特高压输电的外绝缘问题-孙才新

特高压输电的外绝缘问题孙才新重庆大学内容提要

特高压交直流输电面临复杂的自然环境自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素外绝缘设计及运行安全是我国特高压输电的关键技术在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究特高压交直流输电面临复杂的自然环境我国山地丘陵约占43%，高原占26%，其中海拔在1km以上的山地和高原超过全国总面积的2/3。全国大气污染有加重的趋势：直接威胁电网安全的是地区性环境污染，尽管我国采取了多种防污措施，但全国大气污染状况变化仍然不大，特别是城市空气污染依然严重。1特高压交直流输电面临复杂的自然环境二氧化硫和烟尘排放量仍呈上升态势1特高压交直流输电面临复杂的自然环境城市空气污染仍然严重图1我国城市2005年空气质量状况

2005年监测的522个县级以上城市中，空气质量达到三级标准的有152个（占29.1%），劣于三级标准的有55个（占10.6%）。1特高压交直流输电面临复杂的自然环境颗粒物仍是影响空气质量的首要污染物图2颗粒物浓度分级城市比例

40.5%的城市颗粒物超过二级标准，超过三级标准的城市占5.5%；颗粒物污染较重的城市主要分布在山西、宁夏、内蒙古、甘肃、四川、河南、陕西、湖南、辽宁、新疆、北京等。1特高压交直流输电面临复杂的自然环境“两控区”二氧化硫污染不容乐观2005年，二氧化硫控制区内部分二氧化硫污染严重的城市虽然污染程度有所减轻,但超过二级标准的城市占54.9%，超过三级标准城市比例占21％；酸雨控制区内二氧化硫达标城市虽然比例有所下降，但超过三级标准的城市仍占4.5%。图4“两控区”SO2污染情况年际比较图3二氧化硫浓度分级城市比例1特高压交直流输电面临复杂的自然环境2005年重点城市空气质量仍然不好113个大气污染防治重点城市中，58个城市空气质量为三级(占51.3%)；47个全国环境保护重点城市中，7个城市空气质量为三级(占6.2%)。图547个环保重点城市综合污染指数比较1特高压交直流输电面临复杂的自然环境酸雨PH值和频率增大与上年相比较，出现酸雨的城市比例增加了1.8个百分点，降水年均pH值≤5.6的城市比例增加了0.7个百分点（其中pH值≤4.5的城市比例增加了1.9个百分点），pH值≤4.0的城市有长沙、佛山等；北京、天津、大连、承德、洛阳、渭南等城市降水pH年均值低于5.6。酸雨频率超过80%的城市比例增加了2.8个百分点；降水年均pH值降低和酸雨频率升高的城市比例均比上年有所增加，表明2005年酸雨污染较上年有所加重。图6不同降水酸度城市比例图7不同酸雨频率城市比例酸性湿沉降还在加剧1特高压交直流输电面临复杂的自然环境2005年开展酸雨监测的696个城市中，出现酸雨的城市357个（占51.3%），降水年均pH值≤5.6的城市267个（占38.4%）；图82005年全国降水酸度分布1特高压交直流输电面临复杂的自然环境

酸雨控制区的频率并未下降

虽然酸雨控制区内酸雨污染范围基本稳定，但污染程度进一步加重，酸雨控制区111个城市中：表2酸雨控制区内降水不同酸度城市比例表3酸雨控制区降水不同酸雨频率城市比例降水酸度（pH值）＜5.6≥5.6总计＜4.54.5~5.05.0~5.6城市比例%2005年7324.334.214.5272004年74.121.53319.625.9酸雨频率%0＞0-≤20＞20-≤40＞40-≤60＞60-≤80＞80-≤100城市比例%2005年7.221.67.320.720.722.52004年9.81713.419.621.418.8出现酸雨的城市103个(占92.8%)；酸雨频率大于80%的城市25个(占22.5%)，比上年增加3.7个百分点。1特高压交直流输电面临复杂的自然环境

