外絕緣

外絕緣包括各種類型的絕緣子、套管、瓷套等。外絕緣長時間在大氣中運行，除了承受電氣、機械各種應力外，還須承受風、雨、雪、霧、雷電和溫度變化等自然條件影響，還受到表面污穢和外力損壞等影響。電氣設備上所有暴露在大氣中需要絕緣的部分都屬於外絕緣的範疇，高電壓設備的外絕緣包括室內絕緣與戶外絕緣。

基本介紹

• 中文名：外絕緣
• 外文名：External insulation
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：電力系統
• 包括：絕緣子、套管、瓷套等

我國特高壓直流輸電線路外絕緣選擇的特殊性

外絕緣選擇是±800 kV 直流輸電工程在安全性和經濟性方面的最重要因素之一。與超高壓直流輸電線路設計一致，對特高壓外絕緣的要求仍可分為兩部分：帶電導線之間、帶電體與支撐結構或地間的空氣間隙；支持帶電體必要的固體絕緣。後者取決於直流工作電壓和大氣污穢程度，屬於特高壓直流絕緣子電氣特性的研究範圍；對於前者，設計中必須考慮最小空氣間隙問題，而對長空氣間隙放電特性的認識是其選擇的基礎。

還沒有成熟的±800 kV 直流輸電工程設計和運行經驗可供借鑑和參考。在西電東送中，我國±800 kV直流輸電線路必然穿越高海拔、覆冰(雪)、污穢、酸雨(霧)等特殊環境的地區，這些特殊環境條件下的空氣間隙和絕緣子電氣特性及外絕緣選擇是國內外面臨的技術難題。由於環境條件的差異，國外無相關的研究數據，國內雖在較低電壓等級上進行過大量的研究，但針對±800 kV 直流工程在特殊環境下的外絕緣特性研究還很少。因此研究高海拔、污穢、覆冰(雪)、酸雨(霧)特殊環境下的特高壓直流線路空氣間隙和絕緣子電氣特性及外絕緣選擇方法是我國特高壓直流輸電線路建設中不可忽視的挑戰性技術難題。

換流站外絕緣問題

換流站的外絕緣主要包括支柱絕緣子、穿牆套管和空氣間隙。支柱絕緣子與懸式絕緣子一樣受污穢、覆冰、酸雨、高海拔等因素的影響，影響規律也相似。

在已投運的葛洲壩—南橋±500 kV 直流線路中，葛洲壩、南橋兩換流站的直流場多次發生外絕緣閃絡事故，主要是穿牆套管的不均勻雨閃、垂直套管的雨閃和外絕緣表面冰雪融化導致的冰閃。

穿牆套管的不均勻雨閃是在雨天其表面絕緣不均勻受潮引起的，垂直套管的雨閃是“污水簾+空氣間隙”串聯擊穿，兩者均隨著污穢度的增加而下降，而雨水電導率也嚴重影響雨閃電壓，我國酸雨區的擴大，降雨酸度的增加，不可避免地將影響換流站的雨閃特性。換流站站址出現在高海拔地區同樣也不可避免，然而國外還沒有高海拔地區雨閃電壓變化規律的試驗數據，國內的研究也甚少，尚無定論。

換流站的空氣間隙主要有極母線間、極母線對地和極母線對各種架構的間隙，主要問題也是高海拔下長空氣間隙的直流和衝擊電壓作用下的放電特性。

線路絕緣子選擇

世界上投運的超高壓輸電線路中，瓷、玻璃和合成絕緣子均有採用，以瓷和玻璃絕緣子為主。直流線路絕緣子由於鋼腳腐蝕和材質中鹼金屬離子遷移等危害，損壞多，且耐污能力有限。合成絕緣子具有機電強度高、重量輕、耐污性能好等優點，南方電網技術研究中心建議雲廣±800kV線路大量採用合成絕緣子，但必須對延緩其材料老化和預測壽命周期等進行研究。

選擇絕緣子片數的方法有：按運行電壓污穢條件、爬電比距法、按±500kV線路絕緣水平外推、按污耐壓法等，由於雙串絕緣子的污閃電壓比單串絕緣子的低5%~15%，且串間距越小，污閃電壓越低；V形串的污閃電壓比單串的高10%以上，因此必須考慮絕緣子串的布置方式。

綜合考慮污穢、覆冰、低氣壓等因素對絕緣子電氣特性的影響，可採用人工神經網路比較不同絕緣子的性能優劣以及確定某一環境下的絕緣子片數。

操作過電壓和雷電過電壓對特高壓直流線路絕緣子片數的選擇不起控制作用，因此不必進行過電壓校核。

在覆冰地區，長串直流絕緣子的冰閃特性受海拔高度、污穢度、冰厚、絕緣子串布置方式的影響，海拔高度、覆冰厚度、覆冰水電導率等因素與絕緣子串直流最低閃絡電壓呈冪指數關係；極性效應表現為負極性閃絡電壓一般比正極性閃絡電壓低20 %左右；絕緣子布置方式表現為垂直布置絕緣子串的冰閃電壓較V形串的低5%左右，較水平布置的低10 %左右。

總結

我國由於特殊的地理和氣候環境，特高壓直流輸電線路的外絕緣選擇有其特殊性，尚需進行大量研究工作：

（1）高海拔、污穢、覆冰、酸雨(霧)環境是威脅我國特高壓直流輸電工程安全運行的主要因素，對複雜環境下直流絕緣子的閃絡特性和機理，尤其是長串絕緣子的閃絡和耐受特性的研究非常迫切。

（2）研究不同型式絕緣子在各種氣象條件下的積污、覆冰規律，比較不同型式絕緣子的性能優劣，選擇適合我國特高壓直流輸電線路的絕緣子型式。

（3）研究長空氣間隙直流、衝擊放電特性和機理，特別是高海拔低氣壓條件下的直流、衝擊放電特性。

（4）進行特殊桿塔和換流站空氣間隙直流、衝擊放電的補充和驗證試驗。

（5）在套用現有的外絕緣選擇方法時，必須考慮高海拔、污穢、覆冰(雪)、酸雨(霧)對外絕緣特性的影響，進一步探討適合我國特高壓直流線路外絕緣選擇的方法。