CN101540487A - 一种高压输电线路绝缘子的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压输电线路绝缘子的配置方法，属于电力系统输电线路绝缘设计技术领域。该方法首先根据已有的经验或相关标准规定建立映射表，估算线路设计需要的待选绝缘子串长，根据映射表中绝缘子串长和机械性能要求，筛选出待配置绝缘子。针对具体的待配置绝缘子，计算绝缘子运行后的附盐密度，利用污秽试验数据获得污闪电压，考虑多个影响因素的修正，计算待配置绝缘子的耐受电压，再根据待设计线路的目标电压确定绝缘子串长。最后将该串长和映射表中的串长阈值进行校验，确定最终的绝缘配置结果。本方法实现了绝缘选型和尺寸配置两部分功能，直接利用污秽试验的结果进行计算，保证设计绝缘配置准确可靠，满足线路污秽外绝缘设计的要求。

Description

一种高压输电线路绝缘子的配置方法

技术领域

本发明涉及一种高压输电线路绝缘子的配置方法，尤其涉及一种特高压输电线路绝缘子在污秽条件下的配置方法，属于电力系统输电线路绝缘设计技术领域。

背景技术

输电线路绝缘子配置，选择合适的绝缘子并确定足够的绝缘尺寸即污秽外绝缘设计是输电线路建设的重要内容，该配置结果要保证线路绝缘子能够耐受由于表面污秽受潮引发的闪络，从而线路能够长期可靠运行。随着电压等级的提高，工程对污秽外绝缘设计的要求也越来越高。特高压输电线路往往跨越大，经过的地区环境污秽情况、气候条件等存在差异，另外还有地势海拔、绝缘子材料及伞裙形状等都对绝缘子电气性能有重要的影响，因此污秽外绝缘设计要充分考虑多个影响因素，是一个复杂的系统工程。

目前关于污秽外绝缘设计方法没有统一的结论，IEC总结线路运行经验和研究成果，在IEC60815-2002《Selection and dimensioning of high-voltage insulators for pollutedconditions》中提出了确定绝缘尺寸的三种方法，分别是经验法(Use past experience)、“测量和试验法”(Measure and test)、“测量和设计法”(Measure and design)。CIGRE提出了两种方法：确定法(deterministic method)和或然法(probabilistic method)。国内研究单位根据国内的污秽情况和已有线路的经验，结合国外的方法，总结出了适合我国国情的污秽外绝缘设计方法，主要是经验法，爬电比距法和污耐压法。随着电压等级的提高，特别是特高压直流工程的建设，国内外经验都不多，因此经验法存在很大的局限性。爬电比距法要求考虑绝缘子的爬点距离有效系数，而这目前研究还不多，因此爬电比距法设计的结果准确度不高。污耐压法则存在着人工污秽与自然污秽的等价问题。这些方法都各有优点和缺陷，单纯使用一种方法进行实际工程设计都可能造成绝缘裕度不足或过裕，带来闪络风险或工程浪费。

发明内容

本发明的目的是提出一种高压输电线路绝缘子的配置方法，综合国内常用的经验法、爬电比距法和污耐压法的优点，根据国内输电线路的运行需求，考虑污秽、海拔、串型因素的影响以及绝缘子的特性，指导输电线路特别是特高压线路的污秽外绝缘设计，保证绝缘配置的合理可靠和线路的长期安全运行。

本发明提出的高压输电线路绝缘子的配置方法，包括以下步骤：

(1)建立污区等级与爬电比距之间的第一映射表，以及电压等级与绝缘子串长阈值、绝缘子机械强度范围、绝缘子推荐串型之间的第二映射表；

(2)根据待设计高压线路的污区等级，从上述第一映射表中查找爬电比距，根据该爬电比距和待设计高压线路的电压等级，计算待选绝缘子的串长L₀，根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子串长阈值，将L₀与查找的串长阈值比较，重复上述过程，选择L₀小于阈值的待选绝缘子，得到初选绝缘子；

