绝缘间隙与海拔高度的关系论文

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章前言 4\o"CurrentDocument"课题的研究背景及意义 4\o"CurrentDocument"1.1.1课题背景 4\o"CurrentDocument"1.1.2研究意义 4\o"CurrentDocument"1.2国内外的研究情况 5\o"CurrentDocument"1.3本文的主要研究内容 9\o"CurrentDocument"第二章海拔高度对电气设备外绝缘影响的试验及分析 10\o"CurrentDocument"2.1大气中各有关参数的关系 102.1.1水汽部分压力与绝对湿度的关系 10\o"CurrentDocument"2.1.2绝对湿度与相对湿度的关系 11\o"CurrentDocument"2.1.3绝对湿度与比湿的关系 12\o"CurrentDocument"不同海拔下湿度对电气设备外绝缘影响试验及分析 13\o"CurrentDocument"2.2.1情况简述 132.2.2湿度对放电电压影响的试验情况 132.2.3试验结果分析 15\o"CurrentDocument"不同海拔的相对空气密度对外绝缘放电电压影响的试验及分析 152.3.1国内外试验研究结果： 15\o"CurrentDocument"2.3.2实验结果分析 17\o"CurrentDocument"第三章海拔参数对电气设备外绝缘影响的校正 18\o"CurrentDocument"3.1常用的几种校正方法及公式 18\o"CurrentDocument"3.1.1传统的校正方法（IEC校正法） 18\o"CurrentDocument"GB311.1-83的修正方法 18\o"CurrentDocument"3.1.3国家电力行业标准（DL/T620-1997）的校正方法 193.1.4“比湿”综合修正系数法 20\o"CurrentDocument"常用的几种校正方法分析 213.2.1传统的校正方法（IEC校正法）分析 21\o"CurrentDocument"GB311.1-83与DL/T620-1997的修正方法分析 22“比湿”综合校正法分析 22\o"CurrentDocument"校正方法的试验验证 223.3.1人工气候室模拟试验数据 233.3.2三种校正方法对试验数据的校正计算 243.3.3校正结果分析比较 24\o"CurrentDocument"3.4本文校正方法的选择 26\o"CurrentDocument"第四章空气绝缘间隙的计算 27\o"CurrentDocument"4.1空气绝缘间隙与海拔高度的关系 27\o"CurrentDocument"4.2云南llOkV弥勒新哨输变电工程空气绝缘间隙计算 27\o"CurrentDocument"4.3工程实际应用情况 30\o"CurrentDocument"第五章结论与展望 3l\o"CurrentDocument"结论 3l\o"CurrentDocument"存在的问题及展望 3l参考文献 33第一章前言课题的研究背景及意义1.1.1课题背景高海拔地区大气参数对电气设备外绝缘强度的影响是一个极其复杂的问题，多年来，世界上许多国家对此一直进行试验研究；其中以美国、俄罗斯和日本等国做的试验研究最多，近几年意大利、墨西哥和南非也进行了联合试验；他们的试验研究几乎都是针对长空气间隙，并着重进行操作波的实验。我国从1965年起开始开展这项试验研究工作，其中有三次是较大规模的试验。前两次是为修改国标GB311-64提供依据。目前进行的是高海拔地区三大气象参数（气压、湿度、空气密度）综合对设备外绝缘强度影响的试验研究。以前在高海拔地区大气参数对电气设备外绝缘放电电压的影响研究中，以及在IEC标准和国标GB311-83中，湿度参数都选用绝对湿度。但在处理湿度对放电电压的影响上，又与相对空气密度分开。这就是说，湿度校正系数Kd是在相对空气密度8=l的条件下得到，而相对空气密度校正系数Kh是在绝对湿度H=11g/m3的条件下得到;它忽略了相对空气密度8变化对湿度校正系数Kd的影响，以及绝对湿度H的变化对空气密度校正系数Kh的影响。不能真实地反映大气参数对电气设备外绝缘放电电压的影响程度，所得综合校正系数偏大。本题以高压输电外绝缘放电基础理论研究为依托，通过云南中试所的工程试验以及云南地区110kV输电线路的工程实践，深入研究温度、湿度和空气密度等对空气间隙放电特性的影响，比较现有的各种校正方法的优劣，从中选择较精确的校正方法，进一步完善、发展高海拔，低气压下空气间隙击穿特性的基础理论知识和空气间隙放电理论。1.1.2研究意义我国西部能源（尤其是水电开发）的大规模开发加速了高海拔地区输电线路外绝缘的研究。我国的西部地区包括新疆、青海、宁夏、甘肃、陕西、四川、重庆、贵州、云南、西藏、广西和内蒙古等十二个省（区），面积约为597.6万多平方公里，占全国总面积的62%以上。西部地区地域广阔，平均海拔高度较高，大多数地区的海拔超过1000m，许多地区的海拔超过3000m，其经纬跨度大，地形、地貌类型复杂多样，区内气候条件差异显著，西北干旱少雨、西南温湿多雨、青藏高原寒冷。如青藏高原的平均海拔高度在4000m左右，云贵、黄土高原的平均海拔在1000〜2000m。这些复杂的地域环境和气候特征给输电线路外绝缘的选择提出了许多急待解决的技术难题。随着西部大开发、西电东送工程的实施，西部地区的特殊环境条件（如高海拔）必将影响我国输电线路的安全运行。随着电压等级的提高，输电线路的外绝缘问题尤其是长空气间隙放电特性问题将是我们必须面临的技术难题。对于西部超、特高压输电线路的建设，需要合理选择空气绝缘间隙，参照青藏铁路建设的情况，青藏铁路沿线使用的是110kV交流输电线路，平均海拔超过4000m。例如，青藏铁路预留电气化铁路的隧道净空高度按现有标准修正，则需7200mm，仅风火山隧道，如果净空高度增加100mm，则其土建费用增加0.7亿元。因此，合理选择电气绝缘的空气间隙距离对高压输电线路的建设具有巨大的经济价值和社会意义。