（电气工程专业论文）420kn高强度玻璃绝缘子的研制.pdf

4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 a b s t r a c t i n s u l a t o r sa r em a i n l yu s e dh a n g i n ga n di n s u l a t i n gf o rh i g h v o l t a g et r a n s m i s s i o n l i n e a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dr e q u i r e m e n t so fe h v a n du h vt r a n s m i s s i o nl i n e , t h i s p a p e rp r e s e n t e dc o m p l e t e dt h ed e s i g no fp e r f o r m a n c e ，c o n s t r u c t i o na n dm a k i n g t e c h n o l o g yf o rt h e4 2 0 k nh i g h - s t r e n g t hg l a s si n s u l a t o r 1 a s t l y , 4 2 0 k nh i g h - - s t r e n g t hg l a s s i n s u l a t o rw a sm a d es u c c e s s f u l l yb yt e s t s o nt h eb a s i so fo p e r a t i n gr e q u i r e m e n t so ft h ee h va n du h vt r a n s m i s s i o nl i n e ， d e f i n e da l lt h ep r o p e r t i e so f4 2 0 k nh i g h s t r e n g t hg l a s si n s u l a t o r , a n dt h r o u g ha n a l y s i s0 1 1 t h ee l e c t r i c a la n dm e c h n i c a lp r o p e r t i e so fc o n s t r u c t i o nd e s i g nf o ri n s u l a t o ra g a i na n d a g a i n ，w o r k e do u tan e wt e c h n o l o g i c a ls c h e m e ，a l lt h e s ee n s u r e dt h ef i x e dp r o p e r t i e so ft h e b u s h i n g j u d g i n gb yt h ec u r r e n ti n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d sa n dt e s tm e t h o d s ，t e s tr e s u l t sp r o v e d t h a ta l lp r o p e r t i e so ft h e4 2 0 k nh i g h s t r e n g t hg l a s si n s u l a t o rc a nm e e tt h en e e d so ft h e d e m o n s t r a t e dt r a n s m i s s i o nl i n e ，a n dt h a tt h ed e s i g n so fc o n s t r u c t i o na n dm a k i n g t e c h n o l o g ya r er i g i l t t h es u c c e s s f u lm a n u f a c t u r eo ft h e 4 2 0 k nh i g h - s t r e n g t hg l a s si n s u l a t o r , w h e r eaf e w c o u n t r i e sc a na r r i v e ，a n dm a k ei tp o s s i b l et or e a l i z et h ee l e c t r i c a li n s t a l l a t i o n so fe h va n d u h vt r a n s m i s s i o nl i n em a d ei nc h i n a t h es u c c e s s f u lm a n u f a c t u r eo ft h e4 2 0 k n h i g h s t r e n g t hg l a s si n s u l a t o r , p r o v i d i n gt h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a b l e e v i d e n c ef o rt h e s t u d y i n g5 5 0 k ng l a s si n s u l a t o r k e y w o r d s ：e h v a n du h v ：g l a s si n s u l a t o r ；t o u g h e n e d ：c r e e p a g ed i s t a n c e 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囹。 