2005年全国共发生雷电灾害1.1万多起，其中广州市2005年6月4日夜间至5日凌晨4小时闪电3874次。近几年尽管全球气候有变暖的趋势，但突发性的局部和大面积的重冰雪天气时有发生。处于高海拔地区的云、贵、川及平原地区的河南、山西、湖南、湖北等冰闪事故几乎年年不断。1特高压交直流输电面临复杂的自然环境溪洛渡、向家坝送华中1057～1394km，送华东1845～2270km。经过云南、重庆、贵州、湖南、湖北、江西、安徽、浙江、江苏及上海11个省市，跨越东、西部地区，在不同地区受到的影响制约因素各不相同，线路走廊存在不同强度的空气污染，长江以南广大的酸雨区又会增大外绝缘污闪的概率。线路将通过川、滇、黔的海拔1000～3000m甚至3500m的高海拔地区，而这些地区正值西部大开发，空气污染严重，存在重冰区，线路不可能避开导致外绝缘事故的高海拔、污秽、覆冰共存恶劣环境。将翻过武陵山、雪峰山、连云山、罗霄山及皖南山区，具备外绝缘污闪、冰闪的微气候和微气象条件。我国规划建设的特高压直流输电线路走廊环境恶劣1特高压交直流输电面临复杂的自然环境云南、贵州等水电送广东约1000～1500km，以云广±800kV线路走廊为例：存在典型的高海拔、覆冰、污秽共存的恶劣环境：大路溪－高楼房－三家村－撒树依段：36km，海拔1700～2098m，最低气温-3～6℃，降雪30mm左右，覆冰5mm，I级污区；撒树依－大护园段：28km，海拔1900～2232m，山区为主，最低气温-8～-10℃，降雪可达60～80mm，混合淞覆冰5～10mm，I级污区；大护园－牧羊口－龙潭脑段：15km，海拔2050～2280m，最低气温-10℃，雪淞覆冰大于30mm，I级污区，特别是牧羊口处于风口位置，飞速大，覆冰重，可持续1个月；龙潭脑－罗锦村段：20km，海拔2018～2280m，最低气温-6℃左右，降雪不超过30mm，混合淞覆冰10mm左右，I级污区；我国规划建设的特高压直流输电线路走廊环境恶劣1特高压交直流输电面临复杂的自然环境存在典型的高海拔、覆冰、污秽共存的恶劣环境：罗锦村－张家屯－黄家湾段：27km，海拔1900～2342m，最低气温-10℃，降雪可达100mm，混合淞覆冰可达10～20mm，I级污区；黄家湾－白塔铺－昌铺－文明村段：35km，海拔2010～2233m，最低气温-10℃，降雪一周左右，混合淞覆冰5mm，I级污区；文明村－文笔山－茨营段：20km，海拔2135～2148m，最低气温-10℃，降雪40mm左右，雾淞覆冰5～10mm，II级污区；三凹－撒基格－上坡坡段：19km，海拔1950～2272m，最低气温-10℃，下雪和覆冰时间长，混合淞覆冰10～20mm，II级污区；上坡坡－小岗德－岗德段：5km，海拔1900～2239m，最低气温低于-10℃，冬季持续降雪，覆冰重，雨淞覆冰大于30mm，I级污区；阿岗－低租－以土－小红石岩段：36km，海拔1589～2239m，最低气温高于-10℃，有降雪，混合淞覆冰10～30mm，I级污区。1特高压交直流输电面临复杂的自然环境总体分析：海拔高、落差大、微地形和微气象条件充分，有不同程度的覆冰和降雪，污秽为I～II级，是典型的高海拔、覆冰、污秽共存的复杂气候环境。存在高湿度、重污秽和强酸雨地区：楚雄换流站，周围海拔1309～2754m，属I级污区，相对湿度多年平均值为75%，多年最大值为85%，正好是污闪的临界湿度条件。穗东换流站为II级污秽区，同时，广东是我国酸雨强度和频率最大的地区，相对湿度更大，将会增加污闪的概率。规划建设的溪洛渡、向家坝水电站至云南昭通的500kV线路虽然只有120km，但走廊却存在高海拔、覆冰、污秽的恶劣环境。自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素对电网影响较大的故障69起，比2004年(54起)增加27.78%，其中污闪、冰害、雷害等复杂气候环境即自然灾害的有17起，约占24.6%；设备故障31起，约占45%，两者共占69.6%。架空线路共发生非计划停运875次，其中气候、雷电等因素造成的非计划停运次数为415次，比2004年增加224次，占非计划停运总次数的47.43%。2自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素

