输电线路绝缘配合设计方法研究

输电线路绝缘配合设计方法研究

高鸣春 梁霄

内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 内蒙古呼和浩特市 010010

摘要：架空输电线路的设计应贯彻国家基本建设方针和安全、可靠、先进、经济合理的技术经济政策。绝缘配合是综合考虑各种可能的电压对输电线路的作用（包括工频电压、操作过电压和雷电过电压对线路的作用），合理确定水电线路的绝缘水平，确保线路安全可靠运行。绝缘配合设计的内容主要包括导线对塔、导线对地和不同相导线的绝缘选择。

关键词：输电线路；绝缘配合；设计方法

1塔头绝缘配合的设计

1.1选择绝缘子串

输电线路塔头绝缘的组成主要包括绝缘子串和气隙。线路绝缘子串的选择应满足绝缘和机械强度的要求。绝缘子串除考虑工频电压下不发生污闪和操作过电压下不发生湿闪外，还应具有足够的雷电冲击绝缘强度，以满足规范对耐雷水平和雷电跳闸率的要求。

线路绝缘子按受力情况一般分为悬垂绝缘子串和耐张绝缘子串。绝缘子的数量通常根据悬式绝缘子串来选择。但耐张绝缘子串受力较大，受电场分布的影响，容易出现耐电压为零的零值绝缘子。为了补偿零值绝缘子，应适当增加耐张绝缘子的数量。对于电压等级为110kV至330kV的高压输电线路，应增加一个绝缘子。对于电压等级为500kV的高压输电线路，应增加两个绝缘子。对于电压等级为750kV的输电线路，不需要增加绝缘子的数量。所有输电线路均设有防雷措施。除大跨度线路（大跨度线路易发生屏蔽故障）外，雷电过电压一般不是选择悬式绝缘子数量的决定性条件。悬垂绝缘子串的绝缘子个数一般根据长期工频电压下无污闪和操作过电压下无湿闪来确定。具体选择方法如下：（1）根据机械力和环境条件选择悬式绝缘子的型式；（2）根据工频电压要求的泄漏距离，采用爬电距离法选择绝缘子串中的绝缘子个数；（3）绝缘子串中的绝缘子数量根据运行过电压等级选择；（4）选择（2）（3）中计算出的较大的绝缘子数量，并检查线路的耐雷水平和雷击跳闸率是否符合规范要求。

1.1.1按工作电压要求选择绝缘子片数

为了防止线路绝缘子串在工作电压下发生污闪事故，绝缘子串应有足够的沿面爬电距离。一般采用爬电比距法，参考《电力工程高压送电线路设计手册》第二版公式2.6.17和《110-750kV架空输电线路设计规范》（即GB50545-2010）第7.0.5款，绝缘子片数按公式（1）计算：

式中：n——1000m及以下海拔悬垂绝缘子所需片数;

U——输电线标称电压（kV);

Lo1——所选单只悬式绝缘子的几何爬电距离(cm);

Ke——爬电距离的有效系数。

绝缘子几何爬电距离按照绝缘子在试验和运行中污秽耐压的有效性来确定，普通型XP-60绝缘子其值取为1。

1.1.2按操作过电压和雷电过电压要求选择绝缘子片数

在操作过电压和雷电过电压的作用下，悬垂绝缘子串的最小绝缘子个数在1000m以下。

1.2塔高修正

当塔高超过40m时，应进行校正。对于总高度超过40m的铁塔和地线，每增加10m，应在表1的基础上增加相当于146mm高的绝缘子。对于100m以上的铁塔，绝缘子片数可根据运行经验或计算确定。在考虑杆塔高度和增加绝缘子数量时，也应增加雷电过电压的最小间隙。当杆塔总高度大于40m时，可根据实际情况计算750kV输电线路，确定是否有必要增加绝缘子串的数量和间隙。

塔高大于40m时，确定悬垂绝缘子串的最少绝缘子片数可按公式（2）计算：

式中：n1——塔高小于40m时按照表1确定的悬垂绝缘子串的最少绝缘子片数，即修正前的最少绝缘子片数；

n2——杆塔高度大于等于40m时确定的悬垂绝缘子串的最少绝缘子片数；

h1——塔高小于40m时按照表1确定的悬垂绝缘子的高度（mm);

h2——待求绝缘子的单片高度（mm);

