110kV線路復(fù)合絕緣子應(yīng)用故障淺析

[摘要]復(fù)合絕緣子因其具有強度高、重量輕、元零值、耐污閃及不破碎等諸多優(yōu)點而廣為應(yīng)用，但同時也出現(xiàn)一些問題。文章從110kV線路復(fù)合絕緣子在運行中存在的問題入手，分析線路跳閘原因及不明網(wǎng)絡(luò)原因，有針對性地加強檢修及采取應(yīng)對措施。

[關(guān)鍵詞]復(fù)合絕緣子；跳閘；故障；對策

[作者簡介]吳新橋，廣東省電力設(shè)計研究院，研究方向：高壓送電線路設(shè)計，廣東廣州，510663

[中圖分類號]TM75

[文獻標識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)09-0143-0002

自上世紀90年代初開始大規(guī)模推廣使用硅橡膠復(fù)合絕緣子以來，線路維護工作量大大減少，絕緣子閃絡(luò)跳閘次數(shù)明顯降低。但隨著運行時間的延長，復(fù)合絕緣子在安全可靠運行方面逐漸暴露出一些問題，需在線路運行維護過程中認真分析，找出解決辦法。

一、復(fù)合絕緣子運行過程中的常見故障

(一)外在原因

110kV線路復(fù)合絕緣子故障發(fā)生后，經(jīng)檢驗，發(fā)現(xiàn)傘裙上有鳥糞痕跡，并且有局部燒傷現(xiàn)象。為了證實故障原因是鳥害還是復(fù)合絕緣子本身的質(zhì)量問題，對發(fā)生故障的絕緣子進行了返廠試驗，并對故障情況和故障后試驗結(jié)果進行了分析，初步認定故障原因為鳥害。同時又對所有復(fù)合絕緣子故障原因進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)鳥害對線路安全運行影響較大，嚴重時會引起線路跳閘。

(二)復(fù)合絕緣子質(zhì)量原因

早期的外、內(nèi)外楔式及膠裝式復(fù)合絕緣子耐強電弧性能較差，閃絡(luò)后絕緣子表面有膠化痕跡，材料變硬。對發(fā)生事故的絕緣子進行解剖，發(fā)現(xiàn)傘裙護套與芯棒的粘接層有漏膠現(xiàn)象，端部金具的碗頭螺扣松動，表明復(fù)合絕緣子端部金具密封不好，產(chǎn)品的機械強度下降。

二、引起故障的外在原因分析

(一)鳥害問題

有研究表明，復(fù)合絕緣子不明網(wǎng)絡(luò)事故中，有相當一部分是鳥害引起的。在復(fù)合絕緣子的閃絡(luò)故障統(tǒng)計中，鳥害造成的閃絡(luò)僅低于雷擊網(wǎng)絡(luò)居第二位。與瓷質(zhì)絕緣子、玻璃絕緣子串相比，由鳥害造成的復(fù)合絕緣子閃絡(luò)率更高。

鳥害閃絡(luò)事故多數(shù)發(fā)生在110kV電壓等級的電網(wǎng)中。35kV及以下的電壓等級多為城市配電網(wǎng)，附近的鳥群較少；且線路本身的電壓不高，能擊穿的空氣間隙較小，絕緣子無需安裝均壓環(huán)，有傘裙的阻擋，鳥害閃絡(luò)的概率不大。因此，110kV線路的鳥害閃絡(luò)問題比較突出，需進一步分析。

近年來由于生態(tài)保護力度的加強，鳥群、種群數(shù)量激增，而且輸電線路所經(jīng)地區(qū)排灌溝壑縱橫，適宜候鳥生存。大多數(shù)鳥害引起的復(fù)合絕緣子故障是經(jīng)帶電體、糞便、接地體放電，除均壓環(huán)和端部金具有燒傷痕跡外，其他地方均無損傷。通過多年觀察、分析并取鳥糞進行鹽密測試，發(fā)現(xiàn)食肉候鳥的糞便電導(dǎo)率在8000υS／cm左右，排便軌跡近似于下拋物線，糞量大。鳥糞以自由落體方式下落，形成一段細長的下落體，使絕緣子串周圍電場發(fā)生畸變。鳥糞通道的前端與絕緣子串高壓端之間空氣間隙的電場強度劇增，絕緣子串上承受的大部分電壓都加在這段空氣間隙上，當鳥類通道的前端越來越接近絕緣子高壓端時，它們之間的空氣間隙承受不了所加電壓，間隙被擊穿，形成局部放電，最終導(dǎo)致絕緣子串閃絡(luò)?？梢?，不需要太大的鳥糞體積就可能導(dǎo)致閃絡(luò)。

鳥糞閃絡(luò)是絕緣子表面爬電及空氣放電的一種混合閃絡(luò)，鳥糞短接部分空氣間隙并降低絕緣子局部表面的外絕緣性能，造成絕緣子串的絕緣性能下降。

(二)均壓環(huán)

復(fù)合絕緣子由傘裙護套、玻璃鋼芯棒及端部金具三部分組成，端部金具法蘭直徑一般為45mm左右，可以近似看成針尖電極即絕緣串軸線。因此，復(fù)合絕緣子在運行中，端部金具附近的電場分布集中，法蘭附近空氣中場強較高，為了改善端部金具周圍的場強，復(fù)合絕緣子增設(shè)均壓環(huán)。