2005年国家电网故障我国近几年的电网故障2自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素历年来，自然灾害是危害电网安全运行的主导因素；设备故障已成为危及电网安全的主要隐患因素。图92001～2005年电网故障起因分类比较

历年来复杂环境造成电网特大事故的简要分析2自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素

1971～1980年，线路发生污闪事故1126次，变电设备污闪事故761次；

1981～1990年，线路1907次，变电设备695次；

1991～2000年，未见总的统计报道，但从刊物收集到的有：1990年1～2月，华北大污闪，线路跳闸218条次，25座110～220kV变电站停电；1993年“3.14”新疆乌鲁木齐电网大面积污闪，系统损失负荷41.6%；

历年来复杂环境造成电网特大事故的简要分析2自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素1996年末至1997年初，华东、华中、西北、山东等地均发生污闪，其中线路跳闸/停电：500kV/15条，330kV/7条，220kV/56条，110kV/21条，变电站跳闸/停电：500kV/1座，330kV/5座，110kV/41座；1998年“1.21～23”华东、华中电网因冰雪灾害引起大停电事故，减负荷150余万kW，线路跳闸2600余条次；1998年“12.1”河南大面积污闪事故，使驻马店及信阳地区与系统解列，220kV系统全停，部分电气铁路停电，损失负荷80余万kW；1999年3月8日，贵州电网因多条220kV线路覆冰融化和酸雾闪络，造成天贵500kV线路多次跳闸，导致贵州电网与南方电网解列。

历年来复杂环境造成电网特大事故的简要分析2自然灾害导致设备故障和设备自身故障是导致我国电网事故的主导因素

2001～2005年：2000年1月30日，昆明地区覆冰雪使35kV及以下线路140多条跳闸，造成云南全省大面积停电；2001年2月13日，四川西昌发生冰闪事故，造成500kV线路中断供电2小时；2001年“2.21～22”辽中、河北南部、京津唐、河南北部电网又重现十年前的大面积污闪，其中：35～500kV线路跳闸200余条，变电站停电140余座；2005年春节前后，华中电网连续多次出现多回500kV线路跳闸的冰闪事故，造成部分电网先后7次从主网解列；同时，春节前后，川渝、华东等电网也相继出现覆冰闪络或倒杆、断线重大事故。外绝缘设计及运行安全是我国特高压输电的关键技术外绝缘污闪往往有多种因素影响，比如：3外绝缘设计及运行安全是我国特高压输电的关键技术前南斯拉夫在1989-1990年间，炼钢厂和化工厂附件发生频繁的绝缘子串冰闪，结果发现受污染的冰雪电导率达清洁地区的4.2倍；一条线路或一座变电站有许多并联的绝缘子(串、柱或套管)，一串绝缘子的污闪就意味着整条线路或变电站发生闪络事故，加之污闪(含冰闪)一般自动重合闸很难成功，因此，易造成大面积长时间停电;

由于一回±800kV特高压直流输电线路的输电能力是±600kV线路的2倍。一旦线路出现污闪跳闸事故，损失惨重。外绝缘闪络事故损失大云南省电力设计院的统计研究发现，36%的冰闪发生在冷锋活动中，37%的冰闪发生在暖锋活动中，而且所有的冰闪均与逆温层出现有关，大多数发生在融冰期；瑞士一条横跨阿尔卑斯山脉的400kV线路，多次发生冰闪，结果发现除覆冰以外，高海拔也是原因之一；我国1990年的大面积污闪，经调查，污闪点多发生在“清洁”区，发现是雾的pH值<4～4.5，认为酸雾是污闪的诱发因素；贵州六盘水地区曾多次冰闪，我们在现场经3年的试验研究，发现是高海拔、覆冰、污秽共同作用的结果；我们通过大量的的调研和试验发现：绝缘子造型不仅对污闪影响很大，而且伞间距太小(如三伞型瓷绝缘子、瓷和玻璃的双伞防污型、合成绝缘子等)不仅冰闪特性不好，而且还易由鸟粪等造成不明闪络。3外绝缘设计及运行安全是我国特高压输电的关键技术图10不同造型绝缘子的冰闪特性研究在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究我国的特高压交直流线路不可避免地要经过高海拔、覆冰、污秽、酸雨酸雾等多种因素不同组合的环境地区。由于各国环境的差异，对综合环境中外绝缘闪络或击穿试验的可供参考的数据甚少，特别是海拔2000m以上和降水酸化的影响研究更少。污秽本身因素对污闪规律的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究直流积尘效应由于恒定电场力的作用，直流下的表面污秽附着积累比交流强，但交直流积污比的规律尚难统一，研究者们得到不同的比值，比如：直交流之比为1～2、2～3，美国SXLMAR换流站测得的结果甚至更大。

