风偏摇摆。但由于V型串在变电站中应用相对较少，还有一些问题尚需进一步研究和规范。

1电气间隙计算方法

各标准确定电气间隙的计算思路相近，首先确定各工况下间隙的放电电压U_ｐｆ、U_ｓｆ、U_ｆｆ、U_ｌｗ（分别代表工频放电电压、操作冲击放电电压、雷电冲击放电电压、带电作业工况下的放电电压），然后根据实验曲线或经验公式求得电气间隙值。IEC推荐的操作和雷电过电压下的间隙计算方法首先根据线路间隙的年闪络概率、降低因子、过电压次数、过电压累计时间和线路全年运行时间计算出放电统计概率，据此确定统计因子，进而确定90％放电电压；对操作过电压分别考虑开关操作过电压和重合闸过电压；还给出了暂时过电压下的间隙计算方法，但未涉及工频电压下的计算。欧标在计算操作过电压时统计配合因子Kcs直接采用1.05，对应线路故障的概率为10－3量级，雷电和工频未考虑统计配合因子；CIGRE在计算工频、操作和雷电时均未考虑统计配合因子。在带电作业间隙计算时，各标准均考虑了统计因子。

2架空输电线路电气间隙计算方法研究

架空输电线路电气间隙计算方法研究主要涉及以下方面：对架空输电线路电气间隙的计算需要依据一定的标准，由于各标准之间的间隙计算差异性较小，实际应用计算的过程中，应对间隙放电电压进行明确，确定完这个因素以后，要根据各标准的规定绘制出曲线，利用曲线的方法可以最终确定电气间隙值。IEC架空输电线路电气间隙计算中应充分考虑多个因素如降低因子、产生的过电压次数、线路的实际运行时间值等，明确完这类因素以后，就需要按照架空输电线路电气间隙放电的概率来进行统计，从而得到超过90%的放电电压。除此之外，计算暂时过电压时应保证过电压和工频电压的数值无关，不需要进行综合考虑。实际的应用中，当看到天气发生变化的时候，海拔高度较大的地区可能会受到非常严重的影响，这时的放电电压可能会有所下降，根据计算的结果需要及时的进行海拔修正，具体的计算公式为：Ka=exp（mH/8150），在这个式子中，m代表的为海拔修正因子；H则为海拔的高度；操作过电压需要按照曲线图来进行后期的取值，以此来计算得出电气间隙。值得一提的是，IEC应用的计算方法是在90%的放电电压下取得的，这种结算方法发和欧盟的标准计算方法有一定的差异性。

3V型绝缘子串放电特性和间隙取值

V型绝缘子串放电特性和间隙取值主要以下几个方面：首先是型绝缘子串的电压分布.V型串的两绝缘子串系倾斜布置,受铁塔横担和塔身的影响显著增强。相对于悬垂串而言,靠导线头几片绝缘子上的电压降很大,电压分布更不均匀,可采用安装均压环的措施进行改善。对于最末几片绝缘子,由于其对铁塔横担和塔身的对地电容增大,改善了这几片绝缘子的电压分布,电压分布较均匀。另外,由于另一绝缘子串的存在,对塔头空间的电场分布及该绝缘子串的电压分布都有影响。总体而言,V型串倾斜布置有利于绝缘子串的电压分布，其次是型绝缘子串的空气间隙取值我国在规定330kV及以下送电线路最小空气间隙和绝缘子片数的选择时,未区分绝缘子的布置方式。因此,国内许多部门在设计220kV线路V型串塔头时,其间隙值和绝缘子片数均与悬垂串铁塔一致,但多年的运行情况表明其放电特性并无明显降低。某高压研究所经对国外资料综合分析后,提出在操作波作用下绝缘子所承受电压的计算公式。

4计算实例

工程参数以某500kV输电线路#1塔为例，#1塔大号侧出现大高差情况，导线下压严重，需要精确校验铁塔瓶口电气间隙。#1塔下相导线采用V型绝缘子串，串长度为7.215m，上曲臂内侧主材与下曲臂内侧主材交点处塔窗宽度一半为1.87m，两下曲臂内侧主材交点处塔窗宽度为1.7m，#1塔大号侧档距为510m，#1塔挂线高程为947.885m，#2塔挂线高程为796.1m，所处耐张段K值为0.4211×10-3。在#1塔窗平面图中画出下相导线瓶口高差和瓶口小弧垂，由于V型串限制了绝缘子串的摆动，而带电检修工况下所需满足的电气间隙又最大，因此只需画带电检修工况下的间隙圆即可。分别以均压环、导线在塔窗出线处为圆心，带电检修工况所需满足的3.7m空气间隙为半径画圆，发现间隙圆并未与塔身相交，带电点距离塔身最小距离为3.79m。因此，用间隙圆法校验铁塔瓶口电气间隙的结论为间隙满足要求。

结语

总之，由于架空特高压输电线路的特性，使其在建设过程中需要开展一系列的计算，以获得相关的数据，从而确保线路的安全。其中电气间隙的获取十分关键，然而由于国内外对其计算标准不同，所以要想满足国际工程需求，就必须要分析国内外架空输电线路电气间隙标准的不同，从而提高输电安全性能。

参考文献

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[2]王从斌，王刚.V形串在500kV单回线路中的应用[J].四川电力技术，2009，32（6）：7-9.

[3]周专.架空输电线路直线杆塔空气间隙精确计算法[J].江苏电机工程，1992（3）：38-43.