（电气工程专业论文）合成绝缘子电场的陡变与不明闪络原因的研究.pdf

西安理工大学工程硕士学位论文 t i t l e ：s t u d yo ne l e c t r i cf i e l ds u d d e nc h a n g e o f c o m p i s i t ei n s u l a t o r sa n du n i d e n t i f i e df l a s h o v e r m a j o r ：e l e c t r i ce n g i n e e r i n g n a m e ：h a i d o n gc h e n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f x i a op i n gy a n g s e n l o r e n g i n e e r i n gw e i p uw a n g s i g n a 加怕：如逝如 副g n a t u r e ：地销卢啊 s i g n a t u r e ： i i lc o m p a r i s o nw i t hp o r c e l a i ni n s u l a t o r , c o m p o s i t em s u l a t o rh a sm a n ya d v a n t a g e s , s u c ha s s m a l lw e i g h t , a n t i - c o n t a m i n a n te t c a l lo ft h e s em a k et h ew h o l ep o w e rs y s t e m 姗m o l s t e a d i l y h o w o v e , t h er o b s o no fs o m ef l a s h o v e r sh a s n i tb e e ni d e n t i f i e dy e t a i ma tt h i sp r e s e n tc o n d i t i o n , t h em e t h o dt h a tt h i sl i t e r a r yg r a c eu s e 8t h et h e o r i e sa n dc o m b i n e st o g e t h e rp h y s i c a l l y t h e a r t i c l ej sf o c u s e do nt h ee l e c t r i cf i e l ds u d d e nc h a n g ea n dt h ed a m pa i re l e c t r i c i t yl e a v eo f c o m p o s i t ei n s u l a t o r si no r d e rt of i n do u tt h er e a s o n s o f u n i d e n t i f i e df i a s h o v e r s w eu s et h ee o m p o s i t ei 咖l a t o rs u b - e x a r n i n a t i o ai n s t r u m e n tt om e a s u r ot h e2 2 0k v 、1 1 0 k vc o m p o s i t ei n s u l a t o re l e c t r i cf i e l dp h y s i c a l l y c a n t i n go nt h ea n a l y s i st ot h ed a t ao ft h e d i a g r a p h , w ed i s c o v o rt os y n t h e s i z e t ot h ec o m p o s i t ei n s u l a t o re l e c t r i cf i e l de x i s t e n c e s u d d e nc h a n g et h ep h e n o m e n o n t h ee l e c t r i cf i e l da 啪p r e s e n t s ” b a t h t u b ” s h a p e c h a r a c t e r i s t i c s a 岫i no r d e rt 0v a l i d a t et h et e s td a t af r o mt h el a b o r a t o r y , t h ee l e c t r i cf i e l do fs u d d e n c h a n g eh a sb e e nc o m p u t e di ns c s m ( s u r f a c ec h a r g es i m u l a t i o nm e t h o d ) t h e r ep l o ti sj n a c c o r d a n c ew i t ht h er e a ld a t