关于500kV及以下变电站悬式绝缘子选择设计的建议

赵 柳

（广东天联电力设计有限公司，广州 510600）

由于电力行业标准和广东电网企业标准的要求深度不同，因此在悬式绝缘子片数的选取经常会出现不统一。作者通过自身对电力行业标准（以下均简称“行标”）和广东电网关于绝缘子配置规范要求（以下均简称“广电”）的理解，分别计算了在不同电压等级下悬式绝缘子所需的最少片数，结合行标与广电的要求，提出一个适合广东地区悬式绝缘子片数选取的建议。

1 变电站内悬式绝缘子选择设计的相关技术规定

1.1 电力行业标准

根据 DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》，悬式绝缘子型式及每串的片数，可按下列条件选择。

1）按系统最高电压和爬电比距选择

绝缘子串的有效爬电比距不得小于表1所列数值。在空气污秽地区宜采用防污型绝缘子，并与其他电器采用相同的防污措施。

2）按过电压选择

220kV及以下电压，按内部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正极性操作冲击50%放电电压选择。

3）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。

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。

对于上述条件2）、3），给规程规范中描述一致。对于条件 1）中的爬电比距取值，行标与广电企标存在不同之处。表1为行业标准DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》中对各污秽等级下的爬电比距分级数值。

表1 各污秽等级下的爬电比距分级数值

1.2 广东电网企业标准

表1、表2、表3为广电生[2009]161号文印发实施的《广东电网公司防污闪工作规定》中的相应数值。

表2 玻璃和瓷绝缘子爬电比距配置

表3 复合绝缘子爬电比距配置

2 相关注意事项

2.1 爬电比距

表1、表2、表3中对爬电比距的不同选择，绝缘子串片数取值有不同的计算方法。行标中爬电比距取值为定值，用此爬电比距算出的绝缘子片数需考虑零值绝缘子。企标主要参考线路专业相关标准编制，其中爬电比距取值是运行的统计值，其中已考虑到了零值绝缘子的影响，故此算法不再加零值绝缘子。

2.2 零值绝缘子

零值绝缘子的定义：两端耐受电压接近零或等于零的绝缘子。由于制造缺陷或外界的作用，绝缘子的绝缘性能会不断劣化，当绝缘电阻降低或为零时称为低值或零值绝缘子。

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。

2.3 爬电距离有效系数

主要由各种绝缘子几何爬电距离在实验和运行中提高污秽耐压的有效性来确定。

耐张串不用考虑爬电距离有效系数；悬垂串和跳线串的钟罩型、深棱型玻璃和瓷绝缘子应考虑爬电距离有效系数K。零、一、二级污区，K取0.9～0.95，三、四级污区，K取0.8～0.85。

3 悬式绝缘子选择设计的计算方法

按照DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第10.3.1条的规定，变电所绝缘子串应同时符合以下三种电压要求。

1）由于工频电压爬电距离要求的每串绝缘子片数应符合下式要求：

式中，m为每串绝缘子片数；Um为系统最高电压，kV；λ为爬电比距，cm/kV；L0为每片绝缘子的几何爬电距离，cm；Ke为绝缘子爬电距离的有效系数。

2）变电所操作过电压要求的变电所绝缘子串正极性操作冲击电压波 50%放电电压s.s.i应符合下式的要求且不得低于变电所电气设备中隔离开关、支柱绝缘子的相应值：

式中，Up.1为对范围Ⅱ为线路型避雷器操作过电压保护水平；对范围Ⅰ则代之以计算用最大操作过电压，kV；σs为绝缘子串在操作过电压放电电压的变异系数，5%；K4为变电所绝缘子串操作过电压配合系数，取1.18。

3）雷电过电压要求的变电所绝缘子串正极性雷电冲击电压波50%放电电压应符合下式的要求，且不得低于变电所电气设备中隔离开关、支柱绝缘子的相应值：

式中，UR为对范围Ⅱ为线路型避雷器在标称雷电流下的额定残压值（对500kV、330kV和220kV以及3kV～10kV分别取 20kA、10kA和 5kA），kV；K5为变电所绝缘子串雷电过电压配合系数，取1.45。

对于操作过电压（2）和雷电过电压（3）校验取值，可参考下列标准：

《110kV～750kV架空输电线路设计规范》国标报批稿规定：在海拔高度1000m以下地区，操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串片数，不应小于表4的数值。

表4 操作过电压及雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数

运行经验表明，由于耐张绝缘子串受力比悬垂绝缘子串大，容易产生零值绝缘子。为了补偿它对操作过电压放电强度的影响，要求耐张串绝缘子片数在本规范表3.1基础上适当增加，对110～330kV输电线路加1片，对500kV输电线路增加2片，对750kV输电线路不需增加片数。

4 计算示例

4.1 以三级污区为例，确定变电站500kV导线悬式绝缘子片数

1）按系统最高电压和爬电比距选择

（1）耐张绝缘子串片数确定

①采用公称爬电距离为450mm的绝缘子：按照电力行标，三级污区爬电比距取为2.5cm/kV，则爬电比距要求绝缘子片数m=500×25/450=30.6片，应取值31片，再加2～3片零值绝缘子，即33～34片。

