-毕业设计--电力变压器继电保护优化设计-毕业设计.docx

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1、长沙电力职业技术学院毕业设计（论文）开题报告题目：电力变压器继电保护优化设计课题类别：设计口论文EZI学生姓名： 杨 俊学号:202101013635班级:电气1036班专业（全称）：发电厂及电力系统指导教师： 周 慧 娟一、本课题设计（研究）的目的随着我国电力工业的快速开展，电网的规模不断扩大，网络密集程度逐步提高。 电力变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此, 电力变压器在运行中间可能发生各种类型的故障或出现不正常的的工作状态。它的的 故障对电力系统的平安运行带来严重影响，特别是大容量变压器的损坏，对系统的影 响更为严重。二、设计1研究）现状和开展趋势随着电

2、力系统的高速开展和计算机技术、通信技术的进步堵继电保护技术面临着 进一步开展的趋势。仅设置系统各元件的继电保护装置远不能防止发生全电力系统长 期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发进行电气设备继电保护的相 关研究。继电保护是保障电网平安稳定运行的第一道防线继电保护在电网的快速开展 中发挥着越来越重要的作用。此外继电保护的专业特点表现为技术含量高、涉及环节 多、管理要求细。而随着继电保护的日益开展重视和加强继电保护队伍建设显得尤为 重要三、设计的主要内容、重点与难点四、设计(研究)进度方案2021. 12.23收集资料2021. 12. 26线路覆冰的影响-2021. 12. 29线

3、路覆冰的形成原因-2021. 1. 4对线路覆冰的预防和处理措施进行探讨和研究2021. 10准备成品、辩论五、参考文献1潘宝良.浅谈电力变压器继电保护设计.科技资讯.2021 (34)2俞如兵.3张雪松.4肖晓亮. 2021(07)浅析电力变压器的继电保护J科技资讯.2021(30)阐述变压器中继电保护的设计J.中国新技术新产品.2021(23)电力变压器保护易出现的故障及应注意的问题J.农村电工.5刘静华.6郭立新.7张国矍.浅谈变压器保护的选择J中国电力教育.2021(21) 电力变压器继电保护设计J.西北职教.2007(08) 电力变压器的保护J.群众科技.2021(02)8王峻.浅谈

4、电力变压器的继电保护J.科技创新导报. 2021(19)指导教师意见签名：教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）：年 月 日长沙电力职业技术学院2021届毕业论文课题名称：输电线路架空导线覆冰分析及防范措施专 业：高压输配电线路施工运行与维护学生姓名：李仲军学 号：202101030920班 级：输电0809班指导教师：周慧娟长沙电力职业技术学院毕业设计（论文）课题任务书（2021年下学期）系部名称：电力工程系课题名称电力变压器继电保护的优化设计学生姓名李仲军专业发电厂及电力系统学号202101013620指导教师周慧娟任务书下达时间2021.11课题概述：一、设计题目:某电力变压器继

5、电保护的优化设计二、原始资料：输电线路的覆冰和积雪严重威胁着电力网络及设备的平安运行，线路大面积覆 冰常导致一些输电铁塔不堪重负而倒塔断线，使电力设施遭到消灭性破坏，对电力 系统的平安运行产生严重危害因此，对架空线路覆冰分析和防范措施进行研究是十 分必要的。三、论文任务1 .明确输电线路架空导线覆冰的危害和影响因素。2 .总结归纳已有的线路覆冰处理措施，并探讨新的线路覆冰预防和处理措施。参考文献1曾昭桂.？输配电线路运行和检修?.北京：中国电力出版社，2007王守礼.？微地形微气象对送电线路的影响?.北京：中国电力出版社，19993法赞（加）主编.？电网的大气覆冰?.黄新波等译.北京：中国电力

6、出版社，20214蒋兴良.？输电线路覆冰及防护?.北京：中国电力出版社，2002金西平.？二自I回50OkV送电线路工程施工图设计水文气象报告?.成都：西南电力设计院，19966刘渝.？中低海拔与高海拔地区导线覆冰分析?.成都：西南电力设计院，20037吉野正敏.？局地气候原理?.南宁：广西科学技术出版社，1984设计（论文）成果要求：（包括设计或论文正文的字数和质量等要求等）1.观点明确，思路清晰。2.本论文要求字数在1200015000之间。起止日期要求完成的内容及质量进度2021. 12.21.1.2.收集资料。线路覆冰的影响。及3.线路覆冰的形成原因。要4.对线路覆冰的预防和处理措施进

7、行探讨求2021. 105.和研究。准备成品、辩论。审核批准（系主任）（教务处）长沙电力职业技术学院毕业设计（论文）评阅表指导 教师 意见指导教师签名:年月H评阅教师意见评阅教师签名:年月a辩论成绩辩论组长签名:年月日总评成绩指导教师签名:年月日前言大气覆冰有各种各样的形式，通常是非常美丽而且无害的。但是有时也可能对许多 类型的人造设施，包括电网和运输系统等构成严重的威胁。如果冰或黏性积雪附着在输 电线路上，会增加输电导线的质量，在风载荷作用下就有可能打破输电线路平衡系统的 稳定，最终导致其局部或全部崩溃。覆冰还可能产生其他影响，例如冰块或湿雪附着在 绝缘子上最终弥合棚间距，从而导致闪络和停电

