特高压交流输电线路均压屏蔽环的结构设计研究本文考虑到特高压输电线路电压等级高、绝缘子串较长以及施工安装方便性，提出适用于特高压输电线路的均压环和屏蔽环的结构型式；应用有限元法对特高压输电线路典型绝缘子串型的均压环的结构参数进行了优化计算，使单片绝缘子的最大分布电压值和均压环表面的最大电场强度满足工程要求，并将有限元计算结果和试验结果进行了比较。
结果表明当均压环安装在高压侧第三片和四片绝缘子之间、均压环曲率半径为 500mm 左右、均压环管径为 120mm 时， 均压效果较好；管径为 120mm 的圆环型屏蔽环对高压侧金具具有良好的屏蔽作用，在要求的电压值下绝缘子串未产生可见电晕，无线电干扰值小于 60dB。
关键词：特高压；绝缘子串；均压环；屏蔽环；有限元；电压分布；电晕0 引言线路上运行的均压环采用封闭的圆环形，屏蔽环采用两侧跑道形。
所谓的圆环形并不是理论上的圆， 而是根据绝缘子串的联数和排列形式采用圆、椭圆或近方形圆等形状。
均压环套在绝缘子串的外面， 考虑到特高压线路绝缘子串长度在 10m 以上；对于重污秽地区，绝缘子串长超过 15m 甚至更长，为了在装、卸时不必卸开导线，开口式圆环使用比较方便。
耐张绝缘子串的屏蔽环没有采用以往的两侧轮型型式，而是采用开口圆环的型式，通过组合布置实现绝缘子串金具的屏蔽，如图 1 所示。
开口环最大的优点就是安装、检修和更换非常方便，但应控制好开口距离。
A2.A3特高压输电线路由于电压等级高，电晕和无线电干扰、绝缘子串的电压分布上升为主要问题。
通过安装设计合理的均压环和屏蔽环，可以有效地两联耐张串的结构简图A1.A4B1.B4 B2.B3善绝缘子串的电场分布，防止绝缘子串上产生电晕，降低无线电干扰电压。
国外对特高压均匀环和屏蔽环的研究较少，日本 1000kV 交流特高压输电线路悬垂绝缘子串采用了招弧角型式的均压环，耐张绝缘子串采用了组合式均压环，未安装屏蔽环，针对均压环的配置做了说明[1-3]；前苏联的 1150kV 交流特高压输电线路悬垂绝缘子串使用上导线进行均压，未装屏蔽环，耐张绝缘子串采用了圆环式均压环和屏蔽环[4-7]。
加拿大 735kV 交流输电线路耐张绝缘子串采用了开口式圆形均压环和屏蔽环，安装比较方便[8-9]。
我国的超高压 500kV 和 750kV 输电线路中，悬垂绝缘子串和耐张绝缘子串多采用封闭式均压环，屏蔽环形如操场跑道布置在导线束的两侧[10-13]。
1 特高压输电线路均压环和屏蔽环研究设计1.1 均压环和屏蔽环的结构型式关于均压环和屏蔽环的形状，其基本的要求是保护范围合适，不过于复杂。
目前我国超高压输电两联耐张串中均压环和屏蔽环的环体结构简图如图 2 所示，图 2(a)是两联绝缘子串采用的开口型式的跑道形均压环，图 2(b)为耐张串采用的圆环形屏蔽环。
(a) (b)均压环和屏蔽环的结构简图1.2 均压环和屏蔽环的结构基本设计均压环应具有合适的结构尺寸，能控制绝缘子、金具和环体自身的电晕，改善电场分布。
首先要确定的是其管径，管表面电位梯度必须小于产生电晕的临界电位梯度。
另外，均压环环体上扛位置和曲率半径不同，均匀效果亦不同。
均压环的基本设计主要是确定环体管径、环体曲率半径（即均压环管中心线至绝缘子中心的距离） 和环体上扛位置。
屏蔽环主要控制金具上的电晕，屏蔽环合适的管径保证自身不起晕，在同一电压等级下屏蔽环与均压环的管径相同。
屏蔽环套在分裂导线与连接金具上，屏蔽环环体与导线金具之间的净空应方便金具的拆卸，另外，在耐张串中，均压环和屏蔽环的均压环管径对均压环表面最大电场强度影响很大。
均压环管径不同时，均压环的表面最大电场强度变化如所示。
从图中可以看出，均压环管径增大，均压环表面的最大场强明显降低。
综合考虑以上因素，可取均压环管径为 120mm。
进行优化设计，我们计算了在不同位置安装不同尺寸均压环的绝缘子串电位分布。
在有限元计算中，以控制单片绝缘子分布电压的最大值和均压环表面最大电场强度值为目标。
特高压交流单回输电线路工程，直线塔是酒杯型塔，绝缘子串采用 IVI 型式即中相 V 串、边相 I 串。
悬垂绝缘子串的布置方式为绝缘子串片数统一取50 片，绝缘子型号XHP-300，结构高度为195mm，盘径 320mm。