(3)根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子机械强度范围，将上述初选绝缘子的强度与该机械强度范围进行比较，重复该过程，选择处于强度范围的初选绝缘子，得到待配置绝缘子；

(4)根据待设计高压线路的现场污秽度，计算上述待配置绝缘子的附盐密度；

(5)对上述待配置绝缘子进行污秽试验，得到闪络电压和附盐密度的回归曲线，从该回归曲线中，根据上述待配置绝缘子的附盐密度，得到待配置绝缘子的U_50％；

(6)根据待设计高压线路现场的灰密、积污不均匀性、海拔以及第二映射表中绝缘子推荐串型，对上述待配置绝缘子的U_50％进行修正：

U′_50％＝K₁*K₂*K₃*K₄*K₅*U_50％

上式中，K₁是灰密修正系数，0＜K₁＜10，K₂是污秽不均匀性修正系数，0＜K₂＜10，K₃是海拔修正系数，0＜K₃＜10，K₄是串型修正系数，0＜K₄＜10，K₅是其他修正系数，0＜K₅＜10，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅都需要通过污秽试验确定；

(7)根据上述U′_50％，计算待配置绝缘子的耐受电压U_wmax：

U_wmax＝U′_50％(1-K₀σ)

上式中，σ是数据的标准偏差，0＜σ＜1，K₀是由闪络概率确定的系数，0＜K₀＜10；

(8)计算待设计高压线路的目标电压值U_φmax：

U_φmax＝K_VU_smax

上式中，U_smax是线路运行的最高电压，K_V是按照线路的重要性考虑的修正参数，取值大于等于1。

(9)计算待配置绝缘子的片数：

N＝U_φmax/U_wmax

(10)将上述待配置绝缘子的片数转换为绝缘子串长，将该串长与上述第二映射表中与待设计高压线路相应的绝缘子串长阈值相比较，选择串长小于串长阈值的待配置绝缘子及其串长作为最终配置结果。

本发明提出的高压输电线路绝缘子的配置方法，其优点是：充分借鉴已有线路的运行经验形成一个科学的系统规则(即映射表)指导整个设计过程，同时实现了绝缘选型和尺寸配置两部分功能，并直接利用污秽试验的结果进行具体尺寸计算，综合考虑多因素影响，保证设计绝缘配置准确可靠，满足线路污秽外绝缘设计的要求。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的高压输电线路绝缘子的配置方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：

(1)建立污区等级与爬电比距之间的第一映射表，以及电压等级与绝缘子串长阈值、绝缘子机械强度范围、绝缘子推荐串型之间的第二映射表；

(2)根据待设计高压线路的污区等级，从上述第一映射表中查找爬电比距，根据该爬电比距和待设计高压线路的电压等级，计算待选绝缘子的串长L₀，根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子串长阈值，将L₀与查找的串长阈值比较，重复上述过程，选择L₀小于阈值的待选绝缘子，得到初选绝缘子；

(3)根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子机械强度范围，将上述初选绝缘子的强度与该机械强度范围进行比较，重复该过程，选择处于强度范围的初选绝缘子，得到待配置绝缘子；

(4)根据待设计高压线路的现场污秽度，计算上述待配置绝缘子的附盐密度；

(5)对上述待配置绝缘子进行污秽试验，得到闪络电压和附盐密度的回归曲线，从该回归曲线中，根据上述待配置绝缘子的附盐密度，得到待配置绝缘子的U_50％；

(6)根据待设计高压线路现场的灰密、积污不均匀性、海拔以及第二映射表中绝缘子推荐串型，对上述待配置绝缘子的U_50％进行修正：

U′_50％＝K₁*K₂*K₃*K₄*K₅*U_50％

上式中，K₁是灰密修正系数，0＜K₁＜10，K₂是污秽不均匀性修正系数，0＜K₂＜10，K₃是海拔修正系数，0＜K₃＜10，K₄是串型修正系数，0＜K₄＜10，K₅是其他修正系数，0＜K₅＜10，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅都需要通过污秽试验确定；

