高海拔地区设计专题报告线路.docx
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高海拔地区设计专题报告线路
220kV香格里拉输变电工程
高海拔环境条件下线路工程
设计专题报告
云南银塔送变电设计有限公司
2008年12月
批准：
彭超贤
审核：
文聪
校核：
文聪、高红良
编写：
李叔昆、王守礼
一、输电线路绝缘选择
1、概述
云南是我国仅次于青藏高原的第二大高原，即云贵高原的主体。
地形西北高而东南低，山脉均发源于青藏高原，由西北汇入我省。
西部为闻名的横断山脉，由北向南重峦叠嶂，连绵横贯我省。
海拔变化从几十米至6740m。
220kV迪庆～香格里拉（建塘）线路地处我省西北角香格里拉高原上。
线路全长74.5km，沿线海拔从2200～3800m,90％路径走在海拔3000m以上，高山大岭地形占60％，一般山地占40％，山高谷深，空气稀薄。
高海拔地区的特点是空气气压低、空气相对密度小、湿度小。
这些因素引起了送电线路外绝缘电气强度的降低。
为了使线路能在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下安全可靠地运行，应保证高海拔绝缘强度与低海拔有相同的绝缘水平，绝缘配合的设计要考虑对绝缘强度给予补偿。
并应考虑设备造价、维修费用以及故障损失三个方面，力求取得较高的经济效益。
绝缘配合的方法是按照规程的规定，参考科学试验的成果和我省高海拔地区已建成的几千千米220～500kV送电线路设计、运行经验来确定。
2、沿线污秽等级的划分
根据国标GB/T6434-1996《高压架空线路和发电厂，变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》，外绝缘的污秽等级应根据各地的污湿特征，运行经验并结合其表面污秽物质的等值附盐密度三个因素综合考虑划分，当三者不一致时，应根据运行经验决定。
根据云南在上世纪1966～1987年对220kV线路的运行调查，未发现污闪跳闸事故。
分析其原因，一方面是云南的工业不够发达，另一方面因云南高海拔地区，绝缘子已增加了片数，爬电比距已有所加大，也是污闪事故不多的原因。
改革开放以来，我省工业发展加快，空气污染也在发展。
综合考虑环境污染变化的因素，在污区选择上应适当留有裕度。
云南电网公司按原能源部的要求，曾绘制了《云南省电瓷外绝缘污秽等级划分图》（简称污区图），并下发执行。
由于《云南省电瓷外绝缘污秽等级划分图》系上个世纪1994年代做的，离今已近10余年，各地区工业的发展，新污区的出现，已超出污区图的范围。
后对污区图的划分，又作了补充修改。
本工程从迪庆变电所出发，沿迪庆至中甸的老公路山梁，海拔从2260逐步爬上3000m以上，经中甸林场、小中甸，到达中甸县香格里拉（建塘）变电所。
所经地区均为山区，人口低度密集，无集中的工业区，间或有几次跨越土公路的情况，空气清洁。
根据500kV漫昆I回投产后，云南省电力局500kV输变电建设处组织云南省电力试验研究所和各有关部门，运行单位参加，选择了漫昆I回线路附近已运行的10条35~220kV送电线路，19个点的113片绝缘子，进行等值附尘密度、附盐密度的试验分析的结果，在穿过原始森林的220kV天漫线和110kV漫景线34个样品测试后发现其附着盐密并不是预想的小于0.03mg/cm²，而是达到和超过0.05mg/cm²，此值已达I级污区标准。
分析原因发现都有一个共同之处就是取样品的杆塔附近都跨越土面公路，甚至多条，这些土面公路的灰尘由于受到森林雾气、毛毛雨等高湿度气体的影响，而沉积在绝缘子串上，从而极易发生污闪，这对线路的外绝缘会很不利。
因此，0级污区已不存在，本线路在清洁地区也应按I级污区考虑。
根据以上分析调查并结合《云南省电瓷外绝缘污秽等级划分图》（简称污区图）及《110kV－500kV架空输送电线路设计技术规定》（Q/CSG11502－2008）的规定，本工程全线划为I级污区。