a m a y b ei tp r o v e 8t h ec a p a c i t yo fc o m p o s i t ei n s u l a t o rt op o w e r l i n e sa n dg r o u n dh a sa ni m p o r t a n ti n f l u e n c ei nn o n - u n i f o r mv o l t a g ed i s t r i b u t i o n a c c o r d i n gt o t h er e s u l to ft h ee l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u t i o ne o m 删o un o n - u n i f o r mp o t e n t i a ld i s t r i b u t i o nh a sa r e l a t i o n s h i pw i t ha p p e a r a n c ea n ds u r f a c ed i e l e c t r i cm a t e r i a l s o fc o m p o s i t ei n s u l a t o r s t h et o p i ct h a tw es t u d yi st h ee l e c t r i cf i e l ds u d d e nc h a n g eo ft h ec o m p o s i t ei n s u l a t o r t h e a u g m e n t a t i v ee l e c t r i cf i e l ds t r e n g t ho fn a s t yp l a ym a k et h ee l e c t r i c i t yh a l oo ft h ec o m p o s i t e i n s u l a t o rs u b b o t he n d st u r nw o r s e b 睇姐t h ee l e c t r i c i t yh a l o ，a p p e a r i n gt h es p a c ec l e c t r i c i t y i o nr e g i m e n ta tt h es u b - b e t he n d s ，l o w e r i n gt h ei n s u l a t es t r e n g t hi nt h ec e n t e rp a r t so ft h e c o m p o s i t ei n s u l a t o r w l l i l et a k i n gp l a c es o l l l ef i a s h o v e r s ，t h eb e t he n d so ft h ee l e c t r i c i t yi o n r e g i m e n tb r o k et h r o u g hf i r s t , t h e nt h ec e n t e rp a r t so ft h ec o m p o s i t ei n s u l a t o ra i rc l e f t sb r o k e t h r o u g h , b e c o m i n gt h ep a s s a g eo ft h ef l a s h o v e r t h u sw i t hc a u s et h eu n i d e n t i f i e d f l a s h o v e m o f t h ec i r c u i t s t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt os m o o t ht h ee l e c t r i cf i e l do fc o m p o s i t ei n s u l a t o r s f i r s t l y , c o m p o s i t ei n s u l a t o r sn e e de q u a l i z e rc i r c l ea tb o t ho ft h ee n d s ；f u _ r t h c rm o r e , b e t t e rs h a p ea n d l n o r cr e a s o n a b l ed i e l e c t r i cp r o p o r t i o ns h o u l db er e s e a r c h e d a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t sa n d p r a c t i c e ，t e s t i n ge l e c t r i cf i e l di sa l le f f e c t i v em e t h o dt of i n dt h ef a u l t so f c o m p