国内外的研究情况国内外现有研究结果表明：随着海拔高度的增高，气压和温度都将下降，相对空气密度减小，但海拔高度相同而地理位置不同时，相对空气密度也不一定相同。从我国高原各气象站（台）的累计年平均气压值求出5000m以内气压随海拔高度的变化关系为：(1-1)P=1013e-0.12H(1-1)同样，相对空气密度也随着地理位置的变化而不同。云贵、青藏高原的相对空气密度为：(1-2)5=e—0.1042H(1-2)而山西、黄土、蒙新高原的相对空气密度为：5=5=1.051e-0.115H(1-3)式(1-1)〜(1-3)中，P为气压，kPa；8为相对空气密度；H为海拔高度，km。若用海拔高度H与气温T综合反映相对空气密度8的变化，经验公式为：6=(1-aH/TO)4.26 (1式中，a为空气温度梯度，取0.0065r/m；T0为参考标准条件下的绝对温度，293K；H为海拔高度，m。国外标准及参考的修正方法1991年N.L.Allen和M.Boutlend进行了湿空气中流注发展场强的研究，提出在高海拔条件下湿度不但影响放电电压，同时还影响施加电压的波头长度。关于湿度对于雷电冲击放电影响的研究同样可以应用于直流和操作冲击电压的研究。1994年GuanZhichengHuangChaofeng研究了4.5cm棒-板短间隙在20〜101kPa范围内的放电特性，认为极性效应主要是由于棒电极附近所积累的空间电荷的作用。随着气压的下降，针电极附近空间电荷的运动变得容易，带电离子很难积累在针电极附近，因此极性效应减弱。直流50%击穿电压的极性效应随着气压的下降而减小，当气压降到20kPa时，正、负极性的击穿电压相等，试验中的直流正极性时的击穿电压值等于交流耐受电压值。1998年P.A.CalvaandF.P.Espino通过试验研究指出IEC-60和其修正标准中采用的空气密度和湿度修正方法并不适用于高海拔地区，IEC-60标准所基于的预击穿流注发展场强随着空气密度的变化而线性变化的物理模型不适用于高海拔地区，高海拔条件下的所应用的流注发展场强的模型难于解释高海拔和湿度的综合效果。试验结果与IEC-60标准所计算出来的结果偏差大于10%，空气密度对电晕放电起始电压的影响不大，并根据在海拔2240m(相对空气密度0.77)直流和操作冲击电压的试验结果来说提出了如下半经验公式：对于操作冲击：(1-5)E=489[61.2+1.36-0.17(h-11)/100](1-5)对于直流：(1-6)E=500[61.4+1.36-1.38(h-11)/100](1-6)1999年JoseGarcia,FernandoHerrara,HelmuthOrtiz对50cm的棒-板间隙空气密度和湿度对雷电冲击放电50%放电电压的影响进行了试验研究，指出温度和湿度对正极性放电的影响要大于负极性，IEEE-std4标准中击穿电压的修正指数w和m在高海拔地区有明显误差，应予从新校正，对于正极性，w=m，对于负极性w=0。(5)2003年P.A.Calva等进行了低气压下直流棒-板间隙放电试验，提出高海拔地区直流放电中流注传播场强随着空气密度减小不是线性变化的，提出如下修正：(1-7)(1-8)(1-9)U二Ed[k+k]s(1-7)(1-8)(1-9)S01 2K=6m1K=1.36-0.83(h-11”U是任何大气条件下的击穿电压，ES0是标准状况下流注传播场强；K1空气密度修正系数；k2湿度修正系数；d是间隙距离；间隙系数S与电压极性和棒电极的几何形状有关。正极性情况下，m=1.4,ES0=500kV/m，平头棒S=l.Old-0.10，球头棒S=0.965d-0.33,锥形棒S=1；球头、平头和锥形头三种棒-板间隙击穿电压差别海平面状况下出现在0.5m，海拔2240m时在大于0.8m出现，流注发展场强随间隙距离的增大而减小。对负极性，m=0.44，ES0=1476.4-1121.91d，K2=0。间隙系数S对锥形棒S=1，平头棒S=1.25，球头棒S=0.88+0.49d。负极性时流注预放电最小间隙距离海平面是0.1m，海拔2240m是0.09m，因此对小间隙距离击穿电压计算可能出现较大偏差。锥形棒K1=60.446。在所有的间隙情况下，湿度对负极性棒-板间隙击穿电压没有影响。(6)日本原田等人从高、低海拔试验点完成的相对空气密度6对空气间隙和绝缘子串的雷电及操作冲击50%闪络电压U50的影响中提出了相似理论：相对空气密度①、绝对湿度h时的间隙距离为d的50%放电电压与相对空气密度为①、1a2绝对湿度(haQ2©)时，间隙距离为(dQ2®)的50%放电电压相等。相似定律考虑了湿度因素的影响，与巴申定律相似。对现有长空气间隙放电过程受空气密度影响的试验结果分析表明，当放电主要受正极性流注支配时，空气密度的影响变小。但这方面的研究结果还远不如短间隙深入，还需要作大量研究。国内标准及参考的修正方法⑴国标GB311.1-1983推荐，对拟用于海拔高度超过1000m但不超过4000m的电气设备外绝缘及干式变压器，在非高海拔地区进行试验时，其绝缘试验电压应为在标准参考大气条件下进行试验时的电压乘以海拔修正系数K,即a(1-10)(1-11)U=UXK

=1X1.1-HX10-4)(1-10)(1-11)式中u为拟用于高海拔地区电器设备在非高海拔地区进行试验时的试验电压,kV；U0为海拔1000m时电气设备额定耐受电压，kV；K是海拔修正系数；H是设0a备拟用地点的海拔高度,m(H>1000m)。机械部标准JB/Z102-1971推荐的校正方法为：U[U[1+0.1(H-1)](1-12)式中H是设备拟用地点的海拔高度，km。(3)国家标准GB311-83中，将GB311.1-1964公式中的适用范围由1000〜3500m推广到1000〜4000m，而且对环境温度高于40°C、设备干燥状态下时的温度对外绝缘放电的影响给出了相关修正系数Kt为：(1-13)K二1+0.0033x(t—40)(1-13)t式中t为环境温度，C。(4)1999年，参照国际电工委员会标准IEC1852的推荐方法，国家标准GB/T-11022-1999推荐，海拔1000~4000m地区使用的电器设备在低海拔地区进行试验时应乘以一个海拔校正系数K，即a(1-14)K=em(H-1000)8150(1-14)式中H为海拔高度，m；m为修正指数，工频、雷电冲击和相间操作冲击电压,m取1.0；纵绝缘操作冲击电压m取0.9；相对地操作冲击m取0.75。