CN103559963A

CN103559963A - 一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子

Info

Publication number: CN103559963A
Application number: CN201310531809.2A
Authority: CN
Inventors: 王天正; 邓禹; 王康宁; 贾志东; 王欣伟
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-11-02
Filing date: 2013-11-02
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明公开了一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子，解决了覆冰严重地区220千伏电压等级的输电线路复合绝缘子相邻伞裙容易被覆冰桥接的问题。包括从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的44个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞（1），在第一绝缘子超大伞（1）的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第八个绝缘子小伞的右侧设置有第二绝缘子超大伞（9），按此规律设置的三个超伞7-7-5结构型防冰型复合绝缘子，其中的数字代表超大伞之间大伞的数量。保证了绝缘子的有效爬电距离，大大降低了覆冰闪络事故发生的频率。

Description

一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子

技术领域

本发明涉及一种输电线路上使用的复合绝缘子，特别涉及一种在重覆冰地区所使用的220千伏电压等级的防冰型复合绝缘子。。

背景技术

在输电线路容易出现重覆冰，并且大气环境污秽程度严重的地区，输电线路上的绝缘子一般是选用复合绝缘子。但现有的复合绝缘子伞间距小，在覆冰期存在相邻伞裙容易被覆冰桥接的问题，覆冰将伞裙桥接直接导致绝缘子的有效爬电距离大幅缩短，诱发覆冰闪络事故。为了克服这些缺陷，有些复合绝缘子产品采用了加大伞形的插花结构，但对插花结构的伞形设计或者选型均处于探索阶段，还没有找到一个有实验数据支撑的合理的设计方案，有人建议对绝缘子采用人工覆冰试验的方法，但该种方法存在费时费力，成本高昂和实验持续时间长的缺点。

发明内容

本发明提供了一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子，解决了覆冰严重地区220千伏电压等级的输电线路复合绝缘子相邻伞裙容易被覆冰桥接的技术问题。

一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子，包括低压侧碗头和高压侧球头，在低压侧碗头与高压侧球头之间均布设置有44个绝缘子伞，从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的44个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞，在第一绝缘子超大伞的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第八个绝缘子小伞的右侧设置有第二绝缘子超大伞，在第二绝缘子超大伞的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第十六个绝缘子小伞的右侧设置有第三绝缘子超大伞，在第三绝缘子超大伞的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有6个绝缘子小伞和5个绝缘子大伞。

所述的22个绝缘子小伞的伞裙直径均为120毫米，所述的绝缘子大伞的伞裙直径均为165毫米，第一绝缘子超大伞、第二绝缘子超大伞和第三绝缘子超大伞的伞裙直径均为300毫米。

本发明克服了220千伏电压等级的复合绝缘子的覆冰容易将伞裙桥接的缺陷，保证了绝缘子的有效爬电距离，大大降低了覆冰闪络事故发生的频率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

即，三个超伞7-7-5结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图；

图2是一大一小伞常规结构型复合绝缘子的结构示意图；

图3是四个超大伞5-5-5-3结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图；

图4是四个超大伞5-6-6-1结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图；

图5是四个超大伞5-5-7-1结构型防冰型复合绝缘子的结构示意图;

图6是超大伞下的空气间隙L₁与被其遮蔽的各大伞下空气间隙之和L₂的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图1是本发明的防冰型复合绝缘子的结构示意图，本发明的这种结构也称为：三个超大伞7-7-5结构型；即在两金具之间间隔地设置3个超大伞，在第一个超大伞1与第二个超大伞9之间一小一大地间隔地设置有8个小伞和7个大伞，在第二个超大伞9与第三个超大伞17之间一小一大地间隔地设置有8个小伞和7个大伞，在第三个超大伞17的右侧一小一大地间隔地设置有6个小伞和5个大伞，这就是前述的7-7-5的含义；5-5-5-3、5-6-6-1和5-5-7-1是分别指从左到右排列的超大伞之间所间隔布置的大伞的数量，这里就不再赘述。本发明的具体结构如下：一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子，包括低压侧碗头和高压侧球头，在低压侧碗头与高压侧球头之间均布设置有44个绝缘子伞，从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的44个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞1，在第一绝缘子超大伞1的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第八个绝缘子小伞的右侧设置有第二绝缘子超大伞9，在第二绝缘子超大伞9的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第十六个绝缘子小伞的右侧设置有第三绝缘子超大伞17，在第三绝缘子超大伞17的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有6个绝缘子小伞和5个绝缘子大伞。

