绝缘水平

输电线路的绝缘水平是电网安全运行重要保障。由于输变电线路走廊越来越紧张，大部分输电线路采用同塔双回/多回架设、多回输电线路走廊相近等方式。在某一回输电线路检修时，由于另外运行线路无法陪停，运行线路会在检修线路上产生很强的感应电干扰，现有测试设备无法测得线路绝缘电阻值，也无法保证测试人员人身和设备安全，导致在感应电环境下无法测试检修或将投运的输电线路绝缘电阻，极大影响输变电设备的检修效率和供电可靠性。对此，项目组研制了在感应电环境下的输电线路绝缘电阻测试仪。该装置主要使用串联谐振、并联谐振组成的混合谐振网络法，抑制感应电的干扰，绝缘电阻表通过综合谐振网络后便可直接测量线路绝缘电阻值，实现了输电线路在带有感应电的情况下的线路绝缘电阻测试，并能保证测试人员和测试设备的安全。 技术特点或创新点：1.研制的测试仪器适用于110kV~500kV输电线路，抗感应电压达100kV，在感应电下可测线路绝缘电阻和感应电压，设备操作简便和安全可靠。国外现有抗干扰绝缘测试仪表只能抗数干伏感应电。2.该仪器研制使用了高、低压隔高装置，确保设备和人身安全。利用并联谱振和串联谱振形成谱振网终，抑制线路的工频感应电压，并使用感应电压表将高压与低压隔离，降低感应电对现场人员和设备危害的风险。3.研制了基于电流驱动的折线放大表头，对感应电进行测量，将感应电大小定量告知现场操作人员，控制风险。4.测试仪器已推广至广西电网9家地市供电局；已有4家广东、云南、贵州电网公司下属检修部门联系试点应用。截止月前，累计在12回110kV500W输电线路上应用，其中为高铁牵引站外部电源、核电）送出等重要线路开展测试，节省大量线跨停电和检修时间。成果已获得授权专利3项，其中发明1项，实用新型2项。

全面打造--流现代化配电网，国家电网领导提出，必须紧紧围绕“可靠性高、互动友好、经济高效”的目标。配电网的雷电事故约占整个电力系统雷电事故总数的70%~80%，因此须加强配电网的防雷工作，才能保证供电的安全性、可靠性。为减少线路过电压造成的跳闸事故，在线路建设过程中一般采用架空绝缘导线和提高线路绝缘子的绝缘水平。架空绝缘导线提高了电网绝缘性能、安全性能，但却带来了新的雷击断线、跳闸、绝缘子闪络等问题，提高绝缘子的绝缘水平容易导致雷击过电压沿导线危及变电站或配网台区设备，严重威胁配网电路安全运行。 目前，10kV线路上大多采用安装无间隙避雷器的方式避免雷害，实现对线路的保护。无间隙氧化锌避雷器能有效截断工频电流、限制雷电过电压，但存在缺陷:必须长期承受工频电压，引起氧化锌阀片老化，使避雷器寿命缩短，影响其保护性能。若土壤电阻率高， 线路杆塔接地不良，在出现过电压时，线路上的避雷器不能彻底有效地释放大电流，就会形成工频续流在线路中振荡，从而造成线路上的电压上升，危及安全。 本项目所研发设计的无工频续流放电间隙装置，安装方便灵活，不受现场环境制约，放电间隙由支撑绝缘子固定，无需现场调节。装置应用于配网输电线路，通过放电间隙和工频限流器的配合，将瞬间的雷击能量通过间隙放电和限流元件平稳释放，防止工频续流产生，有效保护线路及线上设备;避免了常规避雷器因雷击产生的大电流通过不合格接地产生的瞬间高压对线路及设备的反击，同时通过“疏导”方式将雷击着弧点引到放电间隙，有效防止雷击产生的绝缘导线断线事故的发生。