8、事故。剧烈冰爆还可能造成更严重的损 失，甚至导致生命的丧失。我国是世界上送电线路覆冰严重的国家之一。2021年的南方冰灾提醒我们线路覆冰 不容小视，同时线路覆冰也是一个复杂的过程，它联系到微地形微气象、线路设计以及 对线路电气性能的影响等诸多方面，是一个庞大而系统的科学。国外由于气候和地域关 系，开展电力覆冰技术研究的历史比拟长，研究比拟系统、广泛和深入。目前国内大多 进行覆冰理论、冰闪机理和杆塔强度设计等方面的研究工作，并建立了大量的观冰站、 气象站进行现场观察和数据收集，研究了大量预报结冰时间、导线除冰、地线除冰等相 关技术。尽管如此，国内外都没有对大气覆冰现象作出全面综合的研究，相关研究

9、结果 给输电线路设计的帮助也微乎其微。本篇论文根据线路覆冰研究的情况和自身所学知识，本论文主要包括三方面内容第 一局部论述线路覆冰对电网的危害，以线路绝缘子覆冰和冰雪对输电线路导线动力学的 影响为重点。第二局部论述影响线路产生覆冰的因素，主要从地形、地貌、气象等方面 进行分析。第三局部论述输电线路架空导线覆冰的预防和处理措施。由于编者水平有限加之时间仓促，论文中难免会有不妥之处，还望老师能够批评指摘要本论文主要论述输电线路架空导线覆冰分析及防范措施，包含线路覆冰的危害、影 响线路覆冰的因素、线路覆冰的预防措施和处理方法。在线路覆冰的危害中，对覆冰线 路导线的动力学和绝缘子的电气性能进行了论述，

10、重点论述了风激振动、尾迹振动、导 线舞动、绝缘子的规格材料、绝缘子的冰闪机理和影响因素、冰闪的预防措施等方面的 内容。在影响线路覆冰的因素中，主要围绕微地形微气象对送电线路的影响进行了论述。 先从整体再到微观气候地形，较系统的论述了线路覆冰的气象和地形原因。最后一局部 论述了线路覆冰的处理措施，主要论述了常用的机械除冰法和热除冰法，并对热除冰方 法进行了比照。同时综合多方面的资料提出来了新的除冰方法。关键词:输电线路；架空导线；覆冰目录前言摘要第1章概论1.1输电线路架空导线覆冰的危害11. 2影响输电线路架空导线产生覆冰因素21.3输电线路覆冰的预防和消除措施3第2章输电线路架空导线覆冰的危

11、害分析1. 1线路覆冰对导线动力学的影响42. 2输电线路架空导线覆冰对绝缘子电气性能的影响8第3章 微地形微气象对导线覆冰的影响3. 1引言191.1 2我国地形分布特点及冬季大尺度气候特征193.3 微地形微气候特征243.4 微地形微气候对覆冰的影响273. 5微地形微气候导线覆冰讨论283.6结语30第4章输电线路架空导线覆冰的处理措施4. 1现有输电线路除冰方法325. 2输电线路除冰新方法34后记37致谢38参考文献39第1章概论1.1 输电线路架空导线覆冰的危害自20世纪70年代以来，输电线路覆冰导致的故障一直是国内外电力系统严重自然 灾害之一。近几年来，我国50OkV输电线路因

12、覆冰所引起的故障也时有发生，严重威胁 着电力系统平安稳定运行，对国民经济带来巨大损失。覆冰对线路的危害有过负荷、覆冰舞动和脱冰跳跃、绝缘子冰闪、杆塔变形、倒塔、 导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。据统计，2003年度全网50Okv线路因覆冰引起的跳闸数位12次，事故数为7次， 覆冰舞动主要发生在西北、东北、和华东地区，覆冰区一般在微地形区。当气象条件到 达覆冰条件时，导致线路覆冰，更严重情况还会发生舞动，最恶劣的事故还导致倒塔发 生。2004年度全网50OkV线路因覆冰引起的跳闸次数为20次，事故数为11次。覆冰舞 动主要发生在湖南、辽宁、湖北北部地区。2004年12月2231日冷

13、空气南下，湖南省 境内气温急剧下降，受恶劣天气影响，大量输电线路严重覆冰，线路的许多绝缘子串被 冰凌桥接或被冰块包裹，导致线路跳闸、强停，500kV直流线路4次跳闸。图11金具损坏图12塔头损坏2005年度全网500kV线路因覆冰引起的跳闸次数为29次,事故数为13次，+500kV 线路因覆冰引起的跳闸数为11次，2005年春节前后华中冰灾事故发生时，导线覆冰厚 度到达20毫米以上，最严重的到达100毫米，远远超过线路设计标准，机械荷载超过 了铁塔、导地线的结构、材料的屈服强度，导致铁塔倒塌、变形，导地线断裂。另外， 塔间跨度不同，加大了铁塔两侧水平不平衡张力，造成铁塔扭曲、折断；导地线的融冰

