110kV架空输电线路防风偏绝缘护套防护特性研究

第36卷第5期湖南电力HUNANELECTRICPOWER2016年10月doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2016.05.008110kV架空输电线路防风偏绝缘护套防护特性研究岳一石\邹妍晖\吕玉宏2，侯赞\王峰i，王成1(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007;2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410014)摘要：为研究110kV防风偏绝缘护套的防护特性，本文基于有限元方法，建立了典型110kV输电线路三维仿真模型。计算了不同厚度绝缘护套和不同风偏状态下包裹绝缘护套对导线空间电场的影响，并对计算结果进行了讨论。通过总结绝缘护套在风偏风险严重区段的试点应用效果，证实了绝缘护套能有效提高输电线路防风偏性能。关键词：输电线路；风偏；绝缘护套；防护特性；电场强度中图分类号：TM726文献标志码：B文章编号：1008-0198(2016)05-0034-03Researchonprotectioncharacteristicsofanti-windageyawinsulationsheathfor110kVtransmissionlinesYUEYishi1,ZOUYanhui1,LYVYuhong2,HOUYun1,WANGFeng1,WANGCheng1(1.StateGridHunanElectricPowerCorporationResearchInstitute,Changsha410007,China;2.StateGridHunanElectricPowerCorporation,Changsha,410014)Abstract:Inordertostudytheprotectioncharacteristicofthe110kVanti-windageyawinsulationsheath,basedonfiniteelementmethod,thetypicalthree-dimensional110kVtransmissionlinemodelisestablished.Thespaceelectricfieldofthetransmissionlinecoveredbyinsulationsheathunderdifferentthicknessofinsulationsheathanddifferentwindageyawconditionsiscalculated；theresultsareanalyzedanddiscussed.Throughsummarizingthepilotapplicationeffectoftheinsulationsheathusedinthesectionofseriouswindageyawrisk,theeffectofinsulationsheathonimprovingtheanti-windageyawperformanceofthetransmissionlineisverified.Keywords：transmissionline；windageyaw；insulationsheath;protectioncharacteristics；electricfieldstrength架空输电线路处于裸露环境中，常年受到风荷载作用[1_2〕。当导线在风的作用下与输电塔之间的距离小于规定的最小空气放电间隙时，将会发生风偏放电现象，产生跳闸或大面积停电等故障，给电网运行带来严重的安全隐患〔3-6〕。随着湖南电网的快速发展，通过复杂地形及恶劣气候条件地区的输电线路日益增多。受架空输电线路自身结构影响，灾害性大风常引起线路扰动和闪络，严重影响输电线路的安全运行，导致电弧烧伤、倒塔、断股、断线、杆塔损坏、防振锤或间隔棒损坏、跳闸等事故〔7_10〕。目前，在输电线路绝缘子悬垂端两端包裹一定厚度的氟硅橡胶绝缘护套成为解决风偏跳闸问题的手段之一[11〕。为了深人研究防风偏绝缘护套的防护特性，文中基于有限元方法，根据典型铁塔模型建立了110kV输电线路绝缘护套仿真模型，计算了不同绝缘护套厚度以及不同风偏状态下导线的空间电场分布，并对绝缘护套的特性进行了分析。最后通过总结绝缘护套在风偏风险严重区段的试点应用效果，讨论了绝缘护套对于风偏跳闸的治理效果。收稿日期：2016-04-19改回日期：2016-05-17•34•第36卷第5期岳一石等：110kV架空输电线路防风偏绝缘护套防护特性研究2016年10月1仿真模型建立使用有限元的分析软件建立典型110kV铁塔、绝缘子、输电线路和地线实际三维模型，输电线路施加运行电压，铁塔及地线接地，调整输电线路与铁塔的不同间距，模拟风偏影响情况，通过给绝缘子悬挂点两端设置一定长度的绝缘护套，计算获得沿导向方向绝缘护套空间电场。三维仿真模型图如图1所示，输电线路包裹绝缘护套模型图如图2所示。图1三维仿真模型仿真模型考虑铁塔、地线以及大地的影响，模型求解空间取10mx10mx10m的立方体，求解域内介质填充空气，铁塔选用典型酒杯塔，导线距铁塔间距1.6m，导线运行电压取110kV线路相电压峰值89.8kV。对导线沿绝缘子挂点向两侧分别包裹4m长度绝缘护套，绝缘护套的材料参数见表1。