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秘笈:从绝缘子规范谈绝缘子选择

技术     2017-09-20 16:23:57         张工注册电气工程师

  1 关于不同放电波形下的绝缘配合绝缘子的放电特性在工频电压、操作过电压、雷电过电压下是不一样的。工频电压下的绝缘配合,一般只要求爬距满足要求

  1 关于不同放电波形下的绝缘配合

绝缘子的放电特性在工频电压、操作过电压、雷电过电压下是不一样的。工频电压下的绝缘配合,一般只要求爬距满足要求。毕竟,工频电压是长时间施加在绝缘子上的。操作过电压与雷电过电压的放电特性,主要受绝缘子串长影响,其中,操作过电压为内部过电压,故不考虑塔高的影响,而雷电过电压为外部过电压,必须考虑塔高。另外,操作过电压的过电压波形更逼近于工频电压的波形,所以,零值绝缘子会影响其放电特性,故在进行操作过电压下的耐张绝缘子计算时,必须考虑比悬垂串多加一定数量的零值绝缘子;而雷电过电压因放电时间极短而主要考虑有效串长,零值绝缘子不会降低绝缘子串的有效串长,所以在进行雷电过电压的绝缘配合时不必考虑添加零值绝缘子。不管是工频电压还是操作过电压与雷电过电压,海拔升高后,因受空气密度的影响,绝缘子表面的去游离特性会变差,因而,都必须进行海拔的修正。

再具体一点:

1、工频电压,只需要满足爬距即可,且爬距法可用于悬垂和耐张!此法不需要塔高修正,也无需零值修正(爬距为经验值,已经考虑了零值绝缘子的影响)。

2、操作过电压,满足表7.0.2的最低要求,这个表其实就是供校验用的,因为根本没给你操作过电压的倍数,以及操作过电压下绝缘子放电特性(图),你无法去查表获得绝缘子长度进而求得片数。若耐张,则需加零值片。不管何种高度的绝缘子串,零值失效后的绝缘子串等效长度都必须满足此表要求的串长,此为无零值时的最低要求串长(所以耐张串的零值片数应该在各种修正完成后再加,修正的时候你就当它是零!)。平原条件下,塔高不影响绝缘子在操作过电压下的放电特性以及过电压的值,故对操作过电压无需进行塔高修正。

3、雷电过电压,塔高40米以下时,绝缘子串长度必须满足表7.0.2的最低要求;塔高超过40米,须塔高修正,修正后的绝缘子串长度为雷电过电压要求之长度,通过此长度可换算即将使用的绝缘子片数(用长度除以即将使用的绝缘子之高度)。

2 关于取整

当对绝缘子串进行不同高度的绝缘子高度换算来求取串长、然后求得片数以及海拔修正求得片数时,每次修正都会产生小数位,这涉及到向上取整的问题:当进行两次或两次以上修正的时候,是分步取整,还是最后一次取整?分步取整,也就是第一次修正后马上向上取整,用这个整数再次参加下一个修正,将得到的数据再向上取整。这样得到的结果肯定是偏安全的,但是不够精准,安全裕度被放大。如果第一次修正后,先不取整,带小数位参加下一次的修正,直至修正结束,最后一次性向上取整,这样的结果更精准,安全裕度刚好符合要求。

3 关于零值绝缘子(主要指耐张串)的添加次序

零值绝缘子理论上应该在所有的修正完成后添加,因为不管进行哪类的修正,零值就相当于无效绝缘子,当然是最后加。用一个无效的长度去修正,显得没有任何意义。待用绝缘子与标准绝缘子的高度不一致的时候,添加次序尤为重要!当零值绝缘子真正失效的时候,有可能引起串长的不足。

正 文

第一部分 线路绝缘子

第一步:爬电比距法

据GB 50545-7.0.5,按照污秽等级(一般海拔不超过1000米,81页,表2-6-5)的爬电比距计算出绝缘子片数(此时结果一般不会是整数),然后向大取整即可得N1。(注意:此时题中所给的即将使用的绝缘子高度将为校验操作过电压、雷电过电压所需绝缘子串长度引用。另此法为经验公式,已考虑零值绝缘子,故求得数值可以适用于悬垂与耐张,也即无需进行零值修正)。

