空气间隙选择研究4.docx

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空气间隙选择研究4

皖电东送淮南～上海输变电工程

淮南~皖南~浙北~上海线路工程

初步设计

第六卷专题研究报告

第四册空气间隙选择研究

目录

1概述1

1.1研究目的和意义1

1.2工程概况2

1.3本报告依据的成果文件2

2国外特高压线路绝缘配合概况2

2.1国外特高压系统过电压倍数4

2.2《345千伏及以上超高压输电线路》推荐的空气间隙4

2.3日本1000kV输电线路绝缘设计技术参数5

2.4前苏联1150kV架空线路主要空气间隙长度6

2.5国外特高压线路杆塔塔头尺寸7

2.6相关科研课题研究结果7

3系统参数8

4空气间隙选择8

4.1技术路线和方法8

4.2高海拔修正方法9

4.3工频电压间隙确定12

4.4操作过电压间隙确定14

4.5雷电过电压间隙确定24

4.6750kV与1000kV输电线路空气间隙的比较27

5结论27

1概述

1.1研究目的和意义

根据国家电网公司发展更高电压等级，构筑国家电网骨干网架，建设特高压交流和直流输电骨干通道，发挥电网导向作用，引导电源集约化发展的总体战略要求，由中国电力工程顾问集团公司组织力量，开展特高压交流和直流关键技术研究工作。

皖电东送淮南—上海同塔双回输电线路工程是国家特高压骨干网架的重要组成部分，是国家电网百万伏级特高压同塔双回线路试验示范工程，具有技术创新的示范效应和重要的社会影响。

1000kV输电线路绝缘配合研究线路杆塔的工频、操作冲击和雷电冲击绝缘水平和最小空气间隙，不仅直接决定输电线路工程设计的结果，影响工程造价，而且关系到特高压线路的安全运行，因此必须对1000kV输电线路塔头空气间隙进行专题研究。

空气间隙选择研究成果可以指导1000kV输电线路的工程设计并直接引用于设计规定中。

超高压架空输电线路外绝缘水平主要取决于架空输电线路的工频电压、操作过电压和雷电过电压。

对输电线路而言，绝缘子串长的确定、空气间隙选择，是塔头尺寸确定及塔头结构设计的基础，直接影响线路工程造价和运行可靠性。

对于1000kV等级的特高压输电线路，由于运行电压的提高，外绝缘水平一般由工频电压或操作过电压控制。

目前世界上仅日本、前苏联有已建成的1000kV及以上电压等级输电线路，但均降压运行。

高海拔地区1000kV输电线路空气间隙选择，是1000kV输电线路设计的关键问题之一。

我国目前正在建设的晋东南—南阳—荆门1000kV输电线路示范工程沿线最高海拔为1500m。

围绕该工程的建设，我国在1000kV特高压输电领域各方面开展了多项专题研究。

本工程淮南—上海1000kV输电线路为双回同塔建设，最高海拔不超过1000m，与单回线路存在一定差别，各方面研究也需要深入。

本报告根据国内330kV、500kV和750kV输电线路的设计和运行经验，以及相关课题的科研成果进行1000kV同塔双回输电线路的空气间隙选择及海拔修正。

1.2工程概况

皖电东送淮南～上海输变电工程起于拟建的安徽淮南变电站，止于上海沪西变电站，中间分别在安徽芜湖、浙江湖州落点，新建淮南站、皖南站、浙北站和上海沪西站，线路总长度为2×656km（包括淮河大跨越2.43km、长江大跨越3.15km）；其中淮南～皖南段为2×333.42km（不含大跨越）；皖南～浙北2×152km；浙北～上海为2×165km，途经安徽、浙江、江苏、上海等4省市。

其中安徽段446km、浙江段178km、江苏段8km、上海段18km。

线路沿线地形比例为平地35.81%，河网泥沼30.14%，丘陵24.82%，山地9.23%。

1.3本报告依据的成果文件

（1）中国电力工程顾问集团公司牵头编制的《皖电东送淮南－上海输变电工程可行性研究报告》

（2）中国电力工程顾问集团公司电顾规划【2008】169号《关于报送皖电东送淮南－上海输变电工程可行性研究报告评审意见的报告》

（3）中国电力科学研究院《1000kV特高压交流同塔双回线路过电压和绝缘配合技术研究》

（4）国网电力科学研究院《1000kV特高压交流同塔双回线路过电压和绝缘配合技术研究》

（5）国网电力科学研究院《1000kV同塔双回线路真型塔I型串外绝缘特性试验研究报告》

2国外特高压线路绝缘配合概况

国外对特高压输电的研究始于20世纪60年代中期至80年代初期，已进行了特高压输电在电气、机械方面的多课题的试验研究，设计并建成了多个特高压试验基地。

前苏联、美国、意大利和日本等国为世界上实现交流特高压输电作了不懈的努力，他们按照理论研究、实用技术研究和试验、电气设备研制和工业性试运行考核等三大步骤进行了大量的工作，已经取得突破性的研究成果，获取的数据和资料一旦工程需要就可投入应用。

1966年法国的阿尔斯通公司首先研制出电压1050/21kV的特高压变压器原型产品，接着美国、西德、瑞典、日本和意大利等也开始特高压输变电设备的试制，生产出的装备已用于试验线段。

从上世纪60年代开始，前苏联、美国、日本和意大利等国，为实现百万伏级特高压输电做了不懈的努力，先后进行基础性研究、实用技术研究和设备研制，已取得了突破性的研究成果，制造出成套的特高压输电设备。