按照广电规定的上限，三级污区爬电比距取值为 2.91cm/kV，则爬电比距要求绝缘子片数m=500×29.1/450=35.6片，应取值36片。

②采用公称爬电距离为550mm的绝缘子：按照电力行标，三级污区爬电比距取为2.5cm/kV，则爬电比距要求绝缘子片数m=500×25/550=25片，取值25片，再加2～3片零值绝缘子，即27～28片。

按照广电规定的上限，三级污区爬电比距取值为 2.91cm/kV，则爬电比距要求绝缘子片数m=500×29.1/550=29.1片，应取值30片。

（2）悬垂绝缘子串片数确定

如绝缘子型式为自洁性能较好的普通型、外伞型等，悬垂串和耐张串按爬电比距选择的绝缘子片数一致。

如绝缘子型式为难自洁的深棱型、钟罩型等，悬垂串选择的绝缘子片数应在以上计算结果的基础上除以有效系数K。三级污区深棱型、钟罩型绝缘子串的有效系数取值0.8～0.85。

即采用 450mm绝缘子时：按行标，取 30.6/0.85=36片；按广电要求，35.6/0.85=41.9，取 42片。

采用550mm绝缘子时：按行标，25/0.85=39.4片，取30片；按广电要求，29.1/0.85=34.3，取35片。

2）按操作过电压和雷电过电压选择

按照标准和规程，500kV线路悬垂串按操作过电压和雷电过电压选择的片数为25片。经比较，变电站500kV导线悬垂串操作过电压和雷电过电压要求不高于线路，故也可取25片。此为不加零值时的基准值，加零值后是，耐张串：27～28片；悬垂串：26～27片。

4.2 计算结果

500kV变电站内各电压等级悬式绝缘子片数计算结果见表5、表6。

表5 35～66kV悬式绝缘子耐张串片数取值

表6 110～500kV变电站内各电压等级悬式绝缘子片数

（续）

4.3 结果分析

1）绝缘子串片数的选择需结合爬电比距和过电压等因素共同确定。

2）对于 500kV悬式绝缘子，采用不同标准对计算有较大影响。相同情况下，采用广电企业标准，比采用行业标准需多使用 2～4片。对于 220kV及以下电压等级悬式绝缘子，采用不同标准的计算结果相差不大。

由于广电企业标准对于绝缘子爬电比距的要求，更多的适用于线路，对于是否适用于变电站不甚明确；考虑到绝缘子片数过多、串长过长会导致投资增加和设备布置困难等问题，因此建议绝缘子爬电比距要求暂按电力行业标准。

3）有效系数、爬电距离对悬垂绝缘子片数选取有较大影响。目前，广东电网批量招标的悬式绝缘子多为防污型（深棱型、钟罩型，K=0.85）。考虑到采购、施工方便，同一变电站内宜尽量使用同种玻璃绝缘子，但若由于有效系数、爬电距离的原因，可能导致悬垂串过长影响设备安全距离等不利情况，则悬垂串应采用有效系数为 1、爬电距离大的绝缘子片。

对于500kV悬垂绝缘子串，如采用有效系数为0.85的绝缘子，则比采用有效系数为1的绝缘子需多使用4～7片。三级及以下污区，必须采用550mm绝缘子，500kV悬垂绝缘子串长度可以控制在正常范围内；四级污区，即使采用550mm绝缘子，仍达到38片，无法接受，因此必须采用有效系数为1（外伞型）的绝缘子片。

220kV悬垂绝缘子串，如采用有效系数为0.85的绝缘子，需要多使用1~3片；对于三级及以下污区，悬垂绝缘子串长度在正常范围内；对于四级污区，需要采用爬电距离550mm绝缘子才可以将长度控制在正常范围内。

4）结构高度：160kN的绝缘子结构高度选用155mm；160kN以下的绝缘子结构高度选用146mm。

5 结论

建议变电站内悬式绝缘子选取原则如下：

1）悬式绝缘子应按电力行业标准DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计技术规定》要求选取，并考虑适当裕度。除供电局提出要求等特殊情况外，目前暂不考虑广电企标中对爬电比距的较高要求。

2）500kV变电站，耐张串与V型串均采用爬电距离为550mm、防污型（K=0.85）的玻璃绝缘子；三级及以下污区的悬垂串采用爬电距离为550mm、防污型（K=0.85）的玻璃绝缘子；四级污区的悬垂串采用爬电距离为550mm、外伞型（K=1）的玻璃绝缘子。

3）对于 220kV变电站，三级及以下污区采用爬电距离为450mm、防污型（K=0.85）的玻璃绝缘子；四级污区的采用爬电距离为 550mm、防污型（K=0.85）的玻璃绝缘子。

4）160kN的绝缘子结构高度为155mm；160kN以下的绝缘子结构高度为146mm。

5）具体片数要求见表7。

表7 110～500kV变电站内悬式绝缘子片数要求

[1] DL/T 5222—2005,导体和电器选择技术规定[S].北京:中国电力出版社, 2005.

[2] DL/T 620—1997交流电气装置过电压保护和绝缘配合[S].北京:中国电力出版社, 1997.

[3] DL/T 5092—1999, 110kV～500kV架空送电线路设计技术规程[S].北京:中国电力出版社, 1999.

[4] GB/T 16434—1996高压架空线路和发电厂,变电所环境污区分级及外绝缘选择标准[S].北京:中国电力出版社, 1996.

[5] GB/T 311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合[S].北京:中国电力出版社, 1996.