CN103545057B - 超特高压耐张复合绝缘子伞形结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，包括芯棒、护套、若干直径相等的大伞裙及若干直径相等的小伞裙，所述大伞裙与小伞裙交替排列在所述护套外表层上，所述护套的外表层上设有若干个更小的伞伸出的棱褶。本发明从根本上改进“直线用复合化，耐张串用瓷、玻璃”的设计理念，可提高输电线路耐张串耐污闪能力，降低维护成本。该项目拓展了复合绝缘子的使用范围，研制的成果可为输电线路设计提供更广泛的设计选择，尤其是为交直流特高压耐张串的选型上提供了设计及选型依据，可等效替代目前架空线路耐张串上使用的瓷或玻璃绝缘子，节省输电线路的建设投资，提高输电线路运行的安全性。

Description

超特高压耐张复合绝缘子伞形结构

技术领域

本发明涉及超特高压架空输电线路外绝缘技术装备技术领域，尤其是一种超特高压耐张复合绝缘子伞形结构。

背景技术

绝缘子是影响架空输电线路安全性的关键外绝缘器件之一，复合绝缘子经过近四十年的发展, 技术已日趋成熟。复合绝缘子因其重量轻、机械强度高、耐污闪性能好、运行维护方便等优点在电力系统中得到了广泛应用。目前,已有超过200 万支运行在全国各地的输电线路上。

复合绝缘子的伞裙主要用来提供必要的爬电距离和保护芯棒不受气候的影响。但是，复合绝缘子的闪络电压受到很多因素的影响，例如气压、污秽度(盐密、灰密)、湿度、覆冰情况等因素的综合影响。同时，伞裙还会影响到复合绝缘子附近的电场分布。尤其在超特高压线路中，复合绝缘子的伞形组合能否有效降低污秽闪络电压，是关系到架空输电线路安全性的重要因素之一，也是伞形优化设计的目的。

目前中国对绝缘子使用思路仍停留在“直线用复合化，耐张串用瓷、玻璃”的设计理念上，由于耐张串使用瓷和玻璃绝缘子，存在调爬时工作较复杂，除了过多增加绝缘子片数，还需调整导线弧垂、考虑铁塔受力等，并且耐张串防污闪能力的不足已日益显现，同时耐张串使用瓷绝缘子还需定期检测零值及清扫，维护成本较高。

现阶段在220kV及以上输电线路上使用复合绝缘子耐张串较为普遍，在超高压、特高压输电线路使用耐张串还处于小范围的研究试用阶段，目前耐张串所使用的复合绝缘子在原材料、结构形式基本上与悬垂串复合绝缘子是通用的。超特高压指的是220kV以上电压等级，在中国一般地，指交流750kV、1000kV和直流500kV、800kV、1100kV。中国超特高压输电线路的交流USCD一般都落在SPS的d级，直流落在e级，即工程的爬电距离要求较高。一般交流的CF系数一般在3.6左右，直流的CF系数一般在3.8以上。

目前复合绝缘子的IEC标准和国家标准中，只提供了悬垂串用复合绝缘子的伞形结构的基本要求作为参考，对耐张串用复合绝缘子的伞形研究很少。国内外在耐张复合绝缘子伞形上的研究也比较少。

但是，架空输电线路的耐张串由于安装方式与悬垂串不同，绝缘伞套积污方式、电场分布特性、风场受力特性均与悬垂串不同。由于耐张串的安装方式为水平安装，伞套的正反面与悬垂串相比，都很容易积污；超高压、特高压输电线路上专用的复合耐张绝缘子，除了要满足输电线路的要求，还应具有安装施工简便、能承受安装踩踏等功能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，满足超特高压架空输电线路耐张串的使用要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，包括芯棒、护套、若干直径相等的大伞裙及若干直径相等的小伞裙，所述大伞裙与小伞裙交替排列在所述护套外表层上，所述护套的外表层上设有若干个更小的伞伸出的棱褶。

