±800kV直流输电线路大吨位绝缘拉吊工具的设计及研究

曹明德 梁育彬 牛彪 吴田

(1.国网山西省电力公司,山西太原 030000;2.中国电力科学研究院,湖北武汉 430074)

±800kV直流输电线路大吨位绝缘拉吊工具的设计及研究

曹明德1梁育彬1牛彪1吴田2

(1.国网山西省电力公司,山西太原 030000;2.中国电力科学研究院,湖北武汉 430074)

800kV输电线路绝缘子串长并且吨位大,对绝缘拉吊工器具的机械性能提出了很高的要求,本文结合800kV线路的特点,从工器具的长度、结构以及材料选择方面进行设计,并对工器具进行了拉伸试验,结果表明工器具满足实际检修的需要,该套工器具将为线路的检修提供保障,将有效保证输电线路不间断持续供电,对确保电网的安全、可靠、稳定运行具有十分重要的意义。

800kV 特高压 直流输电 绝缘拉吊工具

1 引言

高压直流输电可远距离、大容量传输电能,适合大区电网非同步互联,具有线路造价低,功率损耗小,功率调节迅速灵活,不存在系统稳定问题等优点。

哈郑直流工程是国家实施“疆电外送”战略、实现“十二五”期间新疆送出3000万千瓦电力的第一个特高压输电工程,也是西北地区大型火电基地送出的首个特高压直流工程。哈密～郑州±800kV直流输电工程额定电流5000A,额定输送功率8000MW。工程西起新疆维吾尔自治区哈密市境内哈密换流站,东至河南省郑州市中牟县大孟换流站,航空直线长度为1982km,路径长度为2211.3km,曲折系数1.11,其中一般线路长度为2207.4km(1%裕度),黄河大跨越长度为3.9km。与已建成的特高压直流工程相比,哈密南～郑州±800kV特高压直流输电工程输送容量更大,送电距离更远,技术要求更高,更加充分体现特高压直流技术远距离、大容量输电的优势,是直流输电技术进入规模应用的标准化工程,具有重大的示范效应。哈郑直流输电工程于2014年1月28日投运,自投运以来,有效缓解了河南用电紧张的局面,为社会经济发展提供了清洁、可靠的能源保障。作为远距离、大容量跨区电网输电线路,线路运行后的停电检修机率将会极少,而带电作业作为输电线路带电测试、检修、改造的重要手段,而800kV输电线路绝缘子串长并吨位大,对绝缘拉吊工器具的机械性能提出了很高的要求,本文结合800kV线路的特点,从工器具的长度、结构以及材料选择方面进行设计,并对工器具进行了拉伸试验,结果表面工器具满足实际检修的需要,该套工器具将为线路的检修提供保障,将有效保证输电线路不间断持续供电,对确保电网的安全、可靠、稳定运行具有十分重要的意义。

表1 绝缘拉吊工具基本参数

表2 芯棒主要技术性能指标

表3 伞套材料特性

表4 绝缘拉吊杆机械拉伸强度试验值

图1 三节结构

图2 四节结构

图3 节-节联接结构

图4 绝缘拉吊杆有效绝缘长度试验布置示意图

图5 绝缘拉吊杆有效绝缘长度操作冲击放电特性曲线

2 工器具的电气和机械性能要求

2.1 机械性能

2.1.1 基本参数根据800kV输电线路典型绝缘子串型以及绝缘子的吨位,得到绝缘拉吊工具的基本参数如(表1)所示。

2.1.2 工器具的结构

绝缘拉吊工具基本结构为三节结构,其中2X160kN导线V型跳线绝缘子串采用四节组成,中间节与节之间采用螺纹联接,分别如图1至图3所示。

2.2 工器具的最小绝缘长度

绝缘拉吊杆有效绝缘长度试验布置如图4所示,将绝缘杆一端连接在导线挂点垂直上方活动横担,另一端连接在挂点处均压环上,试验中通过调节上方活动横担与导线的距离,分别选取距离为4.0m、4.8m、5.6m、6.4m和7.2m五个试验点进行操作冲击试验,放电特性曲线如图5所示。