学位论文作者签名： 签字日期：年月 日 户谚 专 月 幺 修 年 打7 名 期 签 日 师 字 导 签 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年 月 日 江苏大学工程硕士学位论文 第1 章绪论 我国电网正处于快速、健康、持续发展的新时期。以三峡电网为中心，电网互联， 形成全国统一大电网的局面将很快形成。截止2 0 0 3 年底，我国6 6 k v 及以上的输电 线路总长度约为3 8 6 万k m 。其中1 l o k v 输电线路( 包括6 6 k v ) 为1 9 4 万k m ，2 2 0 k v 输电线路为1 3 6 万k m ，3 3 0 k v 输电线路为1 3 万k m ，5 0 0 k v 输电线路为3 9 万k m ， 士5 0 0 k v 直流输电线路为0 3 5 万k m 。投入运行的绝缘子总数( 复合绝缘子按相应的 盘形绝缘子数折算) 约为5 7 0 0 万片。 在输电线路上采用的绝缘子按结构形式分有盘形悬式和棒形悬式两大类；按电介 质材料分类，有瓷、玻璃、有机合成绝缘子三种类型。在长期的运行中，绝缘子会受 到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响，在电气上要承受强电场、 雷电冲击电流、工频电弧电流的作用，在机械上要承受长期工作荷载、导线舞动等机 械力的作用，综合分析三种类型绝缘子的运行性能及特点，研讨绝缘子在运行中出现 的问题及解决措施，对于提高线路的运行可靠性，是很有必要的。 1 1 三种材质材料绝缘子的结构和特点 1 瓷悬式绝缘子 瓷由石英砂、粘土、长石等原料经球磨、制浆、练泥、成形、上釉和烧结成瓷件。 它的烧结与固相反应是在低于固态物质的熔点或熔融温度下进行的( 高硅瓷的成瓷温 度约1 3 0 0 ) 。成瓷后的显微结构由多晶体、玻璃相和气孔组成，属于一种多晶体的 非均质材料n 1 ，加上它的生产工序多，周期长，工艺影响因素多，质量分散性较大， 稍有控制不当，给线路掉串事故埋下隐患。 2 玻璃绝缘子 玻璃由石英砂、白云石、长石和化工原料( 碳酸钾、钠) 等经高温熔融( 硅酸盐 玻璃熔制温度约1 5 0 0 1 2 ) 成液体，经冷凝而形成质地均匀、结构致密的均质材料。 制品经钢化处理后，获得均匀分布的内应力，这种钢化内应力不随使用时间的延长而 衰减，产品在整个运行过程中能保持机械强度不下降( 即不老化) ，它具有寿命周期 长，机电强度高，零值自破、便于检测和不掉串等优异特性。 3 合成绝缘子 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 合成绝缘子是由硅橡胶伞群、芯棒和端部金具组成，结构简单，与瓷和玻璃绝缘 子相比较，其电气和机械性能可调范围大，加上它的体积小、重量轻、强度高、耐污 性能好等优点，已成为电力部门乐于采用的新一代绝缘子口3 。但是，合成材料的老化， 芯棒因蠕变引起机械强度下降，端部密封不良，电弧蚀损及运行中无法判断产品好坏 等原因，也给掉线事故留下隐患。 4 长棒型瓷绝缘子 长棒型瓷绝缘子两端采用悬式绝缘子的帽、脚连接方法，结构简单，串接可绕性 好，又具有耐污性能好，耐击穿强度高，不需测零等优点，在国内5 0 0 k v 线路上运 行已取得较好的效果，深得电力部门的欢迎，但它的耐雷电水平有待从结构上改进， 3 3 0 5 0 0 k v 线路上采用多根长棒串接，存在电压分布不均匀和带电维修操作不方便等 弱点。， 1 2 绝缘子的国内外发展现状 从寿命周期、失效率、失效检出率、事故率等几方面，来说明目前国内外三种主 要绝缘子( 瓷绝缘子、玻璃绝缘予、合成绝缘子) 的发展状况。 1 “寿命周期”是指产品在标准规定条件下，其机电性能不低于出厂值的使用年 限，由于四种绝缘子的结构和制造工艺的差异性，决定了它们的不同的“寿命周期”。 我们对2 2 0 k v 西柳线( 湿热多雷) ；鸡勃线( 高寒一0 ) ；下楚线( 海拔1 8 0 0 - - - 2 4 0 0 米) 和南京长江大跨越( 塔高1 9 3 5 米) 典型线路运行5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 ，2 5 ，3 0 ，3 6 年的瓷和玻璃绝缘子进行了多次机电性能对比试验( 表1 ) ，玻璃绝缘子的性能保持 出厂标准规定值，未出现老化现象。而瓷绝缘子运行1 5 2 5 年后，试验值达不到出厂 标准规定值，且每次测试不合格率逐年增加，老化日趋严重。 合成绝缘子为有机材料制成，她比无机材料容易老化，进口合成绝缘子( 主要是 美、德两国的) 承诺的寿命周期为2 0 年，有的运行4 6 年在5 0 0 k v 线路上就发生了 事故。国产合成绝缘子虽然历经“三代”的发展，从产品结构、采制材料和制造工艺不 断更新，但因厂家众多，质量分散性较大，要想达到优质高强的水平还需加倍努力开 拓和进取。 