高压教材第四篇课件-第十二直流输电中的高电压技术-第四

特高压输电技术新进展《高电压技术（第三版）》课

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新输电系统所推进的高电压技术课件制作者：浙江大学 赵智大第十二章直流输电中的高电压技术UHVDC第四节

高压直流架空线路的绝缘在选择和设计直流线路绝缘时，必须关注它在运行条件、结构型式、设计原则等方面有别于交流线路的特点，诸如：·

直流绝缘子的染污过程特点；·

直流绝缘子金属部件的电化腐蚀；·

直流绝缘子的结构和运行特点；·

作用在线路绝缘上的过电压波形；·

直流绝缘子类型和片数选择；·

直流线路各种空气间距的确定，等等。其中有些问题将放到以后各节中再作讨论。对直流架空线路绝缘的基本要求可分为下列三个方面：（1）能够长期耐受运行电压。直流下绝缘子染污速度快、电气强度下降得多，腐蚀问题严重，所以应采用特殊的直流绝缘子。（2）能够耐受正常操作及故障所引起的操作过电压。（3）应该使直流架空线路的雷击故障率处于容许值以下。一、直流线路绝缘子◆

高压直流绝缘子运行条件的特点● 在直流电压的作用下，绝缘子表面的积污量和

积污速度要比交流下严重得多;● 污秽在绝缘子表面上的分布更不均匀;● 在直流下表面积污对绝缘子闪络特性的影响更

为严重;● 绝缘子的铁脚和铁帽上存在严重的腐蚀现象（铁脚上必须加锌套）；● 在直流电压下，合成绝缘子的抗污闪能力要比电瓷和玻璃绝缘子好得更多。

直流线路绝缘子的类别

直流玻璃绝缘子

直流瓷绝缘子在我国建设第一条±500kV葛南直流线路时,对绝缘子类型的选择仅考虑以上二种,最后选用的是瓷绝缘子(

日本NGK公司的产品

)。

直流合成绝缘子我国电力系统开始采用合成绝缘子较德、美等国为晚，但发展很快，使用效果良好：交流系统——已用200多万支，用量已居世界第二

位；直流线路（±500kV）——用量已达11000多支，居世界第一位。图日本NGK公司的直流瓷绝缘子剖面图直流绝缘子在运行中还会遇到的一个突出的问题是电化腐蚀现象。电蚀导致绝缘子损坏，是由于两方面的过程所致：①钢脚变细，导致绝缘子的机械强度大幅度下降；②电蚀生成物在体积上的膨胀导致瓷体或玻璃件受压破裂。为了解决这个问题，目前最通用的办法是在钢脚上加锌套，如图12-10

所示。它一般可使直流绝缘子的寿命延长一倍左右。已建成的直流线路所采用的绝缘子大都是玻璃绝缘子或瓷绝缘子，但在近年来新建的直流线路上采用合成绝缘子也越来越多，特别是我国已成为世界上使用直流合成绝缘子最多的国家。直流绝缘子的结构型式一般均为耐污型，即具有较长的表面泄漏距离，以利于缩短绝缘子串的总长度。美国的研究表明：理想的直流绝缘子的泄漏距离l

与高度H的比值范围约为2.5~3.0（普通交流绝缘子只有2.0左右）。此外，直流绝缘子还应具有良好的自洁性能。下图为高压直流合成绝缘子的外形一例。直流线路的实际运行经验表明：在大气严重污秽的地区（例如海滨或某些工业区），单靠增大泄漏距离往往仍不能使泄漏电流减小到足够低的水平，还需要采取一些其他的辅助措施以减小泄漏电流，例如：（1）涂硅脂。在绝缘子表面涂上硅脂，能使其绝缘性能显著改善、泄漏电流大大减小，因为这种材料具有憎水性和埋置外来固体微料的特性，从而能阻止表面上连续导电层的形成。不过，当所埋微粒达到某一饱和状态时，硅脂将突然丧失其限制表面电导的性能；所以，涂层必须定期清除和更新，其周期可为数月到数年，这取决于该地区的污秽程度。（2）加强停电清洗或带电清洗。美国太平洋联络线的南段（该地区雨水较少、干燥期较长），投运后曾因汽车废气污染而导致频繁的污闪，后来采取补救措施，除将绝缘子从27片增加到30片，使泄漏比距增大为3.43cm/kV外，还把绝缘子的清洗周期缩短到60天左右。（3）在某些工程中（例如日本的“北—本线”），当污染特别严重、气候又特别恶劣时，还曾试用“降压运行”这样的应急措施来避免污闪事故的发生。显然，上述几种辅助措施都会给运行单位带来麻烦，而且它们的作用也是有限的。所以，在建设直流输电工程时，应注意把换流站址和线路路径选得离工业区和其他污染源远一些。二、空气间隙直流架空线路上的空气间隙包括极导线间、导地线间、导线对地、导线—杆塔间的空气间隙。正确选择应有的气隙长度（空气间距）是一个十分重要的问题，它对杆塔型式及尺寸、线路走廊宽度、线路建设费用、线路运行可靠性都有很大的影响，在超/特高压线路的情况下尤为突出。为此，不少研究者曾对几种典型电极构成的典型气隙的击穿特性进行了实验研究，下面将引用其中一些成果。但如直流输电电压达到±600kV以上的特高压范畴时，仍应结合实际工程开展实际气隙的击穿特性研究，以免套用典型气隙的数据所可能造成的浪费。在介绍各种气隙的击穿特性之前，需要先说明试验电压的波形。迄今为止，国际上还没有统一的用于直流输电系统的试验电压标准波形。但从直流输电系统绝缘上可能受到的过电压波形出发，有较多国家采用由一直流电压分量Udc与一冲击电压分量ui叠加而成的试验电压波形，如图12-11所示。其中冲击电压分量ui又可分为两类：（1）

雷电冲击波：波前时间T1为若干μs，半峰值时间T2为50μs左右；（2）

操作冲击波：波前时间T1=100~300μs，半峰值时间T2=

10004000μs。下面就来介绍一些典型气隙击穿特性的实验结果：（1）“棒—板”气隙与“棒—棒”气隙在正极性直流电压下的击穿特性实际上都是直线（试验进行到1600kV为止），如图12-12与图12-13所示。在干燥的标准大气条件下，它们的击穿梯度分别约为：“棒—板”气隙：“棒—棒”气隙：4.8kV/cm；5.5kV/cm（2）在正极性操作波和正极性直流电压相叠加的情况下，“棒—板”气隙的击穿电压要比单纯的正极性操作波下（Udc

=0）的击穿电压来得高（二者的差别在直流分量超过400kV时才开始显著起来），但比单纯的直流电压下（Ui=0）为低（图12-14）。（3）在上述