空气间隙选择研究4讲解.docx
- 文档编号:28028075
- 上传时间:2023-07-07
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:396.38KB
空气间隙选择研究4讲解.docx
《空气间隙选择研究4讲解.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《空气间隙选择研究4讲解.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
空气间隙选择研究4讲解
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头尺寸
表2.5-1国外特高压塔头典型尺寸(m)
国名
苏联
日本
美国
意大利
额定电压(kV)
1150
1000
1100
1100
最高运行电压(kV)
1200
1100
1200
1200
操作冲击
V串-塔体
7.0
6.59
7.4
7.0
悬垂串-塔体
6.5
6.02
6.2
导线-下横担
5.47
工频
导线-塔体
2.4
2.8
2.4
2.6相关科研课题研究结果
2.6.1国网电力科学研究院的科研成果
表2.6-11000kV同塔双回线路最小空气间隙值(海拔500m)
作用电压类型
最小空气间隙距离(m)
工频电压
2.7
操作电压
(取1.7p.u.)
I串6.7(导线对塔身);6.7(导线对下方横担)
V串6.7(导线对塔身和下方横担);7.9(导线对上方横担)
雷电电压
I串7.2;V串7.2
注:
操作过电压采用中线单回路中相塔窗V型串的试验数据。
2.6.2中国电力科学研究院的科研成果
表2.6-21000kV同塔双回线路最小空气间隙值(海拔500m)
作用电压类型
最小空气间隙距离(m)
工频电压
2.7
操作电压
(取1.64p.u.)
I串5.6
V串6.0
雷电电压
7.0
注:
操作过电压采用中线单回路中相塔窗V型串的试验数据。
3系统参数
中国电力科学研究院和国网电力科学研究院的1000kV特高压系统过电压水平研究结论,见表3-1。
表3-11000kV线路过电压水平
过电压类型
中国电力科学研究院
国网电力科学研究院
工频暂时过电压
限制在1.3p.u.以下(持续时间:
5s)
1.405p.u.
(1.127p.u.)
线路侧短路时1.4p.u.以下(持续时间:
0.35s)
相对地统计
操作过电压
限制在1.7p.u.以下
1.7p.u.
相间地统计
操作过电压
限制在2.8p.u.以下
工频暂时过电压数据中,括号内数值为采用改变断路器分闸电阻次序条件下的过电压。
根据上述研究结论并结合国外1000kV特高压系统的经验,1000kV输电线路工频暂态过电压倍数取1.4p.u.;统计操作过电压倍数取1.70p.u.。
系统最高运行电压取1100kV。
4空气间隙选择
对输电线路而言,塔头各种空气间隙的确定,是塔头尺寸确定及塔头结构设计的基础。
因此,各种空气间隙的确定是研究的核心问题之一。
风偏后导线对杆塔的最小空气间隙,应分别满足工频电压、操作过电压及雷电过电压的要求。
4.1技术路线和方法
本报告参考《高压输变电设备的绝缘配合》(GB311.1-1997)、《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)、以及1000kV交流输变电工程前期相关科研课题的研究成果,进行输电线路空气间隙选择。
(1)工频电压、操作过电压要求的最小空气间隙,首先考虑多间隙并联对放电电压的影响,计算标准气象条件下的工频电压、操作过电压,再进行高海拔修正得出不同海拔要求的工频电压、操作过电压值,然后查取空气间隙放电特性曲线,确定最小空气间隙。
(2)雷电过电压间隙是根据可以接受的同塔双回线路绕击跳闸率来确定的。
4.2高海拔修正方法
4.2.1国网武汉高压研究院
(式4.2-1)
式中H——海拔高度,m;
m——修正因子,工频、雷电电压修正因子m=1.0;
操作过电压修正因子
m=1.0,Ucw<0.838MV;
m=1.803-0.9587Ucw(0.838MV≤Ucw≤1.568MV);
m=0.30,Ucw>1.568MV;
Ucw为操作过电压,MV。
4.2.2DL/T620—1997规定
外绝缘所在地区气象条件异于标准气象条件时,放电电压可按下式校正:
(式4.2-2)
式中:
U0——标准气象条件下绝缘放电电压,kV;
U——实际放电电压,kV;
δ——相对空气密度;
K——空气湿度校正系数;
(工频交流电压)
(操作冲击电压)
h——空气绝对湿度,g/m3;
h0——标准气象条件下空气绝对湿度,11g/m3;
H——海拔高度,m;
n——指数,与绝缘长度有关,由下式决定;
式中:
li——绝缘长度,对空气间隙即间距,m。
表4.2-1不同海拔高度的气压
海拔高度(m)
0
500
1000
1500
2000
气压(Mpa)
0.1013
0.0968
0.0897
0.0846
0.0794
相对气压
1
0.945
0.888
0.835
0.786
相对空气密度δ
1
0.955
0.9085
0.865
0.824
空气绝对湿度h(g/m3)
11
9.17
7.64
6.37
5.33
4.2.3IEC60071-2中规定的方法
(式4.2-3)
式中H——海拔高度,m;
m——修正因子,工频、雷电电压修正因子m=1.0;见图4.2-1中曲线a(相对地绝缘)。
图4.2-1修正因子m
4.2.4几种方法的比较
表4.2-2工频电压海拔修正系数Ka
海拔H(m)
修正方法
0
500
1000
1500
2000
式4.2-1
1.000
1.053
1.111
1.176
1.250
式4.2-2
1.000
1.000