GIS（六氟化硫封闭式组合电器）应用范围广、维护工作量小、环境适应能力强。但是随着近年来地质灾害的增多，地震频发和装机容量不断增加，极寒、强震、高海拔地区市场的不扩大，对GIS提出了更高的使用要求。为了满足市场需求，保障国家建设坚强电网的安全运行，研发了满足以上条件的GIS产品。 本项目提出了气室热平衡的计算方法，开发了GIS产品外包伴热带的结构设计，实现了GIS设备运行中SF6气体在液化温度之上并留有一定裕度的目的，满足了用户极低环温-42.4℃下的使用要求。提出了套管耐震计算和解析方法，开发了套管的耐震结构设计，实现了套管耐震水平加速度达到0.546g的高参数，突破了国标0.5g的最高要求。提出了套管内外绝缘的分析计算方法，开发了高海拔用套管的结构设计，提高了套管的高海拔适应能力，实现了550kV GIS在海拔4500米下的工程应用。提出了绝缘件的国产化改进方法，研发了新的绝缘件。 项目设计的加热保温装置能使产品安全运行在-42.4℃极低温环境下；设计开发的套管耐震水平加速度达到了0.546g，突破了国标0.5g的最高要求；高海拔用套管达到可耐受雷电冲击2574kV、工频1137kV的绝缘水平，超过了UHV的耐受值，也是国际上550kV产品迄今为止最高的外绝缘水平；绝缘件通过雷电冲击值高于国标要求。 项目获得授权发明专利7项、实用新型专利3项，发表中文核心论文2篇。以上成果已成功应用于550kV GIS锡盟换流低温项目，潍坊、雅安高震区，藏中联网高海拔等严酷工作环境中。绝缘件的研制也为低成本工作带来了很大成效。本项目的研发成功填补了行业空白，拓展了GIS产品在各种严酷工作环境下的应用领域，对于引导我国电工装备制造产业升级，提高国际竞争力具有重要意义。

预览交流1000千伏特高压输电技术具有输送容量大、距离远、效率高和损耗低等技术优势。我国特高压工程建设初期，国内外没有成熟技术和运行经验，但电网发展对特高压输电又十分迫切，为确保工程按期投运、安全运行，工程的安全性考虑是重中之重。近几年来，特高压交流工程进入大规模建设阶段，仅北京市的特高压工程就有张北-北京西-石家庄、晋北-北京西-天津南、锡盟一北京东一济南等多个特高压工程。因此，“确保安全性、提高经济性”，进一步提升特高压输电的经济性已成为特高压输电的更高目标。本项目在特高压输电过电压抑制技术和绝缘配合方面开展了大量研究，为节省工程投资、提高设备的运行可靠性提供了强有力的支撑。 本项目聚焦于优化过电压的限制措施和特高压变电站的绝缘水平，在前期特高压工程过电压和绝缘配合研究成果的基础上，紧密结合我国特高压电网发展的特点，总结国内外相关研究成果，进行深入研究，达到进一步提升特高压输电经济性的目的。

为研究低频输电下GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）中单相盆式绝缘子的沿面闪络特性，采用电-热-流体多物理场耦合仿真，考虑因集肤效应引起的温升变化以及材料性能参数的温度依赖特性，计算得到不同工作频率下盆式绝缘子的电磁损耗、温升特性与沿面电场分布。基于时间-体积理论，综合考虑温度对气固界面电场分布以及有效载流子产生速率的影响，计算得到不同电压幅值和频率下盆式绝缘子的沿面闪络概率。仿真结果表明：低频输电方式能够有效缓解电磁损耗，降低GIS罐体内的最高温度，在相同绝缘结构配置下具有更高的沿面闪络电压。研究成果可为校核不同工作频率下气体绝缘高压电气设备的绝缘水平提供理论依据。

直流配电网具有传输能力优异、源荷接入灵活、供电稳定可靠等突出技术优势，现已从理论研究阶段向示范工程发展，并初步形成了若千国家和行业标准。本讲座围绕柔性直流技术，全面介绍了系统设计、核心器件与装备、控制保护、前沿创新等方面的先进研究成果;针对配电领域，从电压等级、拓扑结构、接地方式、绝缘水平、控保架构等方面深入探讨了柔性直流技术的应用前景及其标准化设计方向。