CIGRE22-03工作组于1992年公布了根据日本沿海和瑞典内陆结果拟合的曲线，对我国内陆地区只能供参考。我国在规划设计线路时，如何利用已有的交流线路盐密值？图11绝缘子直流和交流积污比与表面盐密的关系4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究上下表面积污程度由于受风、雨清洗的影响，无论何种绝缘子，其上表面都能保持相对清洁，但下表面污秽程度较重，上、下表面积污之比(T/B)一般在1:5～1:10，有的高达1:20；

T/B＝1/10时绝缘子污耐受电压值约增加50%，国外有的认为T/B达到1/15或1/20时，污耐受电压的增加超过50%。由于绝缘子串电压分布不均匀，不仅同一绝缘子上、下表面以及表面的各个部分积污不均匀，且同一串绝缘子中各片绝缘子的积污也有差异，串两端绝缘子积污较中间绝缘子严重，其比值一般在1.2～2.0。目前用整串绝缘子的盐密平均值来决定输电线路外绝缘污秽等级、选择外绝缘爬电距离是否可靠和经济？4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究污秽物中的灰密式中B是与绝缘子形状和结构有关的常数；b为表征NSDD对Uf影响的特征指数，国内外目前大多认为瓷和玻璃绝缘子的b值为0.12或0.15绝缘子表面积累的污秽由两部分组成，ESDD表征污秽中的可溶部分，不可溶部分由灰密(NSDD，mg/cm2)表征。随着NSDD的增加，污秽绝缘子的闪络电压也将下降。

IEC60815-2004提出污区划分应考虑灰密的影响，NSDD和Uf的关系可表示为：4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究不同造型的绝缘子，灰密对污闪电压到底有多大的影响？如何得到统一的B、b值？图12灰密对绝缘子直流污秽特性的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究污秽物成分自然污秽和人工污秽有一定差异。盐类中对绝缘子污耐受特性影响最大的是NaCl和CaSO2，人工污秽试验中使用强电解质NaCl代表可溶物；沿海地区的自然污秽中以一价盐NaCl为主，内陆地区以二价盐CaSO2为主。污秽物的成分对污闪电压有影响，以CaSO2为主要污秽成分的污秽绝缘子耐受特性高于以NaCl为主要污秽成分的绝缘子。虽然人工污秽试验重复性、再现性好，可以得到普遍规律，但自然污秽与人工污秽的等价性尚需要研究。绝缘子造型对污闪电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究绝缘子爬电距离的利用率式中Uf为绝缘子污闪电压，kV；A为与绝缘子形状和结构有关的常数；a为表征ESDD对Uf影响的特征指数。盐密特征指数由于直流电流不存在过零问题，直流电弧燃烧稳定，容易发展，在同样的污秽条件下直流污闪电压低于交流。由于直流电弧更易发生飘弧，直流绝缘子的爬电距离利用率比交流低。哪种造型的直流绝缘子的爬电利用率最好？常用等值附盐密度(ESDD，mg/cm2)来表征绝缘子的污秽程度。酸雨(雾)的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究无论绝缘子类型如何，清洁绝缘子的湿闪电压均随雨水的pH值下降而下降，尤其是pH<4.0时，雨的酸度和高浓度酸雨发展将对绝缘子的湿闪电压产生显著的影响(10～25%)；在污秽条件下，酸雨(雾)将增大绝缘子表面的污秽程度，使得污闪特性下降(10～20%)。国内外研究结果表明，a与电压类型、绝缘子型式、海拔高度等有关。虽然现有的试验结果大多认为直流电压下的a值在0.2～0.36之间，但一种造型的绝缘子在不同海拔高度下的a值如何？4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究图13酸雨的电导率及绝缘子湿闪电压与酸雨值的关系1——清洁绝缘子的闪络电压与硫酸雨值关系2——清洁绝缘子的闪络电压与硝酸雨值关系3——硫酸溶液电导率与其值的关系（其纵坐标为右边的刻度）