14、 时间不一致，导致架空地线弧垂下降以后与导线之间发生放电，造成多条500kV、220kV 线路跳闸和架空地线断线。2021年初，我国南方发生了 50年一遇的特大冰冻灾害，从全国电网看，雪灾的触 角覆盖湖南、江西、湖北、河南、四川、重庆、安徽、浙江、福建乃至整个中国南部。 输电线路地线悬垂、导线扭曲变形、绝缘子断裂、铁塔倒塌、给电网带来前所未有的危 害,其中受灾最为严重的华中电网直调系统共发生225条次50Okv线路故障跳闸，保护 动作约3000次，是2007年动作总数的6倍多。在受灾最严重的湖南电网，32条50OkV 线路中有30条线路由于冰雪冬雨导致屡次故障和跳闸；江西电网所有500kV线路

15、全部 发生过故障跳闸，并与华中主网屡次解列，孤网运行；湖南电网共发生616条次22OkV 线路故障跳闸，保护动作约5000次。江西电网共发生178条次220kV线路故障跳闸， 保护动作约1700次。这其中还有多条线路倒塔、断线、光缆受损断裂、光缆通道中断。 国家电网公司经营区域内37个地市的545个县（区）供电受到影响，其中80个县（区） 供电几乎全部中断。灾害累计造成国家电网公司范围内707座变电站停运971次，造成 输电线路杆塔损毁142984基（根），断线11734处，直接财产损失 达104. 5亿元。由以上数据可知，近年来我国输电线路冰灾事故严重。事故一旦发生，将造成大面 积范围的停电

16、，严重影响供电可靠性，同时也造成了巨大的经济损失。1.2 影响输电线路架空导线产生覆冰因素架空导线的覆冰是在初冬季节和初春季节（气温在一5。C左右），或者是在降雪或 雨雪交加的天气里，在架空线路的导线、避雷线、绝缘子串等处均会有冰、霜和湿雪混 合形成的冰层上。这是一层结实而又紧密的透明或半透明的冰层，形成覆冰的原因，是 由于在自然界物体上附着水滴，当气温下降时，这些水滴便凝结成冰，而且越结越厚。有时，也会在导线外表上结一层白霜，呈冰渣性质，其质量比真实的覆冰少很多， 但其厚度却大得多。一般当空气中有大量的水分且有有微风时，最易形成霜。在湿雪降 落时，湿雪一方面粘在导线上，同时又会浸透正在结冰的

17、水，使冰层越来越厚，最厚可 达IOcm以上。当风向和导线平行时，覆冰的断面成椭圆形；当风向与线路垂直时，覆 冰的断面呈扇形，即在导线的一个侧面；当无风时，覆冰那么是均匀的一层。此外，覆冰还与线路的走向有关，在冷、热空气的交汇处经过的线路，覆冰就更严 重。覆冰在导线和绝缘子上停留的时间也是不同的，这主要决定于气温的上下和风力的 大小，短那么几小时长那么达几天。1. 3输电线路覆冰的预防和消除措施为了防止覆冰引起的故障，设计杆塔时，应考虑由于覆冰形成的外加负荷。对经常 发生严重覆冰的地区，架设耐覆冰式的线路，这种线路的杆塔较一般杆塔机械强度大， 档距较短，导线张力较小。为了防止碰线，导线应采用水平

18、布线的排列布置方法，并应 适当的加大导线和避雷线之间的距离。选择线路路径时，应注意避开冷、热空气的交汇 处。但是在覆冰特别严重的地区，上述措施还是不够的，覆冰仍可引起破坏线路的事故。 因此，在运行中必须观察导线上产生覆冰的情况，并采取适当的措施予以消除。消除导线上的覆冰，有热方法、机械方法、降低冰粘着力强度和预防过冷水滴冻结 等方法。在论文的后面会专门对线路覆冰的预防和消除措施进行专门的论述。第2章输电线路架空导线覆冰的危害分析在输变电工程中，导线覆冰现象较为普遍，输电线路覆冰引起的故障严重地影响 了电力系统的正常运行。覆冰可以引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络, 从而造成重大事故

19、。导线覆冰是一个复杂的过程，覆冰量与导线半径、过冷水滴直径、 含风量、风速、风向、气温及覆冰时间等因素有关。根据全国覆冰情况的统计数据，发 现北方地区虽然气温低，但因气候枯燥，所以较少出现重覆冰。即使偶尔出现，也由于 覆冰量很少，对送电线路不构成太大的威胁，在冬季，有高空西南暖湿气流的长江以 南高海拔地区受覆冰灾害影响较严重。1.1 线路覆冰对导线动力学的影响引言暴漏在大自然中的输电线路导线很容易受到由风引起的震动，包括风激震动和尾迹 引发的震动。这些震动可能影响导体及其配件的可靠性和寿命，但在需要的时候安装阻 尼装置或间隔棒，间隔棒阻尼器可以将震动的影响减少到非破坏性的水平。然而，当冰 冻雨

