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超高压输电线路绝缘子的可靠性评 2014-01-09
摘 要:文章提出和论述了评价超高压( EHV )输电线路绝缘子可先靠性的五项准则:寿命周期、失效率、失效检出率、事故率和可靠性试验。并由此得出结纸:为提高 EHV 输电线路的可靠性,应优先采用玻璃绝缘子,集中力量研制复合绝缘子,加大改造力度以提高瓷绝缘子的制造水平。 关键词 : 超高压输电 绝缘子 可靠性评价 线路绝缘子性能的优劣直接影响到输电线路,特别是超高压《 EHV 》输电线路运行的可靠性和经济性。因此,如何评价 EHV 输电绝缘子的可靠性,已成为电力部门和绝缘子制造部门尤为关注的问题。 在架空输电线路上现在使用的有三种材料绝缘子——瓷绝缘子、玻璃绝缘子和有机复合绝缘子。我国目前的生产现状是以生产和使用瓷绝缘子为主,玻璃绝缘子国内生产能力只占国内绝缘子总需求量的 20% ;我国复合绝缘子的研制起步较晚,由于近年来国内外在此技术上的进展较快,生产和使用量已呈上升态势。 1 对绝缘子可靠性评价的五项准则 运行的可靠性是决定绝缘子生命力的关键。最好的评价是大量绝缘子在输电线路上长期运行的统计结果和可靠性试验所反映出来的性能水平。因此,评价绝缘子应遵循下述准则: ⑴寿命周期 产品在标准规定的使用条件下,能够保持其性能不低于出厂和标准的最低使用年限为“寿命周期”,此项指标不仅反映绝缘子的安全使用期,也能反映输电线路投资的经济性。我国曾先后多次对运行 5 — 30 年的玻璃和瓷绝缘子进行机电性能跟踪对比试验。结果表明:玻璃绝缘子的使用寿命取决于金属附件,瓷绝缘子的使用寿命取决于绝缘体。玻璃绝缘子的寿命周期可达 40 年,而瓷绝缘子除全面采用国外先进制造技术后有可能较大幅度地延长其寿命周期外,其平均寿命周期仅为 15 — 25 年,复合绝缘子经历了“三代”的发展。但从迄今世界范围内的试验及运行结果分析来看,其平均寿命周期只有 7 年。 ⑵失效率 运行中年失效绝缘子件数与运行绝缘子总件数之比称为年失效率。对于国产玻璃绝缘子,其寿命周期内平均失效率为( 1 — 4 )× 10 -4 /a [1] A ,对于国产瓷绝缘子的失效率,除个别合资企业产品将有可能降低外,比玻璃绝缘子约高 1 — 2 个数量级;对于复合绝缘子,由于寿命周期不能预测、复合材料配方和制造工艺还不能安全定型。其失效率很难预测。 ⑶失效检出率 绝缘子失效后能否检测出来的检出率对线路安全运行的影响是比失效率本身更为重要的因素,检出率取决于绝缘子失效的表现形式和失效的原因。玻璃绝缘子失效的表现形式是“自动破碎”和“零值自破” 。“自破”不是老化,而是玻璃绝缘子失效的唯一表现形式,所以只需凭借目测就可方便地检测出失效的绝缘子,其失效检出率可达百分之百,瓷绝缘子失效的表现形式为头部隐蔽“零值”或“低值”,复合绝缘子失效的主要表现形式为伞裙蚀损以及隐蔽的复合“界面击穿”,此外,瓷和复合绝缘子失效的原因是材料的老化,而老化程度是时间的函数。老化是隐蔽的,因此给检测带来极大的困难,造成检出率极低,对于复合绝缘子,实际上根本无法检测。 ⑷事故率 年掉线次数与运行绝缘子件数之比称为年事故率。绝缘子掉串是架空输电线路最为严重的事故之一。对于 EHV 输电,若造成大面积、长时间停电,后果则不堪设想。 