復(fù)合絕緣子串加裝均壓環(huán)后，減少了復(fù)合絕緣子串的凈空距離，其耐雷水平相對降低，而且由于均壓環(huán)固定螺栓處起暈電壓低，在惡劣氣象條件下電暈現(xiàn)象嚴重，復(fù)合絕緣子串靠近端部金具被電暈吸附污物顆粒燒成黑色，進一步影響整體絕緣性能。所以在線路運行要求配置均壓環(huán)時，應(yīng)合理選擇，以減少均壓環(huán)副作用。110 kv線路通常無需配置均壓環(huán)，220kV一般采用1個均壓環(huán)。

(三)不明原因閃絡(luò)

從鳥糞閃絡(luò)過程分析中可以看出，對于110kV、220 kv線路，鳥糞量不是很大就可以造成閃絡(luò)。相當多的鳥糞閃絡(luò)中鳥糞量并不大，事故發(fā)生后鳥糞痕跡不明顯，甚至由于電弧作用根本就沒有鳥糞痕跡。也就是說，相當部分的不明原因閃絡(luò)實際上很可能就是鳥糞閃絡(luò)，只是由于沒有出現(xiàn)習慣上認為應(yīng)該存在的鳥糞痕跡而被劃分為不明原因閃絡(luò)事故。不明原因閃絡(luò)與鳥害閃絡(luò)事故有很多共同特點：大多發(fā)生在深夜至凌晨，特別是陰雨天氣；閃絡(luò)后均能重復(fù)合功；閃絡(luò)后絕緣子性能沒有明顯下降。

三、引起故障的制造缺陷原因分析

針對絕緣子多次發(fā)生的跳閘、閃絡(luò)，為更好地掌握復(fù)合絕緣子在運行中電氣性能、機械性能的變化情況，對發(fā)生故障的復(fù)合絕緣子電氣性能和老化問題進行了返廠跟蹤檢測。

(一)電氣性能試驗

對與返廠的復(fù)合絕緣子型號相同的新試品及運行3年的舊產(chǎn)品分別進行工頻干閃試驗、工頻濕閃試驗、雷電沖擊50％放電試驗、清潔霧霧耐壓試驗、鹽霧霧耐壓試驗。試驗表明：新、舊復(fù)合絕緣子工頻干閃電壓變化較小，工頻濕閃電壓差別較大，主要由于硅橡膠材料配方不同，其傘裙表面憎水性不同；通過摔跌試驗、工頻干濕閃電壓差值比較、雷電沖擊50％放電試驗，說明復(fù)合絕緣子在運行過程中存在老化問題現(xiàn)象，并且隨著時間延長，老化越嚴重。

(二)機械性能檢測

特別針對外楔式復(fù)合絕緣子進行機械破壞試驗，個別試品連75％額定負荷都不能通過。通過試驗分析認為，端部聯(lián)結(jié)采用外楔式復(fù)合絕緣子，因國產(chǎn)芯棒圓度很難保證，使楔子受力不均，芯棒不能緊密配合，同時端部密封不好，芯棒長期處于高電場中，端部芯棒易受潮，在電場作用下，端部附近局部放電，使潮濕空氣產(chǎn)生硝酸，滲透到端部，對端部玻璃纖維造成腐蝕，導(dǎo)致機械性能下降快。

(三)老化檢測

對不同時期運行的硅橡膠復(fù)合絕緣子進行跌落試驗，發(fā)現(xiàn)早期投運的復(fù)合絕緣子傘裙均有折斷，說明復(fù)合絕緣子硅橡膠傘裙存在老化現(xiàn)象。

四、對策分析與結(jié)論

第一，用傳統(tǒng)方法測量硅橡膠絕緣子鹽密、灰密，方法較簡單，對絕緣子的清洗周期沒有實際意義的指導(dǎo)作用，特別在灰密大即中性污穢物附著厚的情況下，會嚴重影響硅橡膠絕緣子遷移性，使硅橡膠絕緣子表面喪失憎水性，導(dǎo)致污閃事故發(fā)生。因此，要加強對硅橡膠閃絡(luò)機理的研究，采用泄漏電流測量的方法來指導(dǎo)清洗周期。

第二，對早期復(fù)合絕緣子產(chǎn)品進行機械跟蹤試驗，發(fā)現(xiàn)端部金具存在問題。因此在選用復(fù)合絕緣子時，應(yīng)盡量選用壓接式、整體注塑式，金屬端部采用一種密封環(huán)，解決了金具端部密封性不好的問題。

第三，傘裙老化影響硅橡膠絕緣子壽命及絕緣子的絕緣性能和抗拉擺強度。為此應(yīng)考慮在材料中加入新型抗老化添加劑，并且要求檢修人員在導(dǎo)線檢修時禁止用腳蹬踏、用尖銳工具刮蹭，以延長硅橡膠絕緣子的使用壽命。

第四，根據(jù)國內(nèi)外的試驗分析與運行經(jīng)驗，復(fù)合絕緣子傘裙結(jié)構(gòu)要合理布置，應(yīng)采用大小傘相問結(jié)構(gòu)，傘間距不能滿足要求的應(yīng)采用加長型絕緣子，以滿足比距要求，又能降低冰雪傘間距短路的幾率。

第五，對現(xiàn)運行的硅橡膠復(fù)合絕緣子加強巡視檢查，定期抽查不同地區(qū)、不同環(huán)境運行中的復(fù)合絕緣子，對其進行拉力試驗、電氣性能試驗和絕緣老化試驗，防止因強度不夠?qū)е驴估箶[能力減弱和因傘裙老化而喪失憎水性；運用泄漏電流測試儀對重污區(qū)積污厚的硅橡膠絕緣子進行測量，制作專用洗具清洗泄漏電流超標的硅橡膠絕緣子。