20、沉淀附着在导线上时，这两种现象的严重性可能大幅增加。此外，被冰覆盖的导线 可以再阻尼能力之外的频率范围发生风舞动。舞动，作为一种风致不稳定状态，也会发生在覆冰的导线上，并有可能导致导线的 移位。舞动是由运动引起的励磁现象，在单根导线和到线束上均可发生。对电力架空线上覆冰影响的直接观察是理解相关现象非常必要的工作。如果没有这 些观察数据，仅仅靠对目前机制不切实际的推断，在分析的根底上会得到一些不正确或 者不完整的解决方案。因此存在大量的变量因素，例如架空导线的设计、覆冰或降雪沉 积物厚度和冰及风速的大小等，这些不同现象的技术开展水平应当总结出来。对输电线 路或试验线路覆冰的天然或者人工的观测会促

21、进对这些现象更好和更深层次的理解。许 多影响都有现场数据支持的局部或者近似的模型，他们在减少损害方面都是很有帮助 的。风激振动风激振动和风在导线外表作用产生的压力起伏有关，就像湖中的漩涡一样。无论导 线处于动态还是静态，这种压力都会产生，这种动态模型的空气动力学分析是通过雷诺 数来反映的雷诺数可以表示为：Re=VdIU式中v风速d一导线的直径u一空气的冻黏度例如：风速为20kmh的风作用在直径为25mm的导线上，雷诺数可以到达10%这 种情况下，此雷诺数下的裸导线边界会有薄片状的残留物，从液体残留在导线处的停滞 点开始一直是位于平均角度为91的别离点。混合层从别离的局部开展然后转变并以涡 流的

22、形式向前开展。涡流脱落摆脱的不稳定频率，是由斯德鲁哈尔数以及流速和导体的 直径决定的，见式：fu d导线的风激振动是由于漩涡频率接近导线的共振频率引起的。实际中，引起风激振 动的风速可以在斯德鲁哈尔风速的20%范围之内。对于一个圆柱体，斯德鲁哈尔数接近 0.2,在雷诺兹常数的合理范围之内。导线一致的拧合会使之偏离光滑圆柱体的特性。 然而，在覆冰的作用下导线形状的改变会使得斯德鲁哈尔常数发生变化。在传输导线上，风激振动是以多重的正弦波的形式振动的。振荡的频率可以从3 150Hz,振幅可以到达导线直径的大小。在风速的范围内，到导线振动的稳定振幅取决 于气流中的风力和导线阻尼能力的平衡，导线的阻尼能

23、力自阻尼或者其他的辅助设备。 自然气流可以随着导线振动振幅度的增加而改变。波幅很少能超过导体的直径在波幅的位置。因为导体的内阻随着频率而增加，风激 振动的振幅就随着频率的增加而减少。风能从风转化为振动的导线可以用一下的形式来 表达：zl a YP = d4f3fnc(-)a式中Y一振幅。公式中。C(J)取决于风道的测试。尾迹引发的振动回忆覆冰对尾迹引发振动的认识，主要是集中在次档距振荡方面，随着对导线束上 逐步发生的、扭曲的或者垂直的风激振动越来越少的曲解并且在导线硬件方面要求的降 低。这些现象仅仅发生在有附属导线的束导线上，顺着风向一个接着一个发生。当次档 距发生在临界风速之上时，逆风向的导

24、体档距会被激发振荡，代表性的是椭圆形轨道的 振动。尾迹引发的振动主要受到导线束的内外径比的间距、次档距的长度、沿着跨距间隔 装的分布以及导线束倾斜角的影响这里可能有两个因素受到覆冰增加的影响，第一个是 比率ad,这个比值对于输电线路来说通常在1020之间。对于这样的数字，从空气动 力学的角度看，对于迎风的次导线的励磁是没有任何的意义的，但是次导线却是通过间 隔装置机械连接的。在全段实验线路上的实验说明，被风的次导线受到鼓励的力量可以 大道引起导线的碰撞。而且在次档距振荡中，迎风的次导线能够通过跨越之间的间隔棒 机械连接被鼓励起来。这种事情很少在运行的导线上发生，因为次档距振荡可以被沿跨 距安装

25、的足够数量的间隔装置所限制。但是，如果大量的覆冰作用在次导线上，a/d比 率就会减少，这样就会在被风的导线上作用一个增加的空气力量，使得次档距振荡有可 能发生，虽然这种现象在这个场情况是可能被控制的。次导线在覆冰情况下的垂直摆动在400kV的四芯导线束传输线上可以被观察到，可 以持续好几个小时，结果摆动对间隔装置增加了很大的压力。但是，这种问题相比于覆 冰时的风动舞动还是很少发生的。导线的舞动导线舞动和次档距振荡相对于微风振动来说发生的几率较低。舞动多发生在冬季，而 且分裂导线比单导线容易发生。但舞动的能量很大，持续时间也较长。一旦发生舞动，会 造成输电线路短路、断线、倒塔甚至大面积停电，给国