要求的爬电比距为1.60～2.00cm/kV。
3、绝缘子型式选择
目前构成绝缘子的介质主要有瓷、玻璃和合成硅橡胶三大类。
3.1、瓷绝缘子
瓷绝缘子在我国已有很长的生产历史，已经形成较完整的系列，在我国的线路中得到普遍使用。
瓷绝缘子成本低，原料充足，加工生产工艺成熟，雷电冲击耐压高（同比玻璃绝缘子高10％），无疑是一种较好的绝缘介质。
但是，在大量的使用中其固有的缺点也日益暴露，首先是零值检测困难，在我省山区交通不便，运行维护困难，对线路安全运行不利。
由于零值绝缘子的存在，雷击时极易引起绝缘子爆炸断串事故。
其次瓷绝缘子表面不具备憎水性，污物极易附着，自洁能力差，遇潮湿天气，易发生污闪事故。
原云南省电力试验研究所的研究认为：
防污XWP-16瓷绝缘子具有双层伞裙结构，由于在低气压和高盐密时容易发生伞裙间的闪络现象，造成裙间泄漏间距短接，使闪络电压降低，故不宜在高海拔地区普遍使用双裙结构防污绝缘子。
目前，我国瓷绝缘子生产厂家较多，但不同厂家的产品质量差异很大，一些合资厂随着技术的引进，生产工艺得到提高，生产的高质量瓷绝缘子，其缺点已得到较大改善，产品年老化率不高于十万分之一。
高质量瓷绝缘子，运行上可以大大地延长测零值绝缘子的周期，明显减少了“测零”工作。
我省高海拔500kV线路瓷绝缘子已运行了1000km10年，情况良好。
3.2、钢化玻璃绝缘子
钢化玻璃绝缘子具有零值自爆的优点，可以节省大量的运行维护费，结构及电气性能与瓷绝缘子相差无几，在某些方面电气性能还超过瓷绝缘子。
防污型玻璃绝缘子，外观结构与标准绝缘子相似，无双裙结构，且玻璃绝缘子表面具有憎水性，自洁能力强，污物不易附着，抗污能力强。
但自爆率和破损率过高又是玻璃绝缘子的缺点。
厂家提供的自爆率一般为0.02～0.04％，实际工程中往往超过。
零值自爆后残存强度仅保证60%，如不及时更换也易造成事故。
3.3、硅橡胶合成绝缘子
硅橡胶合成绝缘子有突出的防污优点，其表面具有很强的憎水性，自洁能力特强，污物很难附着，可长时间运行不需清扫，其污闪电压是普通绝缘子的2～3倍，而且体积小，重量轻（约为瓷绝缘子的1/7），尤其适用于山区线路。
但硅橡胶合成绝缘子也有较明显的缺点，从目前了解的资料看，合成绝缘子属橡胶制品，在高海拔地区，因强紫外线会加速橡胶的老化；现国内高海拔地区合成绝缘子的运行经验或较有权威的实验数据不多。
在我省近几年的线路设计中，也只在220kV及以下的线路中使用过，运行时间尚短。
目前，国内厂家生产的合成绝缘子，其参数是按海拔高程1000m以下设计的。
我省高海拔地区选用合成绝缘子时，必须按高海拔的要求对其结构高度和最小电弧距离给予修正。
据一份国外调查报告的介绍，合成绝缘子一般在十年以后开始出现问题。
其次，合成绝缘子的雷电冲击耐受电压低于瓷和玻璃绝缘子约8～10％，且一旦雷击损坏需成串更换，因此，合成绝缘子不宜用于多雷地区。
第三，合成绝缘子由多种材料组成，两端金具与绝缘子芯棒连接，各厂家无统一成熟的技术工艺，据国外资料，曾经发生过金具与绝缘子芯棒脱离导致导线堕地的事故。
当发生雷击危害时，一旦电弧建立，硅橡胶制品在高温下可能发生永久性损坏而无法恢复绝缘强度。
因此在我省220kV以上高海拔、重雷、重冰线路中，应用的不多。
综上所述，本设计绝缘子推荐采用具有良好性能的高质量的瓷或钢化玻璃绝缘子。
钢化玻璃绝缘子的机电性能如下表：
型号
高度
（mm）
盘径
（mm）
爬电距离（mm）
连接型式标记
工频干闪（kV）
工频湿闪（kV）
工频击穿（kV）
50％雷电冲击（kV）
额定机电破坏负荷（kN）
参考重量（kg）
LXP-70
146
255
320
16
70
40
120
100
70
3.7
LXP-100
146
255
320
16
70
40
120
100
100
4.0
LXP-160