值得提出的是：产品“寿命周期”的这一重要指标，它直接影响到输电线路安全运 行的可靠性，同时也对投建线路的经济合理性提供了依据，从这方面来比较，玻璃绝 2 江苏大学工程硕士学位论文 缘子显然优于瓷和合成绝缘子。 表1 12 2 0 k v 两柳线和鸡勃线长期运行后机电性能试验结果 产品型号 运行时j i ：频火花电压试验一小时机电联合试验总损坏率 间( 年)试验数损坏数损坏率试验数损坏数损坏率 l x p 6 01 01 9 l 5 2 1 81 5 61 0 5 x p 6 01 01 4l71 375 45 7 l x p - 6 01 62 7002 700o x p 6 01 62 7l l4 l1 668 89 3 l x p 6 0 2 02 0001 815 5 53 7 l x p 一6 02 04 l 1 26 08l1 2 56 5 l x p 6 02 59l2 4 4 0 37 59 8 x p 6 02 5l l55 5 6437 58 8 9 l x p 6 03 01 3001 looo x p 6 03 6 o01 3o00 2 失效率。绝缘子在输电线路运行过程中，绝缘电阻变为零值或低值。丧失了机 电性能，已无使用价值，这种失效率通常称为绝缘子的老化率，绝缘子的失效率越低， 输电线路运行的可靠性就越高。 我公司引进国外技术的玻璃绝缘子生产线的产品，已有3 0 0 0 多万片投入电力线 路基建和运行。初步统计年自破率在0 0 2 0 0 6 ，运行质量接近世界先进水平。对 于瓷绝缘子，由于厂家多，质量分散性大，据电力部门不完整的统计资料显示，其年 失效率在0 0 5 0 6 6 。部分5 0 0 k v 线路瓷的老化率高于这一数据。对于合成绝缘子， 也因厂家多，同样存在质量分散性大，尤其是材质材料和制造工艺几经更新，运行时 间较短，暂时还没有一个确切的统计数据。 玻璃绝缘子的自破是属于早期暴露，随运行时间的延长，自破率呈下降趋势，是 “优存劣汰”的结果。瓷和合成绝缘子的老化率属于后期暴露，随运行时间延长，老化 率呈上升趋势，当老化率高达不能承受时，只好采取全线更换瓷和合成绝缘子，对于 玻璃绝缘子就不必大动干戈，紧需零星更换，这对节省输电线路投资和降低维护费用 十分有利，符合降本增效和减员增效的要求。 3 失效检出率。四种绝缘子因材质材料的不同，失效的表现形式也各异，失效的 检出手段也随之不同。玻璃绝缘子的失效形式为“零值自破”，这是区别与瓷和合成绝 缘子的最显著的特点，“零止自破”后的伞群脱落，缺陷明显，无须登杆，仅用目力和 望远镜或用直升机巡航，即可发现。自破后的残留强度较高，保证导线不会落地。 瓷绝缘子的失效形式为头部隐藏的“零值”或“低值”，必须登杆逐片检测才能发 现，每年需花大量的人力和物力。而且由于工作人员的操作水平和责任心的不一致， 3 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 以及大气湿度、火花距离间隙调整等因素影响。有时还会发生误判和漏检，给线路留 下隐患，遇到污闪或雷击等突发情况，极易导致瓷绝缘子掉线事故的发生。 合成绝缘子在线路上的运行检测，目前，国内外还没有一个恰当的方法来判断它 在运行过程中的好坏，一旦失效，事故已经形成。 失效检出率越低，事故的隐患率就越高，由此可见，玻璃绝缘子的失效率低，失 效检出率百分之百，国内外乐于采用该产品，正是利用“零值自破”便于检测的特点， 发挥它在输电线路上的独特优势。 4 事故率。瓷件为非均质材料，结构不够致密并含有少量气孔，在线路上长期承 受机械负荷、电场及力作用下，逐步暴露出它的内在缺陷( 如隐裂形成裂纹) ，加上 瓷绝缘子由瓷件、铁帽、钢脚用水泥胶合剂组装而成，三者膨胀系数不同也回形成热 应力，导致瓷件产生裂纹，随着运行时间的延长，裂纹开始扩展，出现零值或低值， 因漏检或未到检出周期，遇到污闪、雷击等冲击时，瓷件头部形成电弧通道，持续时 间一长，瓷件热膨胀产生铁帽炸裂，造成了绝缘子掉串事故。华中网局5 0 0 k v 瓷绝 缘子线路运行1 4 年，发生7 次掉串事故h 1 ，1 9 9 6 年5 月5 0 0 k v 佛江线的瓷绝缘子遭 雷击发生了掉线事故，1 9 8 9 年春季京、津、唐地区和1 9 9 0 年1 月6 日华东电网发生 大面积污闪，其中1 l 条5 0 0 k v 瓷绝缘子线路，在4 天中污闪跳闸7 7 次，有5 片瓷 绝缘子发生了掉线事故。在同等运行条件下，5 条5 0 0 k v 玻璃绝缘子线路( 繁瓶、北 瓶、北绍、繁斗和瓶斗使用1 2 4 万件) 未发生污闪。值得提出的是：在l l o 5 0 0 k v 线路上运行3 0 0 0 多万片玻璃绝缘子从未发生过掉线事故。 合成绝缘子事故，主要由于有机材料的老化、芯棒机械强度衰减、粘接工艺不良 和在导线震动或舞动时芯棒的玻璃纤维分层与断裂等，其次硅橡胶变脆和伞裙粘附污 层过厚而使增水层难以迁移至污层表面，在湿润和电场作用情况下，同样会产生污秽 闪络馇1 。芯棒脆断是线路恶性事故。以5 0 0 k v 线路为例，已超过l o 次，进口产品占 多数，也有国产产品，它的掉串事故率相当高。为遏制合成绝缘子掉串事故的上升趋 势，2 0 0 3 年4 月，华东电网线路工作会议明确指出，在5 0 0 k v 线路的耐张串上慎用 或不用合成绝缘子，悬垂串上必须用双联串。 