根据试验数据计算得出间隙系数K为1.17～1.21,考虑安全裕度,取K为1.17。由此,得到在此位置作业时操作冲击50%放电电压与间隙距离的关系为:

式中:U50为操作冲击50%放电电压,kV;

d为放电间隙距离,m。

3 绝缘拉吊工器具材料选择

绝缘拉吊工具主要由端部金属附件、玻璃纤维引拔棒(芯棒)和高温硅橡胶伞套组成。芯棒外注射伞套比普通环氧绝缘拉杆具有更好的外绝缘性能和良好的耐污性能。

3.1 端部金属附件材料

端部金属附件采用40Mn-2。其材料的抗拉强度为885Mpa。金属附件表面进行热镀锌处理。

3.2 采用高性能的芯棒材料

采用抗脆断的耐高温、改性脱模剂玻璃纤维增强环氧树脂棒。芯棒材料中的玻璃纤维B203含量在0.15%以下,属于无硼玻璃纤维,该玻璃纤维有很高的拉伸强度,约为普通钢的1.4～2倍,为上釉高强瓷试条的5倍左右,还具有良好的减振性、抗蠕变性及抗疲劳断裂性。更重要的是它具有优良的抗脆断性能。芯棒材料主要性能见表2。

3.3 伞套材料

采用高性能配方的高温硫化硅橡胶。在直流电压下伞套应不起痕,抵抗蚀损能力应比较高,一般其恒定电痕化等级需要达到1A 4.5级。此外,其憎水性应比较好,以提高表面绝缘电阻,防止形成干带,提高抗污闪能力。另外,由于直流电压下沿绝缘子表面的电压分布主要取决于沿绝缘子的电阻分布,因而伞套材料的体积电阻率必需很高,例如,必须大于1012Ωm。其性能指标见表3。芯棒与护套之间的结合采用了YGO1401高性能偶联剂。为了保证端部密封的可靠性,绝缘拉杆端部密封结构采用多重密封结构,即内密封为“O“形圈密封,外密封为室温硫化硅橡胶密封。

4 机械性能试验

对设计的300kN和530kN强度等级的绝缘拉吊杆机械拉绳强度进行了试验,试验结果如表4所示。

5 结语

(1)正对800kV串长不同的特点,采用分节的结构设计,提高了工器具的通用性和适用性。

(2)通过对两种吨位的绝缘拉吊杆的拉伸强度试验表明,该工具满足大吨位导线的绝缘子更换的要求。

(3)防潮型带电作业绝缘拉杆经过样品试制,并经过试验验证,其技术参数满足±800kV直流输电线路带电作业大吨绝缘拉吊工具性能要求。

[1]曾南超.高压直流输电在我国电网发展中的作用[J].高电压技术,2004.30(11):21-23．

[2]王力农,胡毅,刘凯,吴田,阮江军,邓鹤鸣.特高压输电线路带电作业组合间隙的放电机理[J].高电压技术,2011,05:1224-1231.

[3]刘庭,胡毅,刘凯,彭勇,肖宾,吴田.超高压交流/特高压直流同塔多回输电线路塔宽及离子流对带电作业间隙放电特性的影响[J].高电压技术,2012,12:3261-3267.

[4]刘凯,吴田,刘庭,肖宾.±800kV特高压直流输电线路的电位转移电流特性[J].高电压技术,2013,03:568-576.

[5]肖勇,樊灵孟.云广±800kV特高压直流线路带电作业分析[J].高电压技,2010,09:2206-2211.

曹明德(1963-),男,高级工程师,本科,山西太原人,主要从事为电网输变电设备运行与检修管理工作。梁育彬(1964-),男,高级工程师,硕士,山西吕梁人,主要从事为电网输变电设备运行与检修管理工作。牛彪 (1981-),男,工程师,硕士,山西太原人,主要从事为输电线路运行与检修管理工作。