為什么35千伏懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)一般都是3片？

為什么110千伏的復(fù)合絕緣子的長度一般都是1米左右？

本人前幾年曾經(jīng)參加過一次直流1100千伏復(fù)合絕緣子的產(chǎn)品鑒定會，看到的絕緣子竟有16米之長！那么，這樣的長度是考慮了哪些因素才決定的呢？

本文就想解釋以上的問題。  

如何設(shè)計？

1、必須了解這種電氣設(shè)備運行在哪一種電壓等級的系統(tǒng)中；

2、必須考慮這種電氣設(shè)備的運行環(huán)境。

如果這種電氣設(shè)備運行在戶外，例如戶外絕緣子，那么在設(shè)計上，就需要考慮3個方面的基本要求：

1、有足夠的電絕緣強度；

2、能承受一定的機械負荷；

3、能經(jīng)受不利的環(huán)境和大氣作用。

本文只討論第一個基本要求。 

1）長期的工作電壓

2、對過電壓進行分析，保證電氣設(shè)備的絕緣在遭受到過電壓的侵襲后，仍然具有設(shè)計規(guī)定的絕緣強度，用稍微專業(yè)的語言說：就是具有一定的絕緣水平。

如果絕緣水平設(shè)計得太低，容易造成事故；如果絕緣水平設(shè)計得太高，會導(dǎo)致設(shè)備的造價及維護費用過高。

所以，設(shè)計確定絕緣水平需要考慮兩方面的因素：

1）在技術(shù)上，需要拿出限制過電壓的措施，不能不能被動挨打，聽之任之。還需要研究絕緣能夠耐受過電壓的能力。最后需要處理好工作電壓、限制過電壓的措施和絕緣耐受能力三者之間的相互配合的關(guān)系。

2）在經(jīng)濟上，需要協(xié)調(diào)投資費用、維護費用和事故損失費用之間的關(guān)系，以實現(xiàn)較好的綜合經(jīng)濟效益。

所以，絕緣水平的確定應(yīng)該符合一定的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，合理地確定絕緣水平在專業(yè)上稱為：絕緣配合。 

  1、雷電過電壓（也稱為外部過電壓）

    由大氣中的雷云對地面（包括電力線路、電氣設(shè)備等）放電引起的過電壓。

    特點：持續(xù)時間短，一般為幾十微秒，具有脈沖的特性。

  2、內(nèi)部過電壓

    電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式發(fā)生改變而引起的過電壓。

    內(nèi)部過電壓的能量來源于系統(tǒng)本身，它的幅值以工作電壓為基礎(chǔ)而增長。

    通常用系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的倍數(shù)來表示，該倍數(shù)一般取1.3--4.0?？梢妰?nèi)部過電壓一定會大于系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的，但是最大內(nèi)部過電壓一般不會超過系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的4倍。

    內(nèi)部過電壓又分為操作過電壓和暫時過電壓。

   1）操作過電壓：電力系統(tǒng)由于進行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的過電壓。

    為了滿足正常運行的需要，或者被迫切除故障，電力系統(tǒng)會通過斷路器操作以改變運行方式。

    電力系統(tǒng)可以看作是一個由許多具有電感性、電容性的元件所組成的復(fù)雜電路。

    斷路器的操作，使電力系統(tǒng)從一種電磁狀態(tài)過渡到另一種電磁狀態(tài)。在這種過渡中會出現(xiàn)電磁振蕩，電磁能與靜電能在電感性與電容性的元件中以電路固有頻率交替轉(zhuǎn)換，以致在電氣設(shè)備上出現(xiàn)過電壓。

    操作過電壓是內(nèi)部過電壓的主要類型，其持續(xù)時間約為幾百微秒至幾毫秒，其波形也具有脈沖性質(zhì)，稱為操作沖擊波。

   2）暫時過電壓：由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷暫態(tài)過程以后達到某種暫時穩(wěn)態(tài)的情況所出現(xiàn)的過電壓。

    暫時過電壓是工頻或接近工頻的電壓，持續(xù)時間相對較長，所以又稱為工頻電壓升高。

  1、絕緣配合的目的：

  2、電氣設(shè)備的絕緣水平確定之后，是通過什么方法來知道電氣設(shè)備已經(jīng)達到了規(guī)定的絕緣水平呢？---通過各種試驗電壓來檢驗。

  3、需要確定哪幾種試驗電壓值呢？

    首先需要考慮設(shè)備絕緣可能承受的工作電壓和各種過電壓，然后決定了以下4種試驗電壓的類型：

   1）短時（1分鐘）工頻電壓試驗：

   為了檢驗設(shè)備在工頻運行電壓和暫時過電壓下的絕緣性能。

   2）長時間工頻電壓試驗：

   為了考核局部放電等導(dǎo)致老化的因素對絕緣的影響或外絕緣的污穢放電性能。

   3）操作沖擊試驗：

   為了檢驗設(shè)備絕緣耐受操作過電壓的性能。

   4）雷電沖擊試驗：

  5、絕緣配合的總原則：

    綜合考慮電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓、各種保護裝置的特性和設(shè)備的絕緣特性，以確定設(shè)備的絕緣水平，使設(shè)備絕緣故障率或停電事故率降低倒在經(jīng)濟上和運行上可以接受的水平。

