张克胜 薛利军

摘 要：±1100kV直流棒形悬式复合绝缘子对绝缘距离、结构高度和爬电距离有较高要求，因其需要承受较大的机械和电气负荷，本文从结构入手，重新对绝缘子的均压环、伞裙和金具结构进行了设计，综合分析后选择合适的芯棒的外套材料，满足特高压直流复合绝缘子的实际需要。

关键词：特高压直流；机械强度；棒形悬式复合绝缘子；均压环

中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0146-02

国家经济总量持续高速发展，对能源和电力的需要越来越大，能源供应不足时国民经济发展的短板。根据预测，电力装机容量达到10-12亿千瓦方能满足经济发展需求，同时对电力输送提出更高要求。在今后的电网发展中，直流高压输电将会成为输电发展方向。在高压输电线路中，绝缘子污秽问题比较严重，玻璃材料和瓷是目前耐高压悬式绝缘子的主要组成成分。使用这种材料的绝缘子重量大、长度长，造成塔窗尺寸大、存在安全隐患等问题，需要研究新型适合±1100kV特高压直流输电线使用的复合绝缘子。

1 概述

±1100kV直流复合绝缘子属于“新材料”技术领域的输电设备，它的组成结构由伞裙、芯棒、外护套、金属端头等部件组成。内绝缘和机械负荷主要由芯棒承担，外绝缘由护套和伞裙提供，并且避免空气对芯棒的腐蚀[1]。复合绝缘子整体结构如图1所示。

2 产品尺寸及参数

±1100kV直流复合绝缘子需要更高的电气及机械性能，产品结构形式在技术上与800kV复合绝缘子有诸多相同和不同，首先其组成结构大体相同，均由芯棒、金具、均压环、伞裙等组成，根据±1100kV直流高压线路大多负责西电东送，使用环境差别大，要求其雷电冲击耐受电压不小于4950kV、直流湿耐受电压不小于1250kV/min、湿操作冲击耐受电压不小于2500kV、机械负荷在850kN到1250kN之间，可见电晕电压不小于+1290kV[2]。

3 芯棒参数

芯棒采用玻璃纤维属于耐酸的耐高温无碱芯棒，采用ECR改性型，芯棒是内绝缘组成部分，并且承受巨大机械负荷，要求其抗拉强度大于1150MPa，并且完成4天70%额定负荷的耐酸试验。

4 金具结构及形式

从结构形式上看，单节和双节是±1100kV特高压直流输电线路复合绝缘子多采用的形式，单节绝缘子连接形式为环-环，双节绝缘子为环-环，中间由脚球、帽窝进行连接。绝缘子在高压直流电作用下，其表面电流的泄露对绝缘子本身产生腐蚀作用，对现有运行绝缘子进行检查发现，脚球端金属附件的正极和帽窝端金属附件的负极多发生电解腐蚀，泄露电流随着绝缘子污秽受潮和绝缘子表面电导的增加而增加，表面电流增大造成更严重的电解腐蚀。其解决方式是将锌环熔铸在帽窝金属附件和脚球金属附件接触部分，锌环多彩虹采用半包胶方式，锌的纯度为99.99%，锌环的厚度5.5-6.5mm，外露部位的重量超过55g，锌环的总重量均不小于130g。压接工艺多用于复合绝缘子金具连接，能可靠增连接件的可靠性，并且压接工艺简单、可靠，较小的强度分散。压接工藝的原理是采用大吨位的压接机对端部金具进行挤压产生塑性变形，对芯棒端部进行禁锢，金具与芯棒的接触面上产生预压应力。为达到较高的整体密封效果，对金具胶料充填处表面作打毛、涂胶、预烘处理，确保胶料与金具的粘接牢固，从而保证高压绝缘子在机械性长周期运行可靠性上的要求。