计算模型中所用的绝缘子串型见表 1。
有限元计算中均压环某一结构参数变化时，其余结构参数的基本配置为管径 120mm、环体半径 500mm、上扛位置 3～4 片之间；屏蔽环管径 120mm。
单联悬垂绝缘子串考虑均压环结构尺寸的不同对绝缘子管径不同时均压环表面的最大电场强度变化曲线2.2 均压环环径不同时的绝缘子串电位分布计算表 3 是均压环管径不变、环体半径不同时绝缘子串电位分布计算结果。
当环体管径为 120mm 时， 均压环环径不同，其均压效果也不同。
当均压环环半径为 500mm 时，均压效果相对较好。
均压环环径不同时绝缘子串电位分布计算结果串电位分布的影响，依据确定的基本结构尺寸对其余计算模型进行校核。
计算模型所用的绝缘子串型环体半径(mm) 单片最大电压(kV)单片最大承受 备注电压百分比(％)结构 单联悬垂串 V 型悬垂串 耐张串类型 1×300kN 2×300kN 3×400kN 均压环 开口圆环形 开口圆环形 开口圆环形屏蔽环 / / 开口圆环形2.3 均压环安装位置不同时的绝缘子串电位分布计算2 均压环结构尺寸优化计算结果及分析2.1 均压环管径不同时绝缘子串电位分布计算为研究均压环管径对电位分布的影响，取均压环管径为 80、100、120、140mm 进行计算。
表 2 是均压环环径一定、管径不同时的绝缘子串电位分布计算结果。
从计算结果可以看出，随着均压环管径的增加，单片绝缘子承受的最大分布电压值逐渐降低。
但是，均压环的管径对单片绝缘子最大承受电压影响不大。
均压环的安装位置不同，均压效果也有差异。
在针对均压环安装位置的电位分布计算模型中，均压环管径为 120mm，均压环环体至绝缘子串中心的距离为 500mm。
2.3.1 单联“I”型绝缘子串的电位分布计算图 4 是无均压环、均压环安装位置不同时的单联“I”型绝缘子串分布电压曲线。
未安装均压环时， 绝缘子串的电位分布极不均匀，靠近高压侧的绝缘子承受的电压远远高于其它绝缘子承受的电压，单片绝缘子承受的最大电压达到 45kV。
均压环的安装改善了绝缘子串的电位分布，当均压环上扛到绝缘子第二片至第三片之间时，单片绝缘子承受的最大电压值为 25.5kV；当均压环上抗到绝缘子第三片至第四片中间位置时，单片绝缘子承受的最大电压值为 23.5kV。
显然，均压环的安装位置相当重要， 它影响绝缘子串的电位分布和单片绝缘子承受的最大电压值。
无均压环、均压环安装位置不同时的单联“I”型绝缘子串分布电压曲线2.3.2 V 型绝缘子串的电位分布计算图5 是均压环安装位置不同时的V 型绝缘子串电压分布曲线。
当均压环上扛到绝缘子第二片至第三片中间位置时，单片绝缘子承受的最大电压值为28kV；当均压环上抗到绝缘子第三片至第四片中间位置时，单片绝缘子的最大分布电压值为 27kV。
从以上的计算结果可知，均压环安装在上述两种位置时，均压效果都比较理想。
均压环应优先安低的位置，尽可能减少均压环对绝缘子串干弧距离的影响。
均压环安装位置不同“V”型串的分布电压曲线缘子的电压分布，但是对最高电压的绝缘子没有作用。
带和不带屏蔽环时的 V 型绝缘子串分布电压曲线2.5 耐张串的电位分布计算根据悬垂串均压环结构参数优化计算结果，对三联耐张串进行了校核计算。
均压环结构尺寸为管径 120mm、位置为 2～3 片之间和曲率半径 500mm 时，均压环表面最大场强为 1410V/mm；耐张绝缘子串的单片绝缘子承受的最大电压值为 26.8kV。
3 电压分布、电晕与无线电干扰试验为验证有限元计算结果，对上述有限元计算中涉及的绝缘子串型配置相应的均压环和屏蔽环分别进行了电位分布、电晕和无线电干扰等真型试验。
3.1 配置不同均压环时绝缘子串电压分布测试结果单联悬垂绝缘子串的电压分布按照以下几种工况进行了测试：无均压环、均压环处于不同位置和均压环管径不同。
测试条件： 导线悬挂高度 21m；施加电压100kV。
单联绝缘子串无均压环和均压环位置不同时的绝缘子串电位分布测试结果，均压环管径不同时的绝缘子串电位分布测试结果。
无均压环时，单片绝缘子承受的最高电压出现在高压端第 1 片上，占绝缘子串承受电压的 9.4%。