o s i t ei n s u l a t o r s k e yw o r d s ：c o m p o s i t ei n s u l a t o r s ；u n i d e n t i f i e df l a s h o v e r ；e l e c t r i cf i e l ds u d d e nc h a n g e 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：奎壑椤年4 月夕日 学位论文使用授权声明 本人在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位沦文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：拯导师签名： 0 年娟 b 鸷q f 吻一 杉一 第一章绪论 1 绪论 1 1 合成绝缘子的沿革 合成绝缘子的问世于2 0 世纪5 0 年代，自八十年代以来，合成绝缘子成为成熟电网 新技术，由于具有重量轻、机械强度高、少维护、防污性能好等优点，在电力系统中得到 广泛应用。 合成绝缘子是一种从材料到结构都完全不同于传统瓷绝缘子的新型绝缘子。最典型的 合成绝缘子合成结构为玻璃钢芯棒加橡胶材料伞裙护套的棒形悬式绝缘子结构，通常由玻 璃钢芯棒、硅橡胶伞盘、金属端头及均压环四部分组成。 伞裙护套是合成绝缘子的外绝缘部分，它提供必要的泄漏距离并保护芯棒免遭大气环 境的侵袭，使合成绝缘子具有优异的耐污闪能力。 芯棒是合成绝缘子机械负荷的承载部分，是树脂增强的单向玻璃纤维引拔棒，具有高 的机械强度，抗拉强度一般可达6 0 0 - 8 0 0 m p a ，而密度只有1 9 2 o g c u n 3 ，其比强度可达 优质碳素结构钢的4 5 倍。 这种合成结构的主要特点是由不同的材料来满足对绝缘子的机械强度和外绝缘性能 的要求，发挥了芯棒材料的高机械强度和伞裙护套材料耐老化的优点。结构上的这些特点 决定了合成绝缘子有下列优点。 ( i ) 强度高、重量轻。仅为同电压等级瓷绝缘子串重量的1 0 - 1 5 。 ( 2 ) 无零值。合成绝缘子的内绝缘距离和外绝缘距离几乎相等，结构上属于不可击 穿型绝缘子，因此不存在检测零值的问题。 ( 3 ) 抗撞击、不破碎。此特点决定了合成绝缘子在运输、安装中破损率极小和运行 可靠。 ( 4 ) 污闪电压高。硅橡胶伞裙护套有优异的僧水性的憎水迁移特性，硅橡胶材料本 身的憎水性可迁移到污秽层表面，因此合成绝缘子不用清扫，减轻了超高压输电线路清扫 维护的工作量。 八十年代初，推出了技术较为成熟的第二代合成绝缘子，经过了长时间、大范围的试 运行后，目前，在世界范围内合成绝缘子己作为一项成熟的技术为人们所接受。5 0 0 kv 直流输电线路，交流7 5 0 k v 、5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、l l o k v 、6 6 k v 、3 5 k v 输电线路都广泛应用 合成绝缘子，并取得了良好效果 1 2 国内外合成绝缘子的研发使用情况 我国合成绝缘子的研究开发始于七十年代末，最初应用于铁道部电气化铁道和隧道的 绝缘。八十年代初，电力部科技司正式立项，由武汉水利电力大学、武汉高压研究所、湖 西安理工大学工程硕士学位论文 北省化学讲究所、湖北省电力局等四个单位组成过关组，研究线路用合成绝缘子，其研究 应用可大致分为四个阶段。1 9 8 0 - - 1 9 8 8 年。是我国合成绝缘子的研制期；1 9 8 8 - 1 9 9 0 期 间挂网试运行，约2 0 0 0 支合成绝缘子挂网运行；1 9 9 0 1 9 9 4 年，是合成绝缘子工业试生 产阶段，到1 9 9 4 年底，合成绝缘子厂家发展到近2 0 家，年产能力可达2 0 万支，其中 挂网数量约5 万支；1 9 9 5 年起至今，合成绝缘予全面进入实用化阶段，随着发展，目前， 已有近2 9 0 万支合成绝缘子挂网运行u 1 美国是合成绝缘子使用量最大的国家。按照美国1 9 8 7 年、1 9 8 8 年的调查统计，当时 就有1 1 6 1 英里的线路安装了合成绝缘子，运行电压从n 5 k v 到7 6 5 l 【v 以及直流5 0 0 k v 。 在1 9 8 6 年底据主要几个合成绝缘子制造厂统计，那时己售出2 8 8 万支合成绝缘子。电压 等级高于5 0 0 k v 的合成绝缘子中5 5 用于美国；电压等级低于3 0 0 k v 的合成绝缘子中 7 0 用于美国1 2 1 。据1 9 8 9 年统计，各种合成绝缘子已占领了美国绝缘子市场的2 0 ，而 且发展的势头很猛。在调查用户选用合成绝缘子的原因时，除调查表中列出的用于高海拔、 高温度、高幅照、沿海污秽及工业污秽地区等原因外，用户还回答了用于故障抢修、防止 撞击载荷或人为破坏、使线路紧凑化及维护容易等原因。 德国、美国、英国、法国、意大利、加拿大、俄罗斯等发达国在积极开展合成绝缘子 的研制和实验等工作，并且在推广应用方面态度积极。进展迅速。 