所述的22个绝缘子小伞的伞裙直径均为120毫米，所述的绝缘子大伞的伞裙直径均为165毫米，第一绝缘子超大伞1、第二绝缘子超大伞9和第三绝缘子超大伞17的伞裙直径均为300毫米。

本发明是根据防冰型复合绝缘子在带电条件下冰棱生长与电场强度之间的作用关系，结合试验测量结果，采用连续动态的数值计算方法，对220kV电压等级的复合绝缘子进行了结构优化设计的结果。

本发明是通过以下几个关键技术来实现复合绝缘子的选型设计的：（1）根据实际覆冰工况，在人工覆冰环境中，模拟带电覆冰条件下冰棱的生长规律。数值计算模型中需要使用带电条件下的冰棱生长曲线，该曲线的绘制是以实际覆冰工况为基准，在人工覆冰实验室中开展等效性试验后的测量曲线。用于数值计算中确定每一个时间步长下的冰棱生长长度。（2）以冰棱尖端的电场强值作为冰棱生长终止的判据。实际覆冰工况下，冰棱长度生长至一定程度后不再伸长，此时，冰棱尖端场强达到临界值，通过试验模拟发现这一临界场强值具有统计规律，维持在25kV/cm。当冰棱长度生长至尖端场强达到这一临界值时，冰棱长度达到饱和值。（3）统计冰棱终止生长后的伞间间隙值与仿真步长时间。人工覆冰试验发现，复合绝缘子上沿串伞裙间隙的增大有利于提高覆冰闪络电压，提升复合绝缘子的防覆冰性能。数值计算模型的输出结果包含有两个评判指数，分别是覆冰达到稳态后的沿串空气间隙总和，以及达到稳态所需要的仿真时间步长。前者直接反应覆冰闪络电压的高低，后者反应该类型防冰绝缘子延缓覆冰的效果。

本发明所公开的技术方案是在对220kV电压等级防冰型复合绝缘子的五种典型结构，如图1-图5所示的形式，进行全过程仿真，通过数值计算的模拟方法，所得到的结论。在这五种典型结构中的超大伞直径均为300毫米，大伞直径均为165毫米，小伞直径均为125毫米。数值计算时，下方无伞群的超大伞和大伞上的冰棱增长速度保持不变，其余冰棱均按照尖端最大场强值确定下次仿真时的冰棱长度，冰棱生长速度依据以下规则确定：（1）根据试验结果，超大伞冰棱增长速度是普通大伞（如图3中的编号3的大伞）的2倍，是超大伞保护下相邻大伞（如图3中的编号2的大伞）的4倍；（2）冰棱尖端最大场强Emax<15kV/cm时，冰棱生长速度保持基值；（3）冰棱尖端最大场强15kV/cm ≤Emax<25kV/cm时，冰棱生长速度减为基值的一半；（4）冰棱尖端最大场强Emax≥25kV/cm时，冰棱停止生长。冰棱尖端最大场强Emax<15kV/cm时，普通大伞保护的大伞冰棱生长1cm所需的标幺时间为1，以此为标准确定某一时间各伞冰棱长度。依次对以上各种伞形结构绝缘子进行全过程仿真，得到以下各表中的结果。下表中列出了不同伞形结构，包括一大一小伞、加插三个超大伞（7-7-5）、加插四个超大伞（5-5-5-3、5-5-7-1、5-6-6-1）五种结构复合绝缘子冰棱停止生长时，各冰棱与下伞间空气间隙长度（表中用各伞在对应附图中标注的序号加＃加b来表示，其单位为毫米）及生长总时间的对比（表中的时间是以在普通大伞保护的大伞冰棱生长1厘米所需的标幺时间为1个单位进行测定记录的）：