与有限元计算结果（9.0 %）基本一致。
均压环位于在高压侧第二片与第三片绝缘2.4 屏蔽环对 V 型绝缘子串电位分布的影响有、无屏蔽环时安装了均压环的 V 型绝缘子串的电压分布曲线。
从图中可以得出，屏蔽环对高压侧第一片绝缘子具有均压作用。
与不带屏蔽环相比，屏蔽环可改善 V 型绝缘子串第一片绝子之间时，单片绝缘子承受的最高电压出现在高压侧第 4 片上，占绝缘子串承受电压的 4.3%。
均压环位于高压侧第三片与第四片之间时，单片绝缘子承受的最高电压出现在高压侧第 5 片绝缘子上，占绝缘子串承受电压的 5.1%。
这与有限元计算结果不一致，有限元计算结果得出均压环位于高压侧第三片与第四片之间时，均压效果较好。
当单联悬垂绝缘子串使用的均压环管径相同时，均压环安装位置由高压侧第二片和三片绝缘子之间抬高到高压侧第三片和四片绝缘子之间，则绝缘子承受的最大电压值由 30.33 kV 增加到 35.86t 湿=20.4～27.6℃，b=100.6～100.96kPa。
表 4 为均压环安装在第二片与第三片绝缘子之间、耐张串屏蔽环管径为120mm 圆环时绝缘子串电晕试验结果。
表 4 中除注明均压环管径为 110mm 外，其余均为120mm。
串型的电晕试验结果kV，因而均压环安装在高压侧第二片和三片绝缘子电晕起始电压串型电晕熄灭电压观察对象之间时均压效果较好。
当均压环管径为 110mm 时， 单片绝缘子承受的最高电压出现在高压侧第 4 片绝缘子上，占绝缘子串承受电压的 5.21%。
当均压环管径为 120mm 时，单片绝缘子承受的最高电压出现在高压侧第 4 片绝缘子上，占绝缘子串承受电压的 4.3%。
这与有限元计算结果基本一致。
当单联悬垂绝缘子串均压环的安装位置在高压侧第二片和第三片绝缘子之间时，均压环管径由120mm 减小到 110mm，绝缘子承受的最大电压值由 30.33 kV 增加到 36.41 kV。
因而均压环管径为120mm 时均压效果较好。
10.009.008.007.006.005.004.003.002.001.000.001 6 11 16 21 26 31 36 41 46绝缘子片数均压环安装位置不同时分布电压试验曲线6.005.004.003.002.001.000.001 6 11 16 21 26 31 36 41 46绝缘子序号图 8 均压环管径不同时分布电压试验曲线3.2 电晕试验试验的各个绝缘子串型悬挂高度为 21m，试验电压为 696kV，试验气象条件：t 干=27.0～30.8℃， （kV） （kV）单联悬垂串 1109 1053 均压环均压环 可得出，优化配置均压环在规定最高电压下绝缘子串的电晕熄灭电压高于规定电压，不产生电晕。
当金具用于海拔高于 1000m 地区时，按照国家标准 GB/T2317.2-2000《电力金具 电晕和无线电干扰试验》进行海拔校正后可知，悬垂串金具位于海拔高度低于 4000m 地区时，不产生可见电晕； 耐张串金具用于海拔高度低于 2500m 地区时，不产生可见电晕。
3.3 无线电干扰试验无线电干扰试验测试频率为 1.0MHz，施加的交流电压值为 1.2 倍额定电压值。
表 5 是各个绝缘子串型的测试结果。
在 1.1 倍最高运行相电压下无线电干扰水平≤60dB。
从表中看出，各个串型的测试值满足要求。
4 结论通过对 1000kV 交流特高压线路绝缘子串的均压环和屏蔽环结构设计研究，并经过优化计算与验证试验，得出以下结论：（1）1000kV 特高压线路均压环的形体结构采用圆型环或近似圆形，环体采用开口型式，试验结果理想，安装、运行维护简单方便。
（2） 均压环管体采用120mm 的铝管弯曲而成，悬垂串的电晕熄灭电压最小值为 845 kV，最大值为1109 kV。
（3） 各个绝缘子串型中均压环配置为均压环管体直径 120mm、曲率半径在 500～600mm、均压环的安装位置上扛至第三片与第四片绝缘子之间时，单片绝缘子电压最低，均压效果理想。
（4） 屏蔽环的结构采用圆环的结构型式，电压加到 845kV 时，屏蔽环上无可见电晕，对高压侧金具起到了良好的屏蔽作用，防止了可见电晕的产生。