(5)等值相对空气密度参数的修正方法云南电力试验研究所提出把绝对湿度等效为相对空气密度的附加值，与实际的相对空气密度相加，构成一个等值相对空气密度的参数。F=§+Ah (1-15)U=UxF (1-16)fg式中8为试验条件下的相对空气密度；h为试验条件下的绝对湿度，g/m3；Ug为d=l,h=0时的放电电压，kV；A为绝对湿度等值参数，m3/g，m为校正指数；其中：A和m的值可通过回归计算来得到。(6)1994年西安高压电器研究所龙玉华等人对绝对湿度h对高海拔地区操作冲击50%放电电压U50的影响进行了试验研究。在3~35mg/m3的绝对湿度范围，抽气后测量绝对湿度的变化，根据400~5000m七个海拔点绝对湿度h随相对空气密度8变化的试验，给出了绝对湿度h随相对空气密度8的变化规律，通过对使用a，a/8,a/80.78三个参数对湿度对高低两个海拔点(400m和2200m)操作冲击50%放电电压进行修正的比较，推荐采用U=f(a/80-78)进行湿度的修正。综上所述，关于大气条件对放电电压的影响在海拔2000m以下地区基本上有了一致的标准和修正方法，但还不系统，而是在特定的试验条件下进行的，因此还不能普遍适用的精确的修正标准和方法。针对不同地区的实际情况，需要具体求出校正系数，设计出合适的绝缘间隙。本文的主要研究内容本文主要针对我国各试验研究机构关于大气参数对电气设备外绝缘放电电压影响的试验成果进行分析研究，依据分析结果对我国目前提出的大气参数各种校正方法进行比较分析；并在诸多的校正方法中选择三种目前较为完善的校正法，对云南中心试验所做的ZS-110工频放电电压试验数据进行论证分析；根据分析论证结果，推荐较能真实反映大气参数对电气设备外绝缘放电电压影响程度的“比湿”综合校正法及校正公式。根据《高压输变电设备的绝缘配合》(GB311.1-83)和《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》(GB311.7-83)及有关国家标准，提出适合高海拔地区使用条件的绝缘间隙计算方法。依据推荐的“比湿”综合校正法及校正公式，计算了云南110kV弥勒新哨输变电工程的空气绝缘间隙。第二章海拔高度对电气设备外绝缘影响的试验及分析大气中各有关参数的关系高海拔外绝缘中，空气密度和湿度对外绝缘放电电压和电晕起始电压的影响是最大的。表征空气潮湿状况的参数有水汽部分压力、绝对湿度、相对湿度和比湿。它们之间以及同气压和温度之间有着密切的函数关系。水汽部分压力与绝对湿度的关系在高海拔外绝缘研究中，绝对湿度有两种单位，一是毫巴(mbar),另一是g/m3。以毫巴表示绝对湿度是源于我国中央气象局编印的《湿度查算表》。它表示空气中的水汽部分压力，而不是在IEC标准、国标中以及我们通常使用的绝对湿度。g/m3表示单位体积空气内所含水汽的质量。所以mbar表示的绝对湿度和以g/m3表示的绝对湿度是完全不同的两个概念，它们不仅单位不同，数值上也不相等。空气的压力P等于水汽部分压力P，和干燥空气部分压力P之和：waTOC\o"1-5"\h\zP=P+P (2-1)wa水汽的部分气体状态方程为：\o"CurrentDocument"PxV=nxRT (2-2)ww由绝对湿度H的定义，有：H=M/V (2-3)w■'式中:nw 体积V内的水汽克分子数;wM 体积V内的水汽质量，即M=18.0153n,18.0153为水汽分W W W子的克分子量;R 气体常数，数值为8.31441焦耳/克分子0k；T 水汽的绝对温度；将式(2-2)与(2-3)合并，整理后得：P=0.46152HT (2-4)w式中：H 空气的绝对湿度，单位g/m3;Pw 空气的水汽部分压力，单位为帕。W从式(2-4)可知，只有当温度一定时，空气的水汽压力才与绝对湿度成正比。如果考虑温度也是变量，Pw与H之间就不存在一一对应关系。因此不能简单地使用W水汽压力来表示空气地绝对湿度。2.1.2绝对湿度与相对湿度的关系根据相对湿度H的定义，xH=P,P(t) (2-5)xwws式中P(t)为温度在t时的饱和水汽压力，单位与水汽部分压力P一样，为帕。wsw将式(2-4)代入式(2-5)，得到式(2-6)。H=0.46152(TP(t))H (2-6)x 1ws此式表达了相对湿度、绝对湿度与温度之间的相互关系:在一定的温度下，空气的相对湿度与绝对湿度成正比，直到饱和R=100%。饱和时的绝对湿度H=2.167P(t)/T。由于饱和水汽压力P(t)仅与温度有关，而与压力无关，因此相swsws对湿度与绝对湿度之间的线性关系不受空气压力的影响。由于P(t)是t的指数函数，当与帕为单位时，P(t)在数值上大于绝对温度wwT=273.16+t(t为以。C表示的温度)，并随t的增加，P(t)增加快得多。因此，当保持ws绝对湿度不变时，相对湿度将随温度地升高而下降;另一方面，当保持相对湿度一定时，绝对湿度将随温度地升高而增大。但前者并不是反比关系，后者也不是正比关系。不能简单的认为在相对湿度为确定值时，绝对湿度与温度成正比，在保持绝对湿度不变时，相对湿度与温度成反比。大气参数对外绝缘放电电压的影响是非常复杂的，只有保证每个参数的正确、清楚使用，才能使高海拔外绝缘的研究更具有实践意义。2.1.3绝对湿度与比湿的关系比湿定义为同一空气试样中水汽质量M与干燥空气质量M之比，单位为公wa斤(或克)水汽/公斤干燥空气:W=M+M (2-7)wa代入M=18.01534n和M=28.9645n,n和n为该空气试样中水汽和干燥空wwaawa气的克分子数，并且考虑到，n/n=P/P则wawaW=0.62198P,.P=0.62198P(P-P) (2-8)w'a w a式中P=P+P为空气的总压力。wa将式(2-4)代入式(2-8)，经过整理，得式(2-9)。(2-9)W=H/(1204.1&-1.6078H)沁H/1204.5(2-9)式中，8为空气的相对密度;H的单位为g/m3，系数1204.1为标准状况下(P=1大气压，t=20C)空气的密度(g/m3)。由此式计算出来的比湿单位为公斤水汽/(干)空气。若系数取为1.2(kg/m3),即W=H/1.28，则计算出来的比湿单位为克水汽/公斤空气。