世界几个经济发达国家都对合成绝缘子的研制、生产以及推广应用十分重视，8 0 年 代后期，合成绝缘子己作为一项成熟技术在超高压输电线路上得到推广应用，我国自从 9 0 年代中期，合成绝缘子得到广泛应用，牡丹江电业局就是从1 9 9 3 年开始第一次应用合 成绝缘子。 但是，引起我们注意的是，随着电网大量使用合成绝缘子，合成绝缘子闪络故障数量 也日趋增多。 1 3 合成绝缘子闪络故障 根据国家电网公司和武高所共同研究我国合成绝缘子运行情况，合成绝缘子年平均故 障率约为万分之一，故障中，雷击闪络占5 5 8 ，鸟害闪络占1 3 o ，不明闪络占1 4 7 ， 污闪占3 ，制造质量6 9 其它占9 4 。 可见绝缘子的闪络是造成输电线路运行事故的最重要的原因之一，合成绝缘子发生闪 络的原因已经查明的有雷击、飞鸟粪便、潮湿环境下的污层过厚、外力破坏等，但是许多 闪络原因无法确定，我们称之为“不明闲络”。 1 3 1 雷击闪络 根据对合成绝缘子的统计分析，黑龙江省牡丹江电业局2 0 0 0 - 2 0 0 4 年五年间l l o k v 系统跳闸2 1 次，雷击闪络5 次，占2 3 8 ；2 2 0 k v 系统跳闸2 1 次，雷击闪络2 次，占 9 5 。可见，电压等级越低，雷击闪络的可能性越大h 。 2 第一章绪论 合成绝缘子酎雷方面的优点是不会发生瓷绝缘子那样的“零值”现象和玻璃绝缘子 那样的“自爆”现象，因而在运行中可以保持整串绝缘子有较高的耐雷水平。合成绝缘 子耐雷方面缺点也较为明显，一是由于其伞裙直径较小，干弧距离小于瓷绝缘子，亦即耐 雷水平低于同长度的瓷绝缘子的耐雷水平；二是雷击闪络过程中，雷电流比较大，如果不 加以保护，合成绝缘子伞裙表面往往会被灼伤，造成永久性损伤。 根据多年运行经验，牡丹江电业局针对合成绝缘子耐雷方面缺点采取的措施一是加长 合成绝缘子的干弧距离，1 1 0 k v 系统加长到1 2 5 0 m m ( 标准要求1 0 5 0 m m ) ，2 2 0 k v 系统 加长到2 3 5 0 m m ( 标准要求2 1 5 0 r a m ) ：二是在2 2 0 k v 合成绝缘子两端加装均压环作为保 护装置。两端配置均压环会降低耐雷水平，但可以使绝缘子表面特别是端部得到保护，因 此，即使发生闪络引起跳闸，但是闪络只是在两均压环之间发生，受损的仅仅是均压环， 而绝缘子得到了保护，且可以成功地重合闸。 1 3 2 鸟害闪络 根据对合成绝缘子的统计分析，黑龙江省牡丹江电业局2 0 0 0 2 0 0 4 年五年间，l l o k v 系统跳闸2 1 次，确定为鸟害闪络1 次，占4 8 12 2 0 k v 系统跳闸2 1 次，确定为鸟害闪 络4 次，占1 9 。可见，由于杆塔结构和地域等因素的影响，电压等级越高，鸟害闪络 的可能性越大 合成绝缘子的鸟害阿络事故通常是指鸟类在杆塔上栖息活动，经常排便引起的合成绝 缘子闪络。鸟类一般在凌晨觅食前排出大量的粪便，鸟害闪络事故一般发生在清晨1 4 1 0 预 防鸟粪闪络最直接的方法就是防止和减少鸟在绝缘予上方的栖息活动。经实践证明，黑龙 江省牡丹江电业局目前采取防鸟害较为有效的措施是防鸟针和防鸟网，而且二者结合使 用，相反相成更为有效；而被推广的惊鸟器在经过一段时间后，对鸟类起不到惊吓离开的 作用。 一般认为，鸟粪闪络时有鸟粪淌落在绝缘子表面引发的沿面闪络事故。但是，清华大 学在对鸟粪闪络进行了模拟试验后的分析认为，鸟粪闪络的发生可以认为是鸟粪下落的瞬 间陡变了绝缘子周围的电场分布，使鸟粪通道与绝缘子高压端之间发生了空气间隙击穿而 导致的闪络。 鸟粪闪络的发展过程可以分为三个阶段：1 ) 鸟粪通道的形成和伸长。鸟粪排出后，以 自由落体的方式下落，形成一段细长的下落体。2 ) 绝缘子周围电场发生严重陡变。具有一 定导电性的鸟粪通道的介入使绝缘子周围的电场分布发生严重陡变，鸟粪通道的前端与绝 缘子高压端之间的空气间隙的电场强度大大增加。绝缘子承受的大部分电压都加在了这一 段空气间隙上。3 ) 空气间隙击穿，完成闪络。当鸟粪通道的前端越来越接近绝缘子高压端 时，它们之间的空气间隙被击穿，形成局部电弧。当鸟粪的电导率超过一定值时，局部电 弧最终发展成闪络” 3 西安理工大学 r 程硕- t - 学g 沦c 1 3 3 污秽闪络 由于合成绝缘子采用硅橡胶等有机材料作为外绝缘，具有良好的憎水性。合成绝缘子 伞裙表面染污的情况下，由于有机材料的憎水性迁移的特性，硅橡胶的憎水性会迁移至污 层表面，使合成绝缘子始终保持着比较好的憎水性。这就使得合成绝缘子的污闪电压比瓷 绝缘子高，即使在憎水性下降甚至短时近于消失的情况下，其污闪电压比瓷绝缘子高大约 2 0 。黑龙江省电科院对全省合成绝缘予进行了跟踪测试，测试表明，新挂网合成绝缘子 憎水性可以达到h cl 级，运行中应达到h c 2 - 3 级。虽然合成绝缘子有良好的憎水性， 但是并不代表合成绝缘子可以杜绝污闪的发生。据统计，全国电力系统合成绝缘子闪络事 故中，污闪事故占9 左右1 6 1 。实际上，运行过程中，合成绝缘予表面污层可能会比较厚， 使硅橡胶的憎水性难以迁移至污层表面，其表面憎水性在长时间的潮湿条件下会呈现逐渐 减弱甚至暂时消失的现象，运行经验表明，合成绝缘子运行不同年限后，其憎水性丧失可 达t t c 4 级及以上，其表面击穿强度也出现不同程度降低。