CN101267097B - 特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法 - Google Patents

Abstract

一种特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法，其特征在于：(1)采用放电修正公式：

式中，K_a为电压类型的海拔修正因数；m为电压类型的海拔修正因数的修正因子；H为海拔高度，23米≤H≤2261米；(2)根据放电电压类型及放电电压值U_cw确定海拔修正因数的修正因子m，具体取值如下：工频及雷电冲击：m＝1；操作冲击：m＝1(U＜0.838)；m＝1.803-0.9587U(0.838≤U≤1.568)；m＝0.3(U＞1.568)，U为操作冲击电压，单位MV(兆伏)。可在多项输变电工程外绝缘设计中得到推广应用。

Description

特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法

技术领域

本发明涉及电力系统输电线路外绝缘领域，主要针对特高压及超高压输电线路高海拔地区外绝缘设计中，线路导线对杆塔的空气绝缘间隙的修正方法。

背景技术

线路外绝缘强度是保证线路运行正常的基本条件，外绝缘设计的优劣是考核线路设计质量的重要指标。不同电压等级的线路根据其最高运行电压，都有不同的空气间隙和绝缘子片数及类型的选择。空气绝缘间隙不足或绝缘子片数不够都会导致线路在运行中发生闪络事故，造成继电保护装置动作，引起系统不稳定，严重时会发生电网解列和大面积停电，直接影响工农业生产和居民生活。而绝缘强度选择太大又会增加线路建设材料使用量，增多土地占用，消耗更多资源，增加了线路建设成本及运行成本。高海拔地区由于空气密度降低，紫外照射强烈等原因，相同绝缘间隙的外绝缘强度较平原地区低，所以在高海拔地区输变电工程建设中，为了既保证线路绝缘强度，又节约工程造价，必须对高海拔地区的绝缘特性进行试验研究，总结规律，提出适合某一地区、某一海拔范围内的修正方法，进而指导高海拔地区的线路设计。

目前我国对高海拔绝缘配合的海拔修正是根据GB-311.1-97中规定的海拔修正因数，即Ka＝1/(1.1-H/10000)进行校正的，但是否能够用于我国高海拔地区1000kV电压等级的海拔修正还需进一步验证。IEC60071-2-1996中4.2.2条规定的海拔修正方法仅适用于2000米及以下的海拔修正。GB-311和IEC60071的海拔修正因数是把海拔地区的大气条件归并到海拔高度对耐受电压进行校正，是一种比较粗略的校正方法，但它是一种满足工程、简便实用和直观的校正方法。它能否适合于我国高海拔地区1000kV的绝缘配合，还需进行验证。为此利用我国不同海拔高度地区的试验场或室进行同等布置下真型模拟试验，基本摸清不同海拔高度下外绝缘的放电特性，提出适合特高压及超高压线路高海拔修正的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法，该方法可将高海拔地区线路过电压要求值修正到海拔0m，再利用海拔0m地区空气间隙与放电电压的关系曲线，确定出线路空气间隙的距离，即为高海拔地区线路运行所需空气间隙，在操作冲击放电电压修正方面，修正结果优于GB-311和IEC60071修正公式的修正结果。

本发明的技术方案是：一种特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法，其特征在于：

(1)采用放电修正公式：

$K_a=\frac{1}{(1.0-\mathrm{mH}\×{10}^{-4})}$

式中，K_a为电压类型的海拔修正因数；

m为电压类型的海拔修正因数的修正因子；

H为海拔高度，23米≤H≤2261米；

(2)根据放电电压类型及放电电压值U确定海拔修正因数的修正因子m，具体取值如下：

工频及雷电冲击：m＝1

操作冲击：m＝1        (U＜0.838)

m＝1.803-0.9587U(0.838≤U≤1.568)

m＝0.3(U＞1.568)

U为操作冲击电压，单位MV(兆伏)。

外绝缘空气绝缘间隙的高海拔修正方法的提出，首先要建立数学模型，提出数学模型参数，再根据验证试验，对比分析试验结果，确定参数，进而提出修正方法。本方法的数学模型是在借鉴了GB-311和IEC60071修正公式的优点和考虑了其存在不足的基础上提出的。

本修正方法以不同海拔地区的外绝缘电气试验为基础，通过包括模拟导线、金具和绝缘子在内的相同试品在不同试验点的试验结果，对比分析差异，提出适合工频、操作波及雷电波的放电修正公式。

该方法的提出主要包括以下几点：

(1)建立的数学模型公式为：

式中，K_a为电压类型的海拔校正因数；

m为电压类型的海拔校正因数的修正因子；

H为海拔高度，23米≤H≤2261米。

(2)通过不同海拔高度试验点试验，确定修正因子m的参数取值。其中，华中和西北两试验点采用相同布置：模拟导线长约14米，分裂间距400毫米，子导线外径51毫米，采用直径一样的钢管(或镀锌铁管)制成；导线两端加装直径1.5米的均压环。模拟导线对构架柱间隙的操作波、雷电波的冲击放电特性试验，间隙距离为3.5米、4米、4.5米和5米；工频电压的放电特性试验间隙距离为1米、2米和3米。

