电网线路绝缘子选型及外绝缘优化

刘凯，张成巍，颜天佑，许志华

(1.广州电力设计院，广州 510075；2.广州供电局有限公司，广州 510620)

电网线路绝缘子选型及外绝缘优化

刘凯1，张成巍2，颜天佑1，许志华1

(1.广州电力设计院，广州 510075；2.广州供电局有限公司，广州 510620)

分析广州电网线路外绝缘现状，结合广州气候特点和线路安全稳定运行需要，根据全生命周期成本理论，对架空线路悬垂串型进行技术经济分析，并按照综合考虑输电线路防风偏、防污和防雷的性能要求，提出适于广州电网线路绝缘子选型及外绝缘优化的建议。

全生命周期成本 (LCC)；绝缘子选型；外绝缘优化

0 前言

绝缘子是输电线路的重要组成部分，是唯一的电气绝缘件和重要的结构支撑件，绝缘子性能及其配置的合理性直接影响线路的安全稳定运行[1]。目前广州供电局输电线路采用的绝缘子主要分两大类，一类为应用于耐张串的盘型悬式玻璃绝缘子，另一类为应用于悬垂串和跳线串的棒型悬式复合绝缘子。在长期的运行中，两种类型绝缘子表现出不同的运行性能及特点。以下对线路绝缘子选型和外绝缘优化配置提出优化建议。

1 线路外绝缘现状

使得雷电频繁、污秽对电网的安全稳定运行造成显著影响。

目前广州电网新建线路绝缘设计水平一般，耐张串110 kV时每联配置8片结构高度146 mm的普通玻璃绝缘子，爬电距离满足d级污区上限的要求；220 kV时每联配置14～15片结构高度146 mm的普通玻璃绝缘子，爬电距离满足d级污区下限的要求；500 kV时每联配置28～29片结构高度155 mm的普通玻璃绝缘子，爬电距离满足d级污区上限的要求。悬垂串和跳线串则采用复合绝缘子，且直线杆塔大部分采用单联串，重要交叉跨越处采用双联悬垂串。

线路外绝缘问题主要集中在掉串、污闪和雷击等几个方面，直接影响着线路正常运行。其中玻璃绝缘子除自爆问题，整体运行情况良好；复合绝缘子则随着运行时间的增长，使用数量的增加，发生了多起绝缘子闪络和损坏事故，且运行中不断暴露复合绝缘子运行温度异常问题，使得复合绝缘子健康状况成为影响运行策略的重要因素。此外，由于广州地区污区变化以及运行线路绝缘配置水平不一，线路调爬工作繁重且频繁，严重影响线路运行效率。

2 绝缘子技术经济分析

2.1 绝缘子LCC成本模型

根据IEC60300-3-3标准规定，电气设备的全寿命周期成本是指包括设备购置、安装、运行、检修、改造直至报废的全过程发生的费用[2]。因此构建输电线路绝缘子全寿命周期LCC成本模型如下[2-5]：

式中LCC——指绝缘子的全寿命周期成本。CI——指投资成本，主要包括绝缘子的购置费、安装调试费和其他费用。

CO——指运行成本，主要包括绝缘子运行维护费用。

CM——指检修维护成本，主要包括绝缘子裂化更换施工费用及材料费组成。CM=绝缘子总数量×绝缘子年裂化率×(绝缘子单价+更换绝缘子施工单价)+绝缘子串数×绝缘子检修单价。

CF——指故障成本，主要包括故障检修费、故障电量损失费。

CD——指退役处置成本，包括绝缘子拆除处置人工、设备费用以及运输费，并应减去绝缘子在退役时的回收利润。

由于公式1中各成本发生在不同的年份，为了进行比较分析，所有成本需要用费用现值或年费用法折算到同一个时间基准后才能比较。本文以输电线路投入运行的时间作为所有成本计算的参考时间，相当于把运行成本、维修成本、退役处置成本等都折算成建设成本，便于进行方案比较。

2.2 线路模型构建

在广泛收集广州电网架空线路运行资料的情况下，结合系统规划特点，确定广州电网典型架空线路模型如下：

1)110kV架空线路：根据广州电网规划，110 kV电网逐渐采用3T接线方式，本文110 kV架空线路选取3T接线第一段作为分析模型，其线路截面按3台容量为63 MVA的主变计算，其要求的最大负载电流为937 A。

