超高海拔地区1000kV变电站导线连接金具防晕型结构设计与优化

防晕型金具设计是特高压变电站电晕防治和电磁环境治理的关键,特别是在高海拔地区,电晕防治尤为重要。采用有限元仿真和试验相结合的研究方法,提出了满足工程需求的海拔校正指数公式、线性公式和金具表面场强控制值,计算获得了高海拔特高压变电站导线连接金具表面的电场分布,给出了各导线连接金具的结构优化方案并通过了高海拔电晕试验验证。结果表明:按文中推荐方法计算得到的4000m海拔校正系数为1.51,与标准Q/GDW 551—2010推荐值相差1.9%。高海拔特高压变电站中导线连接金具表面场强应进行差异化控制:上层金具不超过1.32kV/mm,局部不超过1.52kV/mm;下层金具不超过0.99kV/mm,局部不超过1.14kV/mm。采用所提推荐方案时,各导线连接金具电晕熄灭电压均高于698.5kV且保有一定安全裕度,可满足4000m高海拔特高压变电站使用要求。研究成果可为我国超高海拔地区特高压变电站的防晕型金具设计提供依据,助力我国构建绿色环保的新型能源体系。

4000 m高海拔地区特高压变电站导线电晕特性与选型研究

1000 kV变电站中导线连接方式多样,其表面电场分布由于邻近效应而极不均匀,导线表面易发生电晕放电,尤其在高海拔地区,导线起晕电压将降低。为了防治导线表面电晕,优化变电站电磁环境,必须选择合理的导线型式。提出了一种数值计算和有限元仿真为主、电晕模拟试验为辅的变电导线选型方法,研究提出了导线表面场强控制值,计算获得了采用不同选型方案时导线表面工作场强与临界场强之比Em/Ec、可听噪声L50值与电场分布,给出了4000 m海拔特高压变电站导线选型方案并通过了电晕试验验证。结果表明:导线表面场强控制值推荐取值为1.84 kV/mm;若4000 m海拔特高压变电站仍采用常规4分裂导线,则其站内Em/Ec和可听噪声L50值将分别增大50.0%和23.7%,导线表面电晕严重。采用该推荐选型方案时,站内Em/Ec和可听噪声L50值分别为0.79和60.29 dB,导线表面最大场强为1.67 kV/mm,导线高海拔电晕熄灭电压为770 kV,满足4000 m高海拔特高压变电站导线防晕要求。该研究方法和成果可为我国后续高海拔地区特高压变电站的导线选型和绿色环保电网工程建设提供依据。

长空气间隙放电特性研究综述

为获得长空气间隙在不同间隙距离、不同电压类型、不同电极结构下的放电规律,介绍了国内外长空气间隙放电特性研究的代表性成果,分析了棒-板和棒-棒间隙在不同间隙距离、不同冲击电压波前时间下的放电特性,给出了典型的放电特性曲线。对美国、日本和中国开展的输变电杆塔间隙试验结果进行了分析,介绍了线路和变电站相-地和导线相间空气间隙试验结果,对比了不同塔型结构条件和波形条件的影响。研究表明随间隙距离的增大,棒板间隙临界放电电压对应的波前时间逐渐增大;塔宽对杆塔间隙操作冲击下的放电电压有明显的影响;随着操作冲击电压的升高,海拔对操作冲击放电电压降低的作用减小。该综述是对目前国际上典型间隙和输变电间隙放电特性研究成果的总体分析,可为绝缘设计提供依据。

750kV同塔双回输电线路空气间隙放电特性研究

为取得我国750 kV同塔双回输电线路的设计依据,结合我国西北电网公司即将建设的750 kV同塔双回输变电线路工程,试验研究了750 kV同塔双回线路真型塔空气间隙操作冲击（含长波前时间）、雷电冲击和工频电压。采用升降法获得了3～7 m距离的杆塔空气间隙操作冲击、雷电冲击放电特性曲线,采用闪络法获得了1～4 m距离杆塔空气间隙的工频放电特性曲线;研究了不同杆塔宽度对放电电压的影响。试验表明,操作冲击和工频放电电压随着杆塔宽度的增大而降低。通过分析提出了不同海拔高度750 kV同塔双回线路相地最小绝缘间隙推荐值,该结果接近IEC等国外类似试验,证明了其可比性和可靠性。

