摘要：文章首先分析了可能會影響特高壓輸電線路外絕緣的因素，發(fā)現(xiàn)高海拔、污穢、冰雪覆蓋以及酸雨酸霧都可能會影響直流輸電線路的外絕緣性能，并在考慮濕污條件對直流輸電線路的影響的前提下，結合了國內外直流輸電線路絕緣運行經驗以及相關試驗的結果，提出了進一步優(yōu)化直流輸電線路外絕緣的方案。

關鍵詞：普僑直流輸電線路；外絕緣；絕緣性能；污穢；酸雨酸霧；冰雪覆蓋 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM84 文章編號：1009-2374（2016）28-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.030

普僑直流輸電工程全長共1314公里，西起云南省普洱，東至廣東省江門，工程的輸電量可達500萬kW。普僑±800kV直流輸電工程的投入運行解決了廣東省等地高峰期用電緊張的問題，合理優(yōu)化了電力資源配置問題?！?00kV直流輸電的優(yōu)點包括能夠輸電容量大，輸送電力可高達6GW；輸電距離遠，可輸送2500km；功率損耗低，無感抗和容抗，相比交流輸電電暈損耗更小；輸送能力是±500kV直流輸電線路的2倍以上，是500kV交流輸電線路的5倍以上。直流輸電的特高壓長距離低損耗輸電能夠實現(xiàn)資源配置及社會經濟效益優(yōu)化，因此我國已規(guī)劃建設多條±800kV特高壓直流輸電線路。

然而直流輸電線路的外絕緣問題關系著輸電線路的安全運行，是直流輸電工程設計的重要環(huán)節(jié)，只有保障直流輸電線路的外絕緣才能有效減少線路在運行過程中發(fā)生事故的概率。雖然±800kV普僑直流輸電線路已經投入使用，但是國內對于±800kV直流輸電工程建設和運行經驗仍然不足，對于±800kV直流輸電線路的外絕緣設計仍不夠成熟，因此需廣泛借鑒國內外±450～±600kV的直流輸電線路的外絕緣設計經驗以及相關的試驗數(shù)據。

空氣間隙以及絕緣子串的電氣強度的設計有利于線路承受工作電壓、雷電過電壓以及操作過電壓，是保證線路絕緣性的關鍵。特高壓輸電線路的空氣間隙設計特別要考慮操作過電壓的問題，因為空氣間隙相對于過高的操作過電壓經常處于飽和的狀態(tài)。而線路絕緣子串的電氣強度則是由絕緣子的型號選擇、絕緣子串長度以及布置方式決定的，其中絕緣子串的長度由其耐污設計決定。當前直流輸電線路中主要采用的絕緣子材質為瓷質、鋼化玻璃以及合成材料，瓷絕緣子和玻璃絕緣子應用比較廣泛，而合成絕緣子之前由于使用壽命短應用不普及，后來由于其防污能力較強，逐漸在特高壓輸電線路中應用。

1 影響±800kV普僑直流輸電線路絕緣性能的因素

由于連接云南普洱和廣東江門的普僑直流輸電線路長達1314m，且所經過的地區(qū)多為山地，因此該直流輸電線路的絕緣性能受到高海拔、污穢、冰雪覆蓋以及酸雨酸霧的影響。相較于交流輸電線路，直流輸電線路受到高海拔、污穢、冰雪覆蓋以及酸雨酸霧的影響更大。

1.1 污穢對±800kV普僑直流輸電線路絕緣性能的影響

在進行±800kV普僑特高直流輸電線路的外絕緣設計時，絕緣子的電氣特性是一個重要因素，而絕緣子的電氣特性是由依據污穢條件設計的絕緣子所決定的。在我國污染問題不斷加重的背景下，經常發(fā)生絕緣子污閃的事故。與交流輸電線路相比，直流輸電線路由于恒定電場力的吸附作用導致絕緣子表面污穢附著程度更高，直流絕緣子在其他條件不變的情況下表面的積污量是交流絕緣子的1～1.5倍。然而直流電弧的穩(wěn)定燃燒以及電流不過零問題，使其污閃電壓在相同污穢條件下低于交流。與此同時，直流絕緣子的穩(wěn)定的直流電弧易導致飄弧，使其爬電距離利用率降低。