5 伞裙材料及结构

±1100kV直流复合绝缘子多采用硅橡胶作为材料，受制于硅橡胶加工技术，目前进口复合硅橡胶好于国内同类产品，具有抵抗力强、耐老化、绝缘能力好等优良电气性能，适应温度范围-50℃到+80℃，具备迁移性和恢复性特点且憎水性强，采用经过处理，其表面可产生具有疏水性的白炭黑，增强与硅橡胶亲合能力，伞裙材料采用硅橡胶可使其拥有优异的抗紫线、耐老化性能；利于硅橡胶对其的包裹及硫化胶疏水性的提高。氢氧化铝微粒采用进口硅烷偶联剂处理，表面羟基在高温下可引起硅氧键的断裂，耐老化、耐紫外线性能也更好，由亲水性变成憎水性，分散性更加均匀，阻燃性最优，与硅氧烷分子的相溶性更好[3]。

对伞形结构的设计是否合理直接关系到有效的绝缘子爬电距离。复合绝缘子的伞形一般分为四种结构，分别为U型四伞结构、双U型七伞结构、V型三伞结构和W型五伞结构。合理的设计可以提高绝缘子自动清洁污秽的能力。外绝缘配合是否恰当是伞裙形状设计的关键，其设计原则是复合硅橡胶与空气界面的击穿强度小于沿空气的击穿强度，避免爬电距离易被短接。±1100kV直流复合绝缘子伞形结构可以提高产品外绝缘的电气性能，应采用五伞形组合，也就是W型。通过对四种伞形结构的耐压性能试验结果和设计参数的对比，考虑到输电工程设备常年运行在海拔高、覆冰、雪的恶劣环境，W型五伞结构的复合绝缘子符合高压输电的要求。W型五伞结构绝缘子耐冰闪、耐雨闪、耐雾闪、耐污性好、不易闪络、沿面放电电压高等突出优点，±1100kV特高压交流绝缘子均采用W型。

6 均压环

复合绝缘子存在极不均匀的电场分布，尤其是强场区会出现在高电位一侧。复合绝缘子的尺寸小，主电容油中间绝缘体和端头，仅上、下两端有金属端头。而传统的瓷绝缘子串主要由瓷绝缘子串组成，两者的电容结构有很大不同。必须对复合绝缘子采用特殊结构防止击穿场强，可采用改善电场分布及引弧作用的圆形金属保护环来实现。为了避免绝缘子的损坏，必须使空气的击穿场强大于绝缘子的最大场强，避免发生电晕放电导致无线电干扰和能量损失。采用圆形金属保护环可以均匀复合绝缘子的电位分布，复合绝缘子收到电晕切割的影响会大幅降低，提高绝缘利用率。为了防止鸟害、冰雪侵袭和减少闪络，同时改善绝缘子的电位分布，复合绝缘子均压环易采用铝合金制成，低压端为了屏蔽高、低压端的电场，应采用封闭式结构，高压端绝缘子上、下端各装一只均压环，采用大、小均压环结构。

通过对增加均压环的负荷绝缘子进行有限元三维电场分布仿真计算，计算结果十分理想，这种设计结构可有效的改善复合绝缘子硅橡胶与金具连接处的电场分布，防止绝缘子金具端面电晕，保护金属附件、芯棒及伞套不被电弧灼伤，小均压环外侧电场得到了有效的屏蔽，提高复合绝缘子的运行可靠性。

7 结语

我国中东部地区消耗了大部分电力资源，而中西部地区存有大量的化石能源，±1100kV特高压远距离输电可以化解这种能源分布的不均衡的矛盾。目前根据800kV直流复合绝缘子的设计研发经验而设计出的±1100kV直流棒形悬式复合绝缘子，可以满足实际运行工况对绝缘子技术要求，满足目前装配制造水平和电网对资源配置能力的要求。

参考文献

[1]舒印彪，刘泽洪，高理迎，王绍武.800kV 6400MW特高压直流输电工程设计[J].电网技术，2006，（1）：1-8.

[2]腾国利，魏宁，徐礼贤.800kV特高压直流棒形悬式复合绝缘子的研制[J].电网技术，2006，（12）：83-86.

[3]张端峰，刘云鹏，邵士雯.800kV特高压直流复合绝缘子电场有限元分析[J].华东电力，2011，（7）：1116-1119.