进一步地，所述大伞裙与小伞裙均为左右对称式伞形结构。

进一步地，所述大伞裙直径为148.75～201.25 mm，小伞裙直径为123.25～166.75mm ，伞间距（即一组伞裙之间轴向的距离）为 59.5～80.5mm，最小伞间距（即相邻两片伞裙之间的轴向距离）为29.75～40.25 mm，大伞裙的伞伸出（即护套外表面至大伞裙边缘的径向尺寸）为53.12～71.88mm，小伞裙的伞伸出（即护套外表面至小伞裙边缘的径向尺寸）为41.22～55.78mm，上伞倾角（即护套表面与伞裙的低压端表面的在同一平面内的所夹夹角与下伞倾角（即护套表面与伞裙的高压端表面的在同一平面内的所夹夹角）均为78.8°～106.6°，伞根部倒角半径（即伞根部倒角指的是伞裙与护套之间的圆半径）为 6.8～9.2mm；棱褶的伞伸出为3～5 mm；该伞形结构的长度为165.75～224.25 mm。

进一步地，所述大伞裙与小伞裙的伞裙夹角均为4.5°～6.1°，大伞裙的伞裙根部厚度为7.41～10.03 mm，大伞裙的伞裙边缘厚度为4.04～5.46mm。

进一步地，所述护套的厚度为5.1～6.9 mm。

进一步地，所述大伞裙直径为175 mm，小伞裙直径为145 mm，伞间距为70 mm，最小伞间距为35 mm，大伞裙的伞伸出为61 mm，小伞裙的伞伸出为46 mm，上伞倾角与下伞倾角均为92.7°，伞根部倒角半径为8 mm；棱褶的伞伸出为4 mm；该伞形结构的长度为195 mm。

进一步地，所述大伞裙与小伞裙的伞裙夹角为5.3°，护套的厚度为6.5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：从根本上改进“直线用复合化，耐张串用瓷、玻璃” 的设计理念，可提高输电线路耐张串耐污闪能力，降低维护成本。该项目拓展了复合绝缘子的使用范围，研制的成果可为输电线路设计提供更广泛的设计选择，尤其是为交直流特高压耐张串的选型上提供了设计及选型依据，可等效替代目前架空线路耐张串上使用的瓷或玻璃绝缘子，节省输电线路的建设投资，提高输电线路运行的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一结构示意图；

图3为本发明的再一结构示意图；

图4为本发明的再二结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

如图1所示的一种超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，包括芯棒、护套、若干直径相等的大伞裙及若干直径相等的小伞裙，所述大伞裙1与小伞裙2交替排列在所述护套外表层上，该大伞裙1与小伞裙2均为左右对称式伞形结构。在该护套外表层上设有棱褶3，该棱褶3为若干个更小的伞伸出的伞裙的组合。

护套直径d₃为53 mm，芯棒直径d₄为40mm，则护套厚度为6.5mm，大伞裙直径d₁为175mm，小伞裙直径d₂为145 mm，伞间距L₁为70mm，最小伞间距L₂为35 mm，大伞裙的伞伸出L₃为61mm，小伞裙的伞伸出L₄为46mm，上伞倾角θ₁与下伞倾角θ₂均为92.7°，伞根部倒角半径R为 8mm；大伞裙1与小伞裙2的伞裙夹角θ₃均为5.3°，棱褶的伞裙直径d₅为61mm，大伞裙1的伞裙根部厚度t₁为8.72 mm，大伞裙1的伞裙边缘厚度t₂为4.75mm；相应该棱褶的伞伸出为4mm；该伞形结构的长度L₅为195 mm。