絕緣子的污閃電壓由多種因素共同決定，影響絕緣子的污閃電壓的主要因素有絕緣子的結構形狀和絕緣子的污穢程度。絕緣子的結構形狀對污閃電壓的影響用量化的常數(shù)表示，而絕緣子的污穢程度則一般用等值附鹽密度來表示。而有研究表明，等值附鹽密度對污閃電壓的影響程度并不是一成不變的，等值附鹽密度對污閃電壓的影響程度會受到電壓類型、海拔高度以及絕緣子型式等因素的影響而發(fā)生改變。

絕緣子表面的污穢還可分為可溶部分和不可溶部分。不可溶部分的污穢的增加會導致絕緣子的閃絡電壓下降，因此我們不能忽視不可溶部分污穢對絕緣子污閃特性的影響。影響污閃電壓的主要因素有絕緣子的結構形狀，而不可溶污穢部分對絕緣子污閃特性的影響程度主要由絕緣子的材質決定。

綜上，影響±800kV特高直流輸電線路外絕緣污穢程度以及確定外絕緣爬電距離的關鍵因素為絕緣子串的等值附鹽密度的平均值，但絕大多數(shù)絕緣子表面由于風雨的作用其表面的積污是不均勻的，通常下表面污穢程度比上表面重，下表面的積污量可為上表面的5～20倍，這將使絕緣子的污耐受電壓大大提高。另外，絕緣子串上的不均勻的電場分布不僅可能導致同一絕緣子積污不均勻，還會導致各絕緣子的積污程度存在差異，一般絕緣子串兩端的絕緣子積污較嚴重，而絕緣子的污穢與閃絡電壓和絕緣子形狀相關。不同形狀的絕緣子下表面積污情況差別很大。對于絕緣子的材質，合成絕緣子比瓷、玻璃絕緣子的強度更高、重量更輕、抗污閃性能更好，因此廣泛用于±500kV的輸電系統(tǒng)。

1.2 酸雨酸霧對±800kV普僑直流輸電線路絕緣性能的影響

±800kV普僑特高直流輸電線路所經過的地區(qū)同樣面臨著酸雨酸霧的威脅，而特高壓直流輸電線路的絕緣性能受到酸雨酸霧的影響，因此我們研究了酸雨酸霧對特高壓直流輸電線路的絕緣性能的影響。

研究表明，任意材質的絕緣子性能都會受到酸雨酸霧的影響，且酸雨酸霧的pH值越低絕緣子的濕閃電壓越低，當酸雨酸霧的pH<4.0時，將顯著影響絕緣子的濕閃電壓。酸雨酸霧還會使絕緣子的表面積污增加，導致絕緣子的污閃特性降低。然而目前對酸雨酸霧對特高壓直流輸電線路的絕緣性能的作用機制仍有待進一步研究。

1.3 冰雪覆蓋對±800kV普僑直流輸電線路絕緣性能的影響

冰雪覆蓋對輸電線路的威脅很大，輕則會影響外絕緣性能，影響閃絡電壓，重則會導致斷線事故。覆冰對輸電線路閃絡電壓的影響比覆雪對輸電線路閃絡電壓的影響嚴重，僅為其40%。我國冰雪覆蓋嚴重導致輸電線路冰雪覆蓋的事故頻發(fā)。±800kV普僑特高直流輸電線路覆冰可達0mm以上的線路長度為70～135km，冰雪覆蓋對±800kV普僑特高直流輸電線路絕緣性能的影響不容小覷。在絕緣子串長期經歷冰雪覆蓋的過程中導致其作用電壓分布不均，這大大降低了絕緣子串的電氣性能。再加上絕緣子遭冰雪覆蓋的過程中同時面臨著污穢累積，這將導致融冰過程中冰水的電導率增強，從而降低絕緣子串的電氣特性。

