绝缘子片数选择演示幻灯片

绝缘子的选择随着我国输电线路的不断发展，输电网络的不断完善以及对特高压输电工程的深入研究，未来我国的输电线路行业无论在技术还是在应用方面都会有突飞猛进的发展，作为线路不可或缺的一部分——绝缘子的选择，将会是影响线路是否能够正常运行的的关键所在。下面就从绝缘子的概念、选择绝缘子时的要求、如何选择绝缘子串和绝缘子片数来论述一下绝缘子的选择。一、什么是绝缘子绝缘子俗称瓷瓶，它是用来支持导线的绝缘体。绝缘子可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘。它在运行中应能承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力。它还经受着日晒、雨淋、气候变化及化学物质的腐蚀。因此，绝缘子既要有良好的电气性能，又要有足够的机械强度。绝缘子的好坏对线路的安全运行是十分重要的。绝缘子按结构可分为支持绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。架空线路中所用绝缘子，常用的有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。二、选用绝缘子应满足哪些要求(1)要有良好的绝缘性能，使其在干燥和阴雨的情况下，都能承受标准规定的耐压；(2)绝缘子不但承受导线的垂直荷重和水平荷重，还要承受导线所受的风压和覆冰等外加荷载，因此要求绝缘子必须有足够的机械强度；(3)架空线路处于野外，受环境温度影响较大，要求绝缘子能耐受较大的温度变化而不破裂；(4)绝缘子长期承受高电压和机械力的作用，要求其绝缘性能的老化速度要比较慢，有较长的使用寿命；(5)空气中的腐蚀气体会使绝缘子绝缘性能下降，要求绝缘子应有足够的防污秽和抵御化学气体侵蚀的能力。三、绝缘子串的选择绝缘子机械强度的安全系数应符合（表一）的规定。双联及多联绝缘子串应验算断一联后的机械强度，其荷载及安全系数按断联情况考虑。表一绝缘子机械强度的安全系数K1应按下式计算K1=TR/T式中：TR—绝缘子额定机械破坏负荷（kN）；T—分别取绝缘子承受的最大使用荷载、断线荷载、断联荷载、验算荷载或常年荷载（kN）。注：常年荷载是指年平均气温条件下绝缘子所承受的荷载。验算荷载是验算条件下绝缘子所承受的荷载。断线的气象条件是无风、有冰、-5℃，断联的气象条件是无风、无冰、-5℃。1、悬垂绝缘子串选择Ⅰ、在正常运行电压下，绝缘子应该有足够的机电破坏强度，也就是说应该按线路的运行电压、绝缘子的机械强度以及拟承受的外荷载，并考虑一定的安全系数来选择绝缘子型式。Ⅱ、在正常运行电压作用下，绝缘子应该具有足够的电气强度。因为在正常工频电压作用下，特别是在绝缘子表面基有一定的污秽时，有可能沿绝缘子串表面发生闪络，为了防止这类故障所需要的电气绝缘强度，通常以绝缘子串的爬电距离来表示，根据所要求的爬电距离，并根据所选绝缘子单片的爬电距离数值即可确定所需绝缘子片数。Ⅲ、绝缘子串还应能耐受内过电压的作用，即绝缘子片数的选择尚应满足操作过电压要求。Ⅳ、一般不按外过电压（雷电过电压）的要求来选择绝缘子串的强度，而是根据已选定的绝缘子水平来估计线路的耐雷水平。仅在个别高塔、大跨越，需要提高耐雷水平的情况下或个别高接地电阻杆塔上，才适当考虑耐受雷电过电压的需要，酌量增加绝缘子片数。2、耐张绝缘子串的选择耐张绝缘子串，由于其承受的机械应力比悬垂绝缘子串大，出现零值绝缘子的概率比悬垂绝缘子串高且检修困难，因此，其电气强度应略高于悬垂绝缘子串。Ⅰ、当耐张绝缘子串所用的绝缘子型式和悬垂绝缘子串的绝缘子型式相同时，根据《66kV及其以下架空输电线路设计规范》和《110-750kV架空输电线路设计规范》，对于35—350kV线路，耐张绝缘子串片数应比悬垂串多一片，500kV线路应多两片。Ⅱ、当耐张绝缘子串所用的绝缘子型式和悬垂绝缘子串的型式不同时，其整体的机电性能应不低于Ⅰ中对耐张绝缘子串的要求。3、绝缘子串的可靠度绝缘子串一般由多片绝缘子串联组装而成，只有每只绝缘子都能可靠运行，整串绝缘子才能可靠运行，只要其中一片断掉，整串绝缘子就会产生故障。因此，整串绝缘子的可靠性与串中每片绝缘子的可靠性有关。根据可靠性理论，并假定单片绝缘子的可靠度均相等且为Ri,则ｍ片绝缘子相互串联后，整串绝缘子的可靠度（Ri）为　　　　　　　Ri＝Riｍ（3-1）　　　若采用双联绝缘子串（即两个单串并联），令每串绝缘子的可靠度为Ｒ１，并假定当一串绝缘子断裂（失效）后，另一串绝缘子仍能继续工作，则其可靠度（Ｒ２）为　　　　　　　　　Ｒ２＝２Ｒ１－Ｒ１２（3-2）　　　　　式中：Ｒ１一串绝缘子的可靠度，按式（3-1）计算。