污秽环境中绝缘子的选择与应用.pdf

3 2 内 蒙古 电力 技术 I N N E R MO N G 0 UA E L E C T R I C P 0 WE R 2 0 0 6 年第 2 4卷第 3期 技术应 用 污秽环境中绝缘子的选择 与应 用 Op t i o n a n d Ap p l i c a t i o n o n I n s u l a t o r s Us e d i n Di n y En v i r o n me n t 胡新 。 李北辰 ， 杨万春 ( 薛家湾供 电局 ， 内蒙古 准格 尔0 1 0 3 0 0 ) 【 摘要】评论 了瓷绝缘子、 钢化玻璃绝缘子和合 成绝缘子 的性能 与特 点 ，给 出应 用原 则与 选择 范围 ， 综合分析 了三种绝缘子在薛家湾供电局的应用情况。 【 关键词】绝缘子； 污秽环境 ； 选择应 用； 分析 【 中图分类号】T M2 1 6 【 文献标识码】B 【 文章编号】 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 0 6 ) 0 3 - 0 0 3 2 - 0 4 绝缘子性能的优劣直接影响到输电线路运行 的 可靠性 。我国目前在架空输电线路上使用的绝缘子 有三种 ，即瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子和合成绝缘 子。 我国主要 以生产和使用瓷绝缘子为主， 钢化玻璃 绝缘子 国内生产能力只占总需求量的 2 0 ； 合成 绝 缘子的研制起步较晚 ，由于近年来国内外在该项技 术上的进展较快 ， 生产和使用量 已呈上升态势。 1 绝缘子的性能与特点分析 1 1 瓷 绝缘 子 瓷是 由泥坯经高温烧结成的一种多晶体 ，其显 微结构 由多晶体 、 玻璃相和气孔组成 ， 是一种非均质 材料。瓷绝缘子的优点是成本低、 造价便宜 、 使用年 限长 ， 上下表面平滑 、 积污量少 、 自洁性强、 易于清扫 和更换 。 其缺点是瓷绝缘本身属于可击穿型 ， 随着运 行时间的延长 ， 绝缘性能会逐渐降低 ， 即通常所说 的 瓷瓶老化现象。 所以在 日常维护中， 老化瓷瓶的绝缘 检测工作就显得非常重要。 瓷绝缘子劣化表现为头部隐形的“ 零值” 和“ 低 值” ， 对零值或低值瓷绝缘子 ， 必须登杆进行逐片检 测 ， 每年需花大量人力和物力 ， 而且检测的准确率在 很大程度上受各种因素的影响也不是很高 ，即使每 年检测一次 ，也会有相当数量的漏检低值绝缘子仍 在线路上运行 ， 导致线路绝缘水平降低 。 严重时存在 因雷击、 污秽闪络引起掉串的隐患。 从有关资料查证 ，国产瓷绝缘子的年劣化率约 为千分之一。 瓷绝缘子劣化率属后期暴露 ， 随着运行 时间的延长 ， 在联合负荷的作用下 ， 其劣化率会逐渐 增加。瓷绝缘件的老化寿命一般为 5 0 a左右。为了 探讨瓷绝缘子的机电性能 ， 1 9 9 5年武汉高压研究所 对在线路上运行年 限不同的瓷绝缘子做过试验 ， 发 现部分瓷绝缘子在运行 1 5 - 2 5 a后 ，试验值已低于 出厂试验标准， 不合格率随运行年限增加而增加。 分 析其原因主要有两个方面 ：一是因为国产绝缘子生 产厂家较多 ， 由于材质及制造工艺等方面的差异 ， 造 成质量差异也很大；二是 由于瓷质烧结体是不均匀 材料 ， 在长期的运行过程中受各种机械冲击力 、 振动 力 的作用 ， 易造成损伤 ， 导致机械性能下降。 在我 国 3 5 2 2 0 k V输 电线路 一般使用 的有 两 种瓷绝缘子 ， 一种是 X P 一 7和 X P 一 1 0的普通型 ， 另一 种是 X WP 一 7和 X WP 一 1 0的防污型。