1000kV交流紧凑型输电线路杆塔空气间隙放电特性

为了进一步提高特高压线路输电容量,建设节能环保型输电工程,在特高压试验示范工程建成投运后,需着手开展特高压紧凑型输电技术研究工作。为系统掌握1000 kV特高压紧凑型线路空气间隙外绝缘放电特性,为后续工程绝缘设计提供技术支撑,采用全尺寸特高压紧凑型塔窗,对不同相V型串空气间隙进行了标准操作冲击、1000μs长波前操作冲击、雷电冲击放电特性试验研究,获得了多条重要的放电特性参数。根据试验结果及过电压仿真结论,分析了1000 kV特高压紧凑型线路的绝缘配合问题,提出了我国单回特高压紧凑型线路最小安全间隙推荐值,在海拔500 m、1000 m条件下,安全间隙(对横梁/对斜边)取7.3m/6.9m和7.5m/7.1m。

特高压交流输变电工程设备的电晕试验

为了解特高压级交流输电系统工程设备的电晕特性,针对晋东南—荆门1000 kV级交流输变电示范工程,研究了1000kV交流输变电工程设备电极电晕试验的方案,并利用武汉特高压试验线段开展了特高压设备及设备用典型均压环可见电晕模拟试验研究,1000kV级分裂耐热扩径软导线及分裂导线、管型母线、线路典型均压环和绝缘子串起晕电压的试验。试验获得了特高压输变电工程设备的电晕参数及导线起晕电压与布置高度的关系即起晕电压与布置高度成正比,可为特高压工程建设提供设计参考依据。

高海拔交流输电线路金具电晕放电特性

电晕特性是输电线路工程设计及运行必须考虑的重要方面。高海拔地区,金具电晕放电带来的电磁环境问题越来越受到关注,为获得高海拔输电线路金具电晕放电特性及海拔校正方法,在特高压交流试验基地环境气候实验室以及西藏高海拔试验基地,利用紫外成像仪对不同种类330kV交流输电线路金具开展起晕电压特性试验研究,获得模拟海拔以及实际海拔下典型金具起晕电压试验值。分析比较国内外多种海拔校正方法,给出了试验数据对应的校正误差。研究结果表明,金具起晕电压随海拔增高近似呈线性递减规律,受到电极结构影响,不同形式金具电晕放电特性有一定差异。同时,结合不同模拟海拔高度下试验数据拟合得到线性和指数形式海拔校正算式,两者校正误差小于现有标准推荐方法,校正误差绝对值可以控制在5%以内。

特高压交流刚性跳线金具电晕试验

刚性跳线金具是线路金具中结构最为复杂的部分,其电晕比一般线路金具更严重,特高压交流刚性跳线尤为如此,必须通过试验研究不同类型的刚性跳线的结构及相应的电晕问题。因此通过对实际运行情况下的刚性跳线和模拟布置条件下的跳线金具进行电场计算,提出了简化模拟布置试验的方法和相应的修正系数,根据此系数提出了特高压刚性跳线可见电晕试验合格电压,并进行了模拟布置和真性跳线可见电晕试验。试验结果验证了特高压刚性跳线试验方法的有效性。

1000kV交流紧凑型输电线路相间空气间隙放电特性

为了解1000 kV特高压紧凑型输电线路相间空气间隙放电特性,获得相间空气间隙在模拟操作过电压条件下的放电特性参数,为相间绝缘间隙提供试验支撑,利用全尺寸特高压紧凑型塔窗,进行了塔窗内导线相间空气间隙操作冲击试验。并模拟档距中央的导线相间间隙,进行了标准操作冲击、1000μs长波前操作冲击放电特性试验研究。通过试验获得了多条重要的相间间隙操作冲击放电特性曲线,分析了不同电压分配系数α时长波前操作冲击电压相间放电特性的差异。研究结果表明,模拟线路档距中央相间(导线对导线)放电电压平均值较塔窗内相间(环对环)放电电压高3.9%。α取0.33、0.4和0.5时,放电电压与电压分配系数关系接近线性。