1.055
1.053
1.109
1.104
1.159
1.152
1.206
1.196
式4.2-3
1.000
1.063
1.131
1.202
1.278
从表4.2-2可以看出,几种方法工频电压海拔修正系数Ka有所差别,且随海拔高度的增大该差别增大,海拔2000m时,DL/T620—1997与IEC60071-2中规定的方法相差约7%;武汉高压研究所推荐的修正方法与IEC60071-2中规定的方法计算值十分接近。
表4.2-3操作过电压海拔修正系数Ka
海拔H(m)
修正方法
0
500
1000
1500
2000
式4.2-1
1.000
1.015
1.031
1.047
1.064
式4.2-2
1.000
1.000
1.036
1.013
1.068
1.025
1.095
1.035
1.118
1.042
式4.2-3
1.000
1.000
1.028
1.024
1.056
1.047
1.082
1.069
1.107
1.090
从表4.2-3可以看出,几种方法操作过电压海拔修正系数Ka有所差别,且随海拔高度的增大该差别增大,三种方法相差约5%。
本报告采用IEC60071-2的方法进行海拔修正。
4.3工频电压间隙确定
4.3.1空气间隙工频电压统计配合系数的确定
工作电压下的空气间隙距离选择时考虑以下因素:
(1)最大工作电压;
(2)100年一遇的最大风速;
(3)多间隙(m=100)并联对放电电压的影响;
按照国网电力科学研究院《1000kV同塔双回线路输电系统绝缘配合》专题结论,要求的单间隙的50%放电电压U50%按下式计算:
(式4.3-1)
式中Um——最高运行电压,kV;
Z——取2.45;
σ1——单间隙的变异系数,取0.03;
σm——多间隙的变异系数,取0.012。
所以线路空气间隙工频电压统计配合系数kc:
(式4.3-2)
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620—1997)的规定:
线路空气间隙工频电压统计配合系数K2取1.40;当送电线路采用V型绝缘子串时K2取1.50。
从上面可以看出,考虑了多间隙并联对放电电压的影响后,线路空气间隙工频电压统计配合系数kc为1.12,较《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定的值要小。
4.3.2真型塔I串工频电压放电特性曲线
根据国网电力科学研究院1000kV同塔双回线路真型塔I串外绝缘试验研究结论,1000kV交流同塔双回输电线路中相、下相工频放电曲线如图4.3-1、图4.3-2。
图4.3-1中相I串工频试验放电特性曲线(导线-塔身)
图4.3-2下相I串工频试验放电特性曲线(导线-塔腿)
4.3.3工频间隙确定
考虑多间隙并联对放电电压的影响,按照IEC60071-2推荐公式进行海拔修正,
式中Ka——海拔修正系数,kV;
H——海拔高度,m;
m——修正因子,取1;
所以空气间隙工频放电电压要求值U50%:
(式4.3-3)
查图4.3-1中相I串工频试验放电特性曲线和图4.3-2下相I串工频试验放电特性曲线,得工频间隙如表4.3-1。
表4.3-11000kV同塔双回线路工频间隙取值
海拔高度H(m)
0
500
1000
海拔修正系数Ka
(I串)
1.000
1.063
1.131
U50%(kV)(峰值)
(I串)
1005.9
1069.6
1137.2
间隙距离d
(m)
中相导线-塔身
(查图4.3-1)
2.06
2.24
2.43
下相导线-塔腿
(查图4.3-2)
2.51
2.69
2.88
本工程推荐的工频间隙取值见表4.3-2。
表4.3-2工频电压间隙建议值
海拔高度H(m)
0
500
1000
间隙距离d(m)(I串)
2.5
2.7
2.9
4.4操作过电压间隙确定
4.4.1空气间隙操作过电压统计配合系数的确定
操作过电压下的空气间隙距离选择时考虑以下因素:
(1)沿线最大的统计(2%)操作过电压水平Us为1.7p.u;
(2)计算风速为0.5倍的最大风速;
(3)考虑多间隙(m=100)并联对放电电压的影响;
按照国网电力科学研究院《1000kV同塔双回线路输电系统绝缘配合》专题结论,单空气间隙的操作冲击放电电压U50%按下式计算:
(式4.4-1)
式中Us——操作过电压,kV;
Z——取2.45;
σ1——单间隙的变异系数,取0.06;
σm——多间隙的变异系数,取0.024。
所以线路空气间隙操作过电压统计配合系数kc:
(式4.4-2)
《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620—1997)的规定:
线路空气间隙操作过电压统计配合系数K3取1.10;当送电线路采用V型绝缘子串时K3取1.25。
从上面可以看出,考虑了多间隙并联对放电电压的影响后,线路空气间隙操作过电压统计配合系数kc为1.263,较《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定的I串值要大。
4.4.2真型塔I串操作波试验放电特性曲线
根据国网电力科学研究院1000kV同塔双回线路真型塔I串外绝缘试验研究结论,1000kV交流同塔双回输电线路中、下相不同操作波试验放电特性曲线分别如图4.4-1~4.4-6。
图4.4-1中相操作波试验放电特性曲线(导线-上横担)
(波前时间1000μs)
图4.4-2中相操作波试验放电特性曲线(导线-上横担)
(波前时间250μs)
图4.4-3中相操作波试验放电特性曲线(导线-下横担)
(波前时间1000μs)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 空气 间隙 选择 研究 讲解