从这两种瓷瓶 多年 的来运行情况来看 ，普通型瓷瓶在污秽严重地 段远不能满足重污区污秽等级泄露 比距 的要求 ， 与 双伞防污型瓷瓶相比较 ， 耐污性能较差。 1 2 钢化玻璃绝缘子 钢化玻璃绝缘子是 由石英砂 、 白云石 、 长石 、 石 灰石和化工原料经过高温熔融成液体后冷凝而成的 一 种均质的非晶体 。 采用圆柱头结构 ， 承力组件受力 均匀。 该结构与传统的圆锥头结构瓷绝缘子相比， 具 有尺寸小、 重量轻 、 强度高和电性能优 良的特点。由 于玻璃的线膨胀系数较瓷大得多 ，外形尺寸较复合 绝缘材料小得多 ， 且与金属附件和水泥易连接 ， 因而 受力组件材质匹配 良好 ， 所以在各种气候条件下 ， 不 会像瓷绝缘子和复合绝缘子那样容易老化 。 钢化玻璃绝缘子的优点是机械强度高 ，稳定性 【 收稿 日期】 2 0 0 6 - 0 2 - 2 0 【 作者简介】胡新( 1 9 7 O 一 ) ， 男 ， 内蒙古准格尔旗人 ， 毕业 于哈尔滨理工大学 ， 学士学位 ， 工程师 ， 现从事输配电运行管理工作。 维普资讯 2 0 0 6 年第 2 4卷第 3期 内蒙古 电力技 术 3 3 和分散性极强 ： 其抗拉强度是瓷绝缘子的 2倍( 瓷绝 缘子为 3 9 2 3 MP a ， 钢化玻璃绝缘子为 8 8 2 6 MP a ) ； 耐电击穿性能是瓷绝缘子的 3 4 4 3倍( 瓷绝缘子 为 4 0 0 k V c m，钢化玻璃绝缘子为 1 3 5 0 1 7 0 0 k V c m) ； 耐振动疲劳 、 耐电弧烧伤 和耐冷热 冲击性能均 优于瓷绝缘子 ，而且钢化玻璃的钢化压应力不随时 间延长而降低 ，尤其在经受导线振动和舞动等机械 负荷冲击之后 ， 仍可保持抗拉强度不衰减 ， 具有长期 稳定的机电性能 ， 即使用寿命长。 它的最大优点是具 有“ 零值 自爆” 特性 ， 自爆后 的残锤机械强度能满足 部标 J B 3 1 5 9 8 2规定的 6 0 的标准值。其 自我淘汰 能力强 ， 不需零值测试 ， 只要运行人员坚持周期性的 巡检 ， 就能及时发现缺陷。 其缺点 ： 一是易 自破 ， 由于 制造设备 、 工艺质量等原因 ， 钢化玻璃 自破率较高 ， 影响其普遍应用 ； 二是不宜在居民区使用。 1 3 合成 绝缘 子 合成绝缘子 的硅橡胶伞盘为高分子聚合物 ， 芯 棒为引拔成型的玻璃纤维增强型环氧树脂棒 。瓷绝 缘子和钢化玻璃绝缘子是由铁帽、钢脚和绝缘件用 高标号水泥胶装成一体。而合成绝缘子则是由硅橡 胶伞裙 、 芯棒和端部金具构成一体 ， 与瓷绝缘子和钢 化玻璃绝缘子相比，合成绝缘子具有质量轻 、强度 高 、 耐污闪能力强 、 无零值 、 制造工艺简单 、 运行维护 方便等优点。其缺点是在长期运行中 ， 受大气环境、 电场 、 机械力等联合作用 ， 芯棒 中玻璃纤维会产生机 械疲劳、 环氧树脂材料会老化 ， 容易发生芯棒脆断。 其老化寿命不超过 2 5 a ， 而钢化玻璃绝缘子和瓷绝 缘子老化寿命为 5 0 a 左右。 合成绝缘子在同样的爬距及污秽条件下 ，其污 闪电压 明显高于瓷绝缘子和钢化玻璃绝缘子。原因 是硅橡胶伞裙表面为低能面， 它具有 良好 的憎水性 ， 而且硅橡胶材料的憎水性还具有迁移性 。 通过迁移 ， 到污秽层表面使其也具有了憎水性 ，污秽层表面的 水分以小水珠的形式出现 ， 难以形成连续的水膜 ， 在 持续 电压的作用下不会像瓷、钢化玻璃绝缘子那样 形成集 中而强烈 的电弧 ，表面不易形成集 中的放电 通道 ， 从而具有较高的耐污闪电压 。 合成绝缘子杆径小 ， 在同样的脏污条件下 ， 其表 面电阻比瓷、 钢化玻璃绝缘子要大。一般来讲 ， 表面 电阻越大 ， 耐污闪电压也越高。与瓷 、 钢化玻璃绝缘 子下表面闪棱式结构不 同，合成绝缘子伞裙的结构 和形状也不利于污秽的吸附和积累，而且不需要清 扫积污 ， 有利于线路的运行维护。