110 kV输电线路绝缘子混连对抑制异物故障仿真研究

吴让新

（云南电网有限责任公司昆明供电局， 云南　昆明　650000）

引言

随着经济的快速稳定增长，我国电网规模呈逐年扩大趋势[1]。2013年年底国家电网66 kV及以上等级输电线路运行里程已达到70万余km[2]。随着电网规模的逐渐增大，各种自然因素以及人为因素等造成输电线路跳闸率呈居高不下的态势，造成电力设备损坏，甚至引起重大经济损失。输电线路常见的故障多数因异物引起绝缘子旁间隙击穿造成[3-4]。本文提出了复合绝缘子与玻璃绝缘子混连这种方式来减少异物故障的方法，分析了绝缘子混连方式对异物故障的抑制效果，为110 kV输电线路运行维护提供一定的指导意义。

1　三维仿真模型建立

除绝缘子外，三维模型中包括导线、金具、铁塔等，其中玻璃绝缘子型号为FC-100/146，复合绝缘子型号为FXBW3-110/70。对绝缘子按照实际结构和参数进行构建；横担用简易金属板模拟，其尺寸为长5 m，宽0.8 m，厚度0.3 m。模拟导线上施加110 kV输电线路最大运行相电压，按最大波动±15%考虑，那么施加电压为110×（1+15%）/1.732=73 kV。其中玻璃绝缘子、异物、复合绝缘子分别如图1所示。

图1　三维仿真模型

2　仿真计算过程与结果

绝缘子混连方式有很多种，本文考虑三种情况[5]：第一，A0方式，仅复合绝缘子；第二，A1方式，复合绝缘子高压端混连1片玻璃绝缘子；第三，A2方式，复合绝缘子低压端混连1片玻璃绝缘子。

以一段长度为90 cm，距绝缘子轴线距离18 cm的异物为例，分析不同运行方式下空间电场分布，仿真结果如图2所示。

图2所示几种情况下，异物与复合绝缘子相对位置保持一致，但A0方式下，电场畸变明显强于另外两种情况，异物端部大范围处于高场强区域，相对来说更容易发生间隙击穿。进一步计算了这几种情况下上下端空气间隙平均场强E1、E2，以及异物悬浮

表1　不同运行方式下异物存在时电场及电位

电位U等数值，如表1所示。

由于A1和A2方式下上下端空气间隙平均场强均小于临界击穿场强，因此无放电发生，也即间隙不发生击穿，A0方式下端间隙场强超过4kV/cm，发生击穿，异物电位跳变至线路额定电压，并全部施加在上端间隙上，使得其场强从3.6 kV/cm跳变至7.4 kV/cm，同样发生击穿，由于上下两段间隙均击穿，因此整个间隙击穿，导致闪络发生。

进一步分析了长度为95 cm，距离绝缘子轴线距离18 cm的异物从绝缘子旁间隙下落整个过程中间隙电场变化情况，以异物末端与复合绝缘子低压端均压环平行位置作为起始点，逐渐增加异物末端与低压端均压环垂直距离d，计算发现，对于A0运行方式，当异物下落距离d在10～20 cm之间时，所求得的两段空气间隙场强均超过4 kV/cm，因此整个间隙完成闪络，而对于A1和A2运行方式，在异物整个下落过程中间隙均无法发生击穿。相比而言，A1计算场强略高于A2方式，但差异不大，均处于25%以内，这是由于A2方式下低压端串联的玻璃绝缘子虽承担了一定的电压，但占整个运行电压比例不大。

悬浮状态的导体电位随导体相对位置变化而变化。随着异物下落，异物逐渐靠近高压端时，其电位也逐渐上升，下端空气间隙电位差降低，但间隙距离显著缩短。对于A0方式，随着异物离高压端均压环距离越来越近，下端间隙场强急剧上升，而在A1和A2方式下，异物临近高压端均压环时，均压环电位也为悬浮状态，此时均压环电位降低，而异物电位升高，两者之间电位差大幅减小，降低幅度远高于A0方式，使得这两种情况下异物端部和高压端均压环之间间隙场强变化很小，始终处于3 kV/cm以下，因此下端间隙无法击穿。因此对于一定长度异物来说，绝缘子混连方式可以有效避免异物下端跟均压环之间的击穿，大幅降低了异物故障发生的可能性。

若异物长度足够，按照文献[6]临界异物长度计算方法，经计算，A1和A2方式各需112 cm和129 cm长度异物才能使得闪络发生，而A0方式下，则只需88 cm，实际运行中越长的异物出现的可能性越小，因此绝缘子混连运行方式能够较好的抑制异物故障的发生。

3　结语

混连运行后复合绝缘子高压端均压环电位降低，有效防止了异物下落过程中异物端部与均压环之间间隙的击穿。混连运行方式需要长度更长的异物才能使得闪络发生，因此绝缘子混连运行能够有效抑制异物故障的发生。

[1]梁志峰.2011-2013年国家电网公司输电线路故障跳闸统计分析[J].华东电力，2014（11）：2 265-2 270.

[2]林伟芳，汤涌，孙华东，等.巴西“2.4”大停电事故及对电网安全稳定运行的启示[J].电力系统自动化，2011（9）：1-5.

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[4]胡毅，刘凯，吴田，等.输电线路运行安全影响因素分析及防治措施[J].高电压技术，2014（11）：3 491-3 499.

[5]管红立，王博文，赵智忠.基于相空间重构和Lyapunov指数电弧电压混沌特性分析[J].燕山大学学报，2017（2）：149-155.

[6]贾志东，张威，方苏，等.湿污环境中的复合绝缘子异物闪络[J].高电压技术，2010（8）：1 893-1 898.