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5.4 换流站设备外绝缘设计

5.4.1 换流站交流侧设备外绝缘参考统一爬电比距应根据污区分布图确定的站址污秽等级，按照现行国家标准《污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定　第2部分：交流系统用瓷和玻璃绝缘子》GB/T 26218.2中的有关规定确定。

5.4.2 换流站直流侧设备外绝缘爬电比距应根据站址污秽水平预测的研究结果确定。

5.4.3 换流站直流侧设备外绝缘设计应符合下列规定：

1 直流侧设备的外绝缘应根据污秽特征选择合适的伞形结构。

2 直流极母线设备的套管宜采用复合绝缘型。

3 换流站直流侧极母线支柱绝缘子可选用瓷质芯棒复合绝缘型、玻璃钢芯棒复合绝缘型或涂防污涂料瓷质型支柱绝缘子。

4 直流侧设备干闪距离应通过研究确定。

5 高海拔地区换流站的外绝缘设计应根据海拔对外绝缘闪络特性的影响，进行高海拔修正。

条文说明

5.4.2 换流站直流侧污秽水平预测中的测试方法如下：

（1）根据拟建站址周边区域的气象条件、工业污染源分布情况（已建、在建和规划）、输变电设备运行的有关资料，通过污染源扩散模型和绝缘子表面积污模式通过计算机仿真计算了站址地区交流盘式绝缘子积污水平，并使用站址大气质量参数的监测确定了站址区的污秽等级。在此基础上，根据附近已有的直流换流站或交流变电站的积污测量数据和同类地区“直交积污比”预测换流站直流设备污秽水平的自然盐密值和灰密值。

（2）站址周边区域建设交、直流积污站，根据积污站的实测数据确定站址直流设备的污秽水平的自然盐密值和灰密值。

在换流站污秽水平预测方法1中，“直交积污比”是影响进行站址周边污秽水平预测的关键因素。而目前，在各国换流站和自然积污试验站得到的“直交积污比”数据存在很大争议。如日本根据能登、武山等沿海自然污秽试验站得到的直交流积污试验数据结果，提出了一条“直交积污比”随盐密增加而逐渐衰减的曲线，在补充了瑞典一组内陆数据后，国际大电网会议（CIGRE）第2203工作组公布了这一曲线（见图2），该曲线存在一定的盲目性，主要体现在如下几个方面：

图2 直交积污比

① 该曲线与国内外众多的现场测量数据相矛盾，如瑞典污秽地区测得交流场自然盐密为0.08mg/c㎡时的直交流自然盐密比为3.4；

② 该曲线未考虑实际工程中直、交流绝缘子使用差别：

③ 该曲线未考虑实际工程中站址周边污秽物性质的影响；

④ 该曲线未考虑实际工程中站址周边气象条件的影响。

近年来，国内也在不同地区进行了对“直交积污比”的试验研究，该数据的离散性也较大，因此，具体工程设计中建议对该值慎重选择。

而方法2由于受到具体工程情况的影响，有时不具备建设交、直流积污站的条件或者试验周期较短，不能真实反映拟建站址的污秽水平，同时更不能反映工程投产后，站址周边污染源、气象条件变化后的污秽水平，该方法也存在一定的局限性。

对于换流站，建议采用方法1和方法2相结合进行污秽水平预测，以提高其准确性。

5.4.3 本条是关于换流站直流设备外绝缘设计的规定。
根据拟建站址和附近区域的交流输变电设备的积污状况和同类地区“直交积污比”，预测该地区直流换流站直流支柱绝缘子污秽水平的自然盐密值和灰密值；根据直流换流站各类设备表面盐密与其平均直径相互关系和直流支柱绝缘子的预测值，推算其他各类直流设备套管表面的自然盐密值和灰密值，确定直流设备等价于自然污秽盐密值的人工污秽试验时使用有效盐密，在有效盐密下进行各类直流设备的人工污秽试验时，获取有效盐密和爬电比距的关系后，依据各类设备的有效盐密值确定各类设备的爬电距离；根据站址的灰密和盐密的比值、上表面和下表面盐密（含灰密）的比值，对现有的人工污秽试验数据进行灰密和上下表面积污比的修正；考虑外绝缘设计中存在诸多不确定因素以及不同试验室人工污秽试验结果的分散性，最终确定直流侧设备外绝缘时要考虑预留的适当裕度。当具体工程需要时要进行人工污秽试验，并依据人工污秽试验结果选择换流站直流设备的外绝缘。

国内外大量的试验数据表明，支柱绝缘子和垂直套管的外绝缘设计与其伞形结构密切相关，换流站使用的支柱绝缘子与垂直瓷套管伞形主要有两种：深棱形（或称防雾型，以下简称A型），标准伞间距为95mm，伞伸出与伞间距之比为1；大小伞形（以下简称C型），其伞间距在60mm~80mm范围内变化。

国内直流设备的外绝缘设计上采用如下方法：

方法1：

根据国内常规换流站的研究成果，绝缘子表面污秽度随绝缘子平均直径D的增加而减少，直流设备的垂直套管自然盐密修正系数S可按以下经验公式进行修正：

根据修正公式，可得到直流设备的垂直套管自然盐密值。

为解决自然污秽与人工污秽试验的等效性，需将自然盐密加以修正，获得等效人工污秽试验时的试验盐密（或称有效盐密）。国内大量现场测试结果表明，有效盐密修正系数在0.5~0.9范围内，具体工程根据工程实际情况进行选择。

目前，国内直流支柱绝缘子和大型瓷套管人工污秽试验数据较少，还需进一步开展试验研究工作。而日本该方面的试验数据较多也较为完整，可考虑暂时采用此试验数据。在试验盐密0.03mg/c㎡和灰密0.10mg/c㎡条件下，支柱绝缘子或垂直套管的爬电比距λ（mm/kV）分别由下式确定：

对于A型和C型支柱和套管，上式中A和N值选择不同。

不同盐密下换流站直流支柱绝缘子或瓷套管所需的爬电比距入可利用耐受电压与盐密的-0.33次方的幂函数关系进行折算。

除此之外，在我国污秽条件下，绝缘子表面的灰密一般都大于0.10mg/c㎡，需要进行灰密修正。

最后，考虑一定裕度后，换流站户外直流设备的爬电比距设计值按下式计算：

式中：
K一考虑测试条件变化等的安全系数；
λ一灰密修正后的人工污秽试验结果；

σ一试验结果的标准偏差，取σ=0.045。

方法2：

采用下式计算平均直径为250mm的绝缘子的爬电比距：

式中：
L——爬电比距（mm/kV）；
SDD——人工污秽等值盐密（mg/c㎡）。

对其他直径的套管/绝缘子爬电比距采用下式换算：

式中：
L_cr1一平均直径1设备的爬电比距（mm/kV）；
L_cr2一平均直径2设备的爬电比距（mm/kV）；
D_m1一平均直径1（mm）；
D_m2一平均直径2（mm）。
灰密（NSDD）指非溶性沉积物密度，式（4）是在NSDD为0.07mg/c㎡~0.10mg/c㎡条件下进行试验得到的结果。如果规定的NSDD≥5×SDD，则需按给定的NSDD由下式校正设备的爬电比距。

方法3：

根据人工污秽试验的50%污闪电压试验电压数据结果选择单位长度的污闪电压，根据高压直流设备的污耐压要求进行外绝缘设计。

方法2中未对直流设备的伞形结构提出相关的设计要求，因此，对于外绝缘设计存在一定的缺陷；而方法3需要大量的试验，目前还不具备工程采用条件。

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