但是 ， 运行经验表 明： 合成绝缘子耐污闪能力强并不等于不会污闪， 造 成污闪的原 因是表面快速积污或积污过多造成憎水 性难以迁移 、气候环境等外因造成绝缘子憎水性减 弱或暂时丧失 、硅橡胶材料老化造成憎水性及污闪 性能下降等。 在试验及运行中均已发现， 合成绝缘子 在连续雨雾的气候条件下 ，硅橡胶 的表面憎水性能 有程度不同的下降 ， 有 的甚至暂时丧失憎水性能 ， 造 成漏电增大 ， 耐污闪性能 明显降低 ， 在外部连续雨 、 雾等潮湿条件消失后憎水性会逐渐恢复。 合成绝缘子在一定的气候条件下 ，发生污秽闪 络是完 全 有可 能 的 。 但 是 ， 从 本 局多 年来 污秽 统计 数 据来看 ， 与瓷 、 钢化玻璃绝缘子相 比， 合成绝缘子 由 污闪造成 的故障次数要 明显低得多。 2 线路 污闪原因及污秽 区的合理划 分 2 1 线路 污 闪的 主要 原 因 2 1 1 形成 污闪的机 理 污闪是一个很复杂的过程 ，它不是简单 的空气 间隙击穿过程 ，而是一种需一定时间和一定电能聚 积下的一种热击穿过程。经国内外专家们的长期研 究 ， 发生线路绝缘子基本污闪的机理为 ： 表面积污一 污秽层湿润一 干带形成一局部电弧发展。 2 1 2引起 污 闪的基 本原 因 引起污闪的基本原因有以下三点： ( 1 )污源众多、 特性各异是污物沉积的源头 ； ( 2 )气象条件中的雾 、 毛毛细雨 、 小雨夹雪等 ， 是引起污秽层充分湿润的必要条件 ，也是最易造成 污闪事故 的气象条件； ( 3 )长期作用的工频 电压。 绝缘子无污秽层在潮湿状态下运行不会发生污 闪 ； 有污秽层在干燥状态下运行不会发生污闪； 有污 秽层在潮湿状态无电压不会发生污闪： 因此 ， 污闪事 故的发生 ， 只有在污秽层、 湿润条件与工作电压三者 同时并存 ， 相互作用下才会促成 。 2 2线路 污秽 区 的合理 划分 线路设备的污级共划分成 0 、 I、 、 、 个级 别。 外绝缘的污秽等级应根据各地污秽特征、 运行经 验 ，并结合其表面污秽物质的等值 附盐密度三个因 素综合考虑划分 ， 当三者不一致时， 应根据现有运行 设备外绝缘 的污闪跳闸和事故记录 、地理和气象特 点 、 采用的防污措施等情况综合考虑。 新建高压架空 线路应考虑邻近已有线路 、 厂 、 所的运行情况 ， 参考 该地 区的污秽程度和气象条件 ， 以及城市 、 工业区发 展规划进行绝缘设计选择。对于污秽环境中中性点 维普资讯 内蒙古 电力技 术 2 0 0 6 年 第 2 4卷第 3期 绝缘和消弧线圈接地系统的电力设备 ，其外绝缘水 平一般可按高一级选择 。划分污级时盐密度值应 以 1 3 a的连续积污盐密度为准 ，合理划分线路污秽 区等级图 ， 并结合线路周围环境情况及其运行经验 ， 准确选取盐密度测量点 ，同时要保证测量结果的准 确性和完整性 ， 真实反映线路的污秽状况 ， 便于运行 人员正确研究总结不同区域绝缘子的积污规律 ， 适 时调整污秽区等级 ，污秽区的划分应考虑到各种最 不利条件的结合 ， 应具有前瞻性 。 3 绝缘 子的选择应用范 围 ( 1 )从运行维护角度来看 ， 钢化玻璃绝缘子和 合成绝缘子可 以免清扫 、 免零值测试 ， 减少大量的繁 重的运行维护工作量 ， 可降低生产成本。 ( 2 )从机 电特性来看 ， 钢化玻璃绝缘 子和合成 绝缘子的共同优点是机械强度高、 耐污闪能力强 、 重 量轻 、 安装方便简单 ， 其稳定性远高于瓷绝缘子。 ( 3 )从两种绝缘子老化寿命来看 ， 合成绝缘子 与钢化玻璃绝缘子老化寿命相 比较短 ，考虑到合成 绝缘子 的老化可能带来新 的维 护问题 以及二次投 资、大批量更换等问题。因此，在等值盐密度小于 0 0 5 rag e ra 2 一般污秽 区内 ，可选 用防污型瓷绝缘 子 ；在等值盐密度为 0 0 5 - 0 ， 1 0 m g e m 的污秽区内 选用钢化玻璃绝缘子较为适宜和稳妥 。 ( 4 )在重污秽 区 ， 选用钢化玻璃绝缘子将使绝 缘子 串明显增大 ， 从而增大塔头尺寸和杆塔高度 ， 使 投资费用显著增加 。合成绝缘子由于其优 良的耐污 闪性能 ， 在等值盐密度大于 0 1 0 mg e m2 重污区应为 首选品种 。 4 绝缘子在薛家湾供电局的应用 4 1 应用情况 目前 ，薛家湾供电局有 3座 2 2 0 k V变电站 、 6 座 1 1 0 k V变 电站 、 1座 3 5 k V变电站 ， 2 2 0 k V输 电 线路 1 5条 、 1 1 0 k V输 电线路 1 0条 、 3 5 k V输电线路 3条。其 中， 薛家湾 2 2 0 k V变电站是蒙西电网 5个 枢纽站之一 ， 以 1 1 0 k V呈辐射状向薛家湾、 唐公塔、 海子塔 、 清水河 、 万家寨、 榆树湾等地区供电， 同时承 担着万家寨水电站与准格尔 电厂的上网与输送 ， 北 与燕山营、永胜域变 电站构成 2 2 0 k V主环网结构。 长胜 2 2 0 k V变 电站是为 长胜店工业 区供 电的终端 站 ，电源点取 自于薛家湾 2 2 0 k V变 电站 。清水河 2 2 0 k V变电站与万家寨水 电站 、永圣域 5 0 0 k V变 电站连接 ， 以 1 1 0 k V呈辐射状向清水河地区 、 神池 站供电。截至 目前 ，本局有 3 5 k V及以上输 电线路 8 1 6 5 7 3 k m。 薛家湾供电局在 1 1 0 k V以上线路或重污区段 一 般不采用普通型瓷绝缘子。虽然 防污型瓷瓶运行 较可靠 ， 能够达到防污闪的要求 ， 但必须加强清扫和 盐密度监测 ， 及时掌握污秽等级的变化 ， 根据污秽的 变化及时调整爬距 ， 才可保证线路可靠运行。 本局 3 5 - 2 2 0 k V线 路 电压等级 的绝 缘子配置 比例为 ： 2 2 0 k V线路电压等级合成绝缘子 占 5 5 ， 瓷绝缘子 占4 2 ， 钢化玻璃绝缘子 占3 ； l l 0 k V线 路 电压 等级 合 成 绝 缘 子 占 2 8 8 ，瓷 绝 缘 子 占 7 1 2 ； 3 5 k V线路电压等级合成绝缘子 占 1 6 ， 瓷 绝缘子 占 8 4 。从上述统计情况 可以看出 ， 总体上 合成绝缘子与瓷绝缘子使用数量相差不多 ，但 由于 本局 资金有 限 ，防污 闪改造 侧重于 2 2 0 k V线路 ， 3 5 - 1 1 0 k V线路防污闪改造相对投入较少。建议今 后应逐年加大这部分线路防污闪改造的资金投入 。 4 2日常维护与检测 由于本局管辖 的输 电线路多数处于煤矿 、电厂 附近， 空气中含有大量 S O ： 等有害物质 ， 使绝缘子污 秽严重 ， 给输电线路的安全运行带来极大隐患； 采用 传统的清扫手段 已不能有效控制污闪的发生 ： 因此 ， 本局从 1 9 9 2年建局至如今 ， 始终将 防止大面积污闪 停 电事故作为重点常抓不懈 ，每年都在大修或技改 项 目中安排部分资金 ，将重污区内老 旧线路上泄露 比距不满足污秽要求的瓷绝缘子 ，更换成合成绝缘 子 ，对线路耐张杆塔瓷绝缘子涂刷 R T V防污 闪涂 料 ，同时将新建线路绝缘配置的合理性控制在前期 可研审查 中 ( 除耐张塔跳线引流可使用双串瓷绝缘 子外 ， 其他绝缘配置一律采用合成绝缘子) 。 本局是通过火花放电间隙来判断瓷瓶是否老化 的， 由于环境 、 气候 、 温度 、 湿度 、 测试人员技术水平 、 责任心等多方面原因的影响 ， 错检 、 漏检现象时有发 生 。尽管线路绝缘设计时考虑了一定 的安全系数和 裕度 ， 在正常运行条件下 ， 个别老化绝缘子的存在 ， 尚不至于对线路安全运行造成危害。