不同的污秽物也对其憎水性迁 移产生重大影响，这些都会导致合成绝缘子外绝缘性能大大降低1 7 1 在污秽地区，采用合成绝缘子对于减少污闪发生有着重要的作用。但是，运行经验表 明，防止合成绝缘子污闪还需进一步的加强措施，例如在合成绝缘子顶部加大边瓷瓶；以 及在硅橡胶外绝缘表面填充必要的材料，进一步减小污层和水的结合程度，均取得良好效 果。 1 3 4 不明闪络 虽然经查明的大多数闪络事故是由雷击、鸟害、污秽等因素引起的，但是根据统计数 据，大约仍有1 4 7 以上的合成绝缘子的闪络事故难以确定其原因。这个数据我们认为不 够准确，实际情况要远高于这个比例。例如，黑龙江省牡丹江电业局2 0 0 0 - - 2 0 0 4 年五年 间，合成绝缘子线路跳闸2 1 次，原因不明的为l o 次( 这其中可能有未算作污闪的) ，占 4 7 7 。此种闪络目前还很难防范，在电力系统中，这类闪络被称为“不明闪络“”。 通过统计数字分析，合成绝缘子不明闪络多发生在西北电网、东北电网和华北电网， 通过调查我们认为这些地区电网合成绝缘子不明闪络故障的现象和条件有很多相似特点； ( 1 ) 闪络时间大多在夜间和早晨 ( 2 ) 发生闪络故障时的气象条件是日内温差较大、大雾、阴雨、结露较重、无风 ( 3 ) 多数闪络地段为l 2 级污秽区。 ( 4 ) 发生闪络的地点多数在山区低洼处或农田处。 ( 5 ) 多数闪络发生在直线杆，水平排列闪络在中线，三角排列闪络在上线，而耐张 杆闪络在垂直吊串 ( 6 ) 对闪络后的合成绝缘子进行试验，其电气性能符合出厂标准。 ( 7 ) 闪络多发生在l l o k v 和2 2 0 k v 电网中，重合闸基本成功” 4 第一章绪论 通过对阿络后的合成绝缘子( 包括均压环) 进行外观检查分析，各类合成绝缘子闪络 后，外观特点突出： ( 1 ) 污闪：对发生污闪的产品的外绝缘表面进行观察，污闪的电弧通道是从合成绝 缘子两端金具腔端部边缘通过整支外绝缘表面爬电距离长度贯通的，属于外绝缘表面爬电 性质的闪络。在两端金具腔端部棱角边缘有较深电弧烧痕，沿着整支外绝缘表面，都布满 白色微粒状遗留物，尤其护套表面较为严重，这种遗留物基本上都是外绝缘中氢氧化铝受 热后排出的氧化铝颗粒。 ( 2 ) 雷击闪络：电弧则是由产品两端均压环，通过其伞裙边缘形成闪络路径，这种 阿络属于伞裙边缘间隙闲络。察看这些合成绝缘子的外表面，只在有均压环烧损部位对应 的伞裙边缘外侧和靠产品两端各有几个伞裙上表面存在局部弓形白色氧化铝微粒遗留物， 产品外绝缘表面其余部位均无爬电痕迹；在产品两端均压环对称处，都存在大电流放电烧 损的痕迹，空心管均压环烧损呈圆洞状，产品两端所有金具部件外表面都没有任何状况的 电流烧痕。 ( 3 ) 不明原因闪络，将那些发生不明原因闪络的合成绝缘子从输电线路上取下进行 外观检查发现，其均压环烧痕位置、形状及其程度与雷击闪络的产品均压环状况相同，其 闪络路径引起伞裙边缘及靠金具端几个伞裙表面呈现白色微粒遗留物与雷击阿络产品外 绝缘表面无太大的区别，不明闪络亦属于伞裙边缘间隙放电的闪络 1 0 1 。 从以上合成绝缘子闪络的特点分析，我们认为与瓷或玻璃绝缘子发生的不明闪络很相 似，多数为空气击穿，可以推断，发生不明闪络可能是由于合成绝缘子外绝缘表面( 或不 明空间) 某些因素作用下出现瞬间绝缘性能降低所引起的。但是，合成绝缘子的不明闪络 率要高于瓷或玻璃绝缘子 但是，至今对于合成绝缘子发生不明闪络的原因还没有确定性的解释，也没有十分有 效的解决办法。所以，分析造成不明闪络事故的因素，找到预防解决措施是一个亟待解决 的问题。 ，4 研究合成绝缘子不明闪络的意义 全国电网统计的数据，大约仍有1 4 7 的合成绝缘子闪络为不明闪络，而黑龙江省牡 丹江电业局2 0 0 0 , 一2 0 0 4 年五年间，合成绝缘子线路跳闸2 1 次，原因不明为l o 次( 这其 中可能有未算作污闪的) ，占4 7 7 可见，合成绝缘子的不明闪络占合成绝缘子闪络的 较大比例。 对合成绝缘子的研究，国外大部分工作主要集中在老化机理，闪络机理，憎水性消失 和恢复机理的研究，取得了一些理论成果。合成绝缘子具有优异的耐污性能，在极重的盐 密下，实验室的污闪电压都很高，但运行中的绝缘子在世界各地都有污闪发生，即使是在 较低的盐密下，也有污闪发生，特别在凌晨，无风、空气较为潮湿气象条件下，国内发生 了大量的污闪事故，而一直找不到原因。因此有单位派人住在杆塔下，早晨用摄像机拍摄 5 西安理工大学工程硕士学位论文 闪络过程，也有的单位把闪络的绝缘子带回实验室试验，干闪、湿闪、污闪电压仍然很高， 在合格范围1 1 1 1 。目前，随着合成绝缘子挂网数量的增多，从全国统计数据来看合成绝缘 子发生这种不明原因闪络占有相当比例，不明原因闪络都是瞬间出现便立即消失的闪络。 因此研究合成绝缘子不明闪络原因，确定不明闪络的诱发因素和发生不明闪络的主要原 因，从而采取有效措施，确保电力系统安全稳定运行具有十分重要的意义。 