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1、800kV 特高压直流输电线路和换流设备用绝缘子技术和经济可靠性分析(吴光亚1 郭贤珊 2 张锐 1)(1:国网武汉高压研究院，武汉，430074 2:国家电网公司，北京，100005)摘要： 本文介绍了国内 800kV 特高压直流输电线路和换流设备用绝缘子 的发展与现状， 提出了我国 800kV 特高压直流 用绝缘子选型方案及选型存在和研究的 问题。关键词： 直流 800kV 特高压 绝缘子 输电线路换流设备0 前言 800kV 特高压直流输电线路和换流设备 ，对绝缘子提出了与1000kV 交流输变电设备用绝缘子同样的要求1。与 1000kV 交流相比，不同的是绝缘子的数量比500kV多8倍
2、左右，元件数量的激增对每个元件提出了更高的可靠性要求； 运行电压与 500kV 相比 增加 60使得静电吸尘效应比 500kV 强 ，使得 悬式、支柱和空心绝缘子 的积污特性比 500kV 差； 支柱和空心瓷绝缘子的结构高度达14m 以上， 所承受的拉伸、 扭转和弯曲负荷较 500kV 大等等。 以上这些不同于1000kV 交流和 500kV 输电线路和换流设备绝缘子技术，要求提高绝缘子的可靠性、减少绝缘子串长、缩小塔头尺寸、机械强度高，无疑对绝缘子的制造技术 和优化选型提出更高要求。1 国内现状1.1 盘型悬式 瓷绝缘子国内瓷绝缘子的制造历史悠久， 90 年代初期曾出现过一大批中小企业。由于
3、工艺水平落后，自动化程度低等因素，瓷绝缘子质量普遍不高，主要是制造160kN 级以下交流系列产品。仅大连电瓷 、苏州电瓷和 NGK 唐山电瓷 能制造直流系列 160kN550kN 的产品。造型除普通型、钟罩型外，还有双伞型和三伞型，其制造技术水平已达国际领先水平。两家企业的年生产能力均可达到 200 万片。大连电瓷 系有 80 多年悠久历史的骨干企业， 90 年代中期以前是我国线路绝缘子的主要制造企业， 尤其是国家重点线路 80%的产品来自该企业， 为我国电 力事业的发展作出了贡献。近十年来面对国外的激烈竞争，大连电瓷通过设备引进、 技术创新和严格的质量管理， 产品质量得以全面提升， 从而在国
4、内外市场上能取得良好业绩。 2001 年全年出口印度160kN 和 210kN 直流瓷绝缘子近50万片。国内直流线路如葛-上、天-广、三-广、贵-广、龙-政等线路160kN 及以上供货近若 100 万片。最具有代表性的企业是大连电瓷 和唐山 NGK 电瓷 ， 能制造 160kN(180kN)、210kN(240kN)、300kN、400kN(420kN)和 550kN(535kN)钟罩、 双伞、三伞三种伞型绝缘子。例如 160kN绝缘子的结构高度H皆为170mm,其 钟罩型盘径D 为 320mm， 爬电距离 L 为 545mm 或 560mm； 双伞型 D 为 360mm，L为545mm；三伞
5、型 D为340mm, L为545mm或560mm。210kN对应的H皆 为170mm,其钟罩型D为320mm, L为545mm或560mm；双伞型D为360mm, L为545mm；三伞型 D为340mm, L为545mm或560mm。300kN对应的H皆 为 195mm,其钟罩型 D 为 340mm, L 为 570mm、D 为 400mm, L 为 635mm； 双伞型 D 为 360mm, L 为 545mm；三伞型 D 为 400mm, L 为 635mm。400kN 对应的H皆为205mm，其钟罩型D为340mm, L为545mm或560mm、D为400mm, L 为 650mm；双伞
