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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(zhǎng)度一般都是1米左右？

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

本文就想解釋以上的問(wèn)題。  

如何設(shè)計(jì)？

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

2、必須考慮這種電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。

如果這種電氣設(shè)備運(yùn)行在戶(hù)外，例如戶(hù)外絕緣子，那么在設(shè)計(jì)上，就需要考慮3個(gè)方面的基本要求：

1、有足夠的電絕緣強(qiáng)度；

2、能承受一定的機(jī)械負(fù)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(gè)基本要求。 

1）長(zhǎng)期的工作電壓

2、對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行分析，保證電氣設(shè)備的絕緣在遭受到過(guò)電壓的侵襲后，仍然具有設(shè)計(jì)規(guī)定的絕緣強(qiáng)度，用稍微專(zhuān)業(yè)的語(yǔ)言說(shuō)：就是具有一定的絕緣水平。

如果絕緣水平設(shè)計(jì)得太低，容易造成事故；如果絕緣水平設(shè)計(jì)得太高，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用過(guò)高。

所以，設(shè)計(jì)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(guò)電壓的措施，不能不能被動(dòng)挨打，聽(tīng)之任之。還需要研究絕緣能夠耐受過(guò)電壓的能力。最后需要處理好工作電壓、限制過(guò)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(jì)上，需要協(xié)調(diào)投資費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用和事故損失費(fèi)用之間的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)較好的綜合經(jīng)濟(jì)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(jì)指標(biāo)，合理地確定絕緣水平在專(zhuān)業(yè)上稱(chēng)為：絕緣配合。 

  1、雷電過(guò)電壓（也稱(chēng)為外部過(guò)電壓）

    由大氣中的雷云對(duì)地面（包括電力線(xiàn)路、電氣設(shè)備等）放電引起的過(guò)電壓。

    特點(diǎn)：持續(xù)時(shí)間短，一般為幾十微秒，具有脈沖的特性。

  2、內(nèi)部過(guò)電壓

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

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

    通常用系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的倍數(shù)來(lái)表示，該倍數(shù)一般取1.3--4.0?？梢?jiàn)內(nèi)部過(guò)電壓一定會(huì)大于系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的，但是最大內(nèi)部過(guò)電壓一般不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)最大工作相電壓的幅值的4倍。

    內(nèi)部過(guò)電壓又分為操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓。

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

    為了滿(mǎn)足正常運(yùn)行的需要，或者被迫切除故障，電力系統(tǒng)會(huì)通過(guò)斷路器操作以改變運(yùn)行方式。

    電力系統(tǒng)可以看作是一個(gè)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(guò)渡到另一種電磁狀態(tài)。在這種過(guò)渡中會(huì)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(guò)電壓。

    操作過(guò)電壓是內(nèi)部過(guò)電壓的主要類(lèi)型，其持續(xù)時(shí)間約為幾百微秒至幾毫秒，其波形也具有脈沖性質(zhì)，稱(chēng)為操作沖擊波。

   2）暫時(shí)過(guò)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(guò)程以后達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)態(tài)的情況所出現(xiàn)的過(guò)電壓。

    暫時(shí)過(guò)電壓是工頻或接近工頻的電壓，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以又稱(chēng)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(guò)什么方法來(lái)知道電氣設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了規(guī)定的絕緣水平呢？---通過(guò)各種試驗(yàn)電壓來(lái)檢驗(yàn)。

  3、需要確定哪幾種試驗(yàn)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(guò)電壓，然后決定了以下4種試驗(yàn)電壓的類(lèi)型：

   1）短時(shí)（1分鐘）工頻電壓試驗(yàn)：

   為了檢驗(yàn)設(shè)備在工頻運(yùn)行電壓和暫時(shí)過(guò)電壓下的絕緣性能。

   2）長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓試驗(yàn)：

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

   3）操作沖擊試驗(yàn)：

   為了檢驗(yàn)設(shè)備絕緣耐受操作過(guò)電壓的性能。

   4）雷電沖擊試驗(yàn)：

  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(guò)電壓、各種保護(hù)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(jì)上和運(yùn)行上可以接受的水平。

  6、首先，對(duì)不同電壓等級(jí)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(guò)電壓決定設(shè)備的絕緣水平。

    其主要保護(hù)措施是避雷器，所以以避雷器的保護(hù)水平為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平，同時(shí)保證輸電線(xiàn)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(guò)電壓的作用，因此不需要專(zhuān)門(mén)采用針對(duì)操作過(guò)電壓的限制措施。

    2）因?yàn)椴僮鬟^(guò)電壓的能量來(lái)源于系統(tǒng)本身，隨著電壓等級(jí)的提高，操作過(guò)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(guò)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(guò)電壓限制到預(yù)定水平。同時(shí)采用避雷器，除用以限制雷電過(guò)電壓外，也作為操作過(guò)電壓的后備保護(hù)。 

  1、首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的“最大過(guò)電壓”

  2、再找出一個(gè)設(shè)備絕緣的“最小放電電壓”

  3、然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，乘上一個(gè)考慮各種影響因素和一定裕度的系數(shù)（一般稱(chēng)為配合系數(shù)，或者稱(chēng)為安全裕度系數(shù)），以補(bǔ)償在估計(jì)最大過(guò)電壓和最低放電電壓時(shí)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(guò)電壓”，然后再乘上一個(gè)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(guò)電壓下不發(fā)生濕閃；

    ③ 具有一定的雷電沖擊耐受強(qiáng)度。

   2）運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：因?yàn)樵诠ぷ麟妷合聲?huì)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(guò)電壓及耐雷水平的要求復(fù)核調(diào)整。

3、舉例說(shuō)明：

   1）首先確定污穢等級(jí)

    不同污穢情況對(duì)線(xiàn)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(yùn)行。

    GB/T16434--1996《高壓架空線(xiàn)路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級(jí)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(xiàn)路和發(fā)電廠、變電所劃分為不同的污穢等級(jí)。

   污穢等級(jí)分為5級(jí)，0級(jí)是清潔區(qū)，4級(jí)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(xiàn)電壓的爬電距離來(lái)估計(jì)臟污條件下絕緣子的污閃性能。

    GB/T16434--1996中同時(shí)規(guī)定了不同污穢等級(jí)時(shí)所要求的爬電距離。國(guó)標(biāo)中的λ就是指：每千伏額定線(xiàn)電壓所要求的沿絕緣子表面的爬電距離。

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

    具體計(jì)算公式為：

 其中：

U_n ——  為線(xiàn)路的額定線(xiàn)電壓，千伏；

線(xiàn)路的額定線(xiàn)電壓：35千伏

按照0級(jí)（清潔區(qū)）考慮，λ=1.6cm/kV

 絕緣子選型：XP--70  l=28cm

線(xiàn)路的額定線(xiàn)電壓：110千伏

按照0級(jí)（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(guò)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(guò)電壓（這些過(guò)電壓與絕緣子片數(shù)的關(guān)系有專(zhuān)門(mén)的圖表可以查閱）。

在實(shí)際運(yùn)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(guò)電壓確定每串絕緣子片數(shù)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)增加片數(shù)。

對(duì)于直線(xiàn)桿，35--220千伏電壓等級(jí)下，增加1片；220千伏及以上增加1-2片。 

考慮線(xiàn)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(duì)于線(xiàn)路的額定線(xiàn)電壓為110千伏時(shí)， 按照0級(jí)（清潔區(qū)）考慮，對(duì)于XP--70絕緣子，應(yīng)該選取7片。

考慮線(xiàn)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(zhǎng)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(zhǎng)度也應(yīng)該與其保持一致。