式(2-9)表示比湿与绝对湿度近似成正比，与相对空气密度成反比。2.2不同海拔下湿度对电气设备外绝缘影响试验及分析2.2.1情况简述海拔不同地区的绝对湿度对咼压设备放电电压的影响，我国在70年代各有关试验研究机构和相关的设备制造厂家进行了大量试验，有平原地区的数据试验，也有咼原地区的试验数据，现在对这些数据进行归类和分析比较。首先明确湿度对外绝缘放电电压影响的几个参数，湿度影响斜率：空气绝对湿度每变化1g/m3时对试品放电电压影响的千伏数，这个参数是从U=f(H)的方程中直接得到的，能比较直观地看到湿度对外绝缘放电电压影响的数量。相对湿度百分数k%：空气绝对湿度每变化lg/m3对试品放电电压影响的千伏数和空气绝对湿度在11g/m3时放电电压千伏数之比的百分数。这个参数是对试品本身以湿度11g/m3为基准，以相对值来表示的百分数。湿度校正系数K值：空气绝对湿度在11g/m3时的放电电压千伏数和空气绝对湿度在Hg・m3时的放电电压千伏数之比值。K5表示湿度在5g・m3时的湿度校正系数，K13表示湿度为13g/m3时的湿度校正系数，这是国标IEC普遍采用的湿度修正系数的表示方法，对非线性U=f(H)式也能准确表示出来。但在不同的湿度下有它不同的k值。湿度对放电电压影响的试验情况表2-1棒-板1m间隙工频放电电压与湿度关系试验地点海拔高相对密实验回归方程斜率k%kk度(m)度8次数U=f(H)513云南中试所18910.868236.2+4.124H4.1241.4651.0960.972沈阳咼压开关厂50131320.7+3.347H3.3470.9361.0600.982上海高压开关厂4.6115323.9+2.107H2.1070.6071.0380.988表2-2ZS-35支柱绝缘子工频放电电压与湿度关系试验地点海拔高相对密实验回归方程斜率k%kk度(m)度8次数U=f(H)513云南中试所18910.82474.76+4.725H4.7253.7281.2880.931沈阳高压开关厂50129115.2+2.8068H2.8071.921.1300.963

表2-3棒-板0.5m间隙工频放电电压与湿度关系试验地点海拔高度(m)相对密度8实验次数回归方程U=f(H)斜率k%k5k13云南中试所18910.861117.43+2.312H2.3121.6181.1080.969西安高压研究所397133210.98+3.445H3.4451.3841.0910.973表2-4ZS-110支柱绝缘子工频放电电压与湿度关系试验地点海拔高相对密实验回归方程斜率k%kk度(m)度8次数U=f(H)513云南中试所18910.80057245.3+3.074H3.0741.1011.0710.978沈阳高压开关厂50131306.37+2.703H2.7040.8041.0510.984表2-5110kV支柱绝缘子正极性雷电冲击放电电压与湿度关系试验地点海拔高度(m)相对密度8实验次数回归方程U=f(H)斜率k%k5k13青海中试所22610.764532388+7.1H7.11.5321.1010.970西安高压研究所3970.957914457+6.3H6.31.1971.0070.977表2-6板-棒2m间隙正极性雷电冲击放电电压与湿度关系试验地点海拔高度(m)相对密度8实验次数回归方程U=f(H)斜率k%k5k13青海中试所22610.764520730+13.1H13.11.4991.0990.971上海电缆厂4.61.003221077+11.2H11.20.9331.0590.982表2-7棒-棒2m间隙正极性雷电冲击放电电压与湿度关系试验地点海拔高度(m)相对密度8实验次数回归方程U=f(H)斜率k%k5k13青海中试所22610.764520790+15.5H15.51.6141.1070.969上海电缆厂4.61.005221195+10.6H10.60.8081.0510.984咼压电空气绝缘间隙与海拔咼度的关系研究2.2.3试验结果分析上述试验仅是以空气密度为固定值进行的试验研究，虽然有一定局限性，但可揭示如下问题:从湿度的斜率上看，咼海拔地区的均较大于低海拔地区，从湿度对放电电压的基准值看，咼海拔地区低于低海拔地区。在湿度为5g/m3时的湿度校正系数k5的变化是高海拔地区高于低海拔地区,而当湿度为13g/m3时其湿度校正系数k13的变化是咼、低海拔无规律。在一定条件下,湿度对放电电压的影响决定于被水蒸气分子所捕获的电子、离子,空气湿度增加使得参加游离得过程的电子数减小,会引起沿流注通道的湿度和放出的能量减小,相应地就不易形成光导,这就有助于间隙强度地提高,因此,流注通道内电子流地减弱对湿空气中放电地发展具有决定性地意义,故此从上述试验数据可以看出放电电压随湿度的增加而增加的一般规律。2.3不同海拔的相对空气密度对外绝缘放电电压影响的试验及分析在该项研究中，国内外均针对传统校正方法(IEC校正法)中相对空气密度校正系数的指数M的试验研究。以将绝对湿度校正到llg/m3或116g/m3为基准，研究指数M和间隙D的变化关系。2.3.l国内外试验研究结果：多年来国内针对M-D关系做了大量的试验研究，主要试验单位有西安高压研究所，云南中心试验所和武汉高压研究所。表2-8、表2-9列出几年来经各单位试验得到的相对空气校正指数M值。关于工频电压，Peek得到的结果是:对悬垂绝缘子试验电压小于200kV时，对针式绝缘子试验电压小于l50kV时，以及对棒间隙试验电压小于l00kV时，M值都为1。苏联的结果是：间隙距离在2米以下，放电电压与8成正比；间隙距离在2米以上，与气压的0.6次方成正比。间距D(mm)湿度校正到llg/m3湿度校正到116g/m3人工气象室湿度校正到llg/m3工频雷电(+)雷电(-)工频雷电(+)雷电(-)雷电(+)雷电(-)3750.90.96l.l470.980.983l03l80.73l0.989l000l.085l.0890.738l.l63l.0990.8l80.8590.929l500l.l930.8660.924l.29l.0320.6983750.922l.0680.8830.99l.0660.8590.7l40.739l000l.l090.9570.705l.205l.0060.75ll500l.0450.80.7l6l.llll0.6l6表2-8棒-棒、棒-板试品的M值试品棒-棒棒-板表2-9绝缘子试品的M值试品2(X45)4(X45)7(X45)l3(X-4.5)35kV支柱绝缘子

