輸電線路絕緣子選型分析論文

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摘要：輸電線路絕緣子的正確選擇和使用，可保證絕緣子的安全穩定運行，從而減少停電和線路的運行維護。為此，對江蘇電網500kV輸電線路絕緣子的運行情況及特點進行了分析、介紹，提出了正確選擇和使用絕緣子的建議。

關鍵詞：電網；高壓輸電線路；絕緣子；選型

Abstract：Thecorrectselectionandapplicationoftransmissionlineinsulatoraretheguaranteeforlinesoperationrelaibility.Forthis，thepracticaloperationsituationandthecharacterof500kVtransmissionlineinsulatorinJiangsupowernetworkareana_lysed，thesuggestionshowtoselectandusethelineinsulatorareproposed.

Keywords：powernetwork；high_voltagetransmissionline；insulator；typeselection

近幾年江蘇電網發展迅速，截至2001年底，全省投運的500kV線路3174km、500kV變電站11座。線路使用的絕緣子種類繁多，目前輸電線路使用的絕緣子按型式主要分為盤式絕緣子和長棒型絕緣子。下面介紹這2種絕緣子的特點。

1盤式絕緣子的特點

盤式絕緣子按材質可分為盤式瓷絕緣子和鋼化玻璃絕緣子。

1.1盤式瓷絕緣子

盤式瓷絕緣子是最早用在線路上的絕緣子，已有一百多年的歷史。它具有良好的絕緣性能、抗氣候變化的性能、耐熱性和組裝靈活等優點，被廣泛用于各種電壓等級的線路。盤式瓷絕緣子是屬于可擊穿型的，它是采用水泥將物理、化學性能各異的瓷件與金屬件膠裝而構成的，在長期經受電場、機械負荷和大自然的陽光、風、雨、雪、霧等的作用，會逐步劣化，對電網的安全運行帶來威脅。特別是含有劣化絕緣子的絕緣子串發生閃絡（由于雷擊或污閃等原因）時，可能會使劣化的絕緣子頭部瞬間發熱爆炸，造成導線落地的事故。華東電網在1996年底的大污閃事故中，500kV系統有11條線路因霧閃發生72次跳閘。其中，3條線路因零值絕緣子爆炸造成導線落地；2條線路多串絕緣子結構中有1串因零值絕緣子爆炸斷串。

2000年9月22日，江蘇省220kV溧陽變電站220kV旁母、正母瓷瓶發生因大量低值絕緣子的存在而導致的掉串事故。所以劣化絕緣子的檢測工作非常重要，前系統停電是較難的，即使線路停電，也無足夠的時間和人力進行全線絕緣子的檢測工作。因劣化絕緣子的安裝位置和分布區域的原因，向來是絕緣在線檢測的一個難點。目前常用短路叉法和火花間隙法檢測，這些方法易于檢測零值絕緣子，測試方法簡單，但準確性較低，對低值絕緣子，特別是1串中存在多片低值的情況下，則很難作出正確的判斷。瓷絕緣子的老化率隨其運行時間的延長而逐年上升。

1.2鋼化玻璃絕緣子

鋼化玻璃絕緣子具有較好的機電性能，其抗拉強度、耐電擊穿性能、耐振動疲勞、耐電弧燒傷和耐冷熱沖擊性能等都優于瓷絕緣子。且與瓷絕緣子不同，玻璃絕緣子具有零值自爆的絕緣自我淘汰能力，這樣就很容易被發現，無需對其進行絕緣測試。自爆率通常在前3年較高，這與瓷絕緣子相反。數十年的運行和試驗數據證明，鋼化玻璃絕緣子具有長期穩定的機電性能和較長的使用壽命。防污型玻璃絕緣子為取得較大的爬電距離，只有在傘裙下表面增加數個深棱來實現（由于工藝的原因，無法像瓷絕緣子通過雙傘或三傘增加爬距）。當用于粉塵污染較嚴重的地區，因這種鐘罩深棱的傘型自潔能力差、清掃不便，下表面結垢嚴重，造成耐污閃能力大大降低。從江蘇電網運行情況來看，鐘罩深棱型絕緣子（包括瓷的和玻璃的）不適合江蘇地區這種以粉塵污染為主、污染較重的地區使用，如果使用，應充分考慮其爬電距離的有效利用系數。1999-2002年，江蘇省500kV線路污閃跳閘中，只有7%（一次跳閘）是瓷雙傘絕緣子，其余都是玻璃絕緣子。這里針對的是懸垂串絕緣子，全省尚未發生過耐張串絕緣子的污閃跳閘。