26、民经济和社会生活带来巨大的损失。最早有记载的舞动发生在美国。20世纪30年代以来。输电线路舞动事故较多的美、 加、苏、英、日等国相继投入了巨大的人力与物力。从舞动机理、防舞措施及相关理论、 模型与现场试验、计算机仿真等方面进行了研究。在导线舞动领域取得了大量成果。我 国有关舞动的记载始于20世纪50年代。由于受地形、微气象条件等因素的影响，输电 导线舞动事故屡有发生，在我国东北、华北、华中、华东和西北地区的输电线路都发生 过不同程度的导线舞动。根据现有资料，自1957年至2005年初，我国共发生了 48次 导线舞动，涉及线路168条，损伤导线70根，引起线路跳闸124次以上。尤其是1987 年

27、湖北中山口大跨越导线舞动，造成5条导线损伤。1988年该处再次舞动，造成导线1 伤1断引起了有关方面极大重视。形成舞动的因素非常复杂而各种因素又相互影响，因 此输电线路导线舞动是输电技术领域一个危害较大、防范比拟困难的问题之一，解决导 线舞动问题在国际上至今仍是一个难题。线路覆冰是舞动的必要条件之一。舞动多发生在覆冰雪导线上.覆冰厚度一般为 2.548 mm。在前苏联按覆冰层厚度划分I、II、III区中，在U、山区内观察到最经常的 舞动大约占全部舞动事故的80%.而I区内的舞动几乎没报道过。导线上形成覆冰需具 备3个条件：(1)空气湿度较大，一般90%95%,干雪是不易凝结在导线上。雨淞、冻雨

28、或 雨夹雪是导线覆冰常见的气候条件；(2)适宜的温度，一般为05C,温度过高或过低均不利于导线覆冰；(3)可使空气中水滴运动的风速一般大于Im/s。综观国内历次导线舞动。输电导线舞动的危害主要有以下几种：(1)舞动使耐张塔的主材接点和横担紧固螺栓松扣、磨损，甚至剪断，严重影响 铁塔受力。导线舞动过程，其实质就是强大的持续风力的能量，通过导线扭动运动。逐 渐转化成自身机械能量以及转化为铁塔的往复振动形成的自身机械能量的过程。塔材因 往复振动所产生的塔材相对位移，必然会造成螺栓脱落或松动。(2)由于舞动的力学作用，使得已有内部绝缘损坏或机械损伤的绝缘子钢脚破裂,造成掉线停电。(3)舞动产生的导线交

29、变应力造成导线损伤或导线金具磨损、导线断线。（4）舞动使相间导线间隙减小，导致相间短路。导线舞动会引起相问短路跳闸， 即使是重合良好，容易在几分钟之内再次跳闸，不但影响供电。而且造成导线严重烧伤。1.2 输电线路架空导线覆冰对绝缘子电气性能的影响引言我国是世界上输电线路覆冰最严重的国家之一。自1954年有输电线路冰灾事故记 录以来，19741976年、1984年、2005年、2021年相继发生了全国范围内的大面积冰 灾事故，2021年12月华中、华东、西南等地区五十年一遇的大暴雪、冻雨天气造成 了河南、湖南、湖北、江西、四川、重庆、浙江、安徽、广西、贵州和云南等电网输电 线路和杆塔大面积覆冰，

30、输变电设施受损严重，给国民经济和人民生活造成了严重影响。 严重的覆冰不仅会导致输电线路导线和杆塔损毁，也会导致导线对地线、导线对导线的 短路以及绝缘子闪络等电气事故。在我国几次大的冰灾事故中，绝缘子闪络事故屡次发 生。2021年1月23日，江西超高压分公司50OkV磁南线342号塔绝缘子串的闪络痕迹 （见图21）。湖南岳阳供电局110 kV枫树坡变电站隔离刀闸由于覆冰闪络造成爆裂， 损坏的隔离刀闸（见图22）。因此有效预防输电线路和变电站绝缘子冰闪跳闸对于提高输电线路平安运行有着重要的工程价值。3） B相大号侧第1片（图22） 11OkV枫树坡变电站因冰 闪损坏的隔离刀闸（图21） 500kV

31、磁南线342号绝缘子串冰闪痕迹我国自20世纪70年代以来，就十分关注覆冰的危害，对其进行了长期的观测和研 究，特别是对绝缘子覆冰。绝缘子覆冰是一种特殊的污秽形式。在高寒地区绝缘子面临 的覆冰积雪的危害更严重。覆冰积雪对绝缘子电气强度的影响主要表达在两个方面：一 是冰雪在泄漏电流或局部小电弧的热作用下融化，使绝缘子外表污秽湿润，或污染的冰 雪融化后导致绝缘子外表电阻值降低，即污秽绝缘子外表冰层融化以后，融化的冰雪本 身就是一种特殊的污秽形式；二是冰雪的堆积改变了绝缘子的外形结构，特别是冰凌产 生以后，冰凌的形成改变了绝缘子沿面的泄露路径，并导致在正常运行电压下沿绝缘子 外表的电位分布放生变化。覆

