架空输电线路绝缘子的优化配置方案

架空输电线路绝缘子的优化配置方案

0电网中缘子种的选择绝缘器是婚姻输电线的重要组成部分。虽然该项目的投资约占多孔输电线总投资的5%，但作为唯一的输电线装置，绝缘体的操作、可靠性和稳定性决定了输电线的安全运行。因此，在设计和建造空压输电线时，应选择使用三种材料来制作绝缘体，即瓷、玻璃和合成绝缘体。在这项工作中，我们比较并分析了这三种绝缘体，并认为未来的脱轨导线是建设的基础。1物质结构分析1.1玻璃相的原料瓷属于硅酸盐材料,是由粉料制成泥坯经高温烧结而成的一种多晶体,其显微结构由多晶体和微孔的玻璃相组成的材料,它属于一种多晶体的非均质材料.瓷生产厂家控制原材料、颗粒分析、温度和燃烧过程,以便获得晶体、微孔和玻璃相之间内部界面的最佳平衡.部分生产厂家(NGK)在原材料中使用精制超微粉工业氧化铝,并使用微细粒度的原材料,可使瓷件的机械强度、电气强度大大提高.1.2钢模一般在高温熔融过程中,总体上形成了一种最高的特殊界面,这也是造成金融风险最重要的主要原因之一关于玻璃,使用了与瓷类似的原材料.玻璃由石英砂、白云石、长石、石灰石和化工原料(如碳酸钾、钠)经高温熔融成液体,但此时完全熔融的材料提供的是一种完全均质、结构致密的材料,因此不存在能生长微型缺陷的内部界面.在钢化过程中,在更大程度上,在玻璃绝缘子的外表面产生高的压应力,所以消除了表面微型缺陷的影响,从而大大改进机械强度,使产品在整个运行过程中能保持抗拉强度不衰减.1.3制备工艺.3er改性型耐药芯棒合成绝缘子的又称有机复合绝缘子、硅橡胶绝缘子,但两种合成绝缘子的材料及结构大致相仿.芯棒一般是由环氧玻璃纤维引拔棒制成,它用来承受机械负荷,同时也具有良好的电性能,又是合成绝缘子的内部绝缘部分,具有抗张强度高、抗蠕变性能好、减振性能好和抗疲劳断裂性能强等特点.现在部分厂家采用ECR改性型耐酸芯棒,大大提高芯棒的耐酸防电腐蚀水平.伞盘,又称伞裙,它是合成绝缘子的外绝缘,主要提供爬电距离,保护芯棒不受大气条件的侵蚀.伞盘一般由高分子聚合物以硅橡胶等为基体,添加多种填料经特殊配方及工艺制成.硅橡胶伞裙、芯棒和端部金具之间的联结是一项关键工艺,目前已由灌胶、挤包粘接等传统工艺改为连续整体挤压护套、高温高压硅橡胶注射密封和弧面向心等应力压接式新工艺,有效地控制三者之间的粘接牢固.目前,国内在该种绝缘子的研究上进展较快,运用范围也很快得到扩张,大有后来者居上之势.合成绝缘子因制造周期短、制作工艺比较简单,所以生产厂家也较多.2隔离性能和优良2.1工艺、技术、回收工艺使用寿命“使用寿命”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.由于三种绝缘子的结构和制造工艺的差异性,决定了它们的不同“使用寿命”.国内一般的普通瓷质绝缘子在运行15～25年后,其试验值达不到出厂标准规定值,每次检测试验不合格率逐年增加,老化日趋严重.但NGK唐山电瓷有限公司生产的高质量瓷质绝缘子已达到国际同类领先水平,预期使用寿命在30～50年以上,并且劣化率达到每年不大于十万分之一的水平目标.国外一般认为,玻璃绝缘子的使用年限为50年以上.该类产品的使用寿命取决于金属附件的寿命,因为玻璃元件中存在的钢化内应力是一种永久应力,在运行过程中不会引起衰减.合成绝缘子为有机材料制成,它比无机材料容易老化,其早期产品平均使用寿命在10年左右.第一批产品极大部分已退出运行.随着材质材料和制造工艺的不断更新,现阶段厂家承诺的使用寿命均为20年,但因该产品挂网时间所限,目前还存在较大的争议.2.2跳闸次数和污闪次数根据对湖州电力局送电工区所辖110kV及以上跳闸故障统计:1995年1月至2004年12月累计跳闸次数为65条次,其中雷击57条次,占87.6%;污闪3条次,占4.6%;其它5条次,占7.8%.因此,本文重点对绝缘子的耐雷水平和耐污闪水平进行比较.2.2.1抗麻黄性及耐雷水平分析一般而言,瓷质绝缘子不可避免地会出现零值和低值,从而降低了线路的耐雷水平,如同一串绝缘子出现多片零值或低值现象,就有可能发生掉串、导线落地的事故.20世纪80年代,湖州电力局所辖的半德1188线、窑湖2238线均发生过此类事故,而且遭受雷击后可能发生击穿,导致线路重合失败.与瓷质绝缘子相比,玻璃绝缘子抗雷击能力要强得多,且能零值自爆,便于及时更换,有利于保证线路绝缘水平.又由于玻璃绝缘子残锤的铁帽边缘和钢脚直接连通,可作为工频电弧的引流通道,可保证不发生掉串事故.