高海拔地区架空输电线路外绝缘和塔头空气间隙计算

周安春，李字明，何长华

（1.黑龙江省电力有限公司，哈尔滨市，150090；2.中国电力科学研究院，北京市，100192）

0 引言

西藏110 kV当—那—安线投入运行后，1年内故障跳闸近200余次，故障原因不明。该线路大多分布在海拔4 000m以上高海拔地区。由于DL/T 5092—1999《110～500 kV架空输电线路设计技术规程》[1]对海拔3 500m及以上地区的架空输电线路外绝缘和塔头空气间隙设计均没有给出明确规定，该线路外绝缘和间隙设计参考了海拔3 500m以下线路的规定和经验选择，在运行中故障率较高，并暴露出外绝缘配置设计存在的不足。本文分析了影响高海拔地区架空输电线路外绝缘的因素，推导了其外绝缘和空气间隙的计算方法，可为高海拔地区架空输电线路绝缘设计提供参考。

1 高海拔地区架空线路外绝缘影响因素

空气间隙的击穿电压及绝缘子闪络电压与大气状态（气压、温度、湿度）有关。高海拔地区大气压力小，导致大气密度变小，使气体和绝缘击穿电压降低，架空输电线路绝缘和塔头间隙配置应大大提高。由空气相对密度定义可得

式中：δh为海拔高度为h时的空气密度；δ0为海拔高度为0时的空气密度；δ为海拔高度为h时的相对空气密度。

根据气体状态方程式，得到空气密度与海拔高度的关系为

式中：Δt为空气温度梯度，K/m；T0为标准状态下绝对温度，K。

由式（1）、（2）可得

高海拔地区δ在0.9以下。由式（3）可得高海拔地区绝缘和大气击穿电压与空气相对密度的关系为

式中：UJh为海拔高度为h时的架空输电线路绝缘子闪络和塔头间隙击穿电压；UJ0为海拔高度为0时的架空输电线路绝缘子闪络电压和塔头间隙击穿电压；δx为修正的空气相对密度，δx=kδ，k为空气相对密度修正系数。通过计算得到的1组海拔高度、相对密度和修正后的相对密度数据，如表1所示。

由式（3）、（4）可得海拔高度为h时的架空线路绝缘子闪络电压和塔头间隙击穿电压与海拔高度的关系为

表1 h h、δ与δx的关系Tab.1 Relationship a mongh，δandδx

式（5）表明：在高海拔地区，影响架空输电线路绝缘子闪络电压和塔头间隙击穿电压的主要因素是海拔高度[2-10]。

2 高海拔地区架空输电线路外绝缘和空气间隙的计算方法

由于架空输电线路外绝缘和空气间隙击穿电压与线路外绝缘配置和空气间隙成线性反比的关系，即地区海拔越高，架空输电线路外绝缘和空气间隙击穿电压就越小，而架空输电线路外绝缘和空气间隙的配置就越高，其关系为

式中：FTh为海拔高度为h时的架空输电线路爬电比距设计值，cm/kV；Fh为海拔高度为h时的架空输电线路爬电比距，cm/kV；F0为海拔高度为0时的架空输电线路爬电比距，cm/kV；Gh为海拔高度为h时的架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小空气间隙，m；F0为海拔高度为0时的架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小空气间隙，m；GTh为海拔高度为h时的架空输电线路空气间隙设计值，m；Δd为结构裕度，m；d为带电作业人员活动范围，m。

由式（6）～（8）计算得到高海拔地区110 kV架空输电线路带电部分与杆塔构件的最小空气间隙值，如表2所示。表中：Gqh为雷电过电压下的最小空气间隙；Gch为操作过电压下的最小空气间隙；Ggh为工频电压下的最小空气间隙。

高海拔地区架空输电线路外绝缘配置应充分考虑线路实际运行经验和环境特点，目前大气环境污染比较严重，高海拔地区如青海、云南、贵州、西藏等地也存在不同程度的污染现象；同时，高海拔地区普遍存在大风季节持续时间长、环境植被脆弱等现象，大

表2 1100kV架空输电线路带电体与杆塔构件的最小空气间隙值Tab.2 Minimum length of airgap bettween charged body and tower

风常常夹带沙尘使长期运行的瓷瓶灰密较高。因此，高海拔地区视灰密严重程度，架空输电线路外绝缘配置宜按C级污区考虑。

C级污区的110 kV架空输电线路不考虑带电作业条件下的ZM 1型塔外绝缘配置和中线空气间隙计算结果如表3所示。计算采用绝缘子为XP-70型普通绝缘子，铁塔结构裕度取200mm。

表3 外绝缘配置和塔头空气间隙Tab.3 External insulation configuration and airgap of transm ission tower

3 高海拔地区架空输电线路外绝缘改造措施

（1）调整线路爬距，直线铁塔应配置12或13片XP-70绝缘子（结构高度146mm），耐张铁塔应配置13片XP-100绝缘子。

（2）解决部分铁塔塔头间隙不足问题，中相采取了V型串布置，边线采取了I串布置并加长横担措施。

4 结论

（1）西藏110 kV当—那—安线故障原因为：1）部分铁塔塔头空气间隙不足；2）线路外绝缘子配置普遍偏低。

（2）通过采取调整线路爬距、铁塔中相采取了V型串布置、边线采取了I串布置并加长横担等措施，彻底解决了110 kV当—那—安输电线路外绝缘配置偏低和塔头空气间隙不足的问题，改造后线路运行正常。

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