本伞形首先可以满足超特高压线路的爬距比要求，达到相应电压等级下要求的爬电距离。通过ANSYS电场仿真分析研究结果验证，本伞形可以优化复合绝缘子上各个伞裙的电场分布情况，避免在伞套附近出现高电位差的点。同时伞形结构有利于提高耐张复合绝缘子的自洁能力，降低使用中实际的污秽度，提高输电线路耐张串的耐污闪能力。相对较小的伞直径和相对较厚的伞根部厚度提高伞裙在自然风场中的受力情况，也可以避免安装施工、踩踏对伞裙造成的破坏。中间空出的棱褶有利于线路施工中的踩踏行走，增加一定的爬电距离，而且兼具防滑、耐磨的作用。

绝缘耐张串是水平安装的，这不同于悬垂串，由此而引起的绝缘子电场分布特性、积污特性、覆冰特性、风场受力特性等均与悬垂串不同。所以，复合绝缘子的伞形设计，如何能既满足输电工程的基本要求，又满足相关标准中对伞形尺寸的基本要求，同时优化复合绝缘子附近电场分布、具有更高的污闪电压、自然环境中有良好的自洁能力减少积污、覆冰状态下性能稳定等其它优点，将这些优点都有机地体现与一种伞形上，是本实施例的一个亮点。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：护套直径d₃为45.06mm，芯棒直径d₄为34.86mm，则护套厚度为5.1mm，大伞裙直径d₁为151.3 mm，小伞裙直径d₂为127.5 mm，伞间距L₁为59.5mm，最小伞间距L₂为29.75 mm，大伞裙的伞伸出L₃为53.12mm，小伞裙的伞伸出L₄为41.22mm，上伞倾角θ₁与下伞倾角θ₂均为78.8°，伞根部倒角半径R为 6.8mm。大伞裙1与小伞裙2的伞裙夹角θ₃均为4.5°，大伞裙1的伞裙根部厚度t₁为7.41 mm，大伞裙1的伞裙边缘厚度t₂为4.04mm；棱褶的伞裙直径d₅为54mm；该伞形结构的长度L₅为165.75 mm。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于护套直径d₃为60.94 mm，芯棒直径d₄为47.14mm，则护套厚度为6.9mm，大伞裙直径d₁为204.7 mm，小伞裙直径d₂为172.5 mm，伞间距L₁为80.5mm，最小伞间距L₂为40.25 mm，大伞裙的伞伸出L₃为71.88mm，小伞裙的伞伸出L₄为55.78mm，上伞倾角θ₁与下伞倾角θ₂均为106.6°，伞根部倒角半径R为9.2 mm。大伞裙1与小伞裙2的伞裙夹角θ₃均为6.1°，大伞裙1的伞裙根部厚度t₁为10.03 mm，大伞裙1的伞裙边缘厚度t₂为5.46mm；棱褶的伞裙直径d₅为65mm；该伞形结构的长度L₅为224.25 mm。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于护套直径d₃为63 mm，芯棒直径d₄为50mm，则护套厚度为6.5mm；大伞裙直径d₁为191mm，小伞裙直径d₂为163 mm，伞间距L₁为70mm，最小伞间距L₂为35 mm，大伞裙的伞伸出L₃为64mm，小伞裙的伞伸出L₄为50mm，上伞倾角θ₁与下伞倾角θ₂均为92.7°，伞根部倒角半径R为 8mm；大伞裙1与小伞裙2的伞裙夹角θ₃均为5.3°，大伞裙1的伞裙根部厚度t₁为8.86 mm，大伞裙1的伞裙边缘厚度t₂为4.75mm；棱褶的伞裙直径d₅为72mm；该伞形结构的长度L₅为184.15mm。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于护套直径d₃为43mm，芯棒直径d₄为30mm；则护套厚度为6.5mm，大伞裙直径d₁为163mm，小伞裙直径d₂为135mm，伞间距L₁为70mm，最小伞间距L₂为35mm，大伞裙的伞伸出L₃为60mm，小伞裙的伞伸出L₄为46mm，上伞倾角θ₁与下伞倾角θ₂均为92.7°，伞根部倒角半径R为 8mm；大伞裙1与小伞裙2的伞裙夹角θ₃均为5.3°，大伞裙1的伞裙根部厚度t₁为8.48 mm，大伞裙1的伞裙边缘厚度t₂为4.75mm；棱褶的伞裙直径d₅为50mm；该伞形结构的长度L₅为212.42 mm。