  6、首先，對不同電壓等級的電力系統(tǒng)，配合原則不同。

    1）220千伏及以下系統(tǒng)，一般以雷電過電壓決定設(shè)備的絕緣水平。

    其主要保護措施是避雷器，所以以避雷器的保護水平為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平，同時保證輸電線路有一定的耐雷水平。

    這樣確定的設(shè)備絕緣，能夠耐受得住操作過電壓的作用，因此不需要專門采用針對操作過電壓的限制措施。

    2）因為操作過電壓的能量來源于系統(tǒng)本身，隨著電壓等級的提高，操作過電壓也將隨之增高，所以在超高壓電力系統(tǒng)（大于等于330千伏）的絕緣配合中，操作過電壓將逐漸起控制作用。

   所以需要采取相應(yīng)的措施，將操作過電壓限制到預(yù)定水平。同時采用避雷器，除用以限制雷電過電壓外，也作為操作過電壓的后備保護。 

  1、首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的“最大過電壓”

  2、再找出一個設(shè)備絕緣的“最小放電電壓”

  3、然后根據(jù)運行經(jīng)驗，乘上一個考慮各種影響因素和一定裕度的系數(shù)（一般稱為配合系數(shù)，或者稱為安全裕度系數(shù)），以補償在估計最大過電壓和最低放電電壓時的誤差

  4、即使得設(shè)備絕緣的“最小放電電壓”大于設(shè)備上可能出現(xiàn)的“最大過電壓”，然后再乘上一個安全裕度系數(shù)。 

2、絕緣子串中絕緣子片數(shù)的確定。

   1）基本要求：

    ① 在工作電壓下不發(fā)生污閃；

    ② 在操作過電壓下不發(fā)生濕閃；

    ③ 具有一定的雷電沖擊耐受強度。

   2）運行經(jīng)驗表明：因為在工作電壓下會發(fā)生污閃，所以工作電壓是確定絕緣子片數(shù)的決定條件。

   通常是在保證不污閃的情況下，根據(jù)工作電壓選定每串絕緣子片數(shù)后，再按操作過電壓及耐雷水平的要求復(fù)核調(diào)整。

3、舉例說明：

   1）首先確定污穢等級

    不同污穢情況對線路及變電站絕緣的影響程度是不一樣的，因此應(yīng)該根據(jù)污穢情況，采用相應(yīng)的絕緣，以保證電網(wǎng)安全運行。

    GB/T16434--1996《高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級即外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》中，按照污穢性質(zhì)、污源距離、氣象情況及等值附鹽密度（鹽密），將架空線路和發(fā)電廠、變電所劃分為不同的污穢等級。

   污穢等級分為5級，0級是清潔區(qū)，4級是重污穢區(qū)。

   2）決定爬電比距

   通常用單位爬電距離（爬電比距），即絕緣子每一千伏額定線電壓的爬電距離來估計臟污條件下絕緣子的污閃性能。

    GB/T16434--1996中同時規(guī)定了不同污穢等級時所要求的爬電距離。國標(biāo)中的λ就是指：每千伏額定線電壓所要求的沿絕緣子表面的爬電距離。

   3）再根據(jù)線路額定線電壓，確定絕緣子串中的絕緣子片數(shù)

    具體計算公式為：

 其中：

U_n ——  為線路的額定線電壓，千伏；

線路的額定線電壓：35千伏

按照0級（清潔區(qū)）考慮，λ=1.6cm/kV

 絕緣子選型：XP--70  l=28cm

線路的額定線電壓：110千伏

按照0級（清潔區(qū)）考慮，λ=1.6cm/kV

絕緣子選型：XP--70  =28cm

 4）根據(jù)在工作電壓下不發(fā)生污閃而確定了絕緣子串的片數(shù)后，還應(yīng)該考慮耐受操作過電壓的作用，即絕緣子串的濕閃電壓在考慮各種影響因素并保持一定的裕度后，應(yīng)大于可能出現(xiàn)的操作過電壓（這些過電壓與絕緣子片數(shù)的關(guān)系有專門的圖表可以查閱）。

在實際運行中，不能排除存在零值絕緣子的可能性。因此，在按上述操作過電壓確定每串絕緣子片數(shù)時，還應(yīng)適當(dāng)增加片數(shù)。

對于直線桿，35--220千伏電壓等級下，增加1片；220千伏及以上增加1-2片。 

考慮線路中可能出現(xiàn)零值絕緣子，所以增加1片。所以35千伏懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)一般都是3片。

2、對于線路的額定線電壓為110千伏時， 按照0級（清潔區(qū)）考慮，對于XP--70絕緣子，應(yīng)該選取7片。

考慮線路中可能出現(xiàn)零值絕緣子，所以增加1片。所以110千伏懸垂絕緣子串的絕緣子片數(shù)一般都是7-8片。

而7-8片的XP--70絕緣子串，其絕緣長度一般為1米左右，所以相應(yīng)的110千伏的復(fù)合絕緣子的長度也應(yīng)該與其保持一致。