1 3 玻璃绝缘子的国内外发展现状 国内生产玻璃绝缘子的厂家主要有南京电气( 集团) 有限责任公司、自贡塞迪维 4 江苏大学工程硕士学位论文 尔玻璃绝缘子有限公司、天津迪艾夫玻璃绝缘子有限公司，后两者是合资企业。自贡 塞迪维尔玻璃绝缘子有限公司是装配线，原来全部采用法国进口玻璃件，；天津迪艾 夫玻璃绝缘子有限公司哺1 也是装配线，原来全部采用意大利进口玻璃件；由于两家 国外玻璃件生产线都已经停产，这两家公司采用的全是上海一家公司生产的玻璃件。 其余国外生产玻璃绝缘子的只有乌克兰、巴西等少数几个国家。 玻璃绝缘子按结构形式划分，有标准型、防污型、标准大盘径、球面型、空气动 力型、直流型、地线型等类型；按强度等级划分，有4 0 - 5 5 0 k n 等级。两个合资企 业已经具所有品种的绝缘子。我公司出5 5 0 k n 绝缘子外，其它各种绝缘子都能批量 生产。 玻璃绝缘子的质量水平大多是以“自爆率”来衡量。由于，国外玻璃绝缘子起步早， 研制的也比较早，生产制造经验丰富，产品的自爆率要低一些。我公司自1 9 5 8 年生 产出第一只玻璃绝缘子，填补了国内空白，至1 9 9 4 年引进国外生产线，达到了年产 量3 0 0 万只的生产规模，产品质量大幅度提高。经过2 0 0 2 年的二期工程改造、2 0 0 6 的三期工程改造，已经具有四条生产线，年产量1 0 0 0 万只，位居世界第一，成为世 界玻璃绝缘子生产基地。到2 0 0 7 年年底，玻璃四期工程改造完毕，新增一条生产线， 达到5 条生产线年产量1 2 0 0 万只的生产规模。玻璃绝缘子三期，四期改造工程，即 是我国自主知识产权和国外先进技术结合的产物，结合了国内外生产线的优点。在提 高产品产量的同时，我公司也加强提高绝缘子质量方面的研究。对于高吨位玻璃绝缘 子，增a n - 次冷热冲击及头部那水压试验，更大限度地剔除有缺陷绝缘子，加强质量 控制。通过加强质量控制措施，产品的自爆率与合资产品相当，我公司玻璃绝缘子的 质量有明显提高，达到国内先进水平。 我公司生产的玻璃绝缘子有标准型、防污型、标准大盘径、球面型、空气动力型、 直流型、地线型等类型，强度等级有4 0 k n 、7 0 k n 、1 0 0 k n 、1 2 0 k n 、1 6 0 k n 、2 1 0 k n 、 2 4 0k n 、3 0 0 k n 、4 2 0 k n ( 今年年底即可研制出5 5 0k n 玻璃绝缘子) ，除5 5 0k n 玻璃 绝缘子外，覆盖电力系统招标的所有品种，产品性能指标达国际先进水平，具有很强 的市场竞争能力。 1 4 本文研究的内容 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子是我公司代表国内首先自主研究制造的第一只用于超 5 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 高压和特高压玻璃绝缘子，是理论与经验相结合的大胆创新举措，在高强度玻璃绝缘 子研究方面具有里程碑意义。4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的诸多方面的研究成果，为我 公司正在研制的5 5 0 k n 玻璃绝缘子提供了丰富的借鉴经验，主要研究内容有以下几 个方面： ( 1 ) 高强度玻璃绝缘子基本原理与结构的深入研究。 ( 2 ) 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子参数设计。根据运行技术要求和行业技术标准规范， 确定产品结构尺寸和性能参数。 ( 3 ) 性能可靠性分析与研究。主要包括机械性能、电气性能等，理论上分析产品 性能的可靠性。 ( 4 ) 制造工艺研究与设计。根据公司制造高强度玻璃绝缘子的可能性和经验，研 究制定关键工艺及工艺参数等。 ( 5 ) 试验研究。根据运行技术要求和行业技术标准规范、试验标准规范，研究制 定试验验方案( 包括试验依据、试验方法和判定标准) 并进行特殊性能试验，产品试 验结果是否满足运行可靠性要求。 ( 6 ) 总结对比国内外产品的先进性，提出未来玻璃绝缘子研究方面的前景及可能 产生的经济效益。 根据g b t1 0 0 1 1 2 0 0 3 标称电压高于1 0 0 0 v 的架空线路绝缘子第1 部分：交 流系统用瓷或玻璃绝缘子元件一定义、试验方法和判定准则和相关标准要求，特研 究制定了4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的试验指导大纲( s j l 0 6 7 - - 2 0 0 4 ) ，即试验设计方 案，主要内容包括例行试验项目和型式试验项目，指明了试验依椐、试验方法及判定 标准。例行试验项目和型式试验项目主要内容包括：外观、机械性能及尺寸检查、偏 差检查、锁紧销检查、机械破坏负荷试验、热震试验、工频击穿耐受试验、镀层试验、 雷电冲击干耐受电压试验、工频湿耐受电压试验、残留机械破坏负荷试验、热机械性 能试验、高压线路绝缘子空气中冲击击穿试验、可见电晕电压及无线电干扰电压 ( r ) 试验、工频电弧试验等。 预期产品研制效果能够达到设计性能的要求。最终，4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子经 试验，结果满足相关标准与技术条件或线路运行条件的要求，试验合格( 通过) 。 