±500kV 直流输电线路是我国大电网的重要组成部分，送电距离长，输送容量大，具有重要战略意义。±500kV 直流输电线路由于自身绝缘水平和耐雷水平较高，线路故障再启动功能动作速度快，对雷击短时故障具有较强的抵御能力，国内外在设计建设时，一般都没有考虑特殊的防雷应对措施。然而据统计，实际运行中±500kV 直流输电线路雷击故障依然占有较大比例，极闭锁引起的紧急故障停运时有发生，大负荷情况下给系统造成较大的冲击。±500kV 直流线路防雷形势十分严峻。针对±500kV 直流输电线路，我国目前采用的防雷改造措施主要有降低接地电阻、减小保护角和安装塔顶避雷针，但是在落雷密集区域和土壤电阻率较高的地区，使用效果很不理想。随着我国高压直流输电线路建设力度的逐年加大，研制开发高压直流输电线路用雷电防护装置已成为一个新的研究热点。经验表明，线路避雷器可以有效提高输电线路的耐雷水平，是当前线路防雷最为有效的手段之一。但是，线路避雷器的应用目前还仅限于 35-500kV 交流输电线路，尚未涉及到高压直流输电线路领域。国内外至今还未有±500kV 直流线路避雷器挂网运行的工程实例。正是基于高压直流输电线路对雷电防护装置的这种迫切需求，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司组织研制了±500kV 直流系统用线路型带串联间隙复合外套金属氧化物避雷器（以下简称“±500kV 直流线路避雷器”）。

大气环境的污染，以及户外一次设备外绝缘水平的限制，不同程度影响了变电站设备的安全运行，根据实际运行经验可知，带电水冲洗是防止变电站设备发生污闪事故的一种行之有效的手段，是在常规清扫设备基础上的补充，可延长电气设备停电清扫周期，目前带电水冲洗技术已在国内电力系统得到了普遍应用，其中深圳电网所辖户外变电站每年的冬春两季需开展不少于一次带电水冲洗。然而，如何精细化评估带电水冲洗的效果一直以来都是未能解决的难题。 由于带电水冲洗工作的瞬时性，水流收集的不可控性，目前尚没有装置或仪器能够提取变电设备带电水冲洗后的残液，从而难以真实分析冲洗工作对于绝缘子表面污秽物的影响。因此，变电站运维人员一般通过冲洗前后的绝缘子盐密和灰密测量数据的比较，评估水冲洗的效果，然而，该种方法需要设备停电，不利于供电可靠性的保障，实施难度较大，且难以及时评估绝缘子表面污秽变化情况。因此，本项目提出了通过对变电站支柱绝缘子带电水冲洗残液的采样和电阻率测量，定量评估带电水冲洗的方法，拟研制一种收集变电站支柱绝缘子带电水冲洗残液的取样器，帮助技术人员对带电水冲洗的效果进行评估，为后续冲洗方法、冲洗次数以及污秽度检测等防污策略的制定提供参考。

电缆系统长期运行可靠性事关电网安全，涉及国家经济发展和社会稳定大局。直流电缆是实现大电网柔性互联、远距离大容量输电和新能源电力规模化利用的关键电力设备之一。与交流电缆不同，直流电缆在运行时，绝缘材料中的结构缺陷、结品度、添加剂、交联剂分解产物及其他杂质等，易引起电荷的积聚形成空间电荷，造成绝缘层内部电场分布畸变，加速电缆的老化和击穿破坏，缩短电缆寿命，危及电网安全。 国际大电网会议CIGRE认为，空间电荷特性不仅是评价直流电缆绝缘性能的关键指标，也是直流电缆绝缘水平的标志。空间电荷测试技术作为研究电缆空间电荷问题的重要手段，是国内外长期研究但未能突破的核心技术。开发空间电荷测试技术，抢占国际核心技术制高点，实现准确测量和合理评估工程应用的直流电缆空间电荷特性，既是保障电网运行安全可靠性，又具有政治意义。

本项目所属高电压工程领域，涉及到变压器、电气测量等多个专业，在国家自然基金等支撑下历时13年，采用“产-学-研-用”结合方式协同攻关完成。 随着电压等级升高，电工设备绝缘水平已经成为影响其制造难度和安全运行的首要因素：油浸式大型变压器作为电网框纽设备，其绝缘缺陷的试验诊断技术，在质量监控和风险管控方面的作用意发重要。2013～2018年中国电力设备管理协会220kv及以上电压等级变压器运行分析表明：绝缘系统发生故障/缺陷最多，占比约40%；该绝缘故障/缺陷源于产品设计、制造工艺、外协件质量、运输、运行等几方面；而绝缘缺陷产生的局部放电（PD）是加剧运行变压器油纸绝缘老化并演变至绝缘击穿故障的首要原因。 项目组针对油浸式变压器绝缘系统承受的电压类型，探索典型绝缘缺陷在不同类型电压作六址7人用下的放电机理基础上，结合现场试验测试需求，开展了适用于变压器出厂试验0区中3在线监测或带电检测的PD诊断关键技术攻关。