±800kV直流线路杆塔塔头空气间隙的直流叠加操作冲击放电特性

国内外的文献资料表明空气间隙的放电特性在纯操作波和直流预电压情况下有很大的差别,这对高压输电线路塔头空气间隙的选择可能会有影响,因此在我国直流特高压杆塔空气间隙设计中需要对导线上直流预电压的影响进行研究。通过真型尺寸模拟塔头空气间隙放电试验,研究了特高压线路杆塔空气间隙在直流预电压叠加操作冲击下的放电特性,得到了叠加电压的试验数据。通过与纯操作冲击放电特性的比较,发现叠加电压情况下杆塔空气间隙的放电电压比纯操作冲击情况下高2%～4%,因此从安全的角度考虑,在特高压杆塔空气间隙设计中,采用纯操作冲击电压试验数据是可行的。

高压直流输电线路V型串塔头间隙操作冲击放电电压的海拔校正

介绍了采用相同结构的真型尺寸V型绝缘子串模拟塔头间隙在不同海拔地区开展操作冲击放电特性对比试验取得的成果。根据在北京和西藏(海拔4 300 m)试验基地获得的塔头间隙操作冲击放电特性曲线,采用插值法计算了海拔4000m及以下地区的塔头间隙操作冲击放电曲线。经分析计算,得出了适合海拔4000m及以下地区高压直流线路塔头间隙海拔校正的计算公式。还将通过试验得出的海拔校正计算公式与目前常用标准IEC 60071-2—1996推荐的海拔校正计算公式进行了对比,分析了两者的修正因子m值的差别及对修正电压的影响。

超/特高压直流输电线路塔头间隙冲击放电特性研究

目前国内外规划和建设了多个超/特高压直流输电工程,其中输电线路杆塔塔头的空气间隙距离是影响工程设计的重要参数之一。在工程设计中,既需要选择合适的间隙距离以耐受可能出现的各种过电压,保证系统安全稳定运行,又要尽可能减小塔头尺寸以降低工程造价。利用±1000kV模拟塔头进行试验,得到了±1000kV杆塔典型空气间隙的操作冲击和雷电冲击放电特性曲线,并与±500和±800kV杆塔塔头的空气间隙研究成果进行对比分析,同时结合750kV交流杆塔塔头和正方形塔窗的操作冲击特性进行了讨论和分析。试验结果表明:±500、±800和±1000kV杆塔塔头的50%放电电压与间隙距离的关系曲线具有良好的延续性;当间隙距离增加时,操作冲击放电特性曲线开始出现饱和的趋势,而雷电冲击电压则与间隙距离保持较好的线性关系;导线的尺寸和分裂形式以及均压环等对塔头空气间隙的放电特性影响较小。

高海拔地区典型长空气间隙的操作冲击放电特性和海拔校正

研究棒-板和棒-棒空气间隙等典型的空气间隙的放电特性和海拔校正,不仅可为高海拔地区输变电工程空气间隙距离的选择提供参考,而且可为更高海拔地区空气间隙放电电压的海拔校正提供依据。为此,在海拔高度为0m、2 200m、3 000m、4 300m和5 000m的地区,对不同间隙距离的棒-板和棒-棒典型长空气间隙进行了标准操作冲击放电特性试验。根据试验结果计算分析了不同海拔地区典型的棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压的海拔校正因数。将IEC 60071-2标准中规定的放电电压海拔校正方法适用范围外延至海拔高度5 000m,对棒-板间隙的放电电压的海拔校正因数进行了计算。试验结果表明,随着海拔高度的升高,棒-板和棒-棒间隙的操作冲击放电电压都降低,棒-棒间隙放电电压的降低幅度要大于棒-板间隙。根据IEC 60071-2标准对海拔校正因数的计算结果在海拔高度为2 200m的地区与试验结果基本一致;但随着海拔高度的增加,计算结果与试验结果的差别越来越大:在海拔高度为4 300m和5 000m的地区,间隙距离约为2m时,计算结果比试验结果小10%以上。

7200kV/480kJ冲击电压发生器的输出电压特性

介绍了国家电网公司特高压直流试验基地户外冲击试验场的7200kV/480kJ冲击电压发生器的结构特点,并对该冲击电压发生器的雷电冲击电压、标准操作冲击电压、500μs和1000μs长波头操作冲击电压的输出特性进行了试验研究。试验结果表明:雷电冲击输出电压幅值达到了6271kV,标准操作冲击电压的棒板间隙耐受电压和击穿电压分别达到了3844和4845kV。表明该冲击电压发生器可以满足±800kV特高压直流输电技术和更高电压等级输电技术的试验要求。