但 由于瓷绝缘 子瓷件与钢帽、水泥粘合剂之间的温度膨胀系数相 差较大 ， 当运行 中瓷绝缘子受冷热变化时 ， 瓷件会承 受较大的压力和剪应力 ， 导致瓷件开裂。 而瓷绝缘子 的瓷件存在剥釉 、 剥砂 、 膨胀 系数大等问题 ， 受外力 作用时会产生有害应力引起裂纹扩展。对此本局建 立了严格的瓷绝缘子检测制度 。 维普资讯 2 0 0 6 年第 2 4卷第 3期 内蒙古电力技术 3 5 4 - 3 故障情况统计 在本局所辖范围内电厂集中、 高耗能污染严重 、 外部环境恶劣 ， 但 由于管理到位 、 维护及时 ， 其所管 辖 的输 电线 路 未 发 生 因污 闪 引起 的跳 闸事 故 。 1 9 9 2 -2 0 0 6年架空输 电线 路跳闸与事 故原因分类 统计如下 ： 输 电线路绝缘子共发 生跳 闸 2 4次 ， 其 中 1 1 0 k V跳 闸 6次 ， 2 2 0 k V跳闸 1 8次，均为雷击 、 鸟 害 、 大风、 原因不明( 合成绝缘子) 等故障 ， 污闪故障 为 0次 。 4 - 4 合成 绝缘 子应 用分 析 本局于 1 9 9 7年开始挂网使用合成绝缘子， 通过 近 1 0 a的挂网运行 ， 合成绝缘子憎水性和憎水迁移 特性特别好 ， 并具有很强的耐污闪性能 ， 尤其是在重 污秽区应用 ， 发挥了其应有的特性 ； 但其不明原因闪 络是 目前最难 以分析的一个问题 ，这种现象在其他 供电单位也普遍存在 ， 至今没有好的解决办法。 为了 更好地深入分析合成绝缘子的使用情况及其性能 ， 本局对历年来所属范围内挂 网运行的所有合成绝缘 子的使用和故障情况进行 了统计( 见表 1 、 表 2 ) ， 以 便进一步分析掌握其运行规律。 【 参考文献】 【 1 】杜文玉 送 电线 路悬式瓷绝 缘子 老化原 因分析 J 】 电力建 设 ， 1 9 9 3 ， ( 8 ) ： 2 3 2 8 【 2 】陈及时 国产钢化玻璃绝 缘子机 电性 能分析【 J 】 中国电力， 1 9 9 8 ， ( 8 ) ： 5 2 5 4 【 3 】张福林复合绝缘子外绝缘基 材硅橡胶表 面的憎水性和 憎水迁移性机理分 析 J 】 华北电力技术 ， 1 9 9 9 ， ( 1 ) 表 1 薛家湾供电局合成绝缘子使用情 况统计 表 2 薛家湾供电局合成绝缘 子故障情 况统计 电压等 产品 级， k V 型 号 制造 厂商 工艺特点 伞 端部 出厂检 验时间 投入运 行 时间 发生事 故时间 事故线路 及杆塔 外部环 主要事 解决 境条件 故原 因 措施 2 2 0 XS H- 2 2 0 l 00 2 2 0 XS H一2 2 o ， l 00 2 2 0 X SH-2 2 0 l 00 2 2 0 XS H-2 2 0 l 0 0 l 1 0 XS Hl 1 o ， l 0 0 襄樊 电力 设备 厂 襄樊电力 设 备厂 襄 樊电力 设备 厂 襄樊电力 设备厂 襄樊电力 设备厂 穿伞 外 契1 9 9 4 - 0 3 1 9 9 4 - 0 6 1 9 9 7 - 0 8 - 0 5 T 2 4： 5 6原 薛昭 I回 3 2 4号 盐碱地 原 因不 明 更换 穿伞 外契1 9 9 4 - 0 3 1 9 9 4 - 0 6 2 0 0 0 - 0 4 - 2 8 T 5 ： 1 9 原薛昭 I回 1 8 7号 平原 原因不明 更换 穿 伞 外 契 l 9 9 4 0 3 l 9 9 4 0 6 2 0 0 2 - 0 1 一 o 6 T l ：0 5 原 薛 昭 I 回 3 3 3 号 盐 碱 地 鸟 害 鹫 穿伞 外契1 9 9 4 - 0 3 1 9 9 4 - 0 6 2 0 0 4 -06 - 2 1 T 2 0 ： 5 5 薛永线 1 6 2号 山区轻污秽 雷击 更换 穿伞 内外契 1 9 9 6 -