llOkV支柱绝缘子

220kV支柱绝缘子湿度校正到llg/m3工频0.9050.80.905l.0990.8750.9880.993雷电试品2(X45)4(X45)7(X45)l3(X-4.5)35kV支柱绝缘子

llOkV支柱绝缘子

220kV支柱绝缘子湿度校正到llg/m3工频0.9050.80.905l.0990.8750.9880.993雷电(+)0.99ll.090.8850.78l.2650.9l80.8l4雷电(-)0.7630.5430.50.53l.2l0.5430.82湿度校正到116g/m3工频0.970.86l.045l.l690.96l.09ll.046雷电(+)l.0l.l60.9l30.828l.360.9920.893雷电(-)l.8040.6980.5950.543l.230.6l50.889人工气象室湿度校正至Ullg/m3雷电(+)0.7560.8390.7890.859雷电(-)0.8420.83l0.7880.953对雷电冲击电压。美国通过在利德维尔(海拔3000米、6=0.72)和皮茨菲尔德(低海拔6=1)两地点的试验研究得到：无论间隙距离和被试品种类如何，50%放电电压与相对空气密度6成正比，即M=1。日本电力中央研究所的试验结果表明，放电电压直到1500〜2000kV都与6成正比。这与美国的结果相同。表2-10列出了意大利、南非和墨西哥在海拔0〜l800米高度三个地点所做的部分试验结果。表2-10意大利、南非和墨西哥等国经试验得到的M值棒-板棒-板棒-棒间隙距离雷电冲击波操作冲击波(mm)正极性负极性正极性负极性10000.810.5320000.940.680.720.3230000.70.480.3540000.861.00.410.2850001.00.380.275(S=1670)1.220.850.150.535(S=5000)1.121.20.121.2实验结果分析工频电压下，对小空气间隙而言，库棒间隙的M-D关系呈线性增大状况，这与IEC的M值随D增加而降低的结果出入较大。与棒-棒间隙一样，悬垂绝缘子和支柱绝缘子的M值随绝缘子片数或爬距的增加也是增大的。棒-板间隙的M值在D>lm后，有非线性下降现象。雷电冲击电压下，小空气间隙的M值总变化趋势使随D的增大而减小。对正雷电冲击而言，除棒-棒间隙的M值随D增加而有波动下降外，其他三种试品却是稳定下降的。在负雷电冲击下，各试品的M值D增大后，又有回升趋势。棒-棒间隙和支柱绝缘子的回升现象较明显。正雷电冲击下各试品的M值可认为接近1，而负雷电冲击下只有部分试品的M值接近l。固定比湿不变，即H=115g/m?时，处理的结果与传统校正法(H=11g/m3)的结果差不多，只是人工气象室的结果却差别较大。人工气象室得到的M值随D的变化不明显。M值略有上升，但其值却小于l。从表2-10中可见，棒-板空气间隙的M值，在雷电冲击电压下的特性是随着间隙距离D的增大而增大。对正极性来说，M值可以认为接近1。而对负极性来说，仅当间隙距离较大时(大于4米)，才认为M值接近于l。比较国内外的试验结果，可以认为，无论在工频还是雷电冲击电压下，就短空气间隙(Dv1.5m)和低电压等级试品(220kV及以下)而言，国内按传统校正法得到的M值与国外的基本一致，除个别试品外，M值都接近于1。但M值随D的增加的变化趋势与国外的差别却较大，某些甚至相反变化。

第三章海拔参数对电气设备外绝缘影响的校正不同海拔的大气参数对电气设备外绝缘放电电压的影响是一个极其复杂的问题，长时间以来，世界上许多国家对此一直进行试验研究，做了大量的空气密度和空气湿度对电气设备外绝缘放电电压的影响试验研究，提供了许多修正方法和试验数据，但他们的试验研究几乎都是针对长空气间隙，并着重进行操作波的试验。我国从1965年起开始开展这项试验研究工作，为几次修订国标GB311.1中关于高海拔地区海拔修正系数提供科学依据。提出了几种较适合我国高海拔地区大气象条件的海拔修正方法，为我国高海拔地区的电力建设和安全运行提供了一定的保证。高海拔地区电力工程电气设备耐受电压水平是关系到工程的投资及安全运行的最重要因素，电气设备耐受电压水平确定过高，其安全性得到保证，设备的投资将大大增加，耐受电压水平确定得较低，投资可以减少，安全运行就难以保证。而影响高海拔地区电气设备耐受电压水平的主要因素之一就是不同海拔高度的大气校正系数，不同的校正法可得到不同校正系数，因此，选择正确的校正方法是得到合适校正系数的关键。常用的几种校正方法及公式3.1.1传统的校正方法（IEC校正法）校正公式为：(3-1)式中：Ust 标准大气状态下的放电电压，单位kV；Kd 绝对湿度H=11g/m3的情况下的空气密度校正系数;相对空气密度5=1寸求得的绝对湿度校正系数GB311.1-83的修正方法该修正法规定:对拟用于海拔高于1000m，但不超过4000m处的设备外绝缘及干式变压器的绝缘，其电气设备试验电压按本标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正系数Ka。a(3-2)(3-3)U=KXU(3-2)(3-3)a0K=1(1.1—Hx10-4)a■'式中：U 使用地点电气设备实验电压，单位kV；U0 海拔1000m时电气设备额定耐受电压，单位kVH 安装地点的海拔高度。3.1.3国家电力行业标准(DL/T620-1997)的校正方法外绝缘放电电压试验数据通常以标准气象条件给出。标准气象条件是：温度t0=2O°C，压力b0=1O13mbar,湿度h0=11g/m3。