不同海拔地区同塔双回±660kV直流线路杆塔空气间隙距离的选择

同塔双回±660kV直流输电工程直线塔布置型式在国内外尚属首次,其冲击放电特性与以往±500kV单回I串水平排列、±800kV单回V串水平排列时的冲击放电特性有很大差别。为解决我国宁东—山东同塔双回±660kV直流工程杆塔空气间隙的选择和海拔修正问题,首先利用真型模拟塔头,对V型绝缘子串在不同夹角下的操作冲击和雷电冲击放电特性进行了试验研究,然后分别在低海拔地区(北京)和高海拔地区(西宁),对±660kV同塔双回直线塔头进行了冲击放电特性试验,得到了海拔2000m及以下地区的海拔校正系数。最后,结合宁东—山东直流输电工程的实际情况,在1.8pu操作过电压下,对于海拔1000m及以下地区,±660kV同塔双回塔头的上层空气间隙距离建议为4.8m,下层空气间隙距离建议为4.9m;当海拔为2000m时,这2个距离分别建议为5.4m和5.5m。

同塔双回±500kV直流线路杆塔上层空气间隙放电特性和耐雷性能试验研究

与单回直流输电线路相比,同塔双回±500kV输电线路能够大大提高线路走廊的输送能力;但其直线塔布置型式决定了其冲击放电特性与以往±500kV单回I串水平排列、±800kV单回V串水平排列时的冲击放电特性有很大差别,尤其是上层空气间隙的放电特性。为研究同塔双回±500kV线路上层空气间隙的冲击放电特性,首先利用实尺寸塔头,对V型绝缘子串在上层间隙中,导线或均压环到上横担、塔身、下横担距离相等时的操作冲击和雷电冲击放电特性进行了试验研究。为研究下横担对上层空气间隙放电特性的影响,保持均压环到上横担、塔身的距离相等且不变,改变下横担到上导线的距离,进行操作冲击和雷电冲击试验研究。最后,结合试验得到的结果,计算了上导线到下横担距离减小前后的杆塔耐雷水平。

±800kV直流输电工程空气间隙放电特性试验及间隙距离选择

针对±800 kV直流输电线路直线塔真型尺寸模拟杆塔空气间隙进行了50%操作冲击和雷电冲击放电特性试验研究,给出了±800 kV杆塔最小间隙距离的推荐值;对±800 kV直流换流站典型极母线空气间隙进行了50%操作冲击放电特性试验研究,给出了±800 kV换流站典型电极最小间隙距离的推荐值。

西藏高海拔试验基地的功能与设计

西藏高海拔试验基地是国家电网公司根据超/特高压输电发展需求提出的建设项目之一,基地建设对研究高海拔地区输电工程空气间隙特别是长间隙放电特性、导体电晕特性与输电线路电磁环境参数的海拔校正,满足"西电东送"工程需要,以及提升西藏电网高电压试验能力,服务西藏电网建设与发展具有重要意义。该试验基地海拔4300m,主要包括户外试验场、试验线段、人工污秽试验室。在介绍了该试验基地选址和规划设计时考虑的问题、试验研究功能、设计方案、试验设施的主要性能参数后,还介绍了已开展的各项试验研究工作。建成后开展的初步试验研究表明,试验基地能满足高海拔地区超/特高压交直流工程外绝缘与电磁环境试验研究以及西藏电网相关试验研究要求。

特高压直流分段式复合绝缘子应用研究

800 kV特高压直流输电线路杆塔可能采用分段复合绝缘子,针对采用分段式复合绝缘子可能带来的各种技术问题,开展了800 kV直流线路V型分段式复合绝缘子串电场计算及均压特性、塔头空气间隙操作冲击放电特性和电晕特性试验等方面的研究。研究结果表明,V型分段式复合绝缘子串中间连接金具配置小均压环后,能有效改善中间金具端部的电场强度;操作冲击试验与单边采用单支绝缘子组成的的V型串塔头间隙没有明显差别,但放电路径会受到影响;中间金具在1 050 kV电压下均无电晕产生。根据研究结果,若特高压直流工程使用V型分段复合绝缘子,高、低压侧均压环配置仍可沿用特高压直流V型整支复合绝缘子的均压环配置方案,推荐直流分段式复合绝缘子的中间连接部位分别安装小均压环,以避免电弧对复合绝缘子端部压接区的影响。研究成果为后续特高压直流工程的设计和绝缘子选型提供技术依据。