表1氟硅橡胶绝缘护套材料参数参数数值体积电阻率/^•m彡1.0x1014击穿场/kV(m)_1彡22000相对介电常数3硬度/邵氏多60拉伸强度/MPa彡5扯断伸长率/%彡280撕裂强度/kN•m彡12耐磨性/g砭0.52绝缘护套对空间电场分布影响仿真通过施加电压条件下仿真导线电极间隙在加人绝缘护套后的空间电场变化，可以获得包裹绝缘护套对导线空间电场强度分布的影响。2.1绝缘护套厚度对导线空间电场影响由于目前各厂家绝缘护套产品厚度由2mm至5mm存在多种类型，为了研究绝缘护套厚度对防风偏性能的影响，首先对各种绝缘护套厚度下的导线空间电场进行仿真，仿真结果如图3所示。(a)无绝缘护套（b)2mm厚绝缘护套L#1L®J(C)3mm厚绝缘护套(d)4mm厚绝缘护套(e)5mm厚绝缘护套图3包裹绝缘护套后导线电场由仿真结果可看出，当导线表面不包覆绝缘护套时，导线表面最大场强为1671.3kV/m，当导线表面包覆2mm绝缘护套后，高场强区域转移至复合绝缘护套表面，且最大场强显著降低至1372kV/m;当复合绝缘护套厚度由2mm分别增加至3mm，4mm和5mm时，导线表面最大场强分别降至1341kV/m，1229kV/m和1220kV/m，导线表面最大场强对护套厚度变化曲线如图4所示。从图4可以看出，导线表面加装绝缘护套后，空间电场强度显著降低，且导线空间电场强度随着绝缘护套厚度的增加而减小，表明间隙击穿电压与绝缘护套的厚度呈反向相关关系。同时由图4可看出，电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势。由于绝缘护套厚度增加会增加安装难度和成本，综合考虑安装及绝缘•35•第36卷第5期湖南电力2016年10月性能，推荐采用3〜4mm厚的绝缘护套。图4导线表面最大场强随护套厚度变化曲线2.2导线与塔间距对空间电场影响架空输电线路导线会在局部强风的作用下向铁塔方向发生偏移，为了研究导线风偏下绝缘护套的影响，本文对不同风偏状态下导线空间电场进行仿真计算。导线距塔间距取0.8m，1.0m，1.2m，分别对无护套包裹和包裹3mm护套状态下的导线表面空间电场进行计算，计算结果如图5所示。—■一无护套包裹—•一包裹3mm厚护套12001——■1——|■——|■——|■——|——|0.60.81.01.21.41.61.8间隙距离/m图5导线表面最大场强随塔线间距变化曲线如图5所示，导线表面空间电场强度随塔、线间距的减小而增大，当包裹3mm绝缘护套后，导线表面最大电场在0.8m，1.0m和1.2m二种间距下分别降低了18.1%，17.5%和19.0%。表明导线表面包覆复合绝缘护套后，在风偏作用下其表面最大场强相较无护套包裹情况下降约20%。3防风偏绝缘护套试点应用以上仿真分析表明，绝缘护套通过减小导线表面空间电场，提高导线起晕电压，从而提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压。为了验证防风偏绝缘护套的实际效果，将绝缘护套试点安装于湖南电网110kV佳三线。该条线路设计标准较低，同时由于花垣县地势相对较高，常年有5级以上大风，近几年佳三线已发生2次风偏跳闸，给湘西电网及周边居民带来重大的安全隐患。为提高该区段的防风偏性能，使用氟硅橡胶绝缘护套对110kV佳三线#003—#004进行了防风偏改造。该区段通过采用绝缘护套进行防风偏改造后，至今2年内该线路运行情况良好，未发生风偏跳闸。同时，氟硅橡胶导线护套材料设计使用寿命为20年，且具有较强的抗磨损性能，保证了其防风偏的长期有效性。4结论1)本文采用有限元的计算方法，建立典型110kV铁塔及线路三维等值模型，通过模型中导线包覆绝缘护套，对包裹不同厚度绝缘护套和不同风偏状态下导线的空间电场分布进行了计算。2)计算结果表明，包覆绝缘护套后，导线空间电场强度随之降低，提高了导线的起晕电压，从而提高了导线与铁塔空气间隙的击穿电压。由于电场强度随着绝缘护套厚度的变化呈现逐渐饱和的趋势，综合考虑安装及绝缘性能，推荐采用3〜4mm厚的绝缘护套进行安装。导线表面包覆复合绝缘护套后，在风偏作用下其表面最大场强相较无护套包裹情况下降约20%。3)截至目前安装防风偏绝缘护套区段线路运行情况良好，未发生风偏跳闸。参考文献〔1〕段数乔.导线舞动时悬垂式绝缘子串的动力特性〔J〕.中国电力，1994(12):17-21.〔2〕胡毅.500kV输电线路风偏跳闸的分析研究〔J〕.高电压技术，2004(8):9-10.〔3〕杨明彬.330kV兰海I回64#塔中相跳线对塔身主材放电事故的分析〔J〕.青海电力，2000,（2):22-25.〔4〕陈勉，张鸣.对采用重锤来改善直线杆塔绝缘子串风偏的看法〔J〕.广东电力，2002(2):22-25.〔5〕赵科隆，庞志宏.500kV神侯线风偏放电跳闸分析〔J〕.华北电力技术，1998(4):23-25.〔6〕赵文元，杨保东.输电线路风偏故障的预防和抑制〔J〕.电力学报，2004,19(1):59-61.〔7〕卢刚，武爱民•110kV线路故障分析及应对措施〔J〕.电力学报，2001，16(2):109-110，124.〔8〕刘焕明.500kV侯武线286号风偏故障分析〔J〕.山西电力，2004(6):14-15.〔9〕弓建新，秦润生，贾雷亮，等•220kV输电线路JG1塔型中相跳线风偏问题的探讨〔J〕.山西电力技术，2001，（4):7-9.〔10〕张禹芳.我国500kV输电线路风偏闪络分析〔J〕.电网技术，2005(4)，65-67.〔11〕梅红伟，陈金君，彭功茂，等.复合绝缘子高压端输电导线安装绝缘护套的研究〔J〕.中国电机工程学报，2011(1):109-116.•36•