特高压交流变电设备相间操作冲击的放电特性

为取得特高压交流输变电工程的设计依据,结合晋东南—荆门百万伏级交流输变电示范工程,研究了交流变电设备的相间操作冲击电压特性。用电压分别为5400、3000kV的冲击电压发生器联合进行相间试验,通过适当调整时延实现相间试验时2台冲击同步;采用升降法获得5～9m距离的环、管型母线、4分裂导线相间操作冲击电压放电特性曲线;通过计算得到其相间操作冲击的间隙系数k,并分析电压分配系数α对相间50%操作冲击击穿电压U50的影响。试验表明,U50随着α增大而增加,且通过长间隙放电理论中临界电荷法解释相间绝缘的U50随着α增大而增加的原因,试验结果与IEC等国外类似试验相接近,证明本次试验的可比性和可靠性。

750kV同塔双回紧凑型线路均压环的优化研究

输电线路玻璃、瓷绝缘子及复合绝缘子串均存在高压端绝缘子电位差过高的问题,尤其对于紧凑型线路,由于三相导线布置于同一塔窗内,绝缘子电压分布不均匀的问题更加突出。为了改善紧凑型线路绝缘子串电位分布,将优化计算与试验相结合,对紧凑型线路上相、下相导线侧不同参数的瓷绝缘子均压环进行了电晕试验和电位分布测量,获得了不同均压环的电晕特性和相应的电位分布图。试验结果和计算吻合,表明增大均压环管径、提高上扛位置可以改善紧凑型线路绝缘子串电位分布。

特高压交流串补装置相间操作冲击放电特性

为了提高特高压交流试验示范工程的输送容量,提高系统的稳定性,对示范工程特高压变电站进行扩建以布置安装特高压串补装置。由于特高压串补装置体积庞大,其布置对扩建工程的占地面积和投资有重要影响。特高压串补装置布置设计的关键数据是相间放电特性,但以往很少进行如此大结构的电极放电特性试验,串补装置相间距离确定缺乏数据,为此对特高压串补装置相间空气间隙在不同波前时间操作冲击电压、不同电压分配系数及试品的不同布置高度等条件下进行了放电特性的研究。研究结果表明:随着相间距离的增大,长波前操作冲击下50%放电电压与标准操作冲击下的50%放电电压之比在逐渐变小;1 000/5 000μs长波前操作冲击电压下相间50%放电电压与电压分配系数呈线性关系;相间放电电压会受试品布置高度和电极型式影响。研究结果对特高压串补装置的布置优化有指导意义。

导线雷电冲击电晕特性试验研究

雷电侵入波的特性对变电站内设备的绝缘裕度设计有较大的影响,而目前中国进行变电站设备雷电绝缘裕度设计中,忽略了输电线路的电晕会引起雷电侵入波衰减畸变,导致设计结果通常较为保守,因此有必要对雷电冲击电晕进行系统研究。在中国特高压交流试验基地开展了冲击电晕试验,对输电线路中常用的导线进行了雷电冲击电晕试验研究,总结了不同导线的雷电冲击电晕伏库特性曲线。试验结果表明:在雷电冲击下导线起晕较为明显,不同导线的伏库特性曲线表现出一定的规律性,且在正极性雷电冲击下导线表现出明显的起晕延时现象。基于试验结果可建立相应的线路冲击电晕模型,应用于电磁暂态软件中仿真计算线路冲击电晕对线路雷电侵入波的影响。

特高压刚性跳线电晕对比试验研究

刚性跳线金具是线路金具中结构最为复杂的部分,其电晕比一般线路金具更严重,特高压交流刚性跳线尤为如此,必须通过试验研究不同类型的刚性跳线的结构及相应的电晕问题。笔者介绍了两种刚性跳线的形式,并对其分别进行了可见电晕试验研究。通过对比试验,分析了刚性跳线电晕的薄弱环节,为特高压刚性跳线设计提供了依据。