6 江苏大学工程硕士学位论文 第2 章玻璃绝缘子的结构和基本原理 2 1 玻璃绝缘子的结构及分类 盘形悬式玻璃绝缘子是使用得最普遍和最重要的一种线路绝缘子。绝缘子由铁 帽、钢脚和绝缘件组成。盘形悬式玻璃绝缘子具有绝缘件损坏时导线一般不落地的优 点 。 图2 - 1盘形悬式玻璃绝缘子结构图 a ) 球窝连接结构 b ) 槽形连接结构 l 铁帽2 - 胶合荆卜垫片蝴脚渤帽触片瑚紧销蜮接销蜥背开口销 盘形悬式玻璃绝缘子结构见图2 1 。按金属附件连接结构有球形连接和槽形连接 两种。球形连接挠性大，可转动，没有方向性且装卸方便，有利于带电作业，通常均 采用此种连接结构嘲。槽形连接结构金具较简单，一般仅应用在低压线路上。绝缘子 帽一般采用可锻铸铁或球墨铸铁，钢脚一 般采用普通碳素结构钢、低合金结构钢、 优质碳素结构钢或合金钢制造。 盘形悬式玻璃绝缘子从结构型式侈1 上 分为标准型、耐污型、直流型、球面型、 空气动力型和地线型等，其结构型式应分 别符合图2 1 - 2 7 规定。 7 图2 一l 标准型绝缘子 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 图2 2 耐污型绝缘子 图2 - 4 球面型玻璃绝缘子 图2 - 3 直流型绝缘子 图2 - 5 空气动力型绝缘子 图2 - 6 悬垂式地线玻璃绝缘子 8 江苏大学工程硕士学位论文 图2 - 7 耐张式地线玻璃绝缘子 2 2 玻璃绝缘子的主要技术参数 1 玻璃绝缘子的主要技术参数们 盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数见表2 1 表2 - 6 表2 1直流型盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数 机械 公称绝缘件最小 雷电全波 直流 工频 国 破坏 结构公称公称连接 冲击耐受 l m i n 击穿 标绝缘子 图 负荷 高度直径爬电型式 电压 湿耐受 电压 型型号号l 洲 hd 距离标记 ( 峰值) 电压 ( 有效值) 号不 k v ， ( 峰值) 小于不小于 k v ， k v ， 不小于 m m 不小于 i ，x z y 二1 6 031 6 01 7 03 2 05 5 02 01 4 06 51 3 0 i 。x z y 二2 1 032 1 01 7 03 2 05 5 02 01 4 06 51 3 0 i x z y - 2 4 0 32 4 01 7 03 2 0 5 5 02 4 1 4 0 6 51 3 0 i x z y _ 3 0 033 0 01 9 53 8 06 3 52 41 5 07 01 4 0 i x z y 一4 2 034 0 02 0 53 6 05 5 02 81 4 06 51 4 0 9 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 表2 - 2 标准型盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数 机械公称绝缘件最小 雷电全波工频电压 破坏结构公称公称 连接冲击耐受( 有效值)国标 绝缘子图负荷高度直径爬电 型号型式电压k v ，不小于 型号号 l 斟hd 距离 标记( 峰值) 不小l m i n n u n k v ，不小于击穿 于湿耐受 u 4 0 bi x y 4 0l4 01 1 01 7 51 9 01 l l x y i - 4 0 l4 01 0 01 7 51 9 0l l u 7 0 b s l x y 2 - 7 0 l7 01 2 72 5 53 2 01 6：0 04 01 3 0 u 7 0 b l l x y l - 7 0 l7 01 4 62 5 53 2 01 61 0 04 0 1 3 0 u 1 0 0 b li 。x y - 1 0 0l1 0 01 4 62 5 53 2 01 61 0 04 01 3 0 u 1 2 0 bi x y 1 2 0l1 2 01 4 62 5 53 2 01 6 1 0 0 4 0 1 3 0 u 1 6 0 b li x y1 6 0l1 6 01 7 02 8 04 0 02 01 1 04 51 3 0 u 1 6 0 b m l x y 3 - 1 6 0 l1 6 01 5 52 8 04 0 02 0 1 1 0 4 5 1 3 0 u 1 6 0 b s l x y 4 1 6 0 l1 6 01 4 62 8 04 0 02 0l l o4 51 3 0 u 2 1 0 b l x y 3 2 1 0 i2 l o1 7 02 8 04 0 02 0 儿04 51 3 0 l x y 4 - 2 1 0 22 1 01 7 02 8 04 5 02 01 2 55 01 3 0 u 2 4 0 bl x y 二2 4 012 4 01 7 02 8 04 0 02 4儿04 5 1 3 0 l x y 2 2 4 0 22 4 01 7 02 8 04 5 02 41 2 55 01 3 0 u 3 0 0 b l x y 3 - 3 0 0 l3 0 01 9 53 2 04 8 52 41 3 05 0 1 3 0 u 4 2 0 bi 。