合成绝缘子的耐雷水平主要取决于两端间隙的距离,如安装有上下均压环,则取决于上下均压环之间的间距.一般来讲,配有均压环的合成绝缘子的耐雷水平较配置前降低约8%,但均压环能较好地保护绝缘子和两端金具,在线路遭受雷击后,依靠合成绝缘子的绝缘可恢复性,保证线路重合后的正常运行.2.2.2污闪和自洁合成绝缘子的硅橡胶材料具有良好的憎水性,而且其憎水性还具有迁移性.通过迁移,使污秽层表面同样具有憎水性,其表面水份以小水珠形式出现,在持续电压的作用下,难以形成放电通道,所以能长期保持较高的污闪电压.另外,合成绝缘子的伞裙结构和形状也不利于污秽的吸附和积累,在自然环境下有较好的自洁性能.而瓷质、玻璃绝缘子的表面憎水性就相对较差,积污后在电压作用下较易在表面形成电弧而发生污闪,同时,较多瓷质、玻璃绝缘子采用钟罩、深槽型,造成绝缘子自洁和清扫十分困难,间接降低了耐污水平.2.3性能检测方法悬式绝缘子有,因与污秽有关的泄漏电流所引起的绝缘子表面老化和因雷击电弧所引起的老化,也有因长期的机械负荷或温度变化所引起的逐年老化(失效).发生逐年老化的绝缘子的机械性能和电气性能将会明显降低,对输电线路的危害极大.绝缘子的老化率(失效率)直接关系到输电线路的安全运行,绝缘子的失效率越低,输电线路运行的可靠性就越高.瓷质绝缘子的一般零值或低值率,据有关统计数据表明,国产瓷质绝缘子年劣化率大约在万分之十左右,并且瓷质绝缘子的劣化率属于后期暴露,产品运行10年以后绝缘子在机电联合负荷的作用下,零值或低值率才呈明显上升趋势.由于材质材料原因,必须登杆逐片检测才能发现.根据规程要求每二年进行全线登杆检测,这不仅要花费大量的人力和财力,而且受大气湿度、人工调整火化间隙、工作人员的责任心、工作经验及技术水平的影响,还可能出现误判和漏检,如此累积,导致线路的绝缘水平降低,使线路存在潜在的威胁.玻璃绝缘子,因各厂家不同时期的工艺水平不同,质量分散性较大.据湖州电力局不完整统计,早期产品年自爆率在万分之十左右,目前产品的年失效自爆率在万分之三左右,部分厂家已达万分之一以下.并且玻璃绝缘子的自爆率属于早期暴露,运行稳定后自爆率将呈下降趋势.玻璃绝缘子无需任何检测,在失效时立即自爆,自爆后的残留强度较高,地面巡视即可发现,便于及时更换.合成绝缘子在运行线路上的检测,目前在国内外还没有一个很好的带电检测方法,只有按每隔几年取一次样,对合成绝缘子进行全面的检测.这类绝缘子的老化、劣化属后期暴露,随着运行时间的增长,伞裙老化将会降低防污性能和绝缘性能,芯棒也将因其蠕变特性而降低机械强度,端部在强电场的作用下加速老化.2.4玻璃绝缘子质量瓷质绝缘子因质量较大,输电线路大多数在野外,运输及安装较为不便.根据电气交接试验规范要求,瓷质绝缘子在挂网前应逐片进行耐压试验或绝缘测定;因憎水性和耐污闪性能差,应每年组织力量进行清扫、每二年进行零值(低值)检测,运行维护工作量大.玻璃绝缘子质量比瓷质绝缘子轻,但仍较大,运输及安装也较为不便.因玻璃绝缘子能够零值自爆,所以安装前无需耐压试验或绝缘测定;因憎水性和耐污闪性能差,应每年组织力量进行清扫,但无需零值检测,运行维护工作量较小.与前两种绝缘子相比,合成绝缘子质量最轻,运输及安装最为方便.合成绝缘子具有良好的憎水性,使其能够长期保持较高的污闪电压,可省去清扫工作.此外,合成绝缘子属不击穿型,可不必测零值,可大大减轻运行中的维护、检测工作量(见表1).但其缺点是故障查找较为困难.3装置性材料费的合成从建设工程造价的角度分析,因绝缘子产生的工程造价主要有装置性材料费、工地运输费、附件安装费.其中附件安装费不考虑绝缘子类型,工地运输费用对于运输条件较好的地区来说,不同绝缘子类型对工程造价的影响也是微乎其微的,因此对于建设投资影响较大的就是装置性材料费.从建设投资角度比较,合成绝缘子造价最低,普通瓷质绝缘子次之,玻璃绝缘子最高.下面以常用的10T级单基直线杆塔单串绝缘子为例进行建设工程造价比较(见表2).4合成展望ro根据上述分析,对三种绝缘子的结构、性能、安装及运行维护、建设工程造价等方面情况归纳如表3.综上所述,建议架空输电线路采取以下的绝缘配置:(1)对于受铁塔尺寸限制,污秽等级较高地区的直线杆塔可选用合成(有机复合)绝缘子,这样可利用合成绝缘子良好的憎水性和耐污闪电压高的特点,提高线路的防污闪水平,并能减少运行维护工作量.(2)双回路同杆架设线路,建议直线分别选用合成和玻璃绝缘子,这样不仅使同杆双回线路具有不同的耐雷水平,且极易区分,能防止检修过程中的误登带电线路.(3)耐张应首选玻璃绝缘子,这样使