国产玻璃绝缘子 30 年来的运行经验证明:在 220 — 500KV 的输电线路上,从来没有因为玻璃绝缘子失效而发生过掉线事故。而国产瓷绝缘子掉线事故率则高达 2 × 10 -5 。前苏联的研究指出,即使失效率相同,瓷绝缘子较玻璃绝缘子的事故率也至少高一个数量级 [3] 。由于复合绝缘子为长棒式,掉线事故一般很少发生。但导致内绝缘击穿、芯棒断裂和强度下降的因素始终存在,一旦失效,事故概率会高于由多个元件组成的绝缘子串。 ⑸可靠性试验 为对绝缘子进行可靠性评价,国内外曾对玻璃绝缘子和瓷绝缘子作过各种方式的加速寿命试验和强制老化试验。如:陡波试验、热机试验、耐电弧强度试验、 1500 万次低频( 18 . 5 HZ )和 200 万次高频( 185 — 200HZ )振动疲劳试验及内水压试验,都从不同角度得出结论:与玻璃绝缘子相反,绝大多数瓷绝缘子都不能通过这些试验 [1] 。对于复合绝缘子,可靠性试验则还是一个有待于继续探索的课题。 2 影响绝缘子可靠性的三大因素 ⑴材料是基础 玻璃和瓷均属铝硅酸盐,瓷是三相(结晶相、玻璃相和气相)共存的不均质体,而玻璃是液态和玻璃态互为可逆的均质体。“均质性”是影响绝缘材料介电强度的重要因素。脆性材料的机械强度和热稳胜,不完全取决于材料力学性质,而极大程度上取决于材料内部的缺陷和表面状态。这就是钢化玻璃较之退火玻璃和瓷,上 釉 的瓷较不上 釉的瓷强度高得多的原因。此外,玻璃的“热钢化”技术,赋予玻璃表层一个高达 100—250Mpa和永久预应力。这就是“钢化玻璃”强度钢铁化,热稳定性高,较瓷不易老化和寿命长的道理,对于复合绝缘子的难点是解决有机材料在户外条件下的老化、芯棒的脆断的蠕变。可见,钢化玻璃既较瓷有高得多的机械、绝缘强度,又较有机材料具有优良的抗老化性能,为绝缘子的可靠运行奠定了良好的基础。 ⑵产品结构和耐污性能是关键 玻璃绝缘子采有圆柱头结构,承力组件受力均匀。较之国内传统瓷绝缘子数十年一贯制的圆锥头结构,具有尺寸小、重量轻、强度高和电性能优良的特点。由于玻璃的线膨胀系数较瓷大得多,较复合绝缘材料小得多,且与金属附件和水泥的线膨胀事故接近,因而受力组件材质匹配良好。在各种气候条件下,不会象瓷绝缘子和复合绝缘子那样容易产生危险应力而导致老化。且复合绝缘子很难解决复合界面的结构质量。 但复合绝缘子具有优良的耐污性能,而且通常无需清扫这就极大地减少了线路维护费用。就此而论,复合绝缘子发展前景广阔。玻璃的介电常数较大,因而单只玻璃绝缘子的干闪络电压比瓷绝缘子的低,但有较大的主电容来改善表面的电压分布,使之与瓷绝缘子串的闪络电压相当。加之玻璃绝缘子泄漏比距大,表面产生的凝聚物少,抵抗由污秽引起的热应力的能力强,因而不易因闪络而出现事故。污闪实践一证明,玻璃绝缘子的耐污性能优于瓷绝缘子。 ⑶制造水平是保证 在国外,优质产品的生产均已形成相当经济规模、且具有工艺先进的高自动化生产线。因而,整个西欧和前苏联,玻璃绝缘子的市场占有率高达 90%以上,整个北美复合绝缘子使用量为世界之最占本地绝缘子市场总量的25%—30%;在日本,瓷绝缘子则一统天下。在我国,所幸的是国产玻璃绝缘子通过技术引进和自己开发,已具备了上述生产条件,对于瓷和复合绝缘子,除个别合资企业外,上述制造水平有我国尚未达到。可见,选用何种产品还取决于产品的制造水平和对产品性能及使用环境的全面了解。 3结束语 ⑴绝缘子的寿命周期、失效率、失效率检出率、事故率和可靠性试验,应居为综合评价 EHV绝缘子可靠性的五项准则。 ⑵ 扩大使用国产玻璃绝缘子在当前在着较大的优势。作为玻璃绝缘子制造者应精益求精,有效降低绝缘子运行头几年的失效率。 ⑶ 复合绝缘子有着较为广阔的发展前景,应集中力量开发研制,以求在延缓材料 老化和预测寿命周期上取得突破。 ⑷具有悠久生产历史的国产瓷绝缘子,应加大技术改造力度,在材料配方、产品结构和制造水平上取得更大的进展。