146
280
380
20
75
45
130
110
160
6.0
LXP-210
170
280
400
20
75
45
130
110
210
7.2
4、绝缘子串片数
依据《110kV－500kV架空输电线路设计技术规定》（Q/CSG11502－2008）的规定，绝缘子串片数的选择应能使线路在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下安全可靠的运行。
4.1、按正常工作电压选择绝缘子片数
在海拔不超过1000m地区，按《110kV－500kV架空输电线路设计技术规定》（Q/CSG11502－2008）9.4条的规定，可采用爬电比距法或污耐压法选择绝缘子的片数。
当采用爬电比距法时绝缘子片数按下式计算：
n≧λUN/KeLo
式中
n－每串绝缘子所需的片数；
λ－爬电比距，cm/kV；
UN－系统标称电压，kV；
Lo－单片绝缘子的几何爬电距离，cm；
Ke－绝缘子爬电距离的有效系数。
Ke主要由各种绝缘子的几何爬电距离在试验和运行中提高污耐压的有效性来确定，并以XP－70、XP－160型绝缘子为基础，其Ke值为1。
当悬垂绝缘子串选用LXP-70、LXP-100时，Lo＝32cm,λ＝2.0cm/kV（I级污区）代人上式中得n≧13.75片≈14片。
4.2、按高海拔和污区要求修正正常工作电压选择绝缘子片数
高海拔地区，按《110kV－500kV架空输电线路设计技术规定》（Q/CSG11502－2008）9.5条的规定，按下式修正绝缘子的片数。
nH＝ne0.1215m1（H-1）
式中
nH－高海拔地区每串绝缘子所需片数；
H－海拔高度，km;
m1－特征指数,参照《规定》附录D玻璃绝缘子I级污区时取0.54
按不同海拔高程计算钢化玻璃绝缘子I级污区修正系数e0.1215m1（H-1）和绝缘子的片数如下表：
海拔高程（m）
修正系数e0.1215m1（H-1）
以14片146mm绝缘子为基数修正后的片数
推荐片数
2000
1.068
14.95
15
2100
1.075
15.05
2200
1.082
15.15
2300
1089
15.25
2400
1.096
15.35
2500
1.103
15.45
2600
1.111
15.55
16
2700
1.118
15.65
2800
1.125
15.75
2900
1.133
15.86
3000
1.140
15.96
3100
1.148
16.07
3200
1.155
16.17
3300
1.163
16.28
3400
1.171
16.39
3500
1.178
16.50
17
3600
1.186
16.60
3700
1.194
16.71
3800
1.202
16.82
3900
1.210
16.93
4000
1.218
17.05
4100
1.226
17.16
4200
1.234
17.27
4300
1.242
17.38
18
4400
1.250
17.50
4500
1.258
17.61
4.3、按操作过电压下的绝缘子串片数
4.3.1绝缘子串正极性操作冲击电压波50％放电电压
依据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）的要求，绝缘子串正极性操作冲击电压波50％放电电压Us.l.i应满足下式要求：
Us.l.i≥K1×Uo
式中：
K1----操作过电压统计配合系数，取1.17（规程p27对220kV及以下）；
Uo----统计操作运行相电压有效值，（kV）；
Uo=3×√2×Um/√3
Um----系统最高运行电压，（kV）
对220kV系统
Us.l.i≥K1×Uo＝1.17×3×√2×24
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