本发明复合绝缘子的伞形，是两大一小伞加棱褶的组合，如图1至图4所示，该组合的方式的多样性，均可以满足绝大多数超特高压输电线路对于爬电距离的基本要求。此发明主要用于等效替换目前架空线路耐张串中使用瓷或玻璃绝缘子。

伞形尺寸完全满足IEC/TS 60815-3《污秽条件下高压绝缘子的选择和尺寸确定——第3部分：交流系统用聚合物绝缘子》中“外形参数的核对”的七项基本要求，并处于“无偏差”的推荐范围内；

根据学术文献提供的设计参考，本伞形尺寸也能够与绝大多数的研究结果吻合，使复合绝缘子具有了良好的电气特性、积污特性。

鉴于耐张串的安装方式，本伞形采用了对称的形式，而不同于悬垂串通常采用的倾斜伞的形式。笔者采用了ANSYS双向流固耦合仿真分析的方法，对比验证了倾斜的、垂直的、对称的伞形的积污特性，结果显示，对称的伞形在自然环境中具有更好的积污效果和自洁能力。

对称伞的另一个优点在于，在相同的伞夹角下，相对倾斜伞或垂直伞来讲更薄，即在相同的伞根部厚度的情况下，对称伞比倾斜伞或垂直伞的伞夹角要小。这样的设计可以在满足必要的机械强度，能够承受检修工人的踩踏而不会损坏；同时，这样的设计可以有效抵御自然环境中的强风天气，防止伞裙损坏而影响复合绝缘子的整体电气性能。

相比较于市场上已有的复合绝缘子伞形，本发明在满足基本要求和优化电气、力学性能的同时，可以显著减少用胶量，提高经济效益。独创的棱褶结构，这样的结构便于工作人员巡检耐张绝缘子，具有耐踩踏、防滑、抗磨的作用。

Claims (5)

1.一种超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，包括芯棒、护套、若干直径相等的大伞裙及若干直径相等的小伞裙，所述大伞裙与小伞裙交替排列在所述护套外表层上，其特征在于：所述护套的外表层上设有若干个更小的伞伸出的棱褶；

所述大伞裙直径为148.75～201.25 mm，小伞裙直径为123.25～166.75 mm，伞间距为59.5～80.5mm，最小伞间距为29.75～40.25 mm，大伞裙的伞伸出为53.12～71.88mm，小伞裙的伞伸出为41.22～55.78mm，上伞倾角与下伞倾角均为78.8°～106.6°，伞根部倒角半径为 6.8～9.2 mm；棱褶的伞伸出为3～5 mm；该伞形结构的长度为165.75～224.25 mm；

所述大伞裙与小伞裙的伞裙夹角均为4.5°～6.1°，大伞裙的伞裙根部厚度为7.41～10.03 mm，大伞裙的伞裙边缘厚度为4.04～5.46mm。

2.如权利要求1所述超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，其特征在于：所述大伞裙与小伞裙均为左右对称式伞形结构。

3.如权利要求1或2所述超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，其特征在于：所述护套的厚度为5.1～6.9 mm。

4.如权利要求1所述超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，其特征在于：所述大伞裙直径为175 mm，小伞裙直径为145 mm，伞间距为70 mm，最小伞间距为35 mm，大伞裙的伞伸出为61 mm，小伞裙的伞伸出为46 mm，上伞倾角与下伞倾角均为92.7°，伞根部倒角半径为8 mm；棱褶的伞伸出为4 mm；该伞形结构的长度为195 mm。

5.如权利要求1所述超特高压耐张复合绝缘子伞形结构，其特征在于：所述大伞裙与小伞裙的伞裙夹角为5.3°，大伞裙伞裙根部厚度为8.72mm，大伞裙伞裙边缘厚度为4.75mm，护套的厚度为6.5mm。