±500kV同塔双回线路重冰区绝缘子串型选择

［摘要］　

关键词　

０引言　郭先弼，柏晓路，徐维毅，高　选　

（中南电力设计院，武汉４３００７１）　＊　

针对溪洛渡右岸电站送电广东±５００ｋＶ同塔双回线路重冰区，确定绝缘子串选型基本要求和设计安全系数；　

对悬垂串的串型、Ｖ型悬垂串的夹角、悬垂串的联数及强度进行重点分析与计算，确定了悬垂串的串型；分　

析耐张串的联数和联间距，确定了耐张串的串型；阐述跳线串和地线串的选型，为工程设计提供依据。　

±５００ｋＶ悬垂绝缘子串耐张绝缘子串重冰区　

溪洛渡右岸电站送电广东±５００ｋＶ同塔双回直流输电　

线路是“十二五”云电送粤的重要输变电工程项目，线路　

起于云南省盐津县昭通换流站，止于广州省从化市鳌头镇　

汾水换流站，途径云南、贵州、广西、广东四省。本直流　

线路轻冰区采用同塔双回设计；重冰区在路径受限、走廊　

拥挤段亦采用同塔双回设计，在走廊不受限段按两个单回　

设计。本直流线路电压等级为±５（）（）ｋＶ，输送容量为６　４００　

Ｍｗ。本工程最大风速分为２７、２８．５ｍ／ｓ两种，覆冰厚度　

有０、１０、１５、２０、３０ｍｍ五种。本工程２０ｍｍ以下冰区　

采用４×ＪＩ　／Ｇ１Ａ一９００／７５钢芯铝绞线；３０ｍｍ冰区采用４×　

ＪＩ　ＨＡ２Ｘ／Ｇ１Ａ一１０３５／７５钢芯成型铝合金绞线。　

绝缘子串型选择是超高压输电线路工程的重要课题，　

它对攻克±５００ｋＶ同塔双回直流线路技术难关和降低造价　

有着十分深远的意义。鉴于重冰区的特殊设计条件，本文　

对重冰区绝缘子串型选择进行分析，为工程设计提供依　

据。　

１重冰区绝缘子串选型基本要求　

重冰区荷载较大，相应的绝缘子吨位和联数较轻冰区　

有所增加。而联数的增加，　方面使得金具连接复杂、施　

工安装困难、事故率增加，给运维带来诸多不便；另一方　

面使得绝缘子串自身的荷载也大幅增加，但最终提供给导　

线允许的荷载增加不多，未能充分发挥多联串型绝缘子吨　

位增加的优势。鉴于此，在满足荷载要求和金具设计以及　

绝缘子型式允许的情况下，尽可能选用大吨位绝缘子以减　

少联数，达到简化串型目的。这是重冰区串型设计的基本　

思路。　

２设计安全系数　

参照《高压直流架空送电线路技术导则》、《重覆冰架　

空输电线路设计技术规程》，绝缘子的安全系数Ｋ计算式　为：　

Ｋ—ＴＲ　

式中，丁Ｒ为绝缘子的机电破坏荷载，Ｎ；Ｔ为绝缘子最大　

计算荷载，Ｎ。　

绝缘子采用的安全系数：运行情况下，盘型为２．７，　

棒型３．０；断线、验算情况下，为１．８；事故断联情况　

下，为１．５；年平均气温情况下，为４．０。　

金具的强度需与绝缘子的机电破坏强度相匹配。金具　

采用的安全系数：运行情况下，为２．５；断线、断联情况　

下为１．５。　

３导线悬垂绝缘子串　

３．１串型选择　

输电线路悬垂绝缘子串的安装方式需根据要求进行选　

择。安装方式有垂直安装（Ｉ串），倾斜安装（Ｖ串、Ｙ　

串）、多串并联安装等多种方式，不同的安装方式对绝缘　

子污闪特性的影响也不同。　

在高海拔地区，对钟罩型、三伞型绝缘子Ｉ串、Ｖ　

串、Ｙ串进行研究试验，结果表明：１Ｏ片串长情况下，Ｙ　

串污闪电压最低，钟罩型绝缘子的Ｙ串比Ｉ串低１７．３　，　

三伞型绝缘子的Ｙ串比Ｉ串低ｌ９．４　。在试验时还发现，　

Ｙ串一般是下半部先击穿，然后是上半部的一支击穿，但　

上半部的击穿具有随机性，电弧具体发展过程如图１所　

示。经分析发现，因为Ｙ串上半部小Ｖ的两支绝缘子串　

的泄漏电流同时经过下半部，导致其下半部比Ｉ串和Ｖ串　

都易被击穿，而在下半部被击穿后，上半部中的任意一支　

就更容易被击穿，所以两种伞型的Ｙ串污闪电压均比Ｉ串　

和Ｖ串低，且相差较大。　

目前，高压直流线路悬垂串大多采用Ｉ串和Ｖ串，且　

运行情况良好，相关设计及使用经验也已相当丰富。基于　

以上原因，本工程线路不推荐使用Ｙ串。　

研究表明，Ｖ串直线塔的塔重、走廊宽度、风偏开方　