线路模型主要参数：同塔双回线路，导线采用JL/G1A-630/45，线路长度5 km。全线直线塔12基，耐张塔7基。基本风速29 m/s，无冰。

2)220kV架空线路：根据系统目前对广州电网220 kV线路输送容量的要求 (单回线路要求为690 MVA，500 kV变电站出线段为900 MVA)，本文220 kV架空线路按单回输送容量690 MVA作为分析模型。

线路模型主要参数：同塔双回线路，导线采用2×JL/G1A-630/45，线路长度10 km。全线直线塔22基，耐张塔12基。基本风速29 m/s，无冰。

3)500kV架空线路：根据系统目前对广州电网500 kV线路输送容量的要求，本文500 kV架空线路按单回输送容量3135 MVA作为分析模型。

线路模型主要参数：单回路线路，导线采用4×JL/G1A-630/45，线路长度20 km。全线直线塔35基，耐张塔15基。基本风速31 m/s，无冰。

2.3 边界条件

为便于输电线路不同悬垂串方案经济性比选，对输电线路全寿命周期 LCC成本模型作如下假设：

1)CI费用为整个输电线路全生命周期绝缘子的投资成本。参考运行资料数据，玻璃绝缘子运行寿命取30年；复合绝缘子运行寿命取10年，即每十年要复合绝缘子需全部更换1次。新建线路运行寿命为30年，老旧线路 (剩余)运行寿命为20年。

2)玻璃绝缘子运行期间清扫费按2 000元/ (100 km·a)计，更换自爆玻璃绝缘子按1.5万元/(100 km·a)计[5]。

复合绝缘子在运行期间无需清扫和零值检测，故无清扫、检测费。此外复合绝缘子的红外测温列入工人日常巡检中，参照我局运维标准取费，即按照300元/人/天计算，复合绝缘子抽检数量按照20%×复合绝缘子总数/年，每人检测复合绝缘子数为50支/天。

3)参考国内相关资料，玻璃绝缘子年裂化率取 2×10-4[6]，复合绝缘子年裂化率取 5 ×10-5[7]。

4)绝缘子故障主要有污闪、雷击重合闸失败等故障。玻璃绝缘子故障率按规程推荐的各电压等级线路污闪事故率考虑，具体详见表1所示。参考相关运行数据[7]，复合绝缘子故障率取同电压等级玻璃绝缘子故障率的2倍。

表1 玻璃绝缘子污闪事故率

绝缘子故障停电时间按5 h计，电力负荷损失详见表2所示。电价按0.5元/(kW·h)计。计划内清扫、检测不计停电损失费。

表2 各电压等级的绝缘子故障停电负荷损失

5)绝缘子污耐压试验曾证实：双联I串绝缘子的污耐压值要比单联I串绝缘子污耐压值降低6%～10%。但当联间距在600 mm及以上时，邻近效应基本消除。此外实际设计中双联串绝缘配合还可要求绝缘子增加相应污区10%的有效爬距。因此，可忽略双联串和单联串CF故障成本费用差异。

6)不考虑通货膨胀影响。

2.4 绝缘子LCC成本经济分析

根据绝缘子全寿命周期LCC成本模型和文献[1]的输电线路LCC模型，针对玻璃绝缘子和复合绝缘子，以直线塔采用悬垂复合单联串为基准方案，对广州电网典型架空线路采取双联悬垂串和单联悬垂串进行经济分析。

对于新建线路，采用不同悬垂串型线路的本体投资差异和LCC年费用详见表3～表5所示。其中LCC年费用为年最大负荷利用小时数4 000 h、电力工程回收率8%、30年，电价0.5元/度情况下计算数据。

表3 新建110 kV架空线路本体投资及LCC年费用 (万元/km)

110 kV～500 kV新建线路相同悬垂串型下玻璃绝缘子的本体总投资略优，复合绝缘子则本体一次基建投资略优。其中在线路全生命周期中，计及线路后期技改费用，采用悬垂玻璃单联串方案最优，其本体一次基建投资提高了0.24%～0.56%，本体总投资降低了0.05%～0.29%，LCC年费用降低了0.01%～0.08%。

对于老旧线路改造，采用不同悬垂串型时的LCC年费用计算如表4所示。

表4 110 kV架空线路改造悬垂串LCC年费用 (万元/km)

老旧线路悬垂串改造年费用均较低。对于110 kV、220 kV老旧架空线路，相同悬垂串型复合绝缘子LCC年费用略优，其中悬垂复合单联串LCC年费用最优，悬垂玻璃单联串LCC年费用略次之。对于500 kV老旧架空线路，悬垂玻璃单联串LCC年费用最优。