(7)根据上述U′_50％，计算待配置绝缘子的耐受电压U_wmax：

U_wmax＝U′_50％(1-K₀σ)

上式中，σ是数据的标准偏差，0＜σ＜1，K₀是由闪络概率确定的系数，0＜K₀＜10；

(8)计算待设计高压线路的目标电压值U_φmax：

U_φmax＝K_VU_smax

上式中，U_smax是线路运行的最高电压，K_V是按照线路的重要性考虑的修正参数，取值大于等于1。

(9)计算待配置绝缘子的片数：

N＝U_φmax/U_wmax

(10)将上述待配置绝缘子的片数转换为绝缘子串长，将该串长与上述第二映射表中与待设计高压线路相应的绝缘子串长阈值相比较，选择串长小于串长阈值的待配置绝缘子及其串长作为最终配置结果。

以下介绍本发明方法的具体实施过程如下：

根据输电线路运行经验和现有相关标准，如GB/T 16434-1996《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》、DL 436-91《高压直流架空送电线路技术导则》，建立两个系统规则，即建立污区等级与爬电比距之间的第一映射表，以及电压等级与绝缘子串长阈值、绝缘子机械强度范围、绝缘子推荐串型之间的第二映射表。

目前绝缘子主要分为瓷绝缘子、玻璃绝缘子以及复合绝缘子。绝缘子自身有结构高度、爬电距离以及机械强度等参数。绝缘子串一般是指多片瓷绝缘子或多片玻璃绝缘子或一定长度的复合绝缘子。绝缘子串(简称绝缘子)的串长或爬电距离通过计算瓷、玻璃绝缘子的片数或复合绝缘子的长度获得。设计时，根据待设计线路所处区域的污区等级，从第一映射表中查找爬电比距，根据该爬电比距和待设计线路的电压的关系，可以计算出设计需要的绝缘子串的爬电距离，进而计算待选绝缘子的串长L₀，根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子串长阈值，将L₀与查找的串长阈值比较，重复上述过程，选择L₀小于阈值的待选绝缘子，得到初选绝缘子。

初选绝缘子的机械强度还要满足第二映射表中根据待设计线路的电压等级确定的绝缘子机械强度范围要求。按照这个规定对初选绝缘子进行筛选，得到待配置绝缘子。此处的机械强度是指单片绝缘子的额定机械负荷。

得到待配置绝缘子后，具体计算满足绝缘设计要求的所需片数和尺寸。首先要计算待配置绝缘子实际运行后的附盐密度。待设计线路所在区域的现场污秽度根据参照绝缘子连续积污1-3年后测量表面附盐密度而确定，通过研究可以确定待配置绝缘子和参照绝缘子的积污性能差异，从而估算出待配置绝缘子实际运行后的附盐密度。

按照国家或电力行业标准，如GB/T 4585-2004《交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》、DL/T 810-2002、GB/T 22707-2008《直流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》，规定的试验程序对待配置绝缘子进行污秽试验，获得绝缘子闪络电压(瓷和玻璃绝缘子一般用单片绝缘子的50％闪络电压表示，复合绝缘子一般用单位爬距的50％闪络电压表示)与试验用附盐密度的回归曲线，由上述附盐密度，可以确定待配置绝缘子的U_50％.

对待配置绝缘子的U_50％进行修正。上述得到的U_50％是按照标准的试验程序，在标准的试验条件下获得的。而实际运行绝缘子的闪络电压会受到现场污秽的灰密、绝缘子上下表面不均匀积污、运行环境的海拔气压这些因素的影响，绝缘子串的串型(一般分成单I串，双I串，V串，Y串几种)也会影响绝缘子的闪络电压。所以要根据这些因素的影响修正系数对绝缘子的闪络电压U_50％进行修正。

U′_50％＝K₁*K₂*K₃*K₄*K₅*U_50％

上式中，K₁是灰密修正系数，0＜K₁＜10，K₂是污秽不均匀性修正系数，0＜K₂＜10，K₃是海拔修正系数，0＜K₃＜10，K₄是串型修正系数，0＜K₄＜10，K₅是其他修正系数，0＜K₅＜10，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅都需要通过污秽试验确定。