6、型 D 为 380mm, L 为 550mm、D 为 400mm, L 为 615mm； 三伞型 D 为 350mm， L 为 550mm、 D 为 400mm， L 为 635mm 或 650mm： 550kN 对应的H皆为240mm,其钟罩型 D为380mm, L为635mm、D为400mm, L 为 700mm； 双伞型 D 为 400mm， L 为 550mm； 三伞型 D 为 380mm， L 为 550mm、 D 为 400mm， L 为 635mm 或 650mm。1.2 盘型悬式 玻璃绝缘子南京电气(集团 )、自贡SEDIVER 公司两企业能制造直流系列 160kN400kN的
7、产品。造型以普通型、钟罩型为主。两企业年生产能力均可达到 400 万片。其 制造技术水平均已达国际领先水平。南京电气(集团 )于 2002 年 5 月技术改造，引进了意大利钢化玻璃绝缘子的生产技术、设备、产品结构、配方、计算机控制系统等，并全面改造配料系统，增 大熔化池炉面积，新增一条成型生产线和冷热冲击线，扩容改进了成品装配线。具有代表性的企业是南京电气(集团)和法国自贡塞迪维尔 ， 能制造 160kN(180kN)、210kN(240kN)、300kN、400kN(420kN)和 550kN(535kN)五种强 度等级绝缘子。例如 160kN 绝缘子的H 皆为 170mm， 其 D 为 3
8、20mm， L 为 550mm、D 为 330mm, L 为 550mm。210kN 对应的 H 皆为 170mm,其 D 为 320mm, L 为 550mm、D 为 330mm, L 为 550mm。300kN 对应的 H 皆为 195mm,其 D 为 380mm， L 为 710mm、 D 为 400mm， L 为 635mm。 400kN 对应的 H 为 205mm， 其 D 为 360mm, L 为 550mm； 550kN 对应的 H 为 240mm,其 D 为 400mm, L 为 620mm。1.3 复合绝缘子国内直流复合绝缘子经过10 多年的快速发展，现已研制出不同结构型式和
9、连接工艺的产品， 并出现一些优秀的制造企业， 其产品受到国内外电力系统的认可和好评。目前，襄樊国网合成绝缘子股份 、山东泰光电气 (淄博泰光电力器材厂)、东莞市高能实业、广州市迈克林电力(广州MPca际电工)、新疆新能 天宁电工绝缘材料和如皋市电力设备厂等企业已具备能力大规模生产 800kV电压等级、机械强度 160kN(180kN)、210kN(240kN)、300kN、400kN(420kN)和 550kN(535kN) 五种强度等级复合绝缘子。我国直流复合绝缘子的研究与制造技 术已达到国际领先水平。1.4 支柱瓷绝缘子具有代表性的企业是抚顺电瓷制造、 西安双佳高压电瓷电器、 唐山高压电瓷
10、厂、中材高新材料股份 。能生产 800kV 支柱瓷绝缘子。其中，抚顺电瓷制造 已开发出土 800kV户外棒形支柱瓷绝缘子，结构高度12m13m、弯曲破坏负荷不小于12.5kN,扭转破坏负荷不小于 8.0kN.m。1.5 支柱复合绝缘子具有代表性的企业是南通神马电力科技 、平高集团 和常州江南电力设备集团。能生产 800kV支柱复合绝缘子。皆已开发出土 800kV户外棒形支柱复合绝 缘子，结构高度13m弯曲破坏负荷16kN,扭转破坏负荷不小于8.0kN.m。南通神马电力科技伞裙护套采用抽真空高温硅橡胶整体注射成型工艺、 端部附件与芯棒采用螺纹结构浇装剂粘结工艺、并具有成功运行经验。1.6 支柱瓷
