制定直流中推荐 爬距标准的进展

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当今对可再生能源集成为能量供应的要求使高压直流 (HVDC) 输电成为了比过去更有吸引力的选择。触发该情况的因素是诸如HVDC系统对所要求的设备投资 (换流站、架空线等) 更低, 电能损耗更低, 以及对于任何给定能量输送的方案, 其线路走廊更狭窄。

运行中, 外绝缘必须承受所有电压和环境应力。污秽性能在绝缘配合设计中尤为重要, 并成为了直流中的决定性因素。传统玻璃和瓷绝缘子曾经是唯一的选择, 经验以及结合采用Obenaus、Rizk及其他人开发的模型所进行的研究提供了对绝缘子闪络机理的更好理解。在此基础上, 绝缘设计能够适用于许多情况并且表现良好。然而, 一些运行现场的条件造成性能的不稳定, 如在沙漠、隧道和沿海污秽严重和/或降雨量少的地区。随着非瓷材料的开发, 引入了复合/聚合物绝缘子的概念, 由于其不同的绝缘子结构 (直径更小) 和污秽条件下的表面特性 (憎水性), 使性能得到了改进。复合绝缘子失效的原因和机理与传统绝缘子有所区别是经历学习曲线过程的一部分, 过去对不同材料和设计的运行经验的分析在今天依然有效。例如, CIGRE颁布了几份内容涵盖绝缘子在污秽下特性的文件, 帮助IEC TC 36工作组11的标准化工作, 包括:

• CIGRE TF 33.04.01: 污秽绝缘子: 当前知识回顾。技术手册158, 2000,

• CIGRE工作组C4.303: 污秽条件下的户外绝缘: 选型指南-第一部分:通用原则和AC 情况下。技术手册361, 2008,

• CIGRE工作组C4.303: 污秽条件下的户外绝缘: 选型指南-第二部分:DC情况下。技术手册518, 2012。

第一份文件, 来源于2000年, 积累了玻璃、陶瓷和复合绝缘子性能的信息。基于该文件, CIGRE SC C4能够根据不同种类护套材料, 绝缘子类型和应用, 提供更具体的户外绝缘选型导则。另外颁布的两个文件涵盖了AC (2008) 和DC (2012) 两种情况下的户外绝缘。这些指南中的一个要素是基于性能的方法, 既考虑现场情况也考虑实验室经验。

不同输电线路方案线路成本、线损和潮流的比较
(CIGRE巴黎2014,文章B2-104)

在这些文件的汇编过程中, 与IEC TC 36工作组11建立了密切的联系, 该工作组一直负责修改和更新1986年首次颁布的IEC 60815, “污秽条件下高压绝缘子的选型。随后发布了下列IEC文件:

• IEC/TS 60815-1 Ed. 1: 2008: 污秽条件下高压绝缘子选型-第一部分: 定义, 信息和通用原则,

• IEC/TS 60815-2 Ed. 1: 2008: 污秽条件下高压绝缘子选型-第二部分: 交流系统下的瓷和玻璃绝缘子,

• IEC/TS 60815-3 Ed. 1: 2008: 污秽条件下高压绝缘子选型-第三部分: 交流系统下的复合绝缘子。

随着作为直流污秽指南技术手册518的面世, 标题为 污秽条件下高压绝缘子选型-第四部分:直流系统下的绝缘子的IEC/TS 60815-4 Ed. 1.0的工作一直在继续, 团体草案正处在投票阶段。由于相较交流 (AC) 而言, 直流 (DC) 应用依然缺乏经验, 该文件汇总了对瓷、玻璃和复合绝缘子的建议。

关于技术手册518的内容, CIGRE工作组C4.303回顾和分析了50年的服务实践和经验。可以将该指南视为IEC 80615-4的心脏并且已经成为目前高压直流系统的要求、环境条件以及最新绝缘子技术下, 户外绝缘选型的重要工具。虽然高压交流系统中, 操作和雷电性能是主要影响绝缘总长度的主导因素, 在高压直流中长度主要受所需爬距的支配。这是由于沿绝缘子长度的稳定静电场伴随着季节风, 导致在其表面不断地积累污秽物。相较同样运行环境中的高压交流绝缘, 其污秽程度通常严重1到4倍或更高。污秽层的泄漏电流不再经历自然电流为0阶段的事实使情况更糟。其结果是干带电弧可以证明具有相当的破坏性, 直流电弧的热激励运动会使爬距失效。

直流的长期经验表明, 已知护套材料具有持续的憎水性, 不大可能出现污秽造成的闪络。然而, 如果憎水性暂时丧失, 干带放电的热效应会比同等的交流情况下造成更严重的损害 (也可参见技术手册611, 2015年颁布, 标题为 直流电痕和侵蚀试验的可行性研究”)

参见2015年第一期的本专栏, 正在进行的研究, 特别是量化憎水性保持和迁移的测试流程, 已经显示出现代化的硅橡胶HTV配方 (即用高含量的ATH来获得优异的耐腐蚀性能) 具有卓越的憎水特性, 因此是直流应用的首选。在此感谢CIGRE和IEC工作组成员在促进推荐直流爬距标准化进程中所做的工作。

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