第二步:操作过电压校验

若为悬垂串,根据第一步得到的N1(注意,已经取整)求得绝缘子串长度L1,此数据待用(莫急,呵呵)。根据表7.0.2所要求的操作过电压最小片数(勿加零值绝缘子的数量)及对应的标准绝缘子高度(两个数据都在表中)求得绝缘子串长度L2,若L1大于L2,则N1符合操作过电压要求!留用!!!本步骤结束!!!若L1小于L2,N1弃用!根据L2长度除以即将采用绝缘子的高度后向上取整得到片数N2(只有清洁区才会出现,因为爬电法需要的片数实在太小,而操作过电压要求的串长度为强规所要求必须满足),留用N2。

若为耐张串,根据表7.0.2所要求的操作过电压最小片数(勿加零值绝缘子的数量)及对应的标准绝缘子高度(两个数据都在表中)求得绝缘子串长度L2,并进行绝缘子高度换算,取整,零值修正(根据7.0.2条要求)得到N2。若N1大于N2,则N1符合操作过电压校验要求!留用!!本步骤结束!!否则,N1弃用!留用N2!!

第三步:雷电过电压校验

根据雷电过电压最小片数及相应的绝缘子标准高度(勿加零值绝缘子的数量)以及塔高修正(因为塔高修正增加的是146高度的绝缘子,所以需进行绝缘子高度变换)求得绝缘子串长度L3,L3同L1与L2中的大者进行比较,若L3不是最大,则本步骤结束!!若L3最大,则N2与N1全部弃用,根据L3长度除以当前所用绝缘子的高度得到片数N3。

第四步:如果是复合绝缘子依据50545-7.0.7进行选取修正。在重污区,除了使用75%的爬距外,尚需满足2.8cm/kv的最低要求。使用线路额定电压来校验距离。

第五步:将前面留用的N1或悬垂串N2或N3依据50545-7.0.8进行海拔修正(此时N1、N2、N3可带小数点后两到三位),向上取整后得到最终的N值。耐张串的海拔修正,应该先用不含零值的N2进行修正,最后添加零值片数。

第二部分 发电厂变电站绝缘子(依DL/T5222、DL/T620整理)

原则:

1、在空气清洁无明显污秽的地区,悬垂绝缘子串的片数可比耐张串的同型绝缘子少一片。污秽地区,悬垂串与耐张串的片数相等。

2、在海拔高度1000—4000m地区,当需要增加绝缘子数量来加强绝缘时,耐张绝缘子串的片数按下式修正:

NH=N[1+0.1(H-1)]

其中:

NH:修正后的片数

N:海拔1000m及以下地区的绝缘子片数

H:海拔高度,km。

3、在海拔高度1000m及以下的I级污秽区,当采用X-4.5或XP-6型绝缘子时,耐张串的片数一般不小于表2数值。

4、悬式绝缘子型式及片数,可按下列条件选择:

a)、按系统最高电压和爬电比距选择

绝缘子的爬距不得小于表3所列数值。在空气污秽地区宜采用防污型绝缘子,并于其他电器采用相同的防污措施。

b)、按内过电压选择

220kv及以下电压,按内过电压倍数和绝缘子串的工频湿闪电压选择;

330kv及以上电压,按避雷器的操作过电压保护水平和绝缘子串的正极性操作冲击50%放电电压选择。

c)、按大气过电压选择

由避雷器冲击保护水平确定,且不低于隔离开关和支柱绝缘子的相应值。

5、选择悬式绝缘子应考虑绝缘子的老化,每串绝缘子要预留的零值绝缘子片数为:

35~220kv,耐张串2片,悬垂串1片;

330kv及以上,耐张串2~3片,悬垂串1~2片。

表2:X-4.5或XP-6型绝缘子耐张串片数

电压kv

35

63

110

220

330

500

750

绝缘子片数

4

6

8

13

20

30

 

注:330、500kv可用XP-10型绝缘子。

具体操作步骤:

第一步:确定所选是耐张还是悬垂(很少用);

第二步:依据污秽等级和爬电比距、线路电压计算绝缘子片数;

第三步:进行海拔修正,得绝缘子片数n。考虑耐张或悬垂的零值绝缘子最终确定片数n,并计算串长L1;

第四步:按照操作、雷电过电压选择绝缘件子片数,计算串长L2;

第五步:比较L1、L2,取大者;根据题干给出绝缘子高度计算出绝缘子片数n。

变电所一般不考虑第四步、第五步。

争议与补充

(2014年9月15日考后个人观点)