x y 4 2 0l4 2 02 0 53 6 05 5 02 81 4 05 51 4 0 u 5 5 0 bi x y 5 5 0l5 5 02 4 03 8 06 0 03 21 5 56 0 1 4 0 表2 3 球面型盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数 机械公称绝缘件最小工频电压 国5 0 雷电 破坏结构公称公称 连接冲击闪络 ( 有效值) 标 绝缘子图负荷高度直径爬电 型式电压( 峰 k v , 型 型号号斟 hd 距离不小于 号标记 值) k v , 不小 m m 不小于湿闪络击穿 于 l x q y - t 0 0 41 0 01 4 62 5 53 2 01 61 0 04 51 3 0 l x q y - t 2 0 41 2 01 4 62 5 53 2 01 61 0 04 51 3 0 l x q y i 一1 2 0 41 2 01 4 62 5 53 2 01 61 0 04 51 3 0 l o 江苏大学工程硕士学位论文 表2 - 4 耐污型盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数 机械 公称绝缘件最小 5 0 雷电 工频电压 破坏 结构公称公称 冲击 ( 有效值) 国标 绝缘子图负荷 高度直径 爬电 连接闪络 k v , 型号型号号 k n hd距离 型式 电压 不小于 不小 标记( 峰值) 于 m m k v , l m i n击 不小于 湿耐受穿 l x h y 4 - 7 0 47 01 4 62 5 54 0 01 61 2 04 51 3 0 u 7 0 b l p l x h y 5 - 7 0 47 01 4 62 8 04 5 01 61 2 55 01 3 0 l x h y 6 - 7 0 47 01 4 63 2 05 5 01 61 4 05 51 3 0 l x h y 二l o o41 0 01 4 62 5 54 0 01 61 2 04 51 3 0 u 1 0 0 b l p l x h y 4 10 0 41 0 01 4 62 8 04 5 01 61 2 55 01 3 0 l x h y s 1 0 0 41 0 01 4 63 2 05 5 01 61 4 05 51 3 0 l x h y 1 2 0 4 1 2 01 4 6 2 5 54 0 01 61 2 0 4 51 3 0 u 1 2 0 b p l x h y 4 - 12 0 41 2 01 4 62 8 04 5 01 61 2 55 01 3 0 l x h y s - 12 0 4 1 2 01 4 6 3 2 05 5 01 61 4 05 51 3 0 u 1 6 0 b p l x h y 3 - 1 6 041 6 01 5 52 8 04 5 02 01 2 55 01 3 0 l x h y 4 16 0 41 6 01 7 02 8 04 5 02 01 2 55 01 3 0 u 1 6 0 b l pl x h y 5 - 16 041 6 01 7 03 2 05 5 02 01 4 05 51 3 0 l x h y 6 - 16 0 41 6 01 5 53 2 05 5 02 01 4 05 51 3 0 u 2 l o b p l x h y 3 - 2 1 0 42 l o1 7 03 2 05 5 02 01 4 05 51 3 0 u 2 4 0 b p l x h y 3 2 4 0 42 4 01 7 03 2 05 5 02 41 4 05 51 3 0 l x h y 4 3 0 0 23 0 01 9 53 2 0 5 5 02 41 4 05 51 3 0 u 3 0 0 b p l x h y 3 3 0 0 63 0 01 9 53 8 06 3 52 41 5 56 01 4 0 l x h y s 3 0 0 63 0 01 9 53 8 06 9 02 41 5 56 01 4 0 表2 - 5 空气动力型盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数 公称绝缘件最小5 0 雷电 工频电压 机械结构公称公称冲击 国( 有效值) 破坏高度直径爬电连接闪络 标 绝缘子型号图号负荷 hd 距离 型式 电压 k v , 不小于 型 斟 标记( 峰值) 号 不小于m m k v ,湿闪络击穿 不小于 i 。x a ：y - 1 2 0 51 2 01 4 63 9 03 6 51 61 0 05 01 3 0 l x a y i 1 2 0 51 2 01 4 03 9 03 6 51 6l o o5 01 3 0 i 。x a y - 1 6 0 51 6 01 4 64 2 03 8 02 01 0 05 51 3 0 i 。