从上世纪80年代开始，随着大型能源基地的建设，前苏联着手建设连结西伯利亚、哈萨克斯坦和乌拉尔联合电网的1150kV输电工程，计划将苏联东部地区的廉价电能送往乌拉尔和欧洲部分负荷中心，已建成的线路长度有1900余公里，包括库斯坦奈、科克切塔夫、埃基巴斯图兹、巴尔脑尔等特高压变电站。

从1985年起哈萨克斯坦境内的埃基巴斯图兹—科克切塔夫—库斯坦奈段长900km的线路，曾按1150kV（最高运行电压1200kV）设计电压运行。

日本东京电力公司，为了将远离负荷中心的东部和西部福岛、柏崎6000-8000MW核电向东京输送，同时为了改善电网结构，1988年开始建设1000kV线路，一期工程1000kV（最高运行电压1100kV）线路的同塔双回输电线路全长350km，降压500kV运行至今；1999年建成第2条1000kV线路东西走向，也以500kV运行，2010年以后将升压至1000kV，以限制过大的短路电流。

1969年美国电力公司（AEP）与瑞典通用电气公司（ASEA）拟订了为期10年的特高压研究计划，后延长到1983年。

美国邦维尔电力局（BPA）有2处特高压试验站：

①里昂地区建有2.2km的1200kV三相电气试验线段，1977年5月开始充电使用；②俄勒冈州莫洛附近建有2km机械性能试验段可进行杆塔结构荷载、导线运动、线路金具等问题研究。

综上所述，现在世界上真正建成的特高压输电线路只有前苏联和日本，其余的国家如美国、欧洲（德、法、意）、加拿大、巴西等都是在研究阶段。

国内目前最高电压等级为交流750kV（2005年9月投运），海拔高度2900m。

2.1国外特高压系统过电压倍数

表2.1-1特高压系统过电压倍数

国别

日本

前苏联

意大利

美国BPA

美国AEP

标称电压（kV）

1000

1150

1000

1100

1500

最高工作电压（kV）

1100

1200

1050

1200

1600

工频暂态过电压倍数

1.30

1.50*

1.44

1.35

1.30

1.10

操作过电压倍数

1.60

1.60

（1.80）

1.70

1.50

1.60

注：

*为0.2s。

2.2《345千伏及以上超高压输电线路》推荐的空气间隙

表2.2-1绝缘子串长度与导线对杆塔构架的空气间隙的关系（1200kV）

绝缘子串

串长（m）

导线对杆塔的间隙距离（m）

V—40

5.84

4.58

V—50

7.30

5.62

V—60

8.76

6.65

V—70

10.22

7.68

V—75

10.95

8.20

2.3日本1000kV输电线路绝缘设计技术参数

表2.3-1特高压线路间隙值

海拔高度

≤1800m

2100m

备注

最高运行电压，kV

1100

雷

电

冲

击

引弧角间隙，mm

悬垂

6300

6300

气象条件，风速<10m/s

风偏角：

悬垂为10°

耐张为5°

耐张

5900

5900

U50%，kV

悬垂

3545

3545

耐张

3325

3325

标准绝缘间隙，mm

悬垂

6620

6620

耐张

6200

6200

操

作

间

隙

对地

U50%，kV

1860

1877

操作过电压倍数：

1.6陪

气象条件，风速=15m/s

风偏角：

悬垂为20°

耐张为10°

悬垂

导体-下横担，mm

6000

6100

导体-塔体，mm

6540

6660

耐张

导体-下横担，mm

5690

5780

导体-塔体，mm

6750

6860

相间

U50%，kV

3022

3050

操作过电压倍数：

2.6陪

气象条件，风速<15m/s

最小相间间隙，mm

9000

9200

工

频

对地

U50%，kV

852

872

气象条件，风速=40m/s

风偏角：

悬垂为60°

耐张为40°

异常绝缘间隙，mm

3090

3210

相间

U50%，kV

1366

1390

异常绝缘间隙，mm

5350

5520

2.4前苏联1150kV架空线路主要空气间隙长度

表2.4-1前苏联1150kV架空线路主要空气间隙长度

序号

计算情况

空气间隙型式

空气间隙

长度，m

注释

1

运行（相）电压，计算风速下导线（直线杆塔的绝缘子串）最大风偏

导线—塔柱，工频电压

2.5

计算风速为5年

一遇的概率

2

运行（相）电压，导线和架空线路下面大尺寸交通工具（起重机、挖沟机等）之间的距离

导线—地面的交通工具，工频电压

2.8

应附加考虑生态

因素

3

在架空线路端部用k0=1.8的

避雷器限制操作过电压

所有的放电电压是在波头长度为3000～4000μs的冲击波下得到的

3.1

导线-塔柱（横担）（边相）

导线-塔柱（横担）

7.0-8.0

计算风速w

（不大于0.3w0）

3.2

当杆塔“窗口”用V-型绝缘

子串时导线-杆塔

V-型杆塔“窗口”

8.0-9.0

3.3

导线-杆塔拉线

导线-拉线

6.0-7.0

3.4

导线-尺寸有限的交通工具

（高度4.5m）

导线-交通工具

6.0-7.0

3.5

导线-地

导线-地面

8.5-9.5

4

在架空线路端部用k0=1.6的

避雷器限制操作过电压

4.1

导线-塔柱（横担）（边相）

导线-塔柱（横担）

6.0-7.0

计算风速w

（不大于0.3w0）

4.2

当杆塔“窗口”用V-型绝缘

子串时导线-杆塔

V-型杆塔“窗口”

7.0-8.0

4.3

导线-杆塔拉线

导线-拉线

5.5-6.5

4.4

导线-尺寸有限的交通工具

（高度4.5m）

导线-交通工具

5.5-6.5

4.5

导线-地

导线-地面

7.5-9.0

5

雷电过电压

无规定

在计算雷电跳闸

率时予以考虑

2.5国外特高压线路杆塔塔