1 5 本文研究的主要内容 合成绝缘子在我国挂网运行的约1 5 年时间，事故率不到o 1 ，其中不明闪络所占比 例远超过了1 4 7 ，尤其是不明原因闪络的机理有待进一步研究。本文将在对合成绝缘子 的运行状态、结构、电场陡变及其实测的研究基础上，结合黑龙江省合成绝缘子多年不明 闪络的现实特点，重点研究： ( 1 ) 在运行情况下，合成绝缘子两端电场的陡变发生与发生的机理，这是合成绝缘 子发生不明闪络诱发因素。 ( 2 ) 在运行情况下，合成绝缘子两端电场陡变，造成合成绝缘子两端电晕放电加剧， 致使潮湿空气( 气团) 电离，在合成绝缘子两端形成空间电离子团，进而发展为不明闪络 的机理。合成绝缘子两端潮湿空气和污秽物质电离，形成空间电离子团，并在运行工况下 电离子团向上漂浮，是合成绝缘子发生不明闪络发生的主要因素 ( 3 ) 在运行情况下，减弱合成绝缘子两端电场陡变，削弱合成绝缘子两端电离子团， 防治不明闪络发生的有关措施，指导线路设计、运行工作 6 苎三主全塞竺竺皇望堡奎垫兰箜堡壅 2 合成绝缘子电场陡变机理的研究 2 1 一次典型不明闪络的研究 2 0 0 4 年4 月2 2 日2 2 时0 4 分，牡丹江电业局2 2 0 k v 温海线跳闸，检查发现5 3 # 直 线杆( g j - i 一1 9 5 ) 中线b 相闪络，闲络原因不明。察看合成绝缘子的外表面，只在均 压环烧损部位对应的伞裙边缘外侧和靠两端各有几个伞裙上表面存在局部弓形白色氧化 铝微粒遗留物，外绝缘表面其余部位均无爬电痕迹：电弧则是由合成绝缘子两端均压环， 通过其两端伞裙边缘，造成合成绝缘子中问空气击穿，形成闪络路径。这种闪络属于伞裙 边缘间隙闪络。 检查当时的运行条件，跳阐时系统电压为2 3 4 k v ，为当日最高电压；天气情况良好， 没有雷雨情况。 2 2 0 k v 温海线是1 9 9 3 年1 月投运，全线采用合成绝缘子，生产厂家是襄樊合成绝缘 子厂，属于早期产品。在合成绝缘子更换初期，该线路曾经发生多次合成绝缘子闪络，所 以温海线在2 0 0 0 年进行了调爬，即在合成绝缘予上端加装一片防尘瓷绝子，绝缘配合为： x s h - 1 唰2 2 0 + x w p 7 x l1 1 3 | 。 事故后，我们对此地段进行盐密测试污秽等级为2 级，地形为平地、农田，化肥、农 药造成的污染较重。 事故后，子4 月2 3 日将2 2 0 k v 温海线闪终的合成绝缘子送到牡丹江合成绝缘子厂进 行高压绝缘试验。对2 2 0 k v 温海线发生闪络的合成绝缘子( 9 2 年生产) 进行耐压试验。 由于受试验场地的限制，对2 2 0 k v 合成绝缘子只能进行1 2 长度加压，加到3 0 6 万k v 一 分钟未闪络，当电压继续升高。加压至3 1 a 万k v 发生闪络，按整支合成绝缘子耐压约 6 2 8 万k v ，符合出厂要求。同时对瓷绝缘子进行耐压试验( x w p - 7 ) 一片，当加压至1 1 万千伏时未发生闪络，符合绝缘要求2 2 0 k v 温海线绝缘配合为一支合成绝缘子加一片防 尘绝缘子( ) ( s h 1 l o 2 2 0 1 + ) c w p 7 1 ) ，合成绝缘子为襄樊产，有效长度为1 9 米，大 小护套合计为3 8 个，其大护套1 3 个。 同时对合成绝缘子的增水性进行试验，对合成绝缘子护套表面喷水试验，水珠呈断滴 往下流，从表面看其增水性能良好，合成绝缘子憎水性达到h c 2 级。而一般合成绝缘子 的外绝缘材料采用的是具有良好憎水性和憎水迁移性的有机合成硅橡胶，其污闪电压比 瓷绝缘子的污闪电压高出近一倍以上1 1 4 1 0 进一步分析，是否杆塔叉梁在安装过程可能有些因素造成对横担高度不一至，使得中 线对叉梁距离影响到电场的强度，对秆塔结构进行测量。4 月2 3 日到现场对叉粱进行测 量。叉梁安装时水泥杆有穿心螺栓，安装叉梁对横担距离均等，没有问题。 考虑到是否小角度塔中相改双串后引流线形状不规范，可能造成引流线对塔空气间隙 减小，造成放电。我们现场对小角度塔中相改双串后引流线形状所有改造过小角度塔进行 7 西安理工大学工程硕士学位论文 统计检查，没有发现设计和施工工艺问题 我们从现场实际情况进行分析，没有得出本次不明闪络的原因，但是我们发现不明闪 络当时的两个要点：一是电网运行电压偏高，二是气候环境较为潮湿。我们决定对合成绝 缘子沿面电场做进一步的研究，分析不明闪络原因 2 。2 合成绝缘子电场陡变的测量 我们测量的是沿合成绝缘子的表面电场，找到运行情况下合成绝缘子沿面电场陡变的 规律。电场探测器装在一个夹头上，操作者必须沿整个带电绝缘予表面将其移动，电场测 量随探头沿整个带电绝缘了将其移动，电场测量随探头沿绝缘子移动面进行，夹头中设置 的传感电路可以存储几组测量数据。将电场分布的几个数据读出，进行分析，并把沿绝缘 子长度方向的电场曲线显示出来。电场测量法在检测合成绝缘子的运行状况电场陡变以及 绝缘子缺陷有着比较有效的作用。 采用电场测量的方法可以检测合成绝缘子的运行状况下的陡变电场以及因绝缘予存 在缺陷引起的电场陡变。虽然这种方法需要操作人员爬到杆塔上，但是却可以发现某些绝 缘子缺陷。