国内特高压输电技术研究情况 2014-01-09
    从1986 年开始,我国连续将特高压输电技术研究列入国家“七五”、“八五”和“十五”科技攻关计划。在过去的二十年里,我国科研机构在特高压领域做了大量工作,特高压技术研究已进入实用技术研究和试验,取得了一批重要科技成果。中国电力科学研究院、武汉高压研究所、电力建设研究所和有关高等院校相继开展了我国特高压远距离输电方式和电压等级选择的研究,进行了特高压输变电设备、线路、铁塔、典型变电所的分析论证和特高压输电系统过电压、绝缘配合及输电线路对环境影响的研究工作。    电力建设研究所于2004年建设的杆塔试验站,进行了特高压单回路8×800分裂导线,30度    ~60度转角杆塔原型强度试验和特高压输电线路防振设计方案试验。     为了在我国及早开展特高压输电的技术研究, 推动我国特高压输电的发展, 1994年初原国家电力部“全国联网和高一级电压输电领导小组”通过专家认证, 决定在武汉高压研究所户外高压试验场建设特高压试验研究线段,并于1996年6月建成了我国第一条百万伏级特高压试验研究线段。该试验线段可以开展特高压输电技术外绝缘放电特性和线路对环境影响的研究, 也可对部分电器产品和部件进行考核性试验研究。它的建成为我国开展更高一级输电技术的研究提供了有利的条件。 该试验研究线段的主要特点如下: 1) 满足特高压输电相关技术的研究 该线段具有应用研究的电压范围大、调整灵活方便等特点, 可满足电压范围为800~1200kV等级的有关外绝缘和环境影响等项目的试验研究。 2) 采用真型模拟拉V型塔 由于拉V塔占地面积小,应用广泛以及杆塔较容易用模拟板改变塔型等特点,试验线段中的模拟杆塔选用真型模拟拉V塔。利用该塔可以较真实的模拟实际线路杆塔,以对线路杆塔的绝缘特性和绝缘子串放电特性进行试验研究。  3) 可改变塔窗间隙尺寸 真型模拟拉V 塔在设计时, 将塔型的尺寸留有裕度, 铁塔边相横担上设有多个吊点,以便试验时可以改变间隙尺寸。 4) 可改变绝缘子长度及型式 可通过一定的施工手段(如增加和减少绝缘子的片数),改变绝缘子(玻璃绝缘子、瓷绝缘子和合成绝缘子)串长度。 5) 可悬挂的不同型号的导线 可悬挂8分裂或10分裂的LGJ400、LGJ 500或 LGJ 630 等型号的导线,以研究不同导线的电晕特性及间隙的绝缘特性。 利用这条试验研究线段, 可以较真实地模拟线路和杆塔的实际运行情况, 开展如下特高压输电实用技术的研究工作: 1) 绝缘放电特性研究 开展了间隙(如塔窗间隙、导线—塔体间隙、引弧角间隙等)放电特性和冲击放电伏秒特性和绝缘子串的放电特性研究。 2) 线路和杆塔研究 开展了线路电晕特性、绝缘子电压分布、大截面导线、线路金具及线路带电作业技术的研究。 3) 线路对环境影响的研究 开展了线路对环境影响(无线电干扰、静电感应、可听噪声以及生态影响等)的研究。 4) 长期工频加压试验 线段具备长期施加单相工频高压的能力, 可对特高压小电容电器产品或部件等进行长期工频加压试验, 以不断改进和完善产品和部件结构的设计。
