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高压输变电外绝缘设备的选型与优化

电，是现代文明之光。今天，人类对电能的依赖不亚于水和空气，电力传输正如我们的交通，为人类社会提供了持续的能源供给。特高压输电是电力传输的“高速公路”，经过多年的努力，在解决了众多技术难题后我国的特高压输电技术已处于世界领先的地位。外绝缘设备是保证电力传输安全稳定不可缺少的重要组成部分，其中，绝缘子是最重要的一类外绝缘设备，目前广泛应用的绝缘子主要有瓷质、玻璃和复合绝缘子三类。由于出色的憎水性和憎水迁移特性，以及由此获得的优异耐污闪性能，以硅橡胶作为伞裙材料的复合绝缘子在我国电网中使用广泛，据不完全统计，目前全国挂网运行的复合绝缘子已超过800万支。然而，由于造型工艺简单，复合绝缘子的生产制造厂家可以根据需求调整模具在相同的绝缘高度或爬电距离的要求下制造出多种具有不同伞形结构的产品。项目组前期的研究发现，具有不同伞形结构的复合绝缘子（包括悬式和支柱）将具有不同的外绝缘性能（污闪和雨闪性能）。因此，通过某种手段进行伞形结构的优化和选型，不但可以提升外绝缘设备的性能，保障电力供给的安全性，还可以通过节约原材料或绝缘距离有效提升工程设计和运行维护的经济性。项目组与中国南方电网有限责任公司、清华大学具有长期的深度合作，本项目的试验研究均是在由上述两家单位合作共建的特高压工程技术（昆明、广州）国家工程实验室完成的。首先根据特高压输变电工程对于绝缘水平的要求，设计了三十余种具有不同伞裙结构参数的复合绝缘子试品；其次，复合绝缘子的生产制造厂家根据设计结果进行试品研制；第三，以试品为研究对象在实验室内开展一系列的大量实验研究，获得关键实验数据（闪络电压值），并采用多种方法对数据进行分析；最后，通过对比能够反映产品外绝缘性能的实验结果选出综合性能优异的试品，并以其伞裙结构参数作为优化设计的结果。成果应用：乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程（简称昆柳龙直流工程）是国家特高压多端直流示范工程，也是国家西电东送部署、推动构建清洁低碳安全高效能源体系的世界级输电工程。该工程采用混合直流输电方式，直流额定输电容量8000MW，额定电压为±800kV，工程起点位于云南省昆明市禄劝县昆北换流站，直流落点分别为广西柳州市鹿寨县柳北换流站和广东省惠州市龙门县龙门换流站，线路长度约1452km。项目组成员参与了“换流站站址污秽调查和预测以及外绝缘研究”工程前期专题研究，同时根据在特高压工程技术（昆明）国家工程实验室的实验结果，给出了工程三个昆北、柳北和龙门换流站直流设备的外绝缘配置要求，并将伞裙优化结果直接应用于上述三个换流站直流设备的外绝缘设计中。

中国地质大学（北京） 2021-05-10