覆冰(雪)的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究运行绝缘子串覆冰(雪)增长过程中的冰凌尖端受到风、电晕、静电场力、局部电弧熔冰等因素的影响，绝缘子串的伞裙间隙不会被冰凌完全桥接，在高、低压端尤为明显，覆冰绝缘子串的电压分布发生畸变，高、低压端承受了大部分作用电压，这使绝缘子串的电气性能严重下降。由于大气中的污秽物沉积在绝缘子表面，在覆冰时被冰层覆盖，且在覆冰过程中也会有污秽不断落在绝缘子上，往往是覆冰与污秽共存；在融冰过程中冰体表面的水膜会溶解污秽物中的电解质，提高融冰水或冰面水膜的电导率，进一步降低覆冰绝缘子串的电气特性。特高压直流输电线路经过的华东、华南、华中和西南地区是降水酸度强、酸雨频率高的中心区域，酸雨(雾)是影响特高压直流输电线路绝缘子性能的又一个不可忽略的环境因素。酸雨(雾)的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究式中Uf(W)是覆冰量为W时的闪络电压，kV；Uf(0)为无覆冰时清洁或污秽绝缘子的闪络电压，kV；W为覆冰重量，kg；m为表征覆冰量影响的特征指数。图14IEEE标准绝缘子串最大耐受场强与冰量的关系覆冰量对冰闪特性的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究硬雾凇与软雾凇、雨凇、混合凇、雪对闪络电压的影响规律至今不清楚：Phan等认为硬雾凇危害最大，而Farzaneh认为雾凇属干增长，而雨凇属湿增长，前者的最低耐受电压比较高；有的认为覆雪绝缘子的交流耐受电压比覆冰高40%，在直流下却基本相同，冰闪电压不到绝缘子湿闪电压的30%。有的认为瓷、玻璃绝缘子的负极性冰闪电压比正极性低，而合成绝缘子的正负极性差异不明显；我们的试验结果表明，极性效应与绝缘子的材质、气压等有关，合成绝缘子被冰凌全部桥接后，有极性效应，无冰凌时极性效应不明显。气压对污秽绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究国内外公认：问题在于气压影响特征指数n与哪些因素有关，如何取值？气压对污秽绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究国内外对悬式绝缘子的n值取值不统一国别交流直流()直流(+)日本0.5①、0.55②0.350.40前苏联0.5①、0.60②0.50①—瑞典0.290.50—加拿大0.500.350.40注：①

—标准悬式绝缘子；②—耐污型悬式绝缘子。

表4国外学者推荐的n值气压对污秽绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究国内外对悬式绝缘子的n值取值不统一重庆大学在直径2.0m、长4.0m的低温低气压人工气候室对几种悬式绝缘子和支柱绝缘子进行的交、直流污闪试验研究，得到不同电压类型、不同绝缘子形状、不同污秽程度下n值不同，对于直流，n为0.14～0.63，对于交流，n为0.29～0.90。清华大学在容积为2m1.5m2m的气压室对几种绝缘子短串在气压为47.99～101.38kPa（360～760毫米汞柱）的条件下进行了交、直流污闪试验研究，得到不同电压类型、不同绝缘子形状、不同污秽程度下n值也是不同的，对于直流，n为0.12～0.45，对于交流，n为0.28～0.54。云南电力试验研究所在气压为81.03kPa和101.3kPa的条件下进行了绝缘子污秽闪络试验研究，得知CA-580EY型瓷绝缘子的n值为0.63。气压对污秽绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究国内外对电站绝缘子的n值研究甚少前苏联推荐支柱、套管的交直流均取0.5，而棱间或伞间距离很小时取0.8以上；重庆大学得到的n值：绝缘子型式ESDD/mg/cm20.030.050.10.2ZS1-35/4000.230.250.380.39ZWS1-35/4000.590.520.630.45气压对污秽绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究国内外对电站绝缘子的n值研究甚少清华大学得到的n值：绝缘子型式ESDD/mg/cm20.030.050.10.2ZWS-35/4000.470.480.800.84ZS-35/4000.410.570.700.65由上述短串和35kV支柱绝缘子的试验结果可见：n值是否与电压种类、绝缘子型式、污秽程度等有关尚不十分清楚，而且n值是否与串长和支柱、套管等的高度、直径等有关？气压对覆冰绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究重庆大学的研究结果：