1、 线路是否需要加零值

有同学认为在《DL/T 5222》中有明确的零值添加数值,而《GB 50545》始终没有提及零值,并且咨询了一些设计院,设计人员也说没有零值补偿。因而得出结论:线路无零值!这一点,我(绝不敢苟同!《GB 50545》的7.0.2条作为强规,强调耐张绝缘子串的片数要在表7.0.2的基础上增加。为什么要加?为什么强调是耐张串要加?道理已经很明显了。《线路手册》也在多处提及零值的补偿,本手册出版时间为2000年左右,相距《GB 50545》的出版并不遥远,《GB 50545》不可能对此做出颠覆性的改变!变电站的耐张串与线路的耐张串有本质区别吗?没有!

2、 绝缘子片数的海拔修正公式

在2014年5月本秘笈出版后,一直未有较大改动。后来蚂蚱同学提出,绝缘子的海拔修正,若仅用《GB 50545》的7.0.8公式来进行,是不够妥当的。经群内高手飞天等人确认,公式7.0.8确实仅适用于工频条件侧污闪电压修正。若进行雷电、操作过电压的修正,采用公式7.0.12才是比较稳妥的。但在2013真题中,题目却暗示用7.0.8进行绝缘子片数的海拔修正,这就看出题人的想法了。考试时需灵活对待,若给你m1值,你就乖乖地用公式7.0.8修正,否则你还是用7.0.12。

3、《GB 50545》第7.0.7条对复合绝缘子的选取说明,在重污区使用的爬距为普通绝缘子的0.75,另外尚需满足2.8cm/kv的最低要求(相当于表7.0.2中的强规要求),但注意此时使用线路额定电压乘以2.8cm/kv。另:《GB 50545》第7.0.6条中需将7.0.3改成7.0.5,其余无需改变。

4、 对附录A典型气象区各种参数的理解与应用

附录A列出了各种工况下的风速、气温取值。须注意的是:在雷电过电压下、覆冰等条件下,表中所列数值皆指导线平均高度处的风速,不必进行高度换算。此风速为经过气象统计得出,风速太高,无法形成覆冰;雷电一般也不在最大风时候发生。唯有操作过电压选取的风速需进行高度转换并取50%(不低于15米每秒)。

尾声

以下内容为写线路绝缘子总结之前的抄录内容,仅供参考。

好像只有雷电过电压才考虑塔高修正(线路手册的103页左下、128页右上、135页右中三处提到塔高修正,全部跟雷电有关,工频电压及操作过电压下均未提及)!

只有操作过电压才考虑零值绝缘子(工频已在经验中包括)。

原则

绝缘子及空气间隙的绝缘计算:

工频电压下:

1、 机电荷载能力,考虑安全系数、断联等情况(线路手册72页);计算为主

2、 非污秽条件下,按照工频湿闪特性选取(线路手册72,73页);查图表

3、 污秽条件下,爬电比距法(81页),按绝缘子串的污闪电压选取(线路手册81页左下,82页左中);

4、 塔头工频空气间隙的选取(82左下,此式也间接说明620的25式两侧要么同时取峰值要么同时取有效值!)另:国外的经验指出(考试是否修正?):塔头空气间隙的工频击穿电压也与塔宽及导线结构有关,塔宽修正及相导线结构修正(线路手册80页);

5、 注意500kv以上,p79右下及82页右中提及,不宜再用线性公式计算。

操作过电压下:

从620规定。

线路手册96页。

按操作过电压条件选取绝缘子数量,需再加零值绝缘子(96页右下),最低要求为50545的7.0.2条要求。

雷电过电压

降雨对空气间隙的雷电冲击击穿电压实际上没有影响!(100页)

绝缘子串的雷电冲击闪络电压和其型式关系不大,主要取决于串长!分散性也小。塔高修正主要是大气修正(线路103页左下)。

塔头空气间隙的雷电冲击击穿电压应与绝缘子相匹配。配合比取值0.85(500kv及以下,DL620提及),750kv取0.8。

另:

1、线路手册103页的2-6-44公式必须搞懂,计算绝缘子串摇摆角,纯粹力学问题,经常考。

2、线路手册的1023页公式也相当重要,注意领悟。

原标题:秘笈:从绝缘子规范谈绝缘子选择

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