2長棒型絕緣子的特點

長棒型絕緣子按材質可分為合成絕緣子和長棒瓷絕緣子。

2.1合成絕緣子

合成絕緣子具有質量小、強度高、耐污性能好、維護工作量小等諸多優點。硅橡膠合成絕緣子表面具有憎水性，且附著在傘裙表面的污染層也具有憎水性(即硅橡膠的憎水性遷移)，這大大提高了合成絕緣子的抗污能力。從國內的使用情況來看，歷次的大面積污閃事故中，合成絕緣子都表現出優異的抗污閃能力，在外絕緣水平偏低和污染較重的情況下，合成絕緣子是個較好的選擇對象。國外合成絕緣子的研制和掛網較早，使用范圍很廣泛，已取得成功的運行經驗。國內合成絕緣子生產廠家經過數代產品的改進，生產技術水平大大提高，主絕緣成型技術已達到國際先進水平。合成絕緣子端頭的連接型式是多種型式并存，但逐步趨向國際先進的探傷監控下的壓接式，其結構簡單、美觀，產品質量的人為分散性得到控制。合成絕緣子的長期機械可靠性主要依靠：芯棒的質量和截面尺寸、金屬端部附件特性以及附件與芯棒的連接質量。傘套為芯棒提供保護，并提供必要的爬電距離，要求它有長期的憎水性、較好的抗氣候變化的性能、較高的撕裂強度等，常采用一些試驗(如5000h加速老化試驗)，可檢驗傘套的長期性能。為改善端部電場分布，降低無線電干擾程度，提高電暈起始電壓等原因，500kV合成絕緣子兩端都裝有均壓環，但均壓環的存在降低了放電距離。

從合成絕緣子運行中發生的事故、故障情況來看，大部分是雷擊閃絡，這可通過增加干弧距離來解決。其次是不明原因的閃絡，不明原因的閃絡是指閃絡發生在系統無任何過電壓的情況下，且發生閃絡后的絕緣子送到試驗室檢驗時，各項試驗結果均合格。目前對不明原因的閃絡問題尚無統一的認識，有的認為是絕緣子由于污濕原因，其憎水性會暫時消失；也有的認為是鳥糞引起的。從事故后果的嚴重性來看，最嚴重的是合成絕緣子的脆斷問題，從20世紀70年代開始，有些合成絕緣子就發生了脆斷事故。這種現象是由環氧樹脂玻璃纖維芯棒的玻璃纖維受酸性侵蝕引起的，一般在暴露于酸性環境中的玻璃纖維芯棒承受機械負載時發生的。華東電網在1998年發生了2例典型的500kV合成絕緣子脆斷事故。一起是1998年3月，上海500kV渡南5101線發現1支合成絕緣子折斷，該絕緣子是進口產品，運行時間僅4年多。該產品芯棒的硅橡膠護套厚度僅1.5mm（通常為3～5mm），引起折斷的原因是護套厚度太薄，在運行中出現破損，水分滲入至芯棒，最終導致芯棒酸蝕脆斷。另一起是1998年8月，浙江500kV蘭窯5404線1支國產合成絕緣子發生斷裂，原因是該絕緣子金具端頭連接密封結構為第一代型，密封層較薄，水氣沿著金具與護套間的縫隙滲入芯棒后，形成酸性環境，芯棒在此酸性環境和應力的作用下發生脆斷。制造廠和運行部門從多起脆斷事故的經驗教訓中，已認識到傘裙護套與金具之間可靠密封的重要性。

2.2長棒瓷絕緣子

一般情況下，長棒型瓷絕緣子串110kV為1節，220kV為2節，500kV為3節，每節都帶有均壓環和招弧角。絕緣體由氧化鋁高強度瓷制作。江蘇省1997年在500kV斗渡線無錫段率先采用了德國CERAM公司的瓷棒絕緣子，98串用在直線塔兩邊相。運行一段時間后，測量所得鹽密較低。鹽密的測量結果見表1。

