发电厂升压站绝缘子串电压分布实测

【摘 要】交流电压作用下，由于绝缘子对杆塔和导线有杂散电容，绝缘子串电位分布不均匀，一般情况下导线端承受较高电压。长期的高电压环境容易导致绝缘子污闪、起晕和劣化，对绝缘子的绝缘水平和电力系统的安全稳定可靠运行带来影响。本文通过实测不同电压等级绝缘子串的电压分布，得到绝缘子串的电压分布规律，同时提出了针对电压分布情况的改进措施。

【关键词】升压站；绝缘子串；杂散电容

引言

绝缘子的绝缘水平对电力系统的安全稳定运行有很大的影响，而绝缘子通常都通过组合成绝缘子串进而运用到系统实际中。近年来，由于绝缘子串的污闪造成的事故不容忽视，这往往是由于绝缘子串电压分布的不均匀导致。因此研究绝缘子串电压分布的规律和影响因素对于电力系统意义重大，目前的研究也主要通过数值计算和实测两种途径来进行，这两种方法各有优点，而实测方法由于跟实际较为接近而更加具有实际意义。

1发电厂升压站绝缘子串特点

1.1 绝缘子结构

目前发电厂使用的绝缘子大多为悬式绝缘子，悬式绝缘子的组成部分包括：钢帽，钢脚，绝缘介质和填充料。绝缘子的主体是介质，该介质在机械强度和电气强度方面必须满足线路或者升压站的要求，同时，绝缘介质必须在变化较为剧烈的大气条件下满足热机稳定性。电瓷和钢化由于具有较好的上述特性从而成为工业中应用较为广泛的材料。

瓷质绝缘子表面均匀光亮瓷釉是由塑性粘土、石英砂和微晶花岗岩混合而成的。瓷盘下表面有3～4个棱是为了增长闪络路径和泄露距离，为了在组成绝缘子串时悬式绝缘子的盘径最小且充分地利用空气放电距离，绝缘子的瓷盘直径和结构高度的比值一般分布在0.5～0.65范围之内。

悬式瓷绝缘子由高标号水泥作为其填充料，其膨胀系数需配合钢脚钢帽和绝缘元件。绝缘子的钢帽和钢脚所使用的材料为高硅可铸铁和结构钢，钢帽的破坏强度需在0.4～0.6MPa之间，而钢脚的破坏强度要更大。为了保证绝缘子的正常可靠安全运行，绝缘子需要有耐腐蚀性且钢脚承力面需带大弧度。

1.2 绝缘子串电压分布原理

绝缘子金属部分与接地铁塔以及绝缘子与带电导体见得的电容是导致沿绝缘子串电压分布不均匀的主要原因。而绝缘子对地电容和对高压导线的电容是同型绝缘子串电压分布不均匀的主要原因。对地电容的分流作用使得靠近导线侧的绝缘子压降增大。对高压导线电容是从导线获得电流然后向主链汇流的，因此其值越大则接地侧绝缘子流过电流越大，其分布电压就会被抬高。绝缘子串对地电容一般情况下大于对导线电容，因此，靠近导线的绝缘子的电压降大于离导线远的绝缘子压降。

绝缘子串电压分布的曲线呈不对称马鞍形。绝缘子串片数越多，电压分布越不均匀。其主要原因在于杂散电容的存在，这种杂散电容存在于绝缘子串钢帽钢脚对导线、对接地体之间。杂散电容的不同造成了绝缘子串电压分布曲线的不对称性，而不良绝缘子的存在使得电压分布曲线更加不均匀。

1.3 升压站与线路绝缘子串结构对比

（1）升压站使用的绝缘子主要有3种类型，包括防污型绝缘子，钟罩型绝缘子和双伞形绝缘子；

（2）升压站相比线路使用的绝缘子串片数更多；

（3）升压站相比线路绝缘子串距地更近，受杂散电容的影响更大；

（4）母线和出线空间上的垂直交叉特点大大影响了绝缘子串的电压分布：当某一东西方向耐张串的上方或下方有同相南北方向引线与其近距离交叉（同相近距离交叉）时，该耐张串受同相引线的高压屏蔽作用，电压分布会有所改善，比相邻绝缘子串的电压分布要均匀一些。但是如果是同相而且交叉距离很远，屏蔽作用会大大减弱或者基本为零。

1.4 绝缘子表面电压计算方法

目前绝缘子表面电压分布的测量方法包括数值计算法和实测法，而数值计算法主要有，包括差分法，有限元法和模拟电荷法。

有限差分法是用离散的电位函数的差商近似代替泊松方程的偏导数，进而将边值问题转化为差分问题，这样对泊松方程求解就转化为了对代数方程求解，从连续电位函数转变到有限数量节点电位的求解，使得计算量大大减少。

有限元法是在差分法的基础上发展而来的。通过对积分区域的离散化处理，使得静电场的能量能够近似表示为有限个节点电位的函数，也就是求解一组多元线性代数方程，也即有限元方程。通过求解方程组得到各节点电位从而也就得到了变分问题的离散解。

模拟电荷法其本质为等效代替法，即通过有限的离散电荷来代替空间连续分布的电荷，从而达到简化计算的目的。等效原则需要符合所给边界条件，即模拟的等效电荷在场域边界形成的电位与原场域一致，这样就可以通过列写线性代数方程来求解模拟电荷的电量，从而得到场域的电位和场强分布。

2 升压站绝缘子串电压分布实测

数值计算法虽然可以较为近似的得到场域的电压和场强分布，但是却受到方法本身的限制，和实际情况差别较大，而实测法通过带电测量每片绝缘子的分布电压，从而根据其值的大小来判断为零值绝缘子或者低值绝缘子。

本文采用的电压测试器为西北电研院研制的GYF-101型光纤语言报数式测试器。其组成包括高压测量探头，光缆和报数盒，其中探头和报数盒由电缆隔离电磁干扰。为保证每片绝缘子上的分布电压不会发生畸变，采用的高压入口电容为3pF左右，工频输入阻抗为1100MΩ。测试人员通过听报数盒报数来记录数值信息。

3 结论

（1）影响绝缘子串电压分布的因素有绝缘子串悬挂方式、绝缘子片数、接地构架和高压引线等。由于电磁干扰的作用，绝缘子串附近的同相母线近距离交叉或者其下方挂有阻波器会减小绝缘子串电压分布的不均匀程度，其中以门型构架的绝缘子串电压分布最为不均匀；

（2）从实测数据中可以得出，绝缘子串的电压分布随着构架方式的不同而不同，悬垂型的绝缘子电压分布相比耐张型绝缘子串更均匀；

（3）长绝缘子串在其距地约三分之一串长的位置电压分布最低，这样可能被判为零值绝缘子串，故为了维持长绝缘子串的绝缘性能，应对长绝缘子串定期除污；

（4）升压站的绝缘子串电压分布相比线路绝缘子串电压分布不均匀性增加，因此，在污区等级相同、泄露比距相同的情况下，电厂升压站更容易发生闪络现象，这样就需要我们在设计升压站绝缘子串时泄露比距数据较大，而且要在运行期间定期为绝缘子串进行清洁除污；

（5）采用火花检测零值绝缘子串时，由于发电厂升压站内电晕放电声较大，汽机房、主变风扇和冷水塔的噪声都特别强，容易出现既听不到也看不到小火花间隙放电的现象，这样就导致火花检测零值出现误判，而光纤语言报数方式的分布电压测试器则可以准确的将测试值报给运行人员。

参考文献：

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