32、冰随然是一种特殊形式的污秽，但覆冰绝缘子的放点过程 比污秽绝缘子放电更为复杂，所涉及的问题更多。绝缘子的功能、规格和材料.1绝缘子的功能露天的高压线路绝缘子，主要用来机械支撑高压导线，并保持导线与其它的导线以 及地面电气距离。绝缘必须在正常的工作电压下保持低频率的闪络故障。并且能够承受 雷电以及开关通断时产生的涌电流。如果不能到达这种效果，绝缘子电弧很可能导致闪 络的发生，电流会完全绕开绝缘子，直接通过空气中的电弧使导线之间以及导线与其它 结构之间发生短路。.2绝缘子规格公认的IEEE技术标准中指出随着冰雪的增加，会在泄露距离上建起一座桥梁，形 成一座跨越干弧距离的冰雪通道。我们对绝缘子的规格

33、确实切定义如下：泄露距离（爬电距离）指的是沿绝缘子外表测量的金属部件之间的最小距离之和， 泄露距离通常是在应用区域的污染物水平到达最大值时确定的，对于陶瓷柱体的绝缘 体，必须在上釉以及烧制前将粘土圆柱体的骨架和裙边修剪干净。而对于陶瓷和盘式玻 璃绝缘子串，他们的伞裙间距和直径都是固定的，泄露距离并不是随着包含的伞裙数量 和陶瓷外表下的骨架和圆盘形的绝缘子串额的增加而增加。干弧距离指的是绝缘子上金属部件之间的最短空气距离，干弧距离限定绝缘子根本 脉冲的水平，并说明是都到达NESC以及IEC的规定。伞距指的是绝缘子外表伞状突起之间的距离。而对于圆盘状的绝缘子串，指的是从 一个绝缘子的底部到另一个圆

34、盘绝缘子上外表的距离，如果伞距较大，就需要积聚更多 的覆冰，才能形成跨越绝缘子的干弧距离的连续冰雪通道。.3绝缘子的材料自从20世纪90年代，绝缘子通常采用电气陶瓷或电气玻璃，用来制造玻璃的根本 材料是粘土、长石、石英、瓷器以及硅、纯碱、白云石、石灰石、长石、硫酸钠等。在 陶瓷的外表上釉后烧制，是陶瓷具有良好的力学性能以及更高的外表电阻率。玻璃的盘 式绝缘子在架空线上比陶瓷绝缘子更有优势，但是在变电站，陶瓷柱和陶瓷套管更为常 见。自20世纪80年代以来，电力工业已经转向非陶瓷绝缘体。在比拟潮湿或相对湿度 比拟大的情况下，以乙烯、丙烯二烯单体橡胶和硅橡胶为原料制成的绝缘子比陶瓷和玻 璃材料的绝缘

35、子外表的电阻率高的多。好的材料应该具有疏水性，这样可以使绝缘子在 潮湿的情况下仍能保持良好的性能。聚合物绝缘子更具本钱效益，而且在很大程度上， 比陶瓷绝缘子更加可靠，主要原因是每米干弧距离含有的原件更少。许多专业的书籍都详细介绍了耐高压绝缘子技术的演变过程以及现有的制造工艺。 这些资料详细介绍了在寒冷情况下绝缘子的机械性能，但是只有很少的篇幅对其电气性 能做了介绍，无论是陶瓷绝缘子还是非陶瓷绝缘子再覆冰不断增加的情况下仍能很好的 保持电气惰性是很重要的，在冬季比拟寒冷的条件下，冰雪层的电气特性是必须要确定 的。线路绝缘子串冰闪机理和影响因素.1线路绝缘子串冰闪机理覆冰是一种特殊的污秽，在融冰过

36、程中，绝缘子外表将形成导电水膜，因此冰闪与 污闪放电相似，其放电过程也是由外表泄漏电流引起的，但其放电机理不同于污闪。覆 冰不仅引起绝缘子串电压分布的畸变，而且会引起单片绝缘子外表电压分布畸变，这种 电压分布畸变是绝缘子串冰闪电压下降的主要原因之一。XP-70绝缘子7片串电压分 布（见图23）。图中：为电压分布，单位为乐N为绝缘子编号。604002468N7XP70表面有冰但伞裙未桥接；-7XP-70表面有冰且2-6号绝缘子伞裙被冰凌桥接；-7XP-70表面有冰且1-6号绝缘子伞裙被冰凌桥接（图23） XP-70绝缘子7串的电压分布覆冰绝缘子的闪络过程如下：覆冰导致绝缘子（串）电压分布畸变，接

