复合绝缘子在特高压直流工程中应用

摘要：特高压直流工程具有电压等级高、路径长的特点，为保证工程安全、稳定运行，可以将复合绝缘子应用到该工程中，其具有优异的耐污性能和良好的技术经济性，实际应用中安全系数较高，可增强特高压直流工程运行中的可靠性，整体的应用优势较为明显。应正确认识到特高压直流工程中应用复合绝缘子的重要性与必要性，并根据该工程的运行特点和实际需求加大对复合绝缘子的研究力度，确保能够充分发挥复合绝缘子的功能作用，提高特高压直流工程的运行效益。

关键词：复合绝缘子特高压直流工程耐污闪能力机械性能

中图分类号：TM21

ApplicationofCompositeInsulatorsinUltra-HighVoltageDirectCurrentEngineering

LIGuodong

NingxiaPowerTransmissionandDistributionEngineeringCo.，Ltd.，YinchuanCity，NingxiaHuiAutonomousRegion，750001China

Abstract：Theultra-highvoltagedirectcurrentprojecthasthecharacteristicsofhighvoltagelevelandlongpath.Inordertoensurethesafeandstableoperationoftheproject，compositeinsulatorscanbeappliedtotheproject，whichhaveexcellentpollutionresistanceperformanceandgoodtechnicaleconomy.Inpracticalapplication，theirsafetyfactorishigh， whichcanenhancethereliabilityoftheultra-highvoltagedirectcurrentprojectoperation，andtheoverallapplicationadvantagesarerelativelyobvious.Weshouldhaveacorrectunderstandingoftheimportanceandnecessityofusingcompositeinsulatorsinultra-highvoltagedirectcurrentprojects，andincreaseresearchoncompositeinsulatorsbasedontheoperationalcharacteristicsandactualneedsoftheproject，ensuringthatthefunctionalroleofcompositeinsulatorscanbefullyutilizedandimprovingtheoperationalefficiencyofultra-highvoltagedirectcurrentprojects.

KeyWords：Compositeinsulators;Ultra-highvoltagedirectcurrentengineering;Anti-pollutionflashoverability;Mechanicalperformance

复合绝缘子的重量轻、强度高，具有优异的耐污性能，可以减少恶劣环境下绝缘子表面的清扫次数，也无须频繁进行零值检测，提高了运行维护效率，而且价格便宜，整体的经济性良好。复合绝缘子在耐张串上的应用效果良好，在特高压直流工程中，由于载荷与运行电压较高，实际应用时需保持谨慎，从安全性的角度出发进行科学调整。同时，在特高压直流输电线路中应用时要注意伞裙护套老化、大吨位复合绝缘子的可靠性和高压端的电场分布等问题，使复合绝缘子得到高效利用。

1特高压直流工程采用复合绝缘子的必要性

特高压直流工程项目数量不断增加，且大多建于沿海经济发达地区，而这些区域的环境条件比较差，污区等级高，如果电力设备绝缘表面存在较多污秽物，在潮湿的条件下发生污闪，则会给整个电力工程系统造成较大影响。而复合绝缘子的应用可以避免特高压直流工程出现上述问题，延长输电线路的使用寿命[1]。

1.1提高特高压绝缘子串的耐污闪能力

特高压直流工程的电压等级高，直流输电线路具有较大的电场强度，而且会出现较强的电晕放电现象，由于该工程所处环境较为特殊以及线路本身的特性，容易出现积污的情况。通过实践统计分析，与交流线路绝缘相比，直流绝缘子表面积污能力是其的2～3倍。而且在环境污染问题逐渐加重的条件下，特高压直流工程在运行期间经常会发生污闪，影响系统安全、稳定运行，将复合绝缘子应用到该工程中可以增强直流线路的耐污闪能力，降低了污秽物的影响，可在一定程度上提高线路运行安全[2]。

1.2减轻绝缘子的重量，降低杆塔的荷载

特高压直流工程中所用的导线具有截面大、重量大的特点，整体的分裂数量较多，会对杆塔施加较大的作用力，导致杆塔整体负荷较高。而且特高压直流工程需要导线具有较高的外绝缘水平，所以通常会选择大吨位的绝缘子，而复合绝缘子与普通绝缘子相比重量较轻，通常只有玻璃绝缘子的10%，为了减轻杆塔的外负荷，则应选用大吨位复合绝缘子[3]。