x a y 二2 1 052 1 01 7 0 4 2 0 3 8 02 0 l o o 5 5 1 3 0 i x a y 2 4 0 52 4 01 7 04 2 03 8 02 41 0 05 51 3 0 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 表2 - 6 地线型盘形悬式玻璃绝缘子主要技术参数 公 绝 最 工频恢复 地线 称 缘 小 电压 绝缘子 电极耐弧能力 2 5 0 0 v 上频 不小于 国 机械 结 件公 t 频( 间 放电 破坏构 公称 悬击穿隙1 5 r a m ) 电压( t 频 标绝缘子 图负荷高 称爬 挂电压时熄灭电 间隙 电流 型 型号 号 k n 度 直电2 0 m m ) ( 有 号径距 方k v ,弧电流 a 效时 不h d 离 式 不( 有效值) k v 次 小予小于不小于 ( 有效 值)间 数 值) k a s 电感电容下 m m性性 上限 限 l 乜流电流 值 值 l x d y 1o o c61 0 02 1 02 0 02 2 0悬垂1 3 03 52 03 081 0o 22 l x d y 二1 0 c c n71 0 02 l o2 0 02 2 0 耐张 1 3 03 52 03 081 00 22 2 型号说明 lx 口y 口口 额定机械破坏负荷值，k n 设计顺序号l 、2 、3 圆柱头结构 伞形结构：h 代表耐污型，z 代表直流型 q 代表球面型，a 代表空气动力型 d 代表地线型，无上述代号则为标准型 盘形悬式玻璃绝缘子 d 为标准型大盘径绝缘子 t 为电气化铁道用耳环形绝缘子 2 3 玻璃绝缘子的机械性能 1 机械性能影响因素 玻璃绝缘子绝缘件有圆柱形和圆锥形两种头部结构。圆柱形头部直径较圆锥形 小，减少了尺寸，提高了电气性能。试验还表明，圆锥形头部结构应力分布陡且拉伸 应力集中在靠近帽的下边缘和脚的上边缘部位，而圆柱形头部结构应力分布相对地较 平，减少了应力集中并可获得较均匀的应力分布n 羽。 绝缘子钢脚伸入水泥部位的头部应设计成曲率半径较大的“r ”形，以使绝缘子受 到拉伸负荷后绝缘件侧壁产生压应力，且均匀分布有内壁中上部位。 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 圆柱形绝缘子的机械破坏负荷在一定程度上与承力面面积有关，其承力面面积可 按下式计算： s = 7 r d h 式中扛绝缘件头部受力部位内径算术平均值 肛绝缘件头部承力部位高度，即脚顶面至帽口垂直距离( 见图2 8 ) 图2 - 8 】页面至帽e l 垂直距离不恿图 2 机械性能试验 根据国家标准g b t 1 0 0 1 1 2 0 0 3 标称电压高于1 0 0 0 v 的架空线路绝缘子第l 部分：交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件一定义、试验方法和判定准则要求，玻璃绝 缘子的机械性能试验包括逐个机械试验、机械破坏负荷试验、残留机械强度试验、热 机械性能试验逐个机械试验是例行试验，每个绝缘子至少应承受3 s 等于规定机械破 坏负荷5 0 的拉伸负荷。 机械破坏负荷试验既是抽样试验，也是型式试验。绝缘子应独立经受施加在金属 附件之间的拉伸负荷。拉伸负荷应平稳、迅速地从零增加到约为规定机械破坏负荷的 7 5 ，然后以每分钟1 0 0 - - 3 5 规定机械破坏负荷的速度( 相当于在1 5 s 一4 5 s 时间内 达到规定机械破坏负荷) 逐步增加到绝缘子发生破坏为止，并记录该数值。按照标准 做一定数量的机械破坏负荷，并进行统计分析，符合规定要求。 残留机械强度试验、热机械性能试验是型式试验m 1 。 残余强度试验是用机械的方法，例如用锤子打击的方法，将绝缘子绝缘件的伞裙 敲掉，在帽的最大直径外不应有伞裙部分存在。 试品应逐个经受加在两金属附件间的拉伸负荷 1 4 o 拉伸负荷应平稳、迅速地从 零增加到约为完整绝缘子规定机械破坏负荷的5 0 ，然后此负荷应以每秒为规定机械 破坏负荷的0 5 - - 1 速率逐渐地增加，直到发生破坏。记录下的试验时达到的最大 1 3 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 负荷即作为试品的残余强度。残余强度应满足下式： x 0 8 r + 1 6 4 5 s 式中蝴余破坏负荷平均值，k n l k 额定破坏负荷值，k n 蝴余破坏负荷标准偏差值，k n 热机械性能试验n 5 1 是绝缘子元件应承受四个2 4 h 冷却与加热循环，并同时施加 拉伸负荷，该负荷的大小保持在所规定机械破坏负荷的6 0 0 0 , , , 6 5 之间。每个2 4 h 循 环中，首先应将其冷却到一3 0 c + 5 c ，然后将其加热到+ 4 0 士5 。应控制冷却和加热 循环的温度偏差，以保证记录的冷却和加热温度之间的最小温差为7 0 k 。在温度循环 中最高温度和最低温度至少均应连续保持4 h 。温度变化的速度实际上并不重要，它 取决于试验装置。所有温度应在其中一个绝缘子的金属附件上或附近测量。开始第一 个冷热循环之前，应在室温下在绝缘子上施加拉伸负荷。在每次加热期终结时，完全 卸除该拉伸负荷，并再重新施加，但最后一个热循环除外。在第四次2 4 h 循环之后， 将其冷却到室温，除去拉伸负荷。该试验程序用图示法表示见图2 - 9 。 负荷 1 0 0 6 5 6 0 o + 4 0 o 一3 0 02 41 4 8 7 2：9 6 卜_ - 柏 、八八八j r | 。u u 2 4 玻璃绝缘子的电气性能 图2 - 9 热机械性能试验用图 室矗 玻璃绝缘子的电气性能n 引包括工频击穿电压、工频湿闪络电压、工频干闪络电压、 工频湿耐受电压、工频干耐受电压、雷电冲击干耐受电压、5 0 雷电冲击闪络电压等。 