污秽条件下高压绝缘子的选型

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过与国际大电网会议的紧密协作, IEC TC 36/WG 11IEC 60815 的全面修订工作已经取得实质性进展。经过近10年的艰苦努力,部分章节已经完成,这其中包括第1部分:“定义,信息和一般原则”以及与交流相关的第2部分:“交流系统中的瓷和玻璃绝缘子” 和第3部分:“交流系统中的复合绝缘子”。修订工作现在进行到第4部分:“直流系统中的瓷和玻璃绝缘子”以及第5部分:“直流系统中的复合绝缘子”。

修订稿(即第1 , 2 , 3 部分)反映了本行业最新的技术,这些都得益于与国际大电网会议的合作。修订稿在很多方面皆有突破,最突出的一点是,这是可用来指导污秽条件下复合绝缘子设计的首个IEC 60815 版本。修订稿对复合绝缘子的选型是综合了正反两方面的意见。

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相对于瓷和玻璃绝缘子,复合绝缘子在防污性能方面的优势已经取得共识。同时也得出这样的结论:在很多情况下,当确定选用复合绝缘子时,可以而且应当使用更短的爬电比距。然而,这些新的标准也建议,在许多其他情况下,为避免对绝缘子的寿命带来负面影响,应使用与瓷和玻璃绝缘子同样的爬电比距。此外,标准特别提出,在污染严重、环境潮湿等个别情况下,爬电比距应当大于一般情况下的推荐值,这样可以避免因长期或频繁的局部电弧对绝缘子表面产生的破坏。

本标准的建议主要源自对实际运行经验的分析, 因为传统的污秽测试对复合绝缘子的优化设计和选型意义不大。制定复合绝缘子标准的污秽测试方法很早就被提上IEC和国际大电网会议的议程, 但仍没有得到妥善的解决。出现的困难也许来源于简单的现实,即为这种绝缘子制定标准的污秽测试方法的目标是不对的,是无法实现的,甚至是没有意义的。

事实上,如果按照瓷绝缘子标准的测试方法对新的复合绝缘子进行测试,因为它们的憎水性(或称为疏水性)比瓷绝缘子好,所以测试结果一定大大好于瓷绝缘子。如果通过某些特殊的处理方法, 人工地去消除这种憎水性 – 这似乎正是一些建议方案提出的目标,那么又何必要去测试复合材料的憎水性能呢?如果瓷绝缘子样品经过测试具有类似的特点,问题就很简单,否则就要用其他的方式来实现绝缘子的憎水性能。如果解决了对绝缘子的表面进行特殊处理的这个问题,那么样品的实际测试条件可能很难确定。此外,一次的测试结果很难被反复验证。

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或许真正的目标并不是要确定绝缘子投运前后性能是否有差别,而是要确定在污秽条件下运行的复合绝缘子的优点,多数情况下认为复合绝缘子污秽条件下运行性能优于瓷绝缘子25%-30%左右。在加速老化试验方法的标准还未通过论证之前,我们将继续根据更长时间的实际运行经验来确定复合绝缘子的性能是否更优越,这要求对数据进行更精确的收集和分析。

因为直流系统的运行经验比交流系统少,另外的两个正在制订的IEC文件(即与直流系统有关的第4 部分和第5部分)的出台也是相当困难的。另一方面,直流系统中污秽情况对绝缘子设计的影响要大于交流系统,使得这些文件显得非常重要。这个结论来自于两个主要的发现,它们是深入分析之后得出的,并编撰在文件CIGRE WG C4.03.03 中。这两个发现是:

第一, 绝缘子在直流系统中运行时污染可能更为严重。事实上,根据污染的类型和严重程度, 直流系统中绝缘子的污染程度是交流系统下的110倍。对于特定的直流系统运行环境,选取合适的倍数来评估污染程度,仍然是该行业面临的最大挑战之一。

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第二,在同样的污染程度下,直流系统中绝缘子的绝缘强度可能明显低于交流系统。自然而然地,直流绝缘子要求有更大的爬电比距,尤其是在高度污染地区。实验结果表明,在轻度污染地区,交流系统中的参考爬电比距(例如相对地 22mm/kV),可作为直流系统中的参考距离。然而,污染程度较为严重的地区,直流系统中应设定更大的参考值。例如,对于重度污染地区, 交流系统中的参考值一般是55mm/kV,而在直流系统中至少应为 70-80 mm/kV

根据之前的分析,其直接后果是在超高压直流系统中,绝缘子的长度将非常长,尤其是选用瓷绝缘子时。必要情况下,瓷套管或支柱绝缘子可能会远远超过10米,对于这样的长度,要同时协调好电气和机械两个方面是非常困难的。这样的现实问题要求我们研究出具有防污性能更好的绝缘子,例如复合绝缘子,而这将会成为最终标准文件制订的内容之一。

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