在超高压送电线路上，特别对耐张绝缘子串，设计者有时需要考虑三联、四联乃至更多联绝缘子串组合的进行比较，此时，其可靠度可按如下进行计算。设有n串绝缘子并联组成n联绝缘子串，若允许其中有r串绝缘子断裂，则可按下式将前r+1项加起来计算n联绝缘子串的可靠度（Rn）。Rn=R1n+nR1n-1R1'+[n(n-1)R1n-2R1'2/2]+…+{n!R1n-rR1'r/[r!(n-r)!]}（3-3）式中R1-串绝缘子的可靠度，可按式（3-1）计算；R1'-串绝缘子的失效（断裂）概率，R1'=（1-R1）。对于跨度比较大的档距和重要的跨越物（铁路、高速公路等），在单联绝缘子的机械满足的情况下，为了其线路提高安全性建议使用双联或多联绝缘子串。四、绝缘子片数的选择在工频电压作用下，选择绝缘子片数的方法一般有两种：①按各类污秽条件下的绝缘子串的成串污闪电压来选择；②按各类污秽条件下绝缘子串的爬电距离（λ）来选择。这两种方法的基本出发点都是以一定的线路允许的污闪事故率为基础，都需要首先确定线路所处地区的污秽等级。污秽等级确定见（P81）。1、按泄露比距要求选择绝缘子型式与片数据《110—750kV架空输电线路设计规范》推荐采用的一种方法，其公式为:n≥λUm/Le=λUm/(Ke*Lg)式中n-每串绝缘子所需要的片数；Um-系统的最高电压，kV；λ—不同污秽条件下所需要的爬电距离，其值按手册（P81）表2-6-5中选取。Le—单片绝缘子有效爬电距离；Lg—单片绝缘子几何爬电距离；Ke—绝缘子爬电距离的有效系数，以XP-70、XP-160为基础，其Ke取值为1。由于这种选择方法是以实际线路运行经验及事故率为依据的，零值绝缘子的影响已包含在内，所以不需要考虑可能出现的零值绝缘子而再增加片数。2、按绝缘子串的污闪电压选择绝缘子片数测试单片绝缘子的污闪电压（U50%），标准偏差系数取σ%=8%，耐压值(UR)取为系统的最高运行相电压。可用UR=U50%(1-4σ%)=0.68U50%选取。计算中，对于高压线路不同于ⅡΦ-A、ⅡC6-A的绝缘子，还要引入校正系数Ke,Ke一般取1.1-1.2。绝缘子串中绝缘子片数的选择除应符合工频电压的泄露距离要求外，尚应符合操作过电压要求，其选择方法如下：Ⅰ、电压较低的线路，当绝缘子串缺乏合适的操作冲击闪络电压时，可用工频湿闪络电压数据作为选择依据。此时，绝缘子串的工频50%湿闪络电压峰值UNh应满足下式要求：UNh=K·K0·UpmkVK-湿闪络电压综合校正系数，海拔1000及米以下取1.1；Upm-线路的最高运行相电压有效值，kV;K0-操作过电压倍数，35kV及其以下低电阻接地系统K0取3.2，66kV及其以下K0取4.0，110kV和220kVK0取3.0，330kVK0取2.2，500kVK0取2.0。Ⅱ、按绝缘子串操作冲击闪络电压数据选择绝缘子片数对绝缘子串的干、湿闪络电压均分别按下式：Usub=K0Upm/[(1-nσ%)Kd]Usua=KhUpm/[(1-nσ%)Kd]式中Usub-绝缘子的操作冲击50%湿闪络电压（峰值），kV；Usua-绝缘子的操作冲击50%干闪络电压（峰值），kV；Kd-空气密度校正系数，按手册（P72表2-6-2）选取；σ%-标偏系数；n-标偏系数的倍数；1/(1-nσ%)表示操作冲击50%闪络电压和耐受电压间的裕度，220kV及以下的线路取1.17，3300kV及以下上的线路取1.25。按照上面计算出来的Usub、Usua后分别查相应的绝缘子串湿、干闪络电压曲线可得出所需要的绝缘子片数。Ⅲ、对于零值绝缘子，考虑到规程规定，建议选出绝缘子后，尚应再增加1-2片绝缘子以补偿出现零值绝缘子的影响。3、雷电过电压作用下绝缘子片数选择一般不按雷电过电压的要求来选择绝缘子串的绝缘强度。但应根据已选定的绝缘子水平来检验线路的耐雷水平，并应符合相应的规程规定。如果在某些情况下雷击跳闸率太高，可根据具体情况酌量增加绝缘子片数。①对装有地线的杆塔，全高大于40米后，每增加10米增加一片绝缘子；全高超过100米后，绝缘子数量应结合运行经验，通过雷电过电压的计算来确定。②对无地线的大跨越档，应比规程规定增加1片绝缘子。4、特殊情况高海拔地区悬垂串的选择nH=ne0.1215m1(H-1000)/1000式中n-1000米时，每联绝缘子所需要的片数；H-海拔高度，m；m1-特征指数，按《110-750kV架空输电线路设计规范》(P56表C.0.1-1)在轻、中污区中复合绝缘子的爬电距离不宜小于盘型绝缘子。在重污区其爬电距离不应小于盘型绝缘子要求的3/4且不应小于2.8cm/kV,用于220kV及其以上的输电线路的复合绝缘子两端都应加均压环，其有效绝缘长度需满足雷电过电压要求。