冰雪覆蓋還影響絕緣子的閃絡，但其影響的因素過多，作用機理特別復雜。目前自然覆冰僅用于研究覆冰的規(guī)律及特性，而研究覆冰時的絕緣子特性則采用實驗室覆冰以及電氣試驗。人工覆冰包括帶電覆冰以及不帶電覆冰，由于帶電會影響絕緣子的覆冰情況所以帶電覆冰更符合實際，但考慮的實驗安全及操作難度，目前不帶電覆冰更常用。影響絕緣子覆冰時性能的因素主要有覆冰量（厚度、重量）、覆冰水電導率、橋接冰凌根數(shù)、泄漏電流等。一般采用最大及50%耐受電壓法、平均及最低閃絡電壓法進行覆冰絕緣子的電氣試驗。研究結果表明，融冰期的覆冰絕緣子更易發(fā)生閃絡，絕緣子的耐受電壓隨著絕緣子串的覆冰量增加而減少，而冰凌橋接可緩解耐受電壓下降。

1.4 高海拔對±800kV普僑直流輸電線路絕緣性能的影響

±800kV普僑特高直流輸電線路經過的地區(qū)多山地等高海拔地區(qū)，且我國多山地高原，因此研究高海拔對800kV普僑特高直流輸電線路絕緣性能的影響對于今后我國特高直流輸電線路的建設具有重要的參考價值?！?00kV普僑特高直流輸電線路中最高海拔為2750m，且海拔2000m以上的線路長度長達268km。高海拔地區(qū)氣壓低，空氣密度小，空氣對流緩慢，電弧僅需低電流維持，所以絕緣子串的污閃和冰閃電壓低于平原地區(qū)。

直流電弧因為無重燃和恢復現(xiàn)象比交流更易出現(xiàn)橋接現(xiàn)象，高海拔的低氣壓下直流閃絡電壓受飄弧現(xiàn)象的影響弱于交流。不同材質絕緣子受高海拔低氣壓下的影響程度有所不同，有研究表明合成絕緣子受低氣壓的影響比瓷、玻璃絕緣子嚴重。氣壓對冰閃電壓的影響程度由覆冰量、絕緣子、污穢程度等因素決定。

2 ±800kV普僑直流輸電線路的絕緣配置

2.1 空氣間隙的設置

特高直流輸電線路的空氣間隙設置包括工作電壓間隙、操作過電壓間隙和雷電過電壓的設計?？諝饷芏群蜐穸葧绊懣諝忾g隙的擊穿電壓以及絕緣子的閃絡電壓，因此計算輸電線路外絕緣的放電電壓，需要根據具體的大氣條件進行換算。單一正極性操作確定的沖擊放電電壓近似操作過電壓，然而±800kV直流電壓以及大于5m間隙的操作沖擊放電仍有待進一步測試。雷擊后直流線路不會斷路跳閘，而是進行逆變器運行電壓電流歸零后，經去游離滅弧，重新恢復運行。污穢不會顯著影響雷擊時絕緣子串的閃絡電壓，因此雷電過電壓不會影響絕緣子片數(shù)的設計。

2.2 絕緣子片數(shù)的選擇

輸電線路絕緣子片數(shù)的選擇應根據絕緣子污穢閃絡特性，盡量滿足工作電壓、操作過電壓和雷電過電壓三方面的要求。直流絕緣子片數(shù)選擇可使用爬電比距法和人工污耐壓法。有調查指出爬電比距法和人工污耐壓法所得出的絕緣子片數(shù)基本相同。但是目前相關的研究主要是針對±500kV的輸電線路，±800kV直流輸電線路的絕緣子片數(shù)的選擇仍有待進一步研究。

3 結語

普僑±800kV直流輸電工程不僅優(yōu)化了云廣地區(qū)的電力資源配置，更是為今后我國±800kV特高壓直流輸電工程的建設提供了寶貴的經驗。本文通過對±800kV普僑特高直流輸電線路的外絕緣分析，發(fā)現(xiàn)高海拔、污穢、冰雪覆蓋以及酸雨酸霧都可能會影響直流輸電線路的外絕緣性能，并從優(yōu)化直流輸電線路的外絕緣性能可從空氣間隙、絕緣子片數(shù)的設計等基本絕緣配置入手，希望特高壓直流輸電工程今后能為我國電力事業(yè)做出更大的貢獻。

作者簡介：張?zhí)禊i（1989-），男，吉林松原人，中國南方電網超高壓輸電公司昆明局助理工程師，研究方向：輸電線路。

（責任編輯：蔣建華）