目测或红外测温法一般发现的都是绝缘子表面的缺陷，而些内部缺陷却可能 不会反映在表面上，也不引起局部放电或泄漏电流或温升，但是，却会引起绝缘子的附近 的电场的改变1 1 6 | 。因此，测量沿合成绝缘子表面的电场还是比较实用有效的 测量电场分布不仅可以用来检测绝缘子的缺陷，而且也有助于研究不明闪络的原因。 据前所述，有相当数量的合成绝缘子闪络难以查明其原因，而且闪络之后性能一般不会有 什么下降。前面也讲到，不明闪络属于伞裙边缘间隙放电引发的闪络，一般这类闪络与运 行绝缘子电场陡变造成空气电离致使伞裙边缘空气间隙闪络有关，所以，陡变电场的研究 对于查明不明闪络的原因有着重要的意义| 1 7 1 本文将围绕合成绝缘子电场陡变的测量方法、不同条件下合成绝缘子电场陡变的变化 情况展开论述，同时也将对不明闪络的原因进行分析，并对合成绝缘子的电场陡变进行理 论计算。 2 。3 运行合成绝缘子电场陡变测量设备 我们牡丹江电业局使用d l - i 型合成绝缘子带电检测仪对2 2 0 k v 合成绝缘子进行了电 场陡交的测试 该仪器由北京兴鸿信科技公司和华北电力大学合作研制，2 0 0 2 年完成产品化设计。 2 0 0 3 年3 月通过电力工业部电力设备及仪表质量检验测试中心检测，并申请了国家专利 用于带电检测1 1 0 k v 及以上各电压等级输电线路上绝缘子串的绝缘状况，能够识别合成 绝缘子的导通性缺陷及悬式绝缘子串中的零值绝缘子 1 1 1 | t 是高压输电线路安全巡检的常 用工具之一 其基本原理，根据合成绝缘子或悬式绝缘子串周围电场沿绝缘子( 串) 轴向分布情况 8 第二幸合成绝缘子电场陡变机理的研究 判断绝缘子是否有缺陷。当合成绝缘子含有导通性缺陷或悬式绝缘子串中含有零值绝缘子 时，电场分布将发生陡交。因此，通过与无缺陷时的典型电场分布曲线相比较，可以清楚 地判断合成绝缘子的缺陷或零值绝缘子 1 9 | 0 a 该仪器构成 仪器由电场测量探头、托架和连接柄组成。电场测量探头是一个长方形金属盒，内装 电路，用来测量并存储电场数据。托架用绝缘材料制成，用以安放电场探头和连接柄。连 接柄为金属件，用螺钉固定在托架的中部，用以连接带电操作绝缘杆 电场测量探头正面有电源开关、红色电源指示灯、按钮、绿色操作指示灯和串行通 信接口。背面有光电管光路窗口 b 软件功能 如图2 1 所示。 1 读取、存储和管理原始测量数据 2 图形化方式分析电场分布情况 3 打印测试报告 c 主要技术指标 可连续检测1 2 0 串高压线路绝缘子后再将数据传入计算机。绝缘子伞片最多1 2 0 个， 最少4 5 个。 图2 - i 软件功能示意 f j g , 2 - is m 丘w a r ef u n c t i o ns i g n a l sh i n t 2 4 运行合成绝缘子电场陡变的测量 国家电网公司设备及仪器仪表质量检测中心电力绝缘子避雷器检测站，依据华北电力 大学合成绝缘子带电测试仪技术条件标准，对d l - i 型绝缘子带电检测仪性能进行了 试验。试验项目包括：重复性试验、准确性试验、灵敏度试验、抗强场及抗电晕试验、使 用温湿度范围检验。 9 西安理工大学工程硕士学位论文 2 4 1 重复性试验 a 测试内容 测量仪器检测结果的稳定性，即测量数据的重复性 b 测试方法 根据标准第6 1 条规定，对一只ll o k v 良好合成绝缘子加工频电压6 3 k v ，相同条件 下连续测量三次，计算三条相对电场曲线之闻的最大误差。另外如试一只2 2 0k v 良好合 成绝缘子，加工频电压1 0 0k v c 测试电路 测试接线图如图2 2 所示。所用合成绝缘子为( 1 ) 曾在古燕线8 8 号塔上挂网运行 的1 1 0k v 等级合成绝缘子( 简称古燕8 8 号) ，试验电压为6 3 0k v 。( 2 ) 曾在梨穆线3 2 号塔中相挂网运行的2 2 0k v 等级合成绝缘子( 简称梨穆线3 2 号) ，试验电压1 0 0k v 。 1 一试验变压器，2 一绝缘予串，3 一模拟导线，4 一横担，5 - q l 场探头，6 一绝缘杆 7 一接地线 图2 - 2 测试接线图 f i g 2 - 2c i r c u i td i a g r a m d 测试结果表2 一l 和图2 3 给出了相对电场数值仅与测量位置有关。 ( a ) 古燕8 8 号( i l o k v 等级) ( 三条曲线重合)梨穆3 2 号( 2 2 0 k v 等级) ( 三条曲线重合) 图2 - 3 良好绝缘子相对电场分布曲线 f i g 2 - 3c u r v eo f c o m p o s i t e i n s u l a t o re l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u t e 图2 - 3 中横坐标为测量点位置序号，纵轴为相对电场数值( 下同) 。古燕8 8 号最大偏差发 l o 第二章合成绝缘子电场陡变机理的研究 生在第2 测量点，数值为2 8 梨穆3 2 号最大偏差发生在第2 测量点，数值为3 o 。两 种绝缘子的三次测量曲线均几乎完全重合。数据最大偏差均小于标准所规定的5 ，符合 标准要求。 