2复合绝缘子在耐张串上的应用

2.1复合绝缘子的应用分析

复合绝缘子在超高压交直流工程中的悬垂串中得到了大规模运用，但是在耐张串中的应用还有待研究。部分学者认为耐张串中适合应用瓷、玻璃绝缘子，担心复合绝缘子芯棒容易发生脆断现象，而且长期使用期间的机械性能得不到保障，在后续检修时不能踩踏伞裙，会增加检修难度。但事实上，从目前交直流工程耐张串上复合绝缘子的使用情况来看，在电压等级不高时，复合绝缘子芯棒没有发生脆断现象；在电压等级较高时，虽然耐张串上使用的复合绝缘子数量比较少，但整体运行状态良好，长期使用过程中也能够保持较高的机械性能，没有出现明显下降的情况。

2.2复合绝缘子的应用可行性

通过实践应用结果可知，复合绝缘子在超高压交直流工程耐张串中应用的可行性较高，部分学者研究了耐张串复合绝缘子运行期间的多方面载荷，根据试验结果认为其可以应用到耐张串中，为后续研究和使用打下了良好基础。特高压直流工程中耐张塔需要承受较大的负荷，传统的绝缘子如玻璃材料、瓷绝缘子等重量比较大，所用的片数较多，在实际应用过程中需要投入较多的材料成本，而且还会增加耐张塔的负荷。而复合绝缘子则可以改善上述问题，该绝缘子所用的材料较轻，价格便宜，还可缩短耐张串的长度，降低对耐张塔造成的负荷。另外，复合绝缘子有着较强的耐污闪能力，方便后续维护管理，在耐张串上使用的可行性高，经济性良好[4]。

3复合绝缘子在特高压直流耐张串中的应用

3.1安全系数分析

以±800kV直流工程为例，该工程主要使用钢芯铝绞线作为导线材料，耐张串使用双联550kN复合绝缘子，分析其最大使用荷载下的安全系数和断联时的安全系数。不同绝缘子在最大使用荷载下的机械强度安全系数不同，以相关规定为依据，将该工程中耐张串的各项系数与其进行对比，多方面安全系数都能达到要求标准。但若处于风速较大的区域，550kN复合绝缘子串的安全裕度较小。

3.2材料费用计算

对该工程中不同海拔高度的污区进行绝缘配置，所用的耐张串都按照双联进行分析，对比使用盘型绝缘子和复合绝缘子需要投入的费用成本。不同海拔高度的特高压直流耐张串中，若使用复合绝缘子，即使是低海拔区域，每串节约的材料费用在6万元左右。不但可以减少成本费用，也可以减轻整体重量，重量不超过盘型绝缘子串的1/5。在工程建设区域海拔高度不断增加的过程中，污秽物程度逐渐加重，复合绝缘子受其影响小，也不会产生较大负荷，所以与盘型绝缘子相比经济效益更为明显。

3.3应用建议

要想提高特高压直流工程中耐张串复合绝缘子的安全性，可以根据现实情况适当增加并联的联数，也可通过增加复合绝缘子重量的方式来提高其机械性能。双联复合绝缘子在使用过程中受力合理，而且其内部结构比较简单，不容易发生故障，也方便维护管理，在许多高压直流工程中较为常用。所以，风速不大、地势相对平坦的区域，可选择大吨位双联复合绝缘子，设置双挂点，保证裕度合理，可提高使用期间的安全性。由于特高压直流工程中的电压比较高，所以与以往使用的绝缘子相比，大吨位复合绝缘子具有较强耐高压能力和承受荷载的能力，要想保障其长期机械性能良好，还应根据实际使用情况不断调整和优化[5]。

4应用于特高压直流输电线路中的注意事项

将复合绝缘子应用到特高压直流工程中时，应了解线路运行期间电对复合绝缘子的要求，积极研发满足我国特高压直流工程要求的绝缘子。目前各制造企业采用不同工艺制造出了电压等级为±800kV、额定机械负荷为210～530kN的系列产品，且在较多电力工程中得到了有效运用。直流复合绝缘子已经得到了良好应用，有着较为成熟的制造工艺，但是在特高压直流工程中也会出现一些问题，需要加强重视。