该修正方法主要适用于导线对构架的放电特性。外绝缘放电特性试验在华中试验点(低海拔23米)和西北试验点(高海拔2261米)两个试验点进行，低海拔试验点电源为5400kV冲击电压发生器，高海拔试验点试验电源为3600kV冲击电压发生器，两个试验点采用相同试品，主要包括：模拟横担、模拟塔柱、模拟导线、绝缘子及金具，试验时采用模拟实际线路运行工况进行布置。

有益效果：将采用该修正方法的修正结果U与采用GB-311和IEC60071修正公式的修正结果进行了对比。

修正结果是指采用修正公式将不同海拔高度的放电电压值修正到海拔0m后得到的电压值，这里用U₀表示。

对武汉和西宁四分裂导线对塔柱间隙的工频试验结果进行海拔修正。两地空气间隙试验值按本修正方法的海拔修正因数修正到海拔0米的修正结果U_0w与U_0x，其数值差的绝对值平均误差为5.2％，最大误差为-8.8％。这一结果与IEC60071的海拔修正因数校正结果基本类似。

在相对地(导线对构架)间隙的雷电冲击海拔修正中，从海拔修正计算结果看，武汉和西宁试验电压按本方法修正公式的海拔修正因数修正到海拔0米的修正结果U_0w与U_0x，两者绝对值平均误差小于3.9％，与按IEC的海拔修正因数校正结果基本类似；

在武汉和西宁两个试点的导线对人字构架间隙的操作冲击试验海拔修正中，从海拔修正计算结果看，两地试验结果按本方法校正公式的海拔修正因数修正到海拔0米的修正结果U_0w与U_0x，其数值差的绝对值平均误差只有1.4％，最大误差为4.9％。而采用IEC的海拔修正因数校正结果，平均误差为7.8％，最大误差达到10.1％，所以本方法 在操作冲击试验结果修正中明显优于IEC的海拔修正方法。

具体的实施方式

用本发明的特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法进行修正时，包括以下步骤：

(1)分析修正对象所针对试验的电极类型，明确本方法适用于导线对构架之间的放电，即针对线路导线对杆塔；

(2)选择放电电压类型，包括工频、操作波和雷电波；

(3)确定放电电压修正海拔范围是否在该方法涉及的海拔范围之内；

(4)根据放电电压类型及放电电压值U_cw确定海拔校正因数的修正因子m。

具体取值如下：

工频及雷电冲击：m＝1

操作冲击：      m＝1            (U＜0.838)

m＝1.803-0.9587U(0.838≤U≤1.568)

m＝0.3          (U＞1.568)

U为操作冲击电压，MV。

(5)运用放电修正公式 

得出不同海拔高度放电电压在海拔0m的修正值。

随着海拔高度的提高，空气密度降低，相同空气间隙放电电压较低海拔地区降低，所以高海拔线路空气间隙不能直接采用低海拔地区的设计间隙，需要通过海拔修正适当增大。本修正方法就给出了工频、操作冲击和雷电冲击的海拔修正因数的计算公式。下面通过工频和操作冲击修正实例说明修正公式的使用方法。

以海拔1500m地区750kV交流线路工频过电压最小设计间隙d的确定为例。设过电压要求值为780kV，利用公式： 

进行修正，修正因子m取1，将海拔高度1500m代入得出修正因数K_a＝1.18，进而得出该设计间隙d在海拔0m时，放电电压U应为920.4kV。然后根据海拔0m空气间隙距离与放电电压的关系曲线，得出920.4kV工频放电电压对应的间隙d的值，该值即为海拔1500m地区750kV交流线路工频过电压最小设计间隙。

以确定海拔2000m地区1000kV交流输电线路操作过电压最小设计间隙d为例。设 过电压值要求值为1930kV，利用公式： 

进行修正，根据放电电压值大于1568kV时，修正因子m取0.3，将海拔高度2000m代入该式，得出修正因数K_a ＝1.064，进而得出该设计间隙d在海拔0m时，放电电压U应为2053.5kV，然后根据海拔0m空气间隙放电电压曲线，得出2053.5kV操作放电电压对应的间隙d的值。该间隙d就是在海拔2000m时操作过电压要求的最小设计间隙。

Claims (1)

1.一种特高压及超高压线路空气绝缘间隙的高海拔修正方法，其特征在于：

(1)采用放电修正公式：

$K_a=\frac{1}{(1.0-\mathrm{mH}\×{10}^{-4})}$

式中，K_a为电压类型的海拔修正因数；

m为电压类型的海拔修正因数的修正因子；

H为海拔高度，23米≤H≤2261米；

(2)根据放电电压类型及放电电压值U确定海拔修正因数的修正因子m，具体取值如下：

工频及雷电冲击：m＝1；

操作冲击：      m＝1，U＜0.838；

                m＝1.803-0.9587U，0.838≤U≤1.568；

                m＝0.3，U＞1.568；

U为操作冲击电压，单位兆伏。