37、地端、尤其是 高压端承当很大的电压；随着电压升高，绝缘子串的高压端和接地端发生蓝紫色的电晕 放电现象，电流一般在52OmA范围内，此时冰开始明显融化；电压继续升高，当电 流超过20 mA后，蓝紫色的火花变成粉红色并突变为白色电弧，当白弧电流到达25OmA 时，间歇性白弧稳定燃烧和开展，各段电弧迅速连通并跨接串长的70%左右；电弧电流 超过45OmA后，电弧迅速连通两极而完成闪络。2线路绝缘子串冰闪影响因素U）覆冰类型的影响输电线路的覆冰可分为雨淞、混合淞、雾淞、积雪和白霜。现有研究成果说明：雨 淞和混合淞比雾淞对绝缘子电气性能的影响更大，混合淞的最低闪络电压最小；雾淞由 于结构蓬松，附着力小而

38、易脱落，其耐受能力明显比雨淞高；积雪绝缘子的绝缘性能要 比覆冰绝缘子好。试验结果说明：覆冰绝缘子的交流耐压比积雪绝缘子低40%,而在直 流条件下，覆冰与积雪的电气强度是相同的。从覆冰的干、湿增长过程来看，湿增长的 覆冰绝缘子比干增长的覆冰绝缘子耐受电压低，湿增长的覆冰更危险，或者说“干冰 的闪络电压要比“湿冰的高。（2）覆冰过程的影响早在1970年，Renner等人就指出闪络容易发生在绝缘子覆冰结冰期或融冰期， 而重庆大学在进行了大量的人工覆冰和自然覆冰观测、试验之后发现，覆冰绝缘子放电 更易发生在融冰期。在2021年1月23日江西超高压分公司500 kV磁南线342号塔绝 缘子串的闪络就是由

39、于当天气温上升，绝缘子覆冰融化而导致的。(3)污秽的影响洁净的覆冰(冰层中不含其它杂质)或覆冰水电导率很低的冰层并不会使绝缘子冰 闪电压明显降低，只有冰层中有污秽物存在，即覆冰前绝缘子已经被污染或覆冰过程中 覆冰水受污染，其闪络电压才会明显降低。随着污秽程度(覆冰水电导率或盐密)的增加， 覆冰绝缘子的闪络电压将明显下降。污秽对覆冰绝缘子闪络电压的影响也可表示为Uf= MS-bJ式中：Uf为闪络电压；M为由绝缘子型式、串长、海拔等确定的系数；S为污秽程 度，可分别由覆冰水电导率丫 20或盐密表征，单位为MS/cm或mg/cm； b为表征污秽程 度对冰闪电压影响的特征指数。(4)覆冰量的影响目前，

40、加拿大、美国、前苏联等国家的科学家一般用覆冰厚度来表征覆冰程度，而 中、日学者习惯用覆冰质量来表征覆冰程度。实际上，在不考虑冰凌长度影响的情况下， 绝缘子的覆冰厚度和覆冰质量是成正比的，上述2个参数具有一定的等价性。无论从 覆冰厚度还是覆冰质量来说，覆冰对绝缘子闪络电压的影响都是随着覆冰量增加而加重 的，但当覆冰量到达一定程度后，最低闪络电压的下降就不明显了。覆冰量对冰闪电压 的影响可表示为：UJW) = U/(O)L式中：Uf(W)、Uf(O)分别为覆冰量在W(单位为kg)和。时的闪络电压，单位kV； m 为表征覆冰量影响的特征指数。覆冰厚度对绝缘子冰闪电压的影响受到污秽的影响，当 存在污秽

41、时，影响减弱。海拔的影响由于覆冰是一种导电物质，绝缘子冰闪电压随着海拔高度的增加、气压的降低而逐 渐降低，压对冰闪电压的影响可表示为Uf=Uf,(PE)式中：Ufs Uf.o分别为气压P、标准大气压PO下的闪络电压，单位为kV； n为气压 影响特征指数，绝缘子型式、电压极性、覆冰程度、污秽程度不同时，n不同。同时必 须注意，研究成果说明：当存在污秽时，气压对冰闪电压的影响程度随着污秽增加而有 所不同。线路绝缘子串防冰闪措施迄今为止，关于覆冰绝缘子串交流闪络电压与串长是否呈线性关系一直未达成共 识，但增加绝缘子串片数可以提高冰闪电压已得到普遍认可。因此在允许的条件下，增 加绝缘子片数、提高绝缘配

42、置是一种有效的提高冰闪电压的方式。但对于已有线路，增 加绝缘子片数受塔头尺寸的限制。因此国内外在提高冰闪电压方面，采用了V形串和刷 涂防冰涂料等措施。从冰闪机理来看，预防绝缘子串冰闪应从防止绝缘子上形成覆冰、防止绝缘子串伞 裙边沿形成连续“水帘及水滴落下时防止成串、成帘来考虑，试验和运行实践说明， 阻隔导电率高的融冰水形成闪络通道的水帘是提高冰闪电压的根本措施。在预防措施上 可以采取以下几种措施：(1)室温硫化硅橡胶涂料室温硫化硅橡胶涂料外表具有憎水性，其在防污闪中有着优异的表现。局部研究者 希望使用防污闪复合涂料来防止绝缘子上覆冰的形成。根据实验室人工模拟试验结果可知：在覆冰初期，由于PRT