表2 - 1 良好绝缘子相对电场分布数据 t a b l e 2 lc o m p o s i t ei n s u l a t o re l e c t r i cf i e l dd i s t r i b u t e 、日菖位置相对电场 序八 1234567891 01 11 21 31 41 5 1 6 1 7 ， 第1 1 1 81 l 9 79 69 7l 位l mi l o1 1 91 3 41 5 01 7 42 1 02 5 4 3 1 9 3 6 5 古次 燕第2 1 1 81 0 7l 9 79 69 69 91 0 3l “n 91 3 31 5 11 7 42 眇2 5 33 2 23 6 3 8 8 次 号 第3 次 1 1 91 0 8i 9 8 9 8 9 89 9 1 0 41 1 21 2 01 3 3 1 5 21 7 7 2 1 2 2 5 5 3 2 33 6 2 相对偏差 o - 82 8o1 o2 12 13 o1 o1 3o 3o s1 。31 7l - 4o 81 2 o f 8 第1 梨 次 1 2 8 9 9 8 2 7 47 0 6 5 6 77 07 28 19 2l l o1 3 51 7 02 柏3 6 14 5 5 穆 第2 1 3 01 0 2 8 4 7 57 0 6 66 76 9 7 2 7 99 0l l l1 3 41 7 02 3 53 ”4 4 3 3 2 次 号 第3 1 2 9l 8 47 57 06 66 77 07 3 8 0 9 1 l 1 3 5 1 7 2 2 3 93 5 64 4 9 次 相对偏差 1 6 3 o2 | 41 3o1 501 41 42 52 2l _ 8 0 7 1 2 2 1 2 2 2 7 本项结论 符合标准要求 2 4 2 准确性试验 a 测试内容 测试仪检测真实缺陷绝缘子的能力。 b 测试方法 根据标准第6 2 条规定，对有导通性缺陷的绝缘子施加工频相电压测量它们的相对 电场曲线，并与良好绝缘子的相对电场曲线迸行对比，找到陡变部位；解剖绝缘子，对比 相对电场曲线陡变部位与炭化通道部位是否吻合 c 测试电路 测试接线图如图2 - - 2 所示，所用合成绝缘子为宁安供电局的芳平线3 2 号塔中相( 有 缺陷) 和牡海线4 5 塔中相( 无缺陷) ，分别简称芳平3 2 号和牡海线4 5 号试验电压为 1 0 0 l i v 。 d 测试结果 相对电场发布铡试结果见表2 2 和图2 4 。 西安理工大学工程硕士学位论文 4 0 0 $ 5 0 $ 0 0 甩2 5 0 誉z 蝻1 5 0 1 0 0 5 0 0 4 s o 4 0 0 3 s o 捆$ 0 0 对2 5 0 电2 0 0 蝻l s o i o o s o o ( a ) 芳乎线3 2 号塔中相( 有缺陷) ( b ) 牡海线4 5 号塔中耜( 无缺陷) 图2 - 4 有、无缺陷绝缘子相对电场分布曲线 f i g 2 4c 哪me f f 酬v o 伽p o s i t ci i l s u l a 幻re l e c t r i cf i e l dd i s t f i b u 把 由图2 4 中可见，芳平线3 2 塔中相第1 4 号测量点( 对应于从高压侧数第4 大伞处) 的相对电场异常下陷，第5 、6 、7 号测量点( 对应于从高压侧数第l l 、1 2 、1 3 大伞处) 的相对电场异常下陷。剥去芳平线3 2 号绝缘子这两处伞套，并露出芯棒，在第4 大伞处 看到芯棒发黄并粉末化，在第l l 、1 2 、1 3 大伞处看到明显的炭化放电通道。芯棒发黄并 粉化处的电阻经2 5 0 0 v 摇表测量为i o m 0 鼬仅粉化处电阻为2 0 1 0 m o 锄，炭化通道电 阻为零。绝缘子相对电场曲线陡变部位与内部绝缘子缺陷部位完全吻合，符合标准要求 表2 - 2 有、无缺陷绝缘子相对电场发布数据 t l 曲i e 2 - 2d e f e c t v oc 鲫p o s 妇i m u l , 缸o re i e c 口i cf i e l dd l s m b u t o 绝缘子相对电场 芳平线3 2 号1 2 29 48 27 77 26 5 醴9 38 9 1 0 01 3 21 8 11 7 22 2 9 ( 有缺陷) 3 2 2 3 9 2 牡海线4 5 号 1 3 01 0 38 47 57 06 66 76 97 27 99 0l l l1 3 41 7 02 3 53 5 3 ( 无缺陷) 4 4 2 本项结论符合标准要求 2 4 。3 灵敏度试验 a 测试内容 测试检测仪所能够检测到的最小缺陷，缺陷位置分绝缘子高压端和绝缘子中部两种。 外部条件分有、无均压环两种。 b 。测试方法 根据标准第6 3 条规定，将一段导线平行固定在一只良好l l o k v 合成绝缘子芯棒外 侧，以模拟其缺陷。施加工频电压6 3 k v ，将测量结果与无模拟缺陷时的曲线相比较。模 拟缺陷为：无均压环时高压侧7 c m 缺陷( 从高压侧数第l 伞处) 、中部( 距高压端2 5 c m ) 1 5 c m ( 从高压侧数第6 、7 、8 伞处)