n与绝缘子结构、覆冰类型、冰水电导率、覆冰状态等有关，需要系统研究。4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究表5不同极性覆冰绝缘子串直流闪络电压的气压影响特征指数的n值电压极性绝缘子类型ρESDD/mg/cm20.030.05(0.055)0.1DC(+)XZP-1600.6940.6340.597LXP-1600.6380.5750.502FXBW-110/1000.6510.6050.544DC(-)XZP-1600.6670.6020.566LXP-1600.5280.4660.400FXBW-110/1000.6480.6010.544气压对覆冰绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究覆冰状态、覆冰类型、串型(I、II、Y)是否对n值有影响尚未开展系统研究。气压对污秽、覆冰共存环境中绝缘子闪络电压的影响由于各国能源分布和地理环境不同，国外没有系统地开展高海拔、污秽、覆冰(雪)综合作用下的直流输电线路外绝缘特性的研究。国内仅对短串和少量长串直流绝缘子在高海拔、污秽、覆冰共存条件下的放电特性进行过研究。根据我们短串试验结果提出了高海拔、污秽、覆冰作用下的闪络电压校正公式式中M为与绝缘子材料、型式等有关的常数；H为海拔高度，km；W为绝缘子覆冰量，kg/片气压对覆冰绝缘子闪络电压的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究气压对污秽、覆冰共存环境中绝缘子闪络电压的影响表6三种型式绝缘子高海拔、污秽、覆冰共同作用下直流冰闪电压的影响特征指数n以及U0覆冰水电导率(μS/cm)4206408401120绝缘子型号U0nU0nU0nU0nXZP-21089.30.45483.60.45880.00.49972.80.4590.467LXZP-21095.00.50192.20.51493.50.58293.00.6160.553XZWP4-16088.60.60679.70.71472.50.72765.60.7600.702高海拔、污秽、覆冰共存环境中的n值研究甚少。污秽绝缘子的直流闪络电压与串长的关系4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究中国电科院在盐密0.05mg/cm2、灰密0.1mg/cm2

，上下表面污秽均匀下得到在45片以内直流污闪电压与串长基本成线性。美国在盐密0.01～0.04mg/cm2下的试验，在串长12m时也线性。前苏联在0.01mg/cm2盐密下试验，串长大于4m时呈非线性，而在0.05盐密时串长12m仍呈线性。意大利在0.012～0.19mg/cm2盐密下试验，串长到11.3m内呈非线性。日本对套管(平均直径1050mm)试验，在盐密0.03～0.35mg/cm2内，到14m仍呈线性。重庆大学对XZP-160、XZWP-160在盐密0.03～0.1mg/cm2下试验，在30片内基本呈线性关系；但在轻污秽时其线性度比污秽重时差。由此可见，污秽绝缘子直流闪络电压与串长的关系尚需研究。覆冰绝缘子直流闪络电压与串长的关系4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究中国电科院试验认为XP-70×15以内闪络电压与串长呈非线性关系；

Farzanch等认为串长小于1m时呈线性关系;

重庆大学对7～21片XP-70、LXP-160、XZWP4-300的试验结果表明，严重覆冰时(桥接2/3串长)时呈线性，而轻冰时呈非线性。气压对覆冰污秽绝缘子直流闪络电压与串长关系的影响4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究重庆大学在人工气候室对XZP-210、LXZP-210、XZWP4-160试验结果，发现7～25片串的最低冰闪电压与串长满足基本线性关系其中，a、v为与电压极性、气压、污秽、绝缘子结构有关的常数。