高压直流输电关键技术现状及发展趋势 2014-01-09
一、国内外技术现状及发展趋势   高压直流 (HVDC) 技术 , 自 50 年代兴起后,已经历了 40 多年的发展 , 成为一项日趋成熟的技术。至 1995 年 , 世界上已 n 成功投运的 HVDC 工程已达 62 项,预计至 2002 年 , 世界还将有约 20 项 HVDC 工程投入运行。 80 年代 , 随着可控硅技术以及世界电网技术发展, HVDC 技术得到一个阶跃性的发展。其一 , 由于联网的要求,背靠背工程有 14 项,约占新建工程的一半 ; 其二 , 建成了目前世界上最长的直流线路. 1700KM 的扎伊尔英加—沙巴工程以及电压等级最高 ( 士 600KV) 、输送容量最大 (3150MW) 的巴西伊太普工程。 90 年代,世界第一个复杂的三端 HVDC 工程 ( 魁北克—新英格兰工程 ) 完成,并建成了世界上最长的海缆 (250km)HVDC 工程 ( 瑞典—德国的 BALTIC 工程 ) 。   亚洲地区的 HVDC 技术开始兴起。菲律宾、南韩、马束西亚、泰围、印度、日本和中国都相继开始 HVDC 工程的建设和研究,已建和计划中的工程约有 15 项。   随着电网技术和电力电子技术的发展, HVDC 技术将会继续深化其可控性强的特点,同时克服其对电网带来的一些不利因素 ( 如谐波 ) 及投流站造价较高的弱点,加强其在电网发展中的作用。   二、技术开发的总体目标和重点任务   根据葛上和天广 HVDC 工程及三峡工程、西电东送工程以及全国联网工程的需要,发展我为的 HVDC 技术;重点开发远距离高压直流输电和背靠背 HVDC 技术,借鉴国内外的经验,确保三峡 HVDC 工程的成功建设和运行;实施 HVDC 主设备国产化工程。   三、主要技术开发内容及指标 ( 一 ) 制定与国际接轨 HVDC 技术标准及 HVDC 工程设计规范。 ( 二 ) 工程运行技术 1. 直流系统控制保护策略研究 ; 2. 直流与交流系统和设备控制保护的协调配合的研究 ; 3. 交直流系统相互影响的研究 ; 4. 换流站交流谐波及其滤波器的研究 ; 5. 新型换流站运行人员监控系统的开发研究 ; 6. 接地极的研究。 ( 三 )HVDC 技术研究手段的完善与开发 l.HVDC 工程系统研究、设计软件包的完善与规范; 2.HVDC 一、二次设备新型数学模型的完善与开发 ; 3.HVDC 接地极研究软件的开发。 ( 四 ) 背靠 HVDC 系统的研究 , 包括电压等级的选择、主设备参数列选、系统及其控制策略的研究等。 ( 五 ) 直流输电新技术的研究,包括自动可调交流滤波器与有源直流滤波器的开发研究,户外阀技术、串联电容器的换流器技术 (CCC) 、深埋接地极技术、多端直流技术等。 ( 六 )HVDC 主设备国产化。   四、经济、社会效益和市场前景   上述研究开发工作将直接服务于我国三峡输变电工程和全国联网工程以及已建和在建中的 HVDC 工程 , 可促进我国自行进行工程规范设计、以及部分主设备国产化的需求 , 并能提高 HVDC 工程运行的可靠性,将产生世大的社会经济效益。
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