3 输电线路外绝缘配置建议

1)新 (扩、改)建输电线路耐张串应选用玻璃绝缘子；悬垂串 (包括跳线串)宜根据污区等级选用玻璃绝缘子或复合绝缘子：110 kV、220 kV、500 kV输电线路a、b、c级污区宜优先选用玻璃绝缘子，110 kV、220 kV、500 kV输电线路d、e级污区宜优先选择复合绝缘子。

2)为避免重复调爬，减少污闪风险，新(扩、改)建输电线路外绝缘配置宜尽可能考虑配置一步到位，耐张串绝缘子统一按e级污区爬电比距的上限来配置，悬垂串 (包含跳线串)绝缘子串在考虑塔窗距离的前提下按现有绝缘子可满足最高爬电比距要求配置。

3)为加强线路绝缘，提高线路防雷性能，在满足风偏和导线对塔身距离要求的前提下，应适当增加绝缘子片数或采用干弧距离较长的复合绝缘子。

4)为确保线路运行可靠，不发生掉串事件，110 kV～500 kV架空线路复合绝缘子均应采用双联配置 (跳线串除外)。500 kV架空线路和承担重要负荷的110 kV/220 kV核心骨干网架、重要用户供电线路，全线悬垂串可酌情考虑采用玻璃双联配置。

5)玻璃绝缘子宜选用普通型玻璃绝缘子，减少使用钟罩型或深棱型绝缘子；通过技术经济论证，可选用外伞型玻璃绝缘子。

6)运行中的输电线路进行外绝缘水平调整时，应尽可能按 (1)～(5)要求一步调整到位。同时为避免运行线路设备的不必要浪费，在调爬技术条件允许情况下，应尽可能避免整串更换绝缘子型式。

4 结束语

通过对广州地理气候特点和输电线路外绝缘现状的分析，从全生命周期角度对悬垂串型进行技术分析，同时结合南方电网杆塔典型设计，提出输电线路外绝缘宜综合考虑防风偏、防污和防雷等技术要求，并提出相关建议，以提高广州电网输电线路的安全稳定运行水平。

[1] 易辉.我国输电线路用绝缘子运行现状 [J].电力设备，2005(6)：1～4.

[2] 刘凯，刘华，许志华，等.基于全生命周期的220kV架空线路建设型式研究 [J].高电压技术，2014(40)，增刊：83～86.

[3] 郭峰，文凯，李广福.输电线路全寿命周期成本设计 [J] .电力建设，2011(32)：29～34.

[4] 李龙，苏良智，陈光.基于LCC理论的输电线路绝缘子选型研究 [J].能源技术经济，2012(24)：52～58.

[5] 余朝胜.基于全寿命周期成本 (LCC)理念的绝缘子选型[J].能源与环境，2011(05)：11～13.

[6] S.00.00.05/PM.0500.0092.广东电网公司防污闪工作管理规定 (修订)[S].

[7] 刘泽洪.复合绝缘子使用现状及其在特高压输电线路中的应用前景 [J].电网技术，2006，30(12)：1～7.

Study on Type Selection of Insulators and Optimization of External Insulation for Transmission Lines in Guangzhou

LIU Kai1，ZHANG Chengwei2，YAN Tianyou1，XU Zhihua1
(1.Guangzhou Electric Power Design Institute，Guangzhou 510075，China；2.Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510620，China)

According to the life cycle cost theory，the technical and economic analysis of suspension insulator selection is carried out by analyzing the external insulation status of electric transmission lines in Guangzhou and combining with the climate characteristics and safety and steady operation needs of electric transmission lines.And based on the comprehensive consideration on the Wind deviation，antipollution and prevention of lightning faults requirements，advices and measures are put forward in the paper which are suitable to the type selection of insulators and optimization of external insulation for transmission lines in Guangzhou.

life cycle cost(LCC)；insulators selection；optimization of external insulation

TM75

B

1006-7345(2015)05-0080-04

2015-08-17

刘凯 (1985)，男，硕士，工程师，广州电力设计院，从事架空输电线路设计、运行与维护方面研究工作 (e-mail)lkincsg＠126.com。

张成巍 (1983)，男，硕士，工程师，广州供电局，从事输电线路运行管理工作。

颜天佑 (1975)，男，硕士，高级工程师，广州电力设计院，从事架空输电线路设计、运行与维护方面研究工作。