±1000kV直流输电线路塔头间隙冲击放电特性试验及海拔校正研究

±1000 kV直流在中国是一个新的电压等级,为保证设计的经济性和可靠性,需对不同海拔地区空气间隙距离的选择进行试验研究。在北京的特高压直流试验基地和海拔4 300 m的西藏高海拔试验基地采用相同结构的±1 000 kV真型尺寸模拟塔头空气间隙进行了冲击放电试验,获得了相应的操作冲击和雷电冲击放电特性曲线。通过对西藏基地得到的操作冲击放电电压采用GB/T 16927.1—1997、IEC 60071-2和GB/T 311.1—1997标准推荐的方法进行海拔校正,并与北京的试验基地得到的试验结果进行比较,结果表明以上3种标准推荐的海拔校正方法已不适用于海拔4.3 km的长空气间隙操作冲击放电。最后,按照"海拔每升高100m,绝缘的电气强度降低相同百分比"的原则,采用插值法计算得到了海拔4300m及以下地区的塔头间隙操作冲击放电电压曲线,并结合±1000kV直流输电线路过电压的研究结果,计算了不同海拔下±1000kV直流输电线路塔头操作过电压需要的最小空气间隙距离。在1.7pu操作过电压下,对于海拔1000m及以下地区,±1000kV直流塔头的空气间隙距离建议为8.6m;当海拔为3500m时,建议为9.8m。

±800kV直流输电线路带电作业的屏蔽防护

±800kV直流输电线路即将在我国建成投运,其空间场强要高于500kV及以下电压等级的输电线路。为保证±800kV直流输电线路带电作业的安全可靠进行,首先分析了带电作业屏蔽防护应达到的安全控制水平,然后对±800kV直流输电线路带电作业人员的安全防护措施进行了试验研究,试验内容包括屏蔽服内外电场强度的测量、流过屏蔽服和人体的电流的测量。试验结果表明,穿戴全套屏蔽用具进行±800kV直流输电线路带电作业是安全可行的。

500kV同塔双回垂直排列紧凑型输电线路带电作业试验研究

由于塔头结构的变化,在三相导线垂直排列布置方式的交流500 kV同塔双回紧凑型输电线路上带电作业时,作业人员进出等电位的路径与一般紧凑型线路有很大不同。针对此种线路杆塔的特殊性,分别对进出杆塔上、中、下三相导线等电位的作业方式进行了试验研究,得到了组合间隙的50%操作冲击放电电压和组合间隙距离的关系曲线,并根据试验结果计算分析了带电作业危险率和所需的最小安全距离。通过试验分析了相间操作冲击放电电压对带电作业的影响,确定了带电作业在不同过电压幅值时相间所需的最小安全距离。进行了相间操作冲击电压下带电作业人员在导线上等电位作业的模拟试验,校核了各种工况下的带电作业的危险率,确定了安全合理的带电作业方式。

±800kV直流输电工程空气间隙海拔校正系数试验研究

分别在0、1 970、2 245和3 723 m海拔地区开展了±800 kV直流输电线路真型尺寸模拟杆塔和换流站极母线空气间隙50%操作冲击放电特性对比试验研究。通过分析计算,给出了±800 kV高压直流工程高海拔地区直流线路和换流站典型空气间隙操作冲击放电电压的海拔校正系数;并讨论了高海拔地区空气间隙放电特性的校正方法。

±800kV同塔双回直流线路杆塔空气间隙的放电特性影响因素研究

±800 kV同塔双回线路电压等级较高,且杆塔形状和杆塔尺寸较±500、±660 kV直流输电线路杆塔都有很大差别,因此其空气间隙的放电特性有不同特点。为选择合适的±800 kV同塔双回直流线路空气间隙距离值,对影响±800 kV同塔双回输电线路杆塔上、下层空气间隙冲击放电特性的因素进行了真型尺寸模拟试验研究。研究了下层塔身宽度对杆塔下层间隙操作冲击放电特性的影响,均压环尺寸对直流V串塔头空气间隙放电特性的影响,直流运行电压对塔头间隙冲击放电特性的影响,±800 kV同塔双回输电线路杆塔下横担对上层间隙操作冲击放电特性的影响,并校核了下横担到上导线距离减小后杆塔的耐雷性能。研究结果表明:原有的塔身宽度对间隙操作冲击放电影响的修正公式已不适用于±800 kV同塔双回直流线路塔头;均压环尺寸大小与放电电压正相关;导线直流电场对间隙的放电路径有明显影响,但对放电电压影响不大;杆塔上导线到下横担的间隙距离可适当减小,但间隙距离减小后,杆塔的反击耐雷性能及绕击耐雷性能都略有降低。该研究结果可用于指导±800 kV同塔双回输电工程的设计。