根据上述U′_50％，计算待配置绝缘子的耐受电压U_wmax：

U_wmax＝U′_50％(1-K₀σ)

上式中，σ是数据的标准偏差，0＜σ＜1，K₀是由闪络概率确定的系数，0＜K₀＜10。

计算待设计高压线路的目标电压值U_φmax：

U_φmax＝K_VU_smax

上式中，U_smax是线路运行的最高电压，K_V是按照线路的重要性考虑的修正参数，取值大于等于1。

计算待配置绝缘子满足绝缘设计要求所需的绝缘子串的参数。如果是瓷或玻璃绝缘子，一般用片数(N＝U_φmax/U_wmax)表示，此处U_wmax是单片绝缘子的耐受电压。如果是复合绝缘子，一般用绝缘子串的爬电距离(U_φmax/U_wmax)表示，此处U_wmax是单位爬距的耐受电压。

将上述待配置绝缘子串的参数转换为绝缘子串长。此处根据上述待配置绝缘子自身的结构高度，乘以上述片数获得该串长。若是瓷和玻璃将该串长与上述第二映射表中与待设计高压线路相应的绝缘子串长阈值相比较，选择串长小于串长阈值的待配置绝缘子及其串长作为最终配置结果。

Claims (1)

1、一种高压输电线路绝缘子的配置方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)建立污区等级与爬电比距之间的第一映射表，以及电压等级与绝缘子串长阈值、绝缘子机械强度范围、绝缘子推荐串型之间的第二映射表；

(2)根据待设计高压线路的污区等级，从上述第一映射表中查找爬电比距，根据该爬电比距和待设计高压线路的电压等级，计算待选绝缘子的串长L₀，根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子串长阈值，将L₀与查找的串长阈值比较，重复上述过程，选择L₀小于阈值的待选绝缘子，得到初选绝缘子；

(3)根据待设计高压线路的电压等级，从上述第二映射表中查找绝缘子机械强度范围，将上述初选绝缘子的强度与该机械强度阈值进行比较，重复该过程，选择处于强度范围的初选绝缘子，得到待配置绝缘子；

(4)根据待设计高压线路的现场污秽度，计算上述待配置绝缘子的附盐密度；

(5)对上述待配置绝缘子进行污秽试验，得到闪络电压和附盐密度的回归曲线，从该回归曲线中，根据上述待配置绝缘子的附盐密度，得到待配置绝缘子的U_50％；

(6)根据待设计高压线路现场的灰密、积污不均匀性、海拔以及第二映射表中绝缘子推荐串型，对上述待配置绝缘子的U_50％进行修正：

U′_50％＝K₁*K₂*K₃*K₄*K₅*U_50％

上式中，K₁是灰密修正系数，0＜K₁＜10，K₂是污秽不均匀性修正系数，0＜K₂＜10，K₃是海拔修正系数，0＜K₃＜10，K₄是串型修正系数，0＜K₄＜10，K₅是其他修正系数，0＜K₅＜10，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅都需要通过污秽试验确定；

(7)根据上述U′_50％，计算待配置绝缘子的耐受电压U_wmax：

U_wmax＝U′_50％(1-K₀σ)

上式中，σ是数据的标准偏差，0＜σ＜1，K₀是由闪络概率确定的系数，0＜K₀＜10；

(8)计算待设计高压线路的目标电压值U_φmax：

U_φmax＝K_VU_smax

上式中，U_smax是线路运行的最高电压，K_V是按照线路的重要性考虑的修正参数，取值大于等于1；

(9)计算待配置绝缘子的片数：

N＝U_φmax/U_wmax

(10)将上述待配置绝缘子的片数转换为绝缘子串长，将该串长与上述第二映射表中与待设计高压线路相应的绝缘子串长阈值相比较，选择串长小于串长阈值的待配置绝缘子及其串长作为最终配置结果。

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