表1鹽密測量結果

絕緣子投運時間測量時間測量部位鹽密

型式（mg/cm2）

瓷棒1997年12月1998年11月A相上串第2個傘0.0081

A相上串第8個傘0.0098

A相上串第16個傘0.0124

1999年11月C相下串第2個傘0.0061

C相下串第8個傘0.0065

C相下串第16個傘0.0069

2000年3月A相下串第2個傘0.0105

A相下串第8個傘0.0105

A相下串第16個傘0.0184

500kV瓷棒絕緣子由3節組成，每節之間均有均壓環和招弧角，與同樣棒型的合成絕緣子相比，在相同的結構高度下，空氣間隙縮短。如某合成絕緣子供貨商提供的產品結構長度4450mm、干弧距離4135mm、負極性50%雷電沖擊閃絡電壓為2540kV；而某瓷棒絕緣子廠商提供產品的連接長度4452mm、干弧距離4030mm、負極性50%雷電沖擊閃絡電壓為1950kV。因此，要達到一般合成絕緣子所要求的雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓，則瓷棒絕緣子的結構高度將大于合成絕緣子的，這就要求桿塔尺寸應選大一點，對于多雷區線路，作為懸垂串使用時，存在一定的局限性。

使用長棒瓷絕緣子時，需在運輸和安裝過程中特別小心。瓷件大而笨，在運輸和安裝時，有碰撞和損壞的危險。另外，如果制造過程中內部產生細微的缺陷，在運行中，熱-機械應力的長期作用會降低絕緣子的機械強度，且巡線時對長棒瓷絕緣子串的觀察和檢測還不能發現故障絕緣子，這樣會導致瓷件意外折斷和導線落地。

3對江蘇電網輸電線路絕緣子選型的建議

(1)懸垂串絕緣子應選用防污型盤式瓷絕緣子或長棒型絕緣子。我國盤懸式瓷絕緣子的生產廠家多、產量大，但不同廠家的產品質量差異很大。輸電線路的絕緣子選型時，應對不同廠家生產的瓷絕緣子的運行情況進行詳細調查了解，選用高品質的瓷絕緣子。同時，對運行中的瓷絕緣子應加強檢測，及時更換劣化絕緣子，確保電網安全運行。除耐張串可選用普通型的外，傘型的應選用雙傘或三傘，而鐘罩深棱型絕緣子不宜使用。

(2)瓷棒絕緣子的機械強度直接與瓷件有關，由于運輸、安裝過程中造成的損壞，或運行中外界偶然的撞擊，或制造過程中形成的內部缺陷（要求產品有嚴格的質量檢查、優良的制造工藝），可能會在運行中意外折斷，所以瓷棒絕緣子應選擇質量好的產品，并加強檢驗工作，小心運輸、安裝。

(3)鋼化玻璃絕緣子具有零值自爆的優點，可節省大量的運行維護費用。由于鐘罩深棱型絕緣子的固有缺陷以及江蘇省的運行經驗證明，這種型式的絕緣子不適合以粉塵污染為主、污染較重的地區使用，如果使用，應充分考慮其爬電距離的有效利用系數。普通型的玻璃絕緣子可在耐張串使用。

(4)合成絕緣子具有維護工作量小、質量小、耐污性能好等優點，這是瓷、鋼化玻璃絕緣子不可相比的。目前在我國大氣污染嚴重、輸電線路外絕緣水平普遍偏低、塔頭尺寸也限制了調爬的選擇性的情況下，合成絕緣子應是污染嚴重地區的選擇對象。但是，合成絕緣子運行時間短，運行經驗尚嫌不足。對500kV合成絕緣子應慎重選擇制造廠家及技術參數，積極研究考核其各項性能、壽命的技術指標及試驗方法，對在線運行的合成絕緣子應加強監測。

(5)絕緣子爬電比距的配置應符合本地區審定后最新版污區圖的要求，并應參照JB/T5895-91《污穢條件下絕緣子的使用導則》的要求，充分考慮其爬電距離的有效性和運行經驗，絕緣子的污閃放電特性與結構造型及自然積污量有關。爬電距離有效利用系數應反映放電發展時爬電距離長度利用的有效性，又能反映絕緣子在運行條件下的積污性能。因此，在相同條件下和在相同的積污時間內，爬電距離有效利用系數應由被試絕緣子與基準絕緣子的污閃電壓梯度相比較來確定，在絕緣子選型時應充分考慮。

參考文獻：

［1］龔堅剛.長棒型絕緣子在超高壓輸電線路中的應用前景［J］.浙江電力，2000，(5).

［2］徐喜佑.500kV線路合成絕緣子折斷原因分析［J］.華東電力，1998，(12).

［3］杜文玉.500kV輸電線路絕緣子的選擇［J］.中國電力，1997，(4).