特高压空气间隙长波前冲击电压多级法试验及数据分析

为了在特高压长间隙放电特性试验研究中选择出较优的数据统计方法,采用多级试验法对特高压猫头真型塔边相I串对塔身间隙进行了5000μs长波前操作冲击放电特性试验,获得了不同电压等级试验电压。并采用直观法、加权平均法、最小二乘法3种方法统计了试验数据,求取了50%放电电压和标准偏差的估计值,对比了3种方法统计结果的差异,提出了在特高压长间隙放电电压及变异系数研究中较适用的方法。研究表明,加权平均法和最小二乘法有较好的计算精确度,均可适用于长间隙冲击电压试验数据统计,其中,在该试验数据统计中,前者50%放电电压估计值U^50和标准偏差估计值σ^与后者相比仅相差0.18%和-2.36%;直观法统计误差较明显,不推荐使用。

1000kV交流同塔双回输电线路刚性跳线电晕特性

1 000 kV特高压交流同塔双回输电线路由于电场间的相互影响,其电晕问题更为突出,根据示范工程开展的同塔双回耐张塔跳线及金具的电场计算结果,需要对跳线及其金具结构进行优化。为获得优化后的跳线及金具电晕放电特性,利用紫外成像仪对笼式和铝管式2类不同结构刚性跳线开展电晕特性试验研究,找出有明显电晕放电的跳线及金具,确定放电位置和电晕起始电压试验值。采用三维有限元方法建立仿真模型,计算场强,分析产生电晕的原因。研究结果不仅验证了电晕特性研究方法的有效性,同时表明优化后的跳线及金具能有效降低电场强度,防晕效果显著。根据研究成果,推荐采用的刚性跳线及配套连接金具满足特高压同塔双回输电线路的运行要求,已应用于示范工程的设计建设中。

500kV输电线路跳线金具电晕放电特性

输电线路相邻耐张段导线之间一般采用跳线方式连接,跳线金具结构复杂,产生的电晕严重。为获得跳线金具的电晕放电特性,利用紫外成像仪对不同结构、安装数量及位置的500kV输电线路跳线间隔棒进行试验,获得了间隔棒的起晕电压值;同时对间隔棒中的线夹结构进行试验,并利用有限元法计算其电场分布。分析结果表明,不同试验方法获得的金具电晕放电特性存在差异,实际应用中应根据工程需要及现场具体情况,选择合适的跳线金具。

1000kV同塔双回输电线路绝缘子串污秽特性

为了研究1000kV同塔双回输电线路绝缘子串的污耐压特性,按照真型布置,依据GB/T4585-2004采用升降法求取绝缘子串的50%污秽闪络电压。内容包括不同型式、不同串形绝缘子的污耐压特性,附灰密度(ρNSDD)、上下表面不均匀积污对污耐压的影响等。指出单V串污耐压特性优于I串污耐压特性;ρNSDD的增加使得绝缘子的U50%下降;上下表面不均匀积污时的U50%高于均匀积污时的U50%等。研究结果对1000kV特高压同塔双回线路绝缘子串的选型及污秽外绝缘配置具有重要指导意义。

330 kV输电线路均压环优化研究

通过有限元法建立均压环仿真计算模型,对4种不同管径以及2种不同曲率半径330 kV交流输电线路均压环表面场强进行计算分析,在特高压户外试验场以及特高压交流试验基地环境气候实验室开展均压环可见电晕试验研究,获得不同结构型式均压环表面电场分布规律、结构优化试验对比结果以及不同海拔条件下均压环电晕起始电压特性曲线。研究结果表明,通过优化均压环管径以及曲率半径方法,可有效降低均压环表面电场强度,提高电晕起始和熄灭电压,推荐校正算式校正误差小于GB311.1-1997和IEC60071-2:1996所提方法,可为高海拔地区输电线路均压环选型及优化设计提供参考依据。

330kV线路用FR型防振锤结构优化

330 kV输电线路所采用的FR-3型防振锤结构复杂,其锤头形似音叉,两端面的曲率半径较小,导致其场强较高,在实际运行中可能会发生电晕放电,从而对周围的电磁环境造成污染。采用有限元方法建立FR-3型防振锤的三维模型进行电场仿真计算,得出了防振锤的电场分布规律,据此优化了其锤头的音叉结构,将锤头端部的最高场强由3000kV/m降至2170kV/m。根据优化结果制造试品后,进行不同海拔下的电晕试验和功率特性试验,结果表明优化后的防振锤在海拔低于3500m时可有效防止电晕放电,且谐振频率和功率消耗满足要求,峰谷值之比优于旧结构,具备良好的防振性能。