43、V的憎水性，过冷却水 滴在绝缘子外表呈水珠状，局部水滴易滑离绝缘子外表，因此在初期绝缘子外表覆冰较 未涂覆PRTv的绝缘子外表轻，但仍会形成覆冰，且覆冰呈颗粒状，冰层中形成微小“空 腔型气隙；覆冰一段时间后，PRTV外表被多气隙和凹凸不平的冰层覆盖，其外表粗糙 度明显大于未涂覆PRTV的外表，改变了覆冰外表的流体力学特性，使其外表更易捕获 水滴、迟滞水滴的流失，覆冰速度反而较未涂覆PRTv的外表快；随着覆冰时间的增加，PRTV外表凹凸不平的间隙逐渐被填平，外表光洁度与未涂覆PRTv的外表一致，覆冰速 度也趋于一致。PRTV涂层的憎水性引起覆冰状态的改变，使冰层内部形成“空腔，这 更易发生局部放

44、电。与未涂覆PRTV相比，涂覆PRTV的绝缘子冰闪电压将降低7%-15%, 同时，不断熄灭和重燃的局部电弧会烧伤和破坏PRTv涂层。 20为340 SCnb平均 每片冰重为1. 11.2 kg时，PRTV对绝缘子冰闪电压的影响（见图24）。（图24） PRTV对绝缘子冰闪电压的影响其中Uf为冰闪电压为绝缘子片数。然在覆冰初期PRTV具有延缓覆冰的作用， 但在覆冰严重后其效果并不明显，且涂覆PRTV的绝缘子冰闪电压比未涂覆PRTV的绝缘 子冰闪电压低，因此涂覆PRTV不是有效的防冰闪措施。（2）绝缘子串布置方式线路绝缘子串的悬挂方式有垂直串（I串、II串）、水平串、V型串、倒V型串，其 中II串

45、由于并联效应，冰闪电压比I型串低4%-9%,因此不推荐在重冰区使用。后3 种串型均能有效阻止绝缘子串伞裙边沿形成连续“水帘，虽然水平串对提高绝缘子串 冰闪电压的效果很明显，但由于直线杆塔采用水平悬挂方式，很难改造，因此本文不作 讨论。试验结果说明：相同覆冰条件下，倒V型布置绝缘子串的冰闪电压比同样片数垂直 布置的绝缘子串冰闪电压低，如当覆冰水电导率为340 scm且绝缘子串长为7片时， 倒V型布置的FC100/146绝缘子串冰闪电压为102. 5 kV,垂直布置的冰闪电压为111.2 kV,倒V型布置比垂直布置低8. 5%；绝缘子串长为13片时，倒V型布置的冰闪电压 为190. 2kV,垂直布

46、置的冰闪电压为204.8 kV,倒V型布置比垂直布置低7. 7%。造成 这种现象的原因有2个：一是倒V型覆冰绝缘子的冰重比垂直布置的覆冰绝缘子约重10%15%,根据现有 结果，绝缘子串冰重每增加10%,其冰闪电压约降低5%6机二是倒V型布置的绝缘子，其覆冰效果是冰棱仍然垂直向下，此时绝缘子的放电路 径可能不是沿着绝缘子沿面向上开展，而是通过冰棱沿着最小放电路径向上开展，通过 观察，试验过程也证实了这种现象的存在。因此在同样绝缘子串长的情况下，倒V型悬挂不可取。但在现场实施过程中，为保 证倒V串在垂直方向上的空气间隙不变，对倒V串要增加2片绝缘子，即绝缘子垂直布 置7片串时，倒V串应为9片，以F

47、C 100/146绝缘子、覆冰水电导率340 Scm时为 例，7片串倒V布置的覆冰绝缘子闪络电压为102.5kV,按线性关系推导，那么9片 串倒V布置的冰闪电压为131.8 kV,而7片串垂直布置的冰闪电压为111.2 kV, 9片串 倒V布置的冰闪电压比7片串垂直布置的高18.5%。因此，在保证垂直方向空气间隙长 度不变的情况下，倒V布置的覆冰绝缘子串闪络电压比垂直布置的高。(3)间插方式冰凌在绝缘子串上下压电极间贯穿桥接的平均时间对覆冰绝缘子串的泄漏电阻有 影响，因此日本学者据此提出了采用不同直径的绝缘子组合成串方式以预防冰闪。在绝 缘子覆冰期间，这种方法可阻止冰凌垮接大伞间距离、延缓整串绝缘子覆冰桥接时间， 使冰闪电压下降。在融冰期，这种方法