4.1环境问题造成的伞裙护套老化

分析我国拟建的多条直流特高压输电线路，有些工程建设区域比较特殊，所处海拔比较高，太阳辐射比较强，在紫外线的作用下，该工程中的设施设备、导线材料和复合绝缘子等会受到较大影响，会加速各种材料老化。在高海拔地区建设的特高压直流工程，一定要注意太阳光照对复合绝缘子和伞裙护套材料的影响，做好相应防护工作，以免影响使用寿命。通过相关研究可以发现，紫外线照射下硅橡胶材料的憎水性会得到一定恢复，但若处于长期照射条件下，紫外线会造成静态接触角下降，使该材料容易受到污秽物的影响，需要及时维护处理。

4.2大吨位复合绝缘子的可靠性

4.2.1模拟运行工况提高机械性能

复合绝缘子运行期间会承受拉伸负荷、振动负荷的和弯扭负荷，在特高压直流工程中需要考虑到多方面负荷的影响。±800kV直流复合绝缘子的机械负荷比较高，而且许多厂家也生产出了满足特高压直流工程运行需要的复合绝缘子，常用耐酸芯棒和专门的金具作为主要材料，但还缺少足够的实践经验。由于特高压直流工程对运行安全性和线路可靠性要求比较高，生产制造厂家也需要根据复合绝缘子所处的环境条件不断提高其机械性能，保障其使用期间长期可靠。通常会模拟大吨位复合绝缘子的运行工况，根据实际情况优化和改进生产工艺，提高其使用性能，使其可以有效应用于特高压直流输电线路。

4.2.2注重检测复合绝缘子的使用性能

生产厂家优化复合绝缘子的生产工艺，改善技术条件，通过优化工艺技术的方式来提高复合绝缘子的质量和性能。而使用单位在选择和使用这一材料之前应重视评估其可靠性，一般会根据国家的质量要求标准来检验所用芯棒的机械强度，根据其在特殊条件下的耐受时间来确定机械复合绝缘子的长期机械性能。实际检验过程中会对芯棒施加规定强度的60%负荷，经过4天左右的持续负荷观察其耐受情况。特高压直流工程与以往的电力工程相比电压强度更高，因此对复合绝缘子性能的考核要求也要随之提升。应基于传统复合绝缘子检测技术方法适当调整和改进技术条件，实现对复合绝缘子性能的细致检验，保障所用材料性能可靠，为特高压直流工程稳定运行提供保障。

4.3复合绝缘子高压端的电场分布

特高压直流工程中应用的复合绝缘子的绝缘距离较长，在实际使用过程中会出现电压分布不均匀的现象，高压端电场强集中，若没有妥善处理这一问题，不但会使运行线路产生较强的电晕和无线电干扰，还容易破坏伞裙护套材料，使其遭受电蚀，影响其正常使用，还容易造成端部密封破坏和脆断事故，无法保障线路可靠运行。通过相关研究发现，优化复合绝缘子的结构设计，合理设置均压屏蔽环，能够避免上述问题出现，降低电蚀损的发生率。在生产复合绝缘子的过程中，应模拟特高压直流工程的运行工况，进行电厂计算分析，根据计算结果合理设计均压屏蔽环，确保能够发挥其保护端部金具和伞裙护套的作用。

5结语

综上所述，复合绝缘子在高压直流输电工程中得到了广泛应用，在现代科学技术快速发展过程中，复合绝缘子的制造工艺水平也得到提升，进一步提高了复合绝缘子的使用性能，将其应用到特高压直流工程中也能够获得良好效果。在具体应用的过程中需要考虑到环境条件对其质量和性能造成的影响，要想保证其长期可靠，还应结合工程所处环境特点对复合绝缘子进行持续改进与优化，使其可以满足不同区域特高压直流工程的应用需求，降低工程整体的运行维护管理成本。

参考文献

[1]梁进祥，徐偲达，张虎.高压输电线路复合绝缘子硅橡胶内部缺陷超声检测[J].绝缘材料，2024，57（1）：68-73.

[2]宁凯，蒋正龙，付志瑶.复合绝缘子硅橡胶老化过程中成分变化规律研究[J].湖南电力，2023，43（6）：11-14.

[3]伍弘，王博，杨凯，等.特高压直流线路复合绝缘子积污特性仿真及现场实测研究[J].宁夏电力，2023（3）：34-41.

[4]余明智.高海拔地区220kV输电线路复合材料杆塔应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2023.

[5]孙建亮.覆雪绝缘子直流闪络电弧发展特性及动态电路模型研究[D].淄博：山东理工大学，2023.