外绝缘所在地区气象条件异于标准气象条件时，放电电压可按下式校正：U—UX5n/Kn (3-Z0h式中：U0 标准气象条件下绝缘放电电压，单位kV；8 ——相对空气密度，标准气象条件下为1,不同海拔时可按表3-1(或实测数据)决定；Kh 空气湿度校正系数；n 指数，与绝缘长度有关；表3-1不同海拔高度的气象参数海拔高度050010001500200025003000相对气压10.9450.8880.8350.7860.7410.695相对空气密度810.9550.9090.8650.240.7840.745绝对湿度H(g/m3)119.177.466.375.334.423.68空气湿度校正系数Kha)在工频交流电压下：K=1+0.0125(11—H) (3-5)h式中：h 空气绝对湿度，单位g/m3；不同海拔时可按表3-1(或实测数据)决定(3SHS11)；U0 海拔1000m时电气设备额定耐受电压，单位kV；H 安装地点的海拔高度。b)在雷电及操作冲击电压波下K=1+0.009(11—H) (3-6)h指数n在工频交流电压下：n=1.12—0.121 (3-7)i式中：li 绝缘的长度(为绝缘子串净长，或空气间隙即间距)，m.上式适用于1<li<6。对于另外的1.,取n=1；iiU0 海拔1000m时电气设备额定耐受电压，单位kV；在正极性雷电冲击电压波下：n=1。3.1.4“比湿”综合修正系数法(3-8)(3-9)U=KU(3-8)(3-9)a01K=K=1/KxKaKKa'dh12式中：U0K式中：U0KdKhK=K1db273+1x 0b273+10(3-10)标准状态下外绝缘耐受电压，单位kV空气密度修正系数；湿度修正系数。(3-11)K=(1+a(H/6—11)x10-3)wh(3-11)b、t、h为实验时气压、温度和湿度。对工频和雷电波在间隙或绝缘子串长S=1~6（m）时，指数m=1；对雷电和操作冲击波时a=8〜9,工频时a=11〜13,在雷电和工频波时取w=1。常用的几种校正方法分析3.2.1传统的校正方法（IEC校正法）分析传统的IEC校正方法中，湿度参数均选择了绝对湿度，但在处理湿度对放电电压的影响上，又与空气密度分开。也就是说，湿度校正系数是在相对空气密度8=1的条件下得到的，相对空气密度校正系数是在绝对湿度H=11g/m3的条件下获得。湿度校正系数是与海拔高度（或相对空气密度）有关的，随着海拔高度的增加，湿度校正系数将增大，另一方面，在不同海拔高度下又不能使用同一个相对空气密度校正系数。这都表明，绝对湿度校正系数与空气密度8以及海拔高度（相对空气密度）校正系数与绝对湿度都不是相互独立的，而是相互有关的。因此目前的IEC标准传统校正法法中硬把绝对湿度和相对空气密度两者对外绝缘放电电压的影响分别处理是不恰当的。随着海拔高度增加，空气密度8会减小，即使空气中所含水气的绝对质量保持恒定，其相对比湿也会增加，水汽对放电电压的影响程度也会增加。于是在不同的空气密度8值下还使用同一个湿度修正系数以及在不同的绝对湿度H值下还使用同一个相对空气密度校正系数显然都是不合理的。322GB311.1-83与DL/T620-1997的修正方法分析GB311.1-83的方法校正是以海拔高度1000m为基准，是通过对相对空气密度、绝对空气湿度和温度随海拔高度的变化规律所做的初步统计分析而得的；不足之处是和设备所在地的大气条件没有更明显关系。不同地区同海拔高度的大气参数差异较大。对其电气设备的外绝缘放电电压的影响也不相同。而国家电力标准DL/T620-1997使用范围为3<H<11g/m3，适用于海拔3500m以下。引起电气设备外绝缘电气强度下降的主要原因是大气参数的变化，我国国土辽阔，不同高海拔地区的大气参数各具特色，差异较大，在同样的海拔高度，由于大气参数的差异，电气设备外绝缘的下降程度也是不一样的，对一个具体的工程一律采用GB311.1-83或DL/T620-1997的方法校正不一定合适，受其适用范围限制。“比湿”综合校正法分析“比湿”综合校正法中采用H/6比湿来代替绝对湿度H,作为影响外绝缘放电电压的气象参数。绝对湿度对放电电压的影响表现为水分子捕获运动的离子和电子数,而高海拔地区空气密度降低,即相同体积内气体分子数减少,而同样的绝对湿度其水分子数量相同的,因此在高海拔条件下,离子和电子在运动过程中与气体分子的碰撞几率减小,与水分子的碰撞几率增加,因而不易形成先导,湿度对放电电压的影响必然增大，因此采用H/S比湿来代替绝对湿度H,从微观上能更确切地描述水分子对放电过程的影响,从宏观上使关系式更加符合高海拔地区放电过程的变化规律。校正方法的试验验证目前经过试验研究得到的较完善的大气参数校正方法有以下三种：A、国标GB311.1-83给出的校正方法及公式；B、国家电力行业标准DL/T620-1997给出的校正方法及公式；C、武汉高压电器研究所及有关单位提出的“比湿”综合校正法；依据上述的三种校正方法云南电力中心试验所在人工气候室对ZS-110棒形支柱绝缘子设备的外绝缘耐受电压试验数据分别进行校正，即将试验数据校正至标准大气条件下，并与试验设备在标准大气条件下的耐受电压水平进行比较。3.3.1人工气候室模拟试验数据云南电力中心试验所对ZS-110设备进行了工频放电电压试验研究，其试验结果见表3-2。表3-2云南中试ZS-110工频放电电压试验数据序号实验数据序号实验数据绝对湿度H(g/m3)相对空气密度耐受电压值(kV)绝对湿度H(g/m3)相对空气密度耐受电压值(kV)14.850.8152672912.50.79427826.130.852713012.50.81289.736.640.82276.13112.50.806285.647.40.82773212.650.793277.357.450.801265.23312.80.794279.468.10.7832703412.90.796283.678.140.82626935130.828688.930.82763613.10.8286.399.250.812713713.20.795281109.30.7982703813.20.8289.1119.550.8062713913.30.8286129.60.7952684013.30.798285.1139.60.812273.64113.30.792280.1149.70.8172714213.30.799288.61510.150.7952724313.50.789282.71610.20.792614413.60.799287.41710.30.787269.44513.60.787280.91810