棒极结构对棒–板间隙操作冲击放电特性影响的试验研究

棒-板间隙是研究空气间隙放电的最典型间隙，其操作冲击放电特性是输电工程线路和换流站／变电站空气间隙选择的重要依据之一。为了更深入地研究棒-板间隙的操作冲击放电特性，选择不同直径的棒电极，以及半球彤和圆锥形2种棒电极端部形状，在2～5m间隙距离下进行了正极性操作冲击放电特性的试验，得到了棒电极端部形状和棒电极直径的改变对棒-板间隙正极性操作冲击50％放电电压造成的影响。另外，在北京、西宁和羊八井等几个不同海拔地区进行了临界半径的对比试验。通过改变棒电极端部连接球面的半径，得到了不同间隙距离对应的临界半径。由试验可以得出，当棒电极结构的半径小于临界半径时，棒电极半径和端部形状的改变不会对间隙的50％放电电压产生明显影响；临界半径随间隙距离的增加而增加，且随着海拔高度的增加，同一间隙对应的临界半径也随之增加。

大直径球-板结构改进间隙系数及其在特高压直流换流站空气间隙净距计算中的应用

换流站阀厅空气间隙净距的选择直接关系到特高压直流工程的安全稳定运行和工程造价。以往工程主要采用IEC提供的方法计算空气间隙净距,方法中关于间隙系数K的考虑相对简单。为此,基于阀厅内典型电极结构50%放电电压U50的试验数据,提出了新的典型间隙系数值,用于阀厅空气间隙净距的选取计算。相对于以往方法,新的间隙系数包含了间隙尺寸和电极结构的影响。在间隙距离为4～9m的情况下,对于相同球直径,随着间隙距离L的增大,K值逐渐减小;对于相同间隙距离,随着球直径D的减小,K值逐渐减小。临近一面墙使K减小1.06倍,因此需要更大的空气间隙净距。该改进方法对优化阀厅结构、减小阀厅尺寸作用明显。以±800kV工程为例的计算结果证明,部分阀厅典型空气间隙净距可缩小尺寸0.6～0.9m,优化比例达8%～34%。

±800kV特高压直流输电系统阀厅空气间隙操作冲击放电特性

为准确获得特高压直流输电系统阀厅内部典型空气间隙放电特性,以进一步指导阀厅设计和优化,针对阀厅内部典型空气间隙开展操作冲击放电试验,采用升降法获得不同空气间隙距离d对应的50%操作冲击放电电压U50,并拟合出相应的U50与d的幂指数曲线,分析了阀厅内部典型空气间隙操作冲击放电特性。同时,在试验过程中改变了均压球的直径并增加了模拟墙,完成了其对放电电压影响的对比试验。结果表明:操作冲击电压随空气间隙距离的增大而不断增加,增大电极曲率半径可以显著提高耐受操作冲击的能力;由不同电极构成的空气间隙耐受操作冲击的能力差异主要体现为放电特性曲线的增加率不同;对于同一种空气间隙,正向操作冲击电压施加在不同电极上会造成放电特性不同;对于更高电压等级的特高压直流输电工程,可以使用更大曲率半径的电极来提高其耐受操作冲击的能力。

青藏直流联网工程空气间隙的海拔校正

青海-西藏直流联网工程海拔超过2880m，最高达到5300m。为保证工程的安全可靠运行，线路杆塔和换流站设备的空气间隙放电电压需要进行海拔修正。通过分析比较已有的海拔修正方法，并结合在不同海拔地区包括北京、昆明、西宁、青海大武以及西藏羊八井等地获得的部分试验数据，提出空气间隙放电电压的海拔校正因数；在此基础上，计算并推荐了当额定电压分别为±400kV和±500kV，操作过电压倍数为1．7，青藏直流线路在海拔3000～5300m的范围内时，该工程线路杆塔及换流站的最小空气间隙距离。

基于g参数法的棒-板长空气间隙操作冲击电压海拔校正分析

IEC 60060-1推荐的g参数法常用于海拔2000m及以下地区输电系统放电电压海拔校正。然而,随着远距离、大容量输电技术的发展,中国已建和在建的很多输电工程途经地区的海拔高度将超过3000m,最高甚至超过5000m。为分析g参数法在高海拔地区的适用性,该文基于g参数法对海拔55、2200、3000、4300和5000m地区,2~9m棒-板间隙50%操作冲击放电电压进行了海拔校正分析,结果表明:同一海拔高度下,随着间隙距离的增大,校正因数相对误差呈下降趋势;随着海拔高度的增加,校正因数的相对误差越来越大,且指数因子m、w取值的分散性也逐渐增大,当海拔超过3000m时,g参数法不再适用于棒-板长空气间隙操作冲击放电电压海拔校正。最后,综合考虑气象条件,文中提出了一种可用于不同海拔地区4~9m间隙距离U_(50)的计算方法,并选取麦夸特法进行数据拟合,给出了计算公式中参数m_1、m_2、m_3的推荐值,分别为0.097、-0.068、0.446。