为了呈现、阐释和解决110 k V双回线路格构式复合材料杆塔在污秽性能试验中塔头局部放电这种罕见的现象和问题,首先介绍了典型设计的110 k V双回线路格构式复合材料杆塔结构特点,开展了真型试验塔头的污秽性能试验,观察到在塔头的玻璃绝缘子钢帽、节点金属螺栓等金属节点处有显著的局部放电现象。然后仿真计算研究了试验塔头的电位和电场分布,结合试验塔头涂污、但不进行喷雾的工频耐压试验以及金属螺栓周围采取涂覆室温硫化硅橡胶(RTV)涂料(提升介质表面介电强度)防护措施后的污秽性能试验,分析获得了塔头金属节点局部放电的机理:在导线试验电压激励下,塔头电位分布不均匀,绝缘子串两端电位差约为49.7 k V,约占试验电压的50%;在污秽和水雾同时存在的污秽性能试验条件下,防污性能较差的玻璃绝缘子串上产生了强烈的污层局部放电和电流;这些污闪电流电荷在金属节点上聚集,导致金属节点电场强度增强,达到电晕放电起始电场强度,引起局部放电。即承受电压较高、防污性能较差的玻璃绝缘子串是导致局部放电的根本原因和源头。据此,提出了采用加均压环的耐污型复合绝缘子替换玻璃绝缘子串的推荐防护措施,试验表明,该措施能有效避免塔头发生局部放电,而且塔头污秽闪络电压可高达145 k V,具有足够的防污裕度。
电气结构设计是110 k V格构式复合材料杆塔应用所关注的焦点问题,其重点在于如何提高防污和防雷性能。首先针对杆塔复合材料的绝缘特性进行了分类、分项测试,结果表明E型玻璃纤维增强型环氧树脂复合材料满足绝缘材料电阻特性要求,可用于制作绝缘杆塔。结合考虑断线张力等因素,通过污秽试验和电场仿真计算,确定了横担采用格构式横担悬挂加装均压环的FXBW-35/70防污型复合绝缘子的防污设计,试验表明,其污耐压高达145 k V。杆塔防雷须采用架设避雷线、且通过接地引下线逐塔接地的方案;针对复合材料被电弧烧蚀后易失去绝缘性和结构强度的特点,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下的方式。然后,开展了真型塔头雷电冲击放电试验,确定了引下线离塔身距离和下相横担离金属塔身距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。结合理论计算,获得了110 k V双回线路格构式复合材料杆塔的雷电性能,与同电压等级铁塔相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.14倍;在接地电阻为20Ω条件下,杆塔的耐雷水平提高了94%,而雷击闪络跳闸率降低了82%。综上,110 kV双回线路格构式复合材料杆塔采用提出的电气结构设计,具有更好的防污和防雷性能。