国家标准规定的试验项目是工频击穿电压( 单片) 、雷电冲击干耐受电压和工频湿耐 受电压( 标准短串) 。标准短串是指至少由5 个绝缘子元件组成的绝缘子串，其长度 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 不超过1 5 m 。 1 电气性能计算 1 ) 工频击穿电压3 u 击= e r 1 i n r 2 r l ( 电气绝缘结构设计原理) 其中e 一玻璃体击穿场强( 取3 5 k v m m ) r l 一玻璃件孔底曲率半径( r a m ) r 卜玻璃件头部曲率半径( r a m ) 2 ) 工频湿闪络电压 u s = 6 6 6 + 4 3 0 i s 1 0 2 1 9 其中l 卜绝缘子湿闪络时沿湿表面距离( e r a ) l 融缘子闪络时干闪络距离( e r n ) 3 ) 5 0 雷电冲击闪络电压 u 5 0 = 5 1 1 8 + 4 4 7 1 9 其中l 旷绝缘子闪络时干闪络距离( c r n ) 2 绝缘子和绝缘子串的放电特性 1 ) 干闪络和湿闪络 a 干闪络距离。这是绝缘子在干燥状态下，放电通过表面或穿过 空气两电极间的最短距离。悬式绝缘子串由铁帽边缘算起，见图2 1 0 等于a + ( i 卜1 ) h + e ( 或d ) 。d 为绝缘件上层边缘到导线的距离，1 1 为绝缘子片数，h 为结构 高度。 b 湿闪络距离m 1 。当绝缘子作湿闪络试验时，经受4 5 0 的雨水喷射， 则一部分表面被湿，而剩下一部分仍可看作干燥表面。此时通过两电极间的最短 放电距离，图2 1 0 中为r e 。 c 泄露距离，绝缘子两电极间的泄露电流沿表面的最短距离啪1 。图2 1 0 中为 l i e 。泄露距离关系到绝缘子的泄露电阻。这对于通信绝缘子甚为重要。对于高压绝缘 子而言，在近代超高压系统中，特别是污秽地区的绝缘子放电电压，泄露距离常起决 定性作用。 1 5 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 涔俭 惴偷 撮 图2 - 1 0 绝缘子的闪络距离和泄露距离 悬式绝缘子( 串) 的干、湿闪络电压，常以类似针尖对平板的空气间隙放电公式 作近似计算 u = 3 5 l + 10 i7 干或湿闪络电压( 千伏有效值) 卜干或湿闪络距离( 厘米) ，此公式约在2 0 - 2 0 0 厘米时适用。 由于绝缘子的干、湿闪络电压因结构不同而大有差别，上式计算计算只是一种粗 略的估计，湿闪络电压更不准确。当电压等级增高和绝缘子放电距离增加时，工频和 冲击放电电压不能按比例增加。绝缘子的冲击放电电压，与绝缘子的表面干或湿的状 态关系不大。 2 ) 绝缘子和绝缘子串的电压分布和放电特性 绝缘子的电压分布一般是不均匀的n ，在导线或金属附件附近的电场常比较集 中当电压加高到起始电压时，绝缘子的铁帽边缘和钢脚附近电场集中处易产生局部 放电。 绝缘子局部放电将引起对无线电的干扰和能量损耗，并使绝缘子和金属附件逐渐 老化和腐蚀。因此，在长期工作电压下如电晕或局部放电过强是不允许的。 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 u o 图2 1 i 绝缘子串的等效电路 绝缘子串的电压分布情况可以用图2 1 1 电容双链的等效电路来表示。图中c 代 表每个绝缘子的内电容，而c 1 和c 2 分别为绝缘对地和对导线的电容。由于c l 和 c 2 的存在，使经过绝缘子串两端绝缘子的电流比经过中间绝缘子的电流为大，因此 位于串的两端的绝缘子承受电压较大，而中间的绝缘子承受电压较小。一般而言， c 1 c 2 ，因此导线端的那个绝缘子所承受的电压又较铁塔端的绝缘子所承受的电压 为高。 3 ) 悬式绝缘子串的放电特性和主要尺寸的关系 悬式绝缘子串的放电特性比单个绝缘子的放电特性具有更大的实际意义。图 2 1 3 、2 1 4 所示为悬式绝缘子放电可能途径： ( 1 )沿绝缘子的表面，如图2 1 3 中3 ，即与沿单个绝缘子表面的放电一样情 况，其总长度为n p l 。一般在脏情况下的放电属之。 ( 2 )沿由各个绝缘子表面和空气间隙顺序交替组成的途径l 或2 ，其总长度为 n p 2 。一般在下雨情况下的放电属之。 ( 3 )沿着绝缘子串的最短距离，其放电距离等于图2 - 4 中的l ，此时平均放电 电场强度值实际上等于针对针电极空气间隙的放电情况，一般在有保护金具下的干闪 络放电属之。 以上途径1 和2 称为串极性放电，途径3 成为非串极性放电。由于放电发展沿表 面比空气间隙容易，在通常采用的绝缘子放电距离p 与结构高度h 间的比值下，即使 1 7 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 l n p 2 k 1 ，则此批合格；如q k 2 ，则此批不合格；如k 2 _ 2 2 5 k v 短串5 片串 ( 7 ) 绝缘子偏差 轴向：不大于绝缘子标称直径的4 径向：不大于绝缘子标称直径的3 ( 8 ) 锁紧销操作试验 f m i n = l0 0 1 呵f m a x - - 6 5 0 n 4 2 0 k n 高强度玻璃绝缘子的研制 ( 9 ) 机械破坏负荷 采用计量二次抽样方案，接收常数大于3 ( 1 0 ) 热震试验 温差大