H——杆塔高度（m);

int——取整。

1.3进行海拔修正

在海拔高度超过1000m的地区，还应考虑高海拔的影响，在选择悬垂绝缘子串的数量后还需要进行海拔修正，按公式（3）修正：

nH——高海拔地区每串绝缘子所需数量；

H——线路所处海拔高度（m);

m1——特征指数，反映气压对污闪电压的影响程度，一般由试验确定。在具体工程实践中，特征指数1m可按《110-750kV架空输电线路设计规范》附录C的规定选取。

2空气间距的选择

2.1导线对地面的安全距离确定

确定导线对地面的安全距离，即空气间隙（即空间距离）时主要考虑穿越导线下面最高物体与导线的安全距离，确定方法参考《110-750kV架空输电线路设计规范》第13节“对地距离及交叉跨越”部分。

2.2导线之间的空气间隙确定

确定导线之间的空气间隙，应考虑相间过电压的作用以及相邻导线在大风中因不同步摆动或舞动而相互靠近等问题。导线的线间距离应结合运行经验确定，并应符合公式规定：当导线为水平排列时，对于1km以下档距，水平线间距离一般按公式（4）计算：

式中：

ki——悬垂绝缘子串系数；

D——导线水平线间距离（m);

Lk——悬垂绝缘子串长度(m);

U——系统标称电压(kV);

fc——导线最大弧垂(m)。

当档距超过1000m的大跨越杆塔，尤其是跨越较大河流的大跨越导线，可按公式（5）确定。

系数k可在0.8至1.0之间选取。

当导线垂直排列时，线间距离为上式计算结果的75%；导线三角形排列时的等效水平线间距离按公式（6）计算确定：

Dx——导线三角排列的等效水平线间距离(m);

Dp——导线间水平投影距离（m);

Dz——导线间垂直投影距离（m）。

对于同塔架设的多回路高压输电线路，考虑到不同回路之间的导线闪络会影响两个以上回路的供电安全，容易扩大事故范围，多回路杆塔不同回路相导线之间的水平或垂直相间距应比单回路不同回路相导线之间所需的相间距大0.5m。

2.3导地线气隙的确定

在选择导线与地线之间的气隙时，通常采用标准雷电波形来打击跨距的中心避雷线。此时，导线与地线之间的气隙不被击穿，以确定安全距离。

塔架上两条线之间的距离不得超过导线与地线之间垂直距离的5倍。在一般跨线的跨中，导线与地线的距离按式（7）确定

式中：S——导线与地线之间的距离（m);

L——档距（m）。

对于档距较大的大跨越输电线路，当按雷击线路档距中央避雷线来选定地线与导线之间的距离时，由公式（7）计算出的距离往往过于偏大，此时应按避免发生反击的公式（8）来进行计算，并取公式（7）和公式（8）两公式计算数值的相对较小者。

I——耐雷水平，kA。

3实例分析

某500kV架空输电线路工程，最高运行电压550kV，导线采用4×JL/GLA-500/45，子导线直径30mm，导线自重荷载为16.528N/m，基本风速27m/s，设计覆冰厚10mm。

3.1根据以下情况，计算确定导线悬垂绝缘子串数

(1）跨越塔全高100m，所经地区海拔为3000m。

(2）等值盐密为0.10mg/cm2，统一爬电比距（最高运行相电压）要求按4.0cm/kV设计。

(3）绝缘子的公称爬电距离为480mm，结构高度170mm，爬电距离有效系数为1.0，特征指数m取0.40。

3.2位于3000m海拔高度时输电线路带电部分与杆塔构件工频电压最小空气间距应为何值

计算过程如下：

(1）确定导线悬垂绝缘子串数

1）按操作过电压及雷电过电压配合选择

由表1可知，500kV线路悬式绝缘子串需25片结构高度155mm的绝缘子片；由公式（2），结合绝缘子高度为170mm，则绝缘子片数修正为：

取28片。

2）按爬电比距法选择

综合（1）、（2）取较大者28片。

海拔修正后的绝缘子片数：

取31片。

结论

架空输电线路的绝缘协调设计主要包括绝缘子数量的确定和导线的电气距离的确定，对输电线路的安全运行具有重要意义。分析总结了输电线路绝缘配合设计方法，合理设计了绝缘子数量和导线电气距离，以满足工频电压、工作电压、雷电过电压条件下输电线路安全可靠运行的需要，对电力工程高压输电线路的设计具有重要的参考价值。

参考文献：

[1]王天地.XLPE电缆绝缘老化的在线监测系统设计[D].大连理工大学,2019.

[2]赵峰.特高压变压器的主绝缘设计研究[D].华北电力大学,2019.