11、复合绝缘子具有代表性的企业有西安电瓷研究所、平高集团 。能生产 800kV 支柱复合绝缘子。 皆已开发出 800kV 户外棒形支柱复合绝缘子， 结构高度12m、 弯曲破坏负荷 16kN ，扭转破坏负荷不小于8.0kN.m 。1.7 复合空心绝缘子国内外早期的复合空心绝缘子，伞裙护套几乎全部是液体硅橡胶 LSR 或室温硫化硅橡胶RTV 。众所周知， LSR 或 RTV 的耐漏电起痕性能较差，运行事故时有发生，在我国运行经验较少。随着生产工艺的完善和 LSR 或 RTV 的使用和调整配方，现有产品的性能比先前已大有提高。高温硫化硅橡胶HTV 在我国运有成功运行经验。复合空心绝缘子端部附件与玻璃纤维
12、增强环氧树脂管连接方式是皆采用浇装剂粘结工艺，伞裙护套采用单片粘接或分段整体注射成型工艺。国内生产复合空心绝缘子的知名制造企业有南通神马电力科技 、平高集团 、上海 MWB 互感器 (含抚顺传奇套管 )和西安电瓷研究所和常州江南电力设备集团 。南通神马电力科技采用抽真空高温硅橡胶整体注射成型伞裙护套工艺、 端部附件与玻璃纤维增强环氧树脂管采用螺纹结构采用螺纹结构浇装剂粘结工艺， 并具有成功运行经验。能生产 800kV 支柱复合绝缘子。现已开发出 800kV 复合空心绝缘子，结构高度13ml弯曲破坏负荷不少于16kN,扭转破坏负荷不小于12.5kN.m、直径 800mrrr 1000mm2 技术
13、和经济可靠性评估2.1 盘型悬式 瓷、玻璃绝缘子瓷、玻璃绝缘子运行经验160kN(180kN)、210kN(240kN)、300kN、400kN(420kN)钟罩、双伞、三伞型瓷绝缘子皆具有成功运行经验。大连电瓷有 58.8798 万片瓷绝缘子挂网运行，其中400kN(420kN) 有 12.8798万片。 550kN 应进一步积累运行经验。160kN(180kN)、 210kN(240kN)、 300kN 钟罩型玻璃绝缘子皆具有成功运行经验。南京电气(集团) 约 2 万片玻璃绝缘子挂网运行。 400kN 和 550kN 应进一步积累瓷绝缘子头部结构设计可靠性评估传统锥形和园柱形头部结构设计，
14、有成熟的制造技术和安全可靠的运行业绩，皆能保证机械强度和头部内绝缘强度。瓷绝缘子高铝质瓷性能评估高铝质瓷配方制造的直流绝缘子的瓷绝缘件的体积比重大于2.7g/cm3 ，开口孔隙率约 0.1，较传统铝质瓷配方其机械、电气、热稳定性能优良。瓷绝缘子高温压缩釉性能评估高温压缩釉制造的直流绝缘子在焙烧后高温速冷状态下，坯给坯表面(釉表面)产生永久压应力，一般可提高高铝质瓷质强度20以上，同时还具有光滑、光亮、耐磨、耐磨、耐冷热骤变和良好的化学稳定性。2.1.5 玻璃绝缘子绝缘材料提高钢化玻璃绝缘件的电阻值和玻璃纯度， 目的是提高热击穿和离子迁移性能。2.1.6 玻璃绝缘子伞形改进优化形状，目的是提高直
15、流绝缘子耐污性能。2.1.7 玻璃绝缘子耐腐蚀能力提高了钢脚、铁帽耐腐蚀能力。2.1.8 机械特性的评估残留机械强度、机械破坏负荷、热机械性能是以质量指数Q和Q作为评估可靠性优劣的一个尺度。由文1s。可见不同制造企业直流瓷、玻璃悬式绝缘子设计 上的设定值皆较高，能确保高可靠性；主要机械特性分散性小，能较好地掌握和 控制其机械特性，同时也说明了设计上的设定值各有一定优劣。 从已统计的参数 值看，160 kN及以上吨位的直流瓷绝缘子的机械拉伸负荷的裕度较玻璃绝缘子 大，但玻璃绝缘子的残留机械特性较瓷绝缘子的裕度大。随着吨位的提高，其主要机械强度总的趋势表现为裕度降低，分散性较大，X-3s保证值裕度较小，反映出吨位越高，制造难度越大。2.1.9 主要电气特性由文1可知：十多年来通过对绝缘子原料、配方和制造工艺等方面不断改 进，瓷和玻璃绝缘子耐陡波冲击性能和耐工频电弧性能能满足运行要求。2.2 盘型悬式复合绝缘子我国土 800kV直流复合绝缘子研究与制造技术已达到国际领先水平。尤其是硅橡胶的配方设计、压接工艺、伞型成型工艺、端部密封技术、均压环设计、端 部附件、高强度芯棒制造技术、伞型