如ESDD=0.03mg/cm2，P＝98.6kPa时，a＝15.4，v＝0.087ESDD=0.05mg/cm2，P＝98.6kPa时，a＝13.7，v＝0.064在7～25片串长，在2/3串长被冰桥接时，最低直流冰闪电压与串长基本呈线性：串长被冰凌桥接越多，线性关系越明显。由于覆冰、污秽、高海拔共存环境在西点东送中很多，固十分重要，但国内外尚无其它试验结果，仅供参考。换流站外绝缘4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究换流站的外绝缘主要包括支柱绝缘子、穿墙套管和空气间隙。支柱绝缘子与悬式绝缘子一样受污秽、覆冰、酸雨、高海拔等因素的影响，影响规律显然相似，也应研究其特点。穿墙套管的不均匀雨闪、垂直套管的雨闪或冰雪融化导致的冰闪，已经研究很多，应关注降水酸化对放电特性影响的研究。高海拔地区的雨闪或酸雨闪的规律也应引起关注。换流站极母线间、极母线对地、极母线对各种构架的空气间隙，主要应关注气压对长空气间隙直流和直流叠加冲击电压下的放电特性研究。空气间隙绝缘4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究对非高海拔试验结果可知，正极性直流电压下的棒－板、棒－棒间隙的直流击穿电压与间隙d是呈直线关系。棒－板击穿击穿场强约4.8kV/cm，棒－棒间隙约5.5kV/cm，而我国发展特高压直流输电的特殊性要求必须研究高海拔对空气间隙直流放电电压的影响规律。图16棒-棒空气间隙直流击穿特性图15棒-板空气间隙直流击穿特性空气间隙绝缘4在特高压直流外绝缘选择中还有诸多问题需要研究目前的国内外标准推荐大气参数(气压、温度、湿度)对放电电压的g参数修正方法仅适用于2000m及以下，而我国的特高压交、直流线路部分线路肯定超过2000m，由此，应关注海拔超过2000m的试验研究。覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究覆冰是一种特殊的污秽，污秽与覆冰又往往共存，研究放电机理的目的是最终实现对绝缘子冰闪电压的预测和定量计算，但其研究过程才刚刚起步，比污秽放电机理的研究还滞后。5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究覆冰绝缘子串的电位分布5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究无论覆冰轻重如何，覆冰对绝缘子串电压分布都有畸变作用；覆冰越重、电压分布畸变越大，绝缘子串两端特别是高压引线端绝缘子承受电压百分数越高。图17覆冰XP-70绝缘子串电压分布覆冰绝缘子串的放电过程5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究当泄漏电流小于5mA时，外观上观测不到放电现象，泄漏电流波形平稳；当泄漏电流超过5mA时，高压端绝缘子钢脚出现蓝紫色局部电晕放电，逐渐发展并加剧，随着电压继续升高，伞裙间冰凌尖端空气间隙的流注放电特别明显，融冰现象也逐渐加剧；当泄漏电流超过20mA时，蓝紫色的火花放电变成粉红色放电，随后将突变成间歇性白弧；当泄漏电流达到250mA时，其白弧的焦耳热不仅可以使冰层充分融化，而且足以保证间歇性白弧稳定燃烧并在导电水膜表面空气中发展；此时绝缘子串各片间都已出现白弧，各段白弧迅速连通，跨接串长的70%左右；当泄漏电流达到400mA时，白弧与接地段的小弧连通而完成全面闪络。图189片串标准绝缘子严重覆冰时的闪络过程(I)（t0=0.04s）085t0107t0130t0137t0170t0178t0

5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究覆冰绝缘子串的放电过程187t0203t0214t0220t0236t0251t0255t0

图189片串标准绝缘子严重覆冰时的闪络过程(II)（t0=0.04s）5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究覆冰绝缘子串的放电过程覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型图19静态覆冰直流模型一定电弧长度下的外加电压V:其中A、k和n为电弧的特征常数，k是由于覆冰绝缘子闪络的飘弧现象而引进的修正参数，Ve为电极压降。静态模型只考虑电弧和剩余覆冰的电阻。覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型图20三角形平板冰物理模型三角形平板冰物理模型（Farzaneh，加拿大）：覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型M.Farzaneh和J.Zhang利用三角覆冰模型得出了覆冰条件下的电弧特征参数，并与污秽绝缘子下的电弧参数做了比较。电弧类型覆冰污秽正极性负极性A208.984.663N0.4490.7720.76Ve799526840覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究动态模型图21动态覆冰直流模型考虑电弧与电极间的电容和电弧自感，将覆冰绝缘子闪络过程看成是一个动态的过程。覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