量、房屋拆迁量、树木砍伐量都小于Ｉ串直线塔，且相同　

基金项目：中国电力工程顾问集团公司科技项目（编号ＤＧ１一Ｄ０２　２０１１）　

收稿日期：２０１２—０８—２９　作者简介：郭先弼（１９８３一），工程师，从事送电线路电气设计；柏晓路（１９８４），硕士，工程师，从事送电线路电气设计。　

电工技术Ｉ　２０１３　ｉ　１期ｌ

５９　串长条件下绝缘优于Ｉ串；Ｉ串仅在绝缘子的本体费用上　

略有优势。　

对于本工程重冰区单回路直线塔，推荐采用Ｖ型绝缘　

子串；埘于重冰　双　路直线塔，为了减小横担长度，推　

荐采用上Ｖ型下Ｉ型的绝缘子串。重冰区均采用盘式绝缘　

子。　

图１　Ｙ串污闪放电过程（钟罩型绝缘子）　

３．２　Ｖ串夹角的设计　

根据周内外研究和设计资料，Ｖ型串的夹角一般在　

７０～１２Ｏ。。Ｖ型绝缘子串相关试验结果表明，当迎风肢绝　

缘子的最大偏移角在９～１ｌ。时，钢脚应力值与Ｖ型串的夹　

角有关，夹角为１１Ｏ。时应力大，夹角为７０～９Ｏ。时应力小　

（最大水平荷载分量约为１１０。时的１／２）。对于盘式绝缘　

子，当Ｖ串夹角为１１０。时，考虑到钢脚的安全系数不宜小　

于２．５，建议迎风肢绝缘子串的最大偏移角小于７。；当Ｖ　

串夹角为９０￣７０。时．迎风肢绝缘子串的最大偏移角取９～　

１１。｝同时考虑到绝缘子受压时易出现频率冲击效应及电　

气间隙减小等问题，实际工程中将迎风肢绝缘子串的最大　

偏移角控制在５。以内，至今未发生断联和绝缘子损坏情　

况。　

根据上述分析及摇摆角计算结果，并结合间隙圆成果　

及极间距要求，本工程重冰区Ｖ串夹角计算结果见表１～　

表３。　

表１　２７ｍ／ｓ风２０ｍｍ冰区单回路摇摆角及ｖ串夹角　

表２　２７ｍ／ｓ风２０ｍｍ冰区同塔双回路摇摆角Ｖ串夹角　

６０Ｉ　ＷＷＷ　ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔ电工技术　表３　２７ｍ／ｓ风３０ｍｍ冰区单回路摇摆角Ｖ串夹角　

注：括号内数值为ｆ∈串时央角　

３．３　Ｖ串联数及强度　

根据本工程杆塔规划与选型的结论，按各类杆塔最大　

使用条件，计算每极绝缘子串负荷（见表４），同时将各杆　

塔可选择的绝缘子串强度列于该表。　

表４　Ｖ串联数和强度选择　

注：（１）最大综合荷载栏中为最大覆冰　况；（２）最大综合荷载ｔｚ考虑２．７的系数　ｑ　半　倚载已考虑４的安全系数。　２０ｒａｍ冰区导线悬垂Ｖ串可采用每肢单联３００、４００、　

５３０ｋＮ和双联３００、４００、５３０ｋＮ绝缘子串组合。　

３０ｒａｍ冰区导线悬垂Ｖ串可采用每肢单联５３０ｋＮ绝缘　

子串和双联３００、４００、５３０ｋＮ绝缘子串组合。　

３．４　Ｖ串挂点　

线路覆冰与所处地形、高程、周围的地形地物，覆冰时　

风速、风向等因素相关。覆冰的不均匀性导致绝缘子串顺线　

发生偏移，这在重冰区较普遍。由于重冰区荷载较大，因此　

Ｖ串的一肢一般采用双联。若将Ｖ串的一肢双联绝缘子设计　

成双挂点方式，则在不均匀覆冰工况下，Ｖ串顺线偏移后会　

出现一联卸载隋况，不利于安全运行，且在脱冰跳跃时，绝　

缘子会卡住，因此将Ｖ串的一肢双联绝缘子设计成单挂点方　

式，即下端通过二联板和一个直角挂板与分裂导线挂板连　

接，相当于双联合为一个整体。轻冰区顺线偏移情况不多，　

不会发生脱冰跳跃问题，因此轻冰区可以采用双挂点方式。　

本工程推荐重冰区单回路Ｖ串采用单挂点ＥＢ系列挂　

点金具。　

３．５　Ｉ串联数及强度　

Ｉ串主要用于２０ｒａｍ重冰区同塔双回路，根据本工程　

杆塔规划与选型的结论，按各类杆塔最大使用条件，计算　

每极绝缘子串负荷（见表５），同时将各杆塔可选择的绝缘　

子串强度列于该表。　

表５　Ｉ串联数和强度选择　注：（１）最大综合荷载栏巾为最大覆冰ｌ　况；（２）最大综合荷载已考虑２．７的系数．年平　荷载已考虑４的安全系数。　２０ｒａｍ冰区导线悬垂Ｉ串可采用单、双联３００、４００ｋＮ　