.70.807275.24613.70.792280.81910.70.801275.64713.90.8292.32010.90.813281.348140.793286.32111.10.812283.74914.150.795288.42211.350.7982785014.20.795286.82311.60.788279.75114.30.802292.62411.90.812286.65214.40.794287.82512.10.802281.65314.40.798289.82612.10.7992785414.50.799293.22712.20.792281.75514.550.8299.72812.40.799281.95614.70.799296.1三种校正方法对试验数据的校正计算依据上述试验数据的模拟大气参数进行三种校正方法的参数校正，并将试验设备的耐受电压校正至标准大气条件下，在进行校正之前应对三种校正力一法的指数加以确定，三种校正方法的校正结果详见表3-3。上述的试验设备均使用在llOkV变电所内，其空气间隙确定为D=1.6m；a、 国标GB311.1-83的校正公式中的指数m、n、w,经查《电力工程高压送电线路设计手册》得：在D=1.6m时，m=n=w=l，其湿度校正系数K由GB311.1-83查得。b、 国家电力行业标准DL/T620-1997的校正公式中的指数：雷电冲击电压下：n=l,工频电压下：n=1.12-0.12D,D=1.6m，n=0.928。c、 “比湿”综合校正公式中的系数a和指数m、w如下：在雷电冲击下：a=8〜9,m=w=1；在工频电压下：a=11〜13,m=w=l。3.3.3校正结果分析比较分析比较方法将试验设备的耐受电压水平(使用条件)用同种校正方法校正到标准大气条件下与其试验电压的校正值进行比较。将试验间隙的工频试验电压校正值与同等间隙的标准大气条件下的放电电压值进行比较。试验设备耐受电压水平及试验间隙的放电电压水平ZS-110棒式绝缘子的工频耐压水平：根据有关样本提供的数据，ZS-110棒式绝缘子的工频耐压水平为265kV。校正结果分析国标(GB8287.1-1995)的3.2条规定，在额定电压40.5kV及以下的B型绝缘子的工频放电电压不应低于工频耐受电压的1.75倍，而对40.5kV以上绝缘子的工频放电电压与工频耐受电压的关系未做规定；但从安全运行角度考虑，两值应有不小于20%的安全裕度。在工频耐受电压考虑20%安全裕度情况下，ZS-110支柱绝缘子放电电压规定值既为265/(1-20%)=331.25kV；

实验数据试验电压校正至标准大气条件下数据GB311.1-83校正法DL/T620-1997校正法序绝对湿度H(g/m3)相对空气密度耐受湿度密度综合耐受电压值(kV)湿度密度综合耐受湿丿号电压校正校正校正校正校正校正电压校正值系数系数系数系数系数系数值系数(kV)kdkhkakdkhka(kV)k14.850.8152671.0780.8151.323353.161.0770.8151.321352.80.926.130.852711.0590.851.246337.631.0610.8501.248338.20.936.640.82276.11.0560.821.288355.561.0550.8201.286355.10.947.40.82771.0450.81.306361.831.0450.8001.306361.80.957.450.801265.21.0440.8011.303345.651.0440.8011.304345.80.968.10.7832701.0370.7831.324357.591.0360.7831.323357.30.978.140.8262691.0370.8261.255337.721.0360.8261.254337.30.988.930.82761.0260.81.283354.141.0260.8001.282353.91.099.250.812711.0220.811.262341.931.0220.8101.262341.91.0109.30.7982701.0210.7981.280345.621.0210.7981.280345.51.0119.550.8062711.0190.8061.264342.621.0180.8061.263342.31.0129.60.7952681.0180.7921.281343.171.0180.7951.280343.01.0139.60.812273.61.0180.8121.254343.011.0180.8121.253342.81.0149.70.8172711.0160.8171.244337.171.0160.8171.244337.11.01510.150.7952721.0110.7951.272346.071.0110.7951.271345.81.0从表3-3的三种工频放电电压的校正结果看，三种校正值均高于ZS-110支柱绝缘子工频耐受电压值；但与支柱绝缘子放电电压规定值比较：比湿校正法的57组放电电压校正值与规定值基本相同，除个别外，均在330~340kV之间；而GB311校正法和DL/T校正法的校正值均在340〜350kV之间，都高于支柱绝缘子放电电压规定值。(4)结论电气设备的雷电冲击试验电压“比湿”校正值大多与试验设备的耐受电压水平相接近，而国标GB311.1-83校正法和电力标准DL/T620-1997校正法的校正值大多高于试验设备的耐受电压水平，工频试验电压的校正值也高于试验设备的耐受电压水平。ZS-110支柱绝缘子的工频放电电压的比湿校正值基本等于其试验设备的耐受电压值(考虑安全裕度)。而其他校正法的校正值均高于试验设备的耐受电压值。“比湿”校正法的校正结果更接近实际，其同样大气条件下的校正系数最低，更有利于高海拔地区电气设备参数的选择。本文校正方法的选择根据上述的试验结果分析,采用“比湿”综合校正法对高海拔地区电气设备外绝缘耐受电压强度进行大气参数校正是比较合理的，其原因如下：GB311.1-83校正法的校正公式中，湿度参数选用绝对湿度；湿度校正系数Kh是在相对空气密度6=1的条件下得到，相对空气密度校正系数Kd是在绝对湿度H=11g/m3的条件下得到;它忽略了相对空气密度6变化对湿度校正系数Kh的影响，不能真实地反映大气参数对电气设备外绝缘放电电压的影响程度；所得综合校正系数偏大。