交流模型图22静态覆冰交流模型交流模型与直流模型最大的不同在于交流电弧的发展过程中，电弧会出现熄灭和重燃现象。静态模型基本条件：重燃条件：其中A和n是电弧的特征指数，x代表的是电弧的长度，R(x)指的是剩余电阻，k与b是电弧重燃的特征指数。覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

交流模型M.Farzaneh和J.Zhang利用三角覆冰模型对交流情况下电路模型中的特征参数求得：静态模型覆冰绝缘子放电的电路模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究动态模型图23动态覆冰交流模型考虑电弧的自感，将覆冰绝缘子闪络过程看成是一个动态的过程。基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型图24覆冰绝缘子简易模型由于带电的覆冰绝缘子串的两端特别是高压端总是有空气间隙存在，因此，可以将覆冰绝缘子的闪络过程分为空气间隙击穿前电弧起始、空气间隙击穿后电弧在冰表面发展以及最终闪络判定三个阶段。对应于空气间隙击穿前和空气间隙击穿后电弧在冰表面发展应分别建立了两个不同的计算模型。基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——空气间隙未击穿前的电弧起始过程

由于空气间隙承担了绝大部分的绝缘子所承受的电压，空气间隙上的场强也较绝缘子其他地方上的场强高得多。因此，绝缘子高压端和低压端的空气间隙是绝缘子电弧起始的地方。图25未起弧前电场计算模型图26未起弧前覆冰绝缘子电位分布图基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——空气间隙未击穿前的电弧起始过程

绝缘子覆冰所形成的2～20cm之间空气间隙放电电压与空气间隙距离的关系为：空气间隙放电场强与空气间隙距离的关系为：通过求解整个场域的电场分布，同时，由电场强度与电流密度的关系可知：对覆冰表面高电导率水膜上任一横截面S上的电流密度积分就可以得到对应与外加电压U时的电流值。基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——空气间隙未击穿前的电弧起始过程

计算流程图：基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——空气间隙击穿后的电弧发展过程由伏安特性可知，当总电压最小时可以得到维持此电弧长度的临界外加电压和临界外加电流。因此，可以先在覆冰绝缘子电场计算模型上以一定电弧长度下的电弧电流大小作为激励源加载求解得到剩余冰阻上的电场、电位分布和电弧压降，以及外加电压值，并不断增加电弧电流求取外加电压的最小值，然后就可得到对应此电弧长度的临界外加电压和外加电流。图27电弧和剩余冰电阻串连模型总电压的伏安特性基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——空气间隙击穿后的电弧发展过程电弧电压为：图28空气间隙击穿后的电场计算模型DC-DC＋此时，在此电弧电流Iarc

和电弧长度larc情况下，可求得外加电压U，将外加激励电弧电流由小到大递增，则可以求出每一激励电弧电流下得外加电压。当外加电压取临界最小时，就可以得到对应于一定电弧长度下的临界外加电压和临界泄漏电流。基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——空气间隙击穿后的电弧发展过程计算流程：求出任意弧长下的临界电压和临界电流，不断增加弧长l，直到Hampton判据满足，即电弧弧头前的平均电位梯度Ep>Earc，此时发生闪络。由于外加电压是随时间变化的，即可以得到随着一定电压变化率条件下电弧长度和时间的映射关系、泄漏电流和时间的映射关系，泄漏电流和外加电压的映射关系。即基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——验证图30负极性下泄漏电流图图29正极性下泄漏电流图基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——验证图32负极性下闪络电压与覆冰水电导率关系图31正极性下闪络电压与覆冰水电导率关系基于动态电场分析的覆冰绝缘子闪络模型5覆冰绝缘的放电机理尚需深入研究

直流模型——线路绝缘子覆冰闪络试验验证2片XZP-160绝缘子