绝缘子串组合。　

４导线耐张绝缘子串　

４．１耐张绝缘子串联数的确定　

按照不同的气象条件，计算控制］－况下不同吨位耐张　

绝缘子串需要的联数，见表６。　

表６不同吨位耐张绝缘子串需要的联数　

由表６可知，在２０ｒａｍ冰区，耐张绝缘子串可采用　

３００ｋＮ级绝缘子四联串、４００ｋＮ级绝缘子　联串和５５０ｋＮ　

级绝缘子双联串；在３０ｒａｍ冰区，耐张绝缘子串可采用　

３００ｋＮ级绝缘子五联串、４００ｋＮ级绝缘子四联串和５５ＯｋＮ　

级绝缘子三联串。　

从施工、运行和耐张绝缘子串的组装结构型式方面比　

较各联数绝缘子串的优劣：四联串存在结构复杂，绝缘子　

片数及金具零件数较多，运行期间绝缘子故障率较高，维　

护工作量大，独立相连的两串串长不等时调整困难等缺　

点；而双联和三联串具有结构型式相对简单，受力清晰，　

在串长不等时可自动恢复到受力均衡状态，绝缘子片数较　

少，故障率较低，线路运维工作量少等优点。　

由于双联耐张串有着广泛的应用经验，因此推荐在　

２０ｍｍ冰区采用水平排列双联双挂点５５０ｋＮ绝缘子串型　

式。由于三联串较四联、五联串结构简单，因此推荐在　

３０ｍｍ冰区采用水平排列三联三挂点５５０ｋＮ绝缘子串型　

式，如图２所示。　

一　一　

图２三联５５０ｋＮ耐张绝缘子串图　

４．２多联绝缘子串联间距的确定　

多联绝缘子串联间距是由绝缘子串场强分布和联间绝　

缘子在运行工况下不接触、不碰撞为前提确定的，即其联　

间距由绝缘子串电气和机械性能决定。　

（１）电气性能对联间距的要求。短串（１５片）单、双串　的人工污秽试验表明，在不同污秽程度下，单串耐受电压　

比双串高４．４　～９．４　（两串问距为６００ｍｍ），可见联问　

距过小，会影响双联结构的电气强度。同时，在重覆冰情　

况下，小的联间距会导致冰雪填充联间间隙，桥接绝缘　

子，降低绝缘子的覆冰耐压。因此，为保证双联结构的电　

气强度在重覆冰情况下不过分降低，有必要适当加大联间　

距，以改善电气特性。　

（２）机械性能对联间距的要求。以双联５５０ｋＮ绝缘　

子为例，其结构高为２４０ｍｍ，盘径为４００ｒａｍ，估算其　

长度超过１０ｍ。导线脱冰跳跃时，会牵动绝缘子串剧烈　

抖动，如串长太长将加大绝缘子的摆动幅度。此时若联　

问距过小，则联问绝缘子会发生相互碰撞而导致裙边受　

损。为此，建议适当加大联问距，在２０ｍｍ冰区，悬垂　

串及耐张串多联绝缘子串联间距不小于７００ｒａｍ；在　

３０ｍｍ冰区，悬垂串及耐张串多联绝缘子串联间距为　

８００ｍｍ　

５其它串型　

５．１耐张塔跳线串型　

推荐本工程重冰区耐张塔跳线串采用软跳线。根据各　

种工况下的荷载计算，跳线串型采用１６０ｋＮ级Ｉ型盘式绝　

缘子串。　

５．２地线串型　

门型构架的地线耐张串带绝缘子，将构架与线路地线　

绝缘，其余段悬垂金具串和耐张金具串均直接接地。　

为保证铝包钢绞线的可靠运行，本工程地线悬垂采用　

预绞丝护线条保护，从而提高了防振作用，避免了一般船　

型线夹对铝包钢绞线的损伤。　

６结束语　

（１）重冰区单回路悬垂串采用Ｖ串布置。Ｖ型绝缘子　

串夹角根据不同杆塔规划区段的使用条件而定；重冰区双　

回路采用上Ｖ串、下Ｉ串布置方式。　

（２）２０、３０ｍｍ冰区导线悬垂Ｖ串可采用每肢单联和　

双联３００、４００、５３０ｋＮ绝缘子串组合；２０ｍｍ冰区导线悬　

垂Ｉ串可采用单、双联３００、４００ｋＮ绝缘子串组合。　

（３）２０ｒａｍ冰区悬垂串及耐张串多联绝缘子串联间距取　

７００ｍｍ；３０ｍｍ冰区悬垂串及耐张串多联绝缘子串联间距　

取８００ｍｍ。　

（４）２０ｍｍ冰区耐张串推荐采用水平排列双联双挂点　

５５ＯｋＮ绝缘子串组合；３０ｒａｍ冰区耐张串推荐采用水平排