重冰区35千伏集电线路绝缘配置研究

重冰区35千伏集电线路绝缘配置研究

丁俊杰

四川电力设计咨询有限责任公司   四川 成都 610000

摘要：我国现有的《66kV及以下输电线路设计规范》主要针对轻、中冰区的35kV线路的绝缘配置设计做了相关规定，对重冰区线路绝缘配置的规定很少。基于此，本文针对重冰区35kV线路从0～4000m海拔的绝缘配置进行了研究，计算得到重冰区工况下不同海拔的推荐绝缘子片数和空气间隙值。

关键词：重冰区；35kV；绝缘配置

0、引言

新能源发电是我国电力建设中重要组成部分，当前我国新能源发电场多建于旷野山脉，具有海拔高，覆冰重，气候恶劣，雷击频繁，土壤高电阻率等特点。

现有35kV输电线路执行的设计规范为《66kV及以下输电线路设计规范》（GB50061-2010），该规范主要是针对轻、中冰区线路的绝缘配置做了相关规定，对重冰区线路绝缘配置的规定很少，并不全面。

因此，有必要针对35kV重覆冰区架空输电线路的绝缘配置进行研究，为以后35kV重覆冰集电线路设计提供依据。

1、重冰区绝缘子材质选择

目前国内外常用的绝缘子类型为瓷质、玻璃盘式绝缘子和棒型复合绝缘子，各有优点，又各有不足。

（1）瓷质绝缘子

瓷质绝缘子结构性能稳定，通过爬距的选择，在满足相同防污秽能力的前提下具有更长的串长，能提高绝缘子串的冰闪电压，同时也能提高线路的防雷能力。在重冰区较长悬垂串也可以增大导地线间距，减低脱冰闪络的发生机率，也可以通过大小盘径的插花使用延缓绝缘子串冰棱桥接速度。但由于其表面场强分部不均匀，在覆冰绝缘性能下降情况下易引起局部的放电。

（2）玻璃绝缘子

玻璃绝缘子自洁性能好、价格便宜，在满足相同防污秽能力得前提下具有更长的串长，能提高绝缘子串的冰闪电压，同时也能提高线路的防雷能力。耐污玻璃绝缘子耐污性好，在相同的防污能力下，相比普通玻璃绝缘子串长短一些，能有效减少塔头尺寸；空气动力型绝缘子具有大盘径，大爬电比距。两者插花配合使用，有效延缓绝缘子串冰棱桥接速度，具有较好的防冰闪效果。

（3）复合绝缘子

随着大气环境污秽度的不断加剧，具有优良耐污性能的复合绝缘子被广泛用于各级电压的架空线路上。故交直流电网使用复合绝缘子的首要原因是为了防治电网的污闪，而复合绝缘子沿面最大场强比瓷绝缘子串沿面场强分布更加不均匀，极高的场强加之表面由融冰产生的水膜电导率较高，使得局部电弧极易贯穿绝缘子而形成闪络，因此抗冰闪能力相对较弱。

（4）选型小结

根据以上分析，玻璃绝缘子和瓷质绝缘子由于串长和片数布置的天然优势，防冰闪性能是比较好的，而玻璃绝缘子由于其优良的表面场强分布均匀性，更提高了其抗覆冰闪络能力。因此，重冰区线路的绝缘子材质使用玻璃绝缘子是最佳的。

2、重冰区段盘型绝缘子片数选择

（1）计算原则

鉴于重冰区绝缘子串在覆冰条件下绝缘强度将显著降低，以致引起在工频或操作过电压情况下出现绝缘闪络。为此，在重覆冰地区需要按覆冰闪络电压来选择绝缘子片数。

根据冰闪试验可知，由于覆冰绝缘子串闪络是沿绝缘子覆冰表面发展的，故闪络电压与绝缘子的盘径、泄漏距离等无关，而与冰（雪）融成水后的导电率、施加电压的性质，以及绝缘子串长度即施加的电压梯度（kV/m）、绝缘子串的悬挂方式等密切相关。

通过以往工程研究和运行经验，覆冰绝缘子串耐压校验标准为：工频70kV/m。

（2）海拔修正

根据国内外科研机构的研究成果，海拔高度的增加会使冰闪电压降低，绝缘子冰闪电压随海拔高度或气压的变化规律可用下式表示：

式中：

U0—标准大气压下的冰闪电压，（kV）；

Uh—海拔h（m）处的冰闪电压，（kV）；

n—特征指数，取清华大学推荐值0.44。

根据集电线路的海拔分布特点，海拔修正针对0~4000m海拔区间进行修正，用上述公式计算海拔修正系数如下表所示：

表2-1            相对气压系数海拔修正表

（3）集电线路重冰区推荐片数

表2-2            绝缘子特性表

35kV集电线路重冰区片数计算公式如下：

式中：Um为最高运行电压，取40.5kV;

      U0为1000m海拔以下工频冰闪电压，取70kV/m;

集电线路重冰区冰闪电压计算推荐片数如下：

表2-3            相对气压绝缘子片数海拔修正表

从上表可以看出，对于35kV输电线路，1000m以下冰闪耐压片数为4片，大于《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB50061-2010）规定最小片数3片；1000m海拔以上冰耐压片数为5片，根据以往工程经验，一般也比轻中冰区片数多。因此，对于重冰区35kV集电线路冰闪电压对绝缘子片数起控制作用。

3、空气间隙

重冰区集电线路空气间隙的取值原则与轻中冰区相同，根据《66kV及以下架空电力线路设计规范》(GB50061-2010)的要求进行计算，0～4000m海拔空气间隙取值与《国家电网公司西藏农网工程典型设计35kV输电线路分册(2012年版)》的推荐取值基本吻合，因此，推荐35kV集电线路空气间隙值取值如下：

表3-1空气间隙海拔修正表

注：对于操作人员需要停留工作的部位应增加0.3m～0.5m，对于海拔2000m以上模块杆塔不考虑带电作业；

4、结语

根据本文研究计算，对于重冰区35kV集电线路冰闪电压对绝缘子片数起控制作用， 0～4000m海拔取值在4～6片之间。空气间隙取值原则与轻中冰区相同，本文推荐0～4000m海拔空气间隙按《国家电网公司西藏农网工程典型设计35kV输电线路分册(2012年版)》取值。

参考资料：

（1）北京电网架空输电线路覆冰故障案例分析[A]. 周恺;段大鹏;张祎果;任志刚;叶宽.第四届全国架空输电线路技术交流研讨会,2013

（2）高电压与绝缘技术[M]. (日)小崎正光编著;李福寿,金之俭译.科学出版社.2001

（3）孟遂民,孔伟.架空输电线路设计[M].北京:中国电力出版社,2007

（4）浅谈35kV输电线路设计. 赵秀玲;王晓辉.华北电力技术,2009

（5）《66kV及以下架空电力线路设计规范》(GB50061-2010)