以下几表是五种结构绝缘子冰棱停止生长时间隙长度及生长时间对比表：

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冰棱前端间距在覆冰过程中承受大部分压降，是限制冰闪电压的主要因素。覆冰达到稳态时的冰棱前端空气间隙愈大，愈有利于绝缘子冰闪电压的提高。覆冰达到稳态所需的时间愈长，表示该绝缘子对覆冰的抑制能力愈强。在考察不同类型的防冰绝缘子结构时，覆冰生长稳态间隙长度和稳态生长时间是两个重要指标，这两个值愈大，防冰性能愈优异。

超大伞下空气间隙较大，对电弧会起到一定的隔断作用，在其下空气间隙较大时，电弧一般不会沿着超大伞的冰棱上爬，故较有说服力的指标是“大伞合计”间隙长度。根据上表仿真结果，无论是“超大伞合计”间隙长度还是“大伞合计”间隙长度，都是超大伞个数为六时最大，但是，“大伞合计”间隙长度这一数据在超大伞个数变化时波动并不是很大，无法以如此小的差别来找出最佳伞型。若只考虑超大伞对电弧的隔断作用，则超大伞个数越多越好，但超大伞个数过于密集容易引起冰棱桥接，电弧将沿着超大伞及其冰棱爬行，不经过大伞。其临界状态是，冰棱停止生长时，超大伞下的空气间隙L₁与被其遮蔽的各大伞下空气间隙之和L₂相等，如果前者大于后者，电弧会经过大伞，反之则不然。L₁和L₂的计算如图6所示，其中L₂= L₂₁+ L₂₂+ L₂₃+ L₂₄+ L₂₅+…。

在不同伞型下，各超大伞下的空气间隙L₁和L₂如表2所示，其中每种伞型下最后一个超大伞由于其下不存在空气间隙，故均未计算。

不同伞型下各超大伞下空气间隙表：

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从上表中可以看出，当超大伞个数为3时，每一个超大伞下的L₁值均大于L₂值，此时由于超大伞下有更长的空气间隙，电弧将沿着大伞上爬。但是此时L₁值均远大于对应的L₂值，未能充分利用超大伞对冰棱的隔断作用。

当超大伞数目增加时，伞形结构无法保证每一个超大伞下的L₁值均大于L₂值，但是在图4所示的插花方式中，L₁值和L₂值的相差并不是很大，因此结合“大伞合计”间隙长度、冰棱稳态生长时间和各超大伞下L₁值和L₂值的比较可以认为，图4所示四个超大伞（5-6-6- 1）的绝缘子串具有最佳的防冰性能。

本发明的实验方法采用冰棱生长的数值计算模型，模拟了覆冰过程中电场与冰棱生长之间的动态变化过程，提出了以覆冰达到稳态时的空气间隙及时间步长作为反映复合绝缘子覆冰闪络电压性能的关键技术指标，该方法可用于多种类型复合绝缘子之间的选型和设计，设计思路明确，选型效率高，相对于传统人工覆冰试验选型设计而言，可大幅减少人力物力，提高工作效率，具有显著的工程实用性和经济效益。

Claims

1.一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子，包括低压侧碗头和高压侧球头，在低压侧碗头与高压侧球头之间均布设置有44个绝缘子伞，其特征在于，从低压侧碗头到高压侧球头均布设置的44个绝缘子伞是按以下顺序排列的：在低压侧碗头的右侧设置有第一绝缘子超大伞（1），在第一绝缘子超大伞（1）的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第八个绝缘子小伞的右侧设置有第二绝缘子超大伞（9），在第二绝缘子超大伞（9）的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有8个绝缘子小伞和7个绝缘子大伞，在第十六个绝缘子小伞的右侧设置有第三绝缘子超大伞（17），在第三绝缘子超大伞（17）的右侧，按先设置绝缘子小伞再设置绝缘子大伞再设置绝缘子小伞的一小伞一大伞的规律，间隔设置有6个绝缘子小伞和5个绝缘子大伞。

2.根据权利要求1所述的一种220千伏电压等级防冰型复合绝缘子，其特征在于，所述的22个绝缘子小伞的伞裙直径均为120毫米，所述的绝缘子大伞的伞裙直径均为165毫米，第一绝缘子超大伞（1）、第二绝缘子超大伞（9）和第三绝缘子超大伞（17）的伞裙直径均为300毫米。