国家电力标准《DL/T620-1997》提出校正方法，其使用范围为3<H<11g/m3,其适用海拔高度为3500米以下，其同等大气条件下校正系数值与GB311.1-83校正法的校正系数值接近;均偏大。“比湿”综合校正法，采用H/6比湿来代替绝对湿度H,作为影响外绝缘放电电压的气象参数，从微观上能更确切地描述水分子对放电过程的影响，从宏观上使关系式更加符合高海拔地区放电过程的变化规律。能真实地反映大气参数对电气设备外绝缘放电电压的影响程度。在高海拔电力工程设计中应推广应用，并在应用中逐渐总结完善公式中的系数取值范围。第四章空气绝缘间隙的计算4.1空气绝缘间隙与海拔高度的关系架空线路的外绝缘是由导线之间的空气间隙及固定导线用的绝缘子构成。在这种绝缘结构中，采用的是空气为绝缘介质，无论绝缘子介质的击穿，还是空气中或沿介质表面的放电都会导致上述绝缘结构电气强度的破坏。绝缘子的击穿能使其完全损坏，与之不同，沿面放电通常不会造成损坏。因此，如果使绝缘结构的闪络电压或空气中的放电电压低于绝缘子的击穿电压，那么这种结构的实际电气强度将决定于空气的电气强度。高海拔地区，随着海拔高度增加，空气的密度降低，空气电介强度下降，在高电压下低气压的空气更容易放电。在上述情况下，为了保证绝缘结构可靠和安全运行，就需要通过校正高海拔的放电电压来确定绝缘间隙的大小。因此，确定合适的绝缘间隙首先需要修正放电电压，本文推荐用“比湿”综合校正法来校正放电电压。4.2云南110kV弥勒新哨输变电工程空气绝缘间隙计算根据空气间隙的放电特性来确定不同的带电导体间、设备和导体的带电部分至接地部分间允许的最小空气间隙。空气间隙在不同类型的电压下，具有不同的电气强度，电压形式一般分为雷电过电压、内过电压和最大工作电压。对330kV以下的配电装置绝缘间隙A值是采用惯用法来确定的。以下采用云南110kV弥勒新哨输变电工程所在地区的工程数据计算其A值。雷电过电压决定的A值：由避雷器的保护水平决定相应的冲击放电电压，然后查标准大气条件下，空气间隙的全波放电特性曲线，得出A值。冲击放电电压计算式为：Uchx—d50%K(1.1U+15)a bcK3Uchx—d50%KK12K3KUabc(4-1)(4-2)式中：K1 距离系数，取1.15；K2 陡坡系数，取1.05；K3 间隔系数，将耐受电压换算为放电电压取0.9；Ka 海拔修正系数(按“比湿”综合校正法得雷击Ka=1.68)aaUbc 避雷器保护水平；各级电压的计算值及户外设备在大气过电压时的A值见表4-1。电压等级110kV110kV中性点35kV10kV雷电冲击放电电压(kV)588398259106相-地最小空气间隙A1(cm)113735222相-相最小空气间隙A2(cm)124/5724表4-1各级电压户外配电装置在大气过电压时要求的A值(2)内过电压决定的A值由内过电压决定的相应工额放电电压计算式如下相对地工频放电电压：“ KKQUU — 0a xgnx-d50% KP3uKK0a xg(4-3)相间工频放电电压：1.4KKJ2UU — 0a xgnx-d50% Kj33u1.4KK<2U0a xg(4-4)式中：K0 内过电压计算倍数；Uxg 最高工作相电压；xgK3 间隔系数，0.9；Ka 海拔修正系数(按“比湿”综合校正法得雷击Ka=1.718)aa卩 冲击系数，1.1;按上两式计算结果，查工频放电电压曲线的得到的A值见表4-2表4-2各级电压户外配电装置，在内过电压时要求的A值电压等级110kV110kV中性点35kV10kV相-地Unx-d50%(kV峰值)53225521662相-相Unx-d50%(kV峰值)745/30487相-地最小空气间隙A1(cm)113504312相-相最小空气间隙A2(cm)163/6117(3)最大工作电压决定的A值对63kV及以下电压等级，中性点非有效接地系统，最大工作电压时的放电电压值按下式计算：KJ3U(4-5)U二U二八xg

gx—d50% gx—x50% K(4-5)3对110kV电压等级，中性点直接接地系统，最大工作电压时的放电电压值可按下式计算：1.3Ka(4-6)(4-7)TOC\o"1-5"\h\zU — a xg(4-6)(4-7)gx—d50% K3i.3kaU — a xggx—x50% K3式中：Uxg 最高工作相电压；xgK3 间隔系数，0.9；Ka 海拔修正系数(按“比湿”综合校正法得工频Ka=1.718)aa1.3 安全系数，考虑了工频过电压，风偏等因素；根据公式计算结果查工频放电电压曲线得到的A值见表4-3。表4-3各级电压户外配电装置，在最大工作电压时要求的A值电压等级110kV35kV10kV相-地Ugx-d50%（kV峰值）17876.521.7相-相Ugx-d50%（kV峰值）3076.521.7相-地最小空气间隙A1(cm)51175相-相最小空气间隙A2(cm)901754.3工程实际应用情况云南llOkV弥勒新哨输变电工程运行中的各种电压情况下的空气间隙A值如表4-4。表4-4110kV弥勒新哨输变电工程A值电压等级110kV35kV相-地最小空气间隙A](cm)11350相-相最小空气间隙A2(cm)16361该工程从投运近1年来一切运行良好，未发生过任何设备的外绝缘事故。故此,进一步证明用“比湿”综合校正法对高海拔大气参数进行校正是合理的，所确定的高海拔电气设备外绝缘耐受电压水平是能保证设备安全运行的。避免了采用GB311.1-83校正法时确定的设备耐受电压水平偏高，给设备选型、制造带来困难。为国家节省了大量设备投资和研究费用。第五章结论与展望5.1结论通过以上分析比较论证得出如下结论:正确确定高海拔地区设备外绝缘耐受电压水平及大气参数校正系数是解决高海拔地区电气设备安全运行和减少投资的关键问题。在研究和计算湿度对设备放电电压影响程度时要综合考虑空气密度8变化，因为随着相对空气密度8的变化，即使空气中所含水气的绝对质量(绝对湿度H)保持恒定，其湿度对放电电压的影响程度也会变化。只有当比湿H/8保持恒定不变时，空气中水汽