輸電線路絕緣子特征及其預(yù)防污閃措施

摘要 介紹了絕緣子的基本特征，闡述了污閃的基本概念與放電機(jī)理，提出了預(yù)防污閃事故的應(yīng)對(duì)措施。認(rèn)為輸電線路的防污、防雷、防風(fēng)偏是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過(guò)安全可靠性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后，方可從中選擇出最佳防治方案。指出預(yù)防污閃的手段就是必須掌握污閃的要素，充分利用科學(xué)技術(shù)，采取積極有效的措施，破壞污閃形成的條件，從而使電網(wǎng)能夠保持健康經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 絕緣子 污閃 預(yù)防措施 系統(tǒng)工程

0 引言

輸電線路是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，作為傳輸、分配和交換電能的主要通道，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。

由于客觀原因，輸電線路經(jīng)常遭受到廠礦企業(yè)的工業(yè)廢氣或自然界鹽堿、粉塵的污染。在氣候干燥的情況下，積累在絕緣子表面的污穢層的電阻很大，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行不會(huì)造成威脅。但是，每當(dāng)遇到潮濕氣候，污穢層被濕潤(rùn)之后，就極有可能發(fā)生污穢閃絡(luò)(簡(jiǎn)稱污閃)，尤其是當(dāng)設(shè)計(jì)泄露比距不夠或采用的絕緣子不能滿足污穢要求時(shí)，污閃就必然會(huì)出現(xiàn)。因此，如何預(yù)防發(fā)生大面積污閃事故，已經(jīng)成為保證輸電線路安全可靠運(yùn)行的前提條件。下面首先介紹絕緣子的基本特征，然后再闡述污閃的基本機(jī)理，最后提出預(yù)防污閃事故的應(yīng)對(duì)措施。

1 絕緣子基本特征

1.1 盤(pán)型絕緣子

盤(pán)型絕緣子具有良好的絕緣性能、耐氣候性、耐熱性和組裝靈活等特點(diǎn)，被廣泛用于各個(gè)電壓等級(jí)的輸電線路上。盤(pán)型瓷質(zhì)和鋼化玻璃絕緣子均屬于可擊穿型，在受沖擊電壓作用或在發(fā)生污閃時(shí)，容易使單片絕緣子頂端被擊穿。瓷質(zhì)和鋼化玻璃就其本身并不易老化，問(wèn)題出在它的整體帽腳型結(jié)構(gòu)上，這種結(jié)構(gòu)使較高的場(chǎng)強(qiáng)位于絕緣子內(nèi)部，從而加速了絕緣子劣化。

對(duì)于瓷質(zhì)絕緣子，老化的結(jié)果是將產(chǎn)生低值瓷絕緣子，若剔除漏檢，在遭受雷擊閃絡(luò)時(shí)(或污閃時(shí))，由于較高的雷電流和隨后的工頻續(xù)流(或短路電流)，可能會(huì)使該老化絕緣子頭部因瞬間聚熱而發(fā)生爆炸，造成絕緣子斷串事故。

1.2 長(zhǎng)棒型絕緣子

1.2.1 長(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子

長(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子是在總結(jié)懸式瓷質(zhì)絕緣子優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，由雙層傘實(shí)心絕緣子發(fā)展而來(lái)，繼承了瓷質(zhì)的電穩(wěn)定性，消除了盤(pán)型懸式瓷質(zhì)絕緣子頭部擊穿距離遠(yuǎn)小于空氣閃絡(luò)距離的缺點(diǎn)，同時(shí)也改變了頭部應(yīng)力復(fù)雜的帽腳式結(jié)構(gòu)。

長(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子具有良好的耐污性能，這是因?yàn)殚L(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子傘盤(pán)間無(wú)金具連接，相比盤(pán)型絕緣子串，在絕緣部分等長(zhǎng)的情況下，相當(dāng)于增加約20％的爬距；在同等長(zhǎng)度和同樣污穢條件下長(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子的介電強(qiáng)度比帽腳式玻璃絕緣子要高出10％～25％，故傘裙可做得小些。由于長(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子結(jié)構(gòu)傘盤(pán)無(wú)下棱，傘盤(pán)與傘盤(pán)間的芯棒本身就是絕緣體，瓷芯和相對(duì)較小的開(kāi)放式無(wú)棱傘裙，比瓷或玻璃盤(pán)型絕緣子有更好的自潔性能，因此與盤(pán)型絕緣子串相比較，其性能更加優(yōu)越。

1.2.2 長(zhǎng)棒型合成絕緣子

超高壓線路懸垂采用合成絕緣子串，耐張采用長(zhǎng)棒型瓷質(zhì)絕緣子串相組合，是今后值得推薦的方案，并可為狀態(tài)檢修、狀態(tài)運(yùn)行、減員增效創(chuàng)造條件，對(duì)發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益有長(zhǎng)遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

硅橡膠復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)以瓷為主的外絕緣結(jié)構(gòu)，為高壓輸變電設(shè)備開(kāi)拓了新的技術(shù)領(lǐng)域。合成絕緣子是有機(jī)硅橡膠材料復(fù)合制成的高電壓絕緣子，由環(huán)氧玻璃纖維棒制成芯棒和以硅橡膠為基本絕緣體構(gòu)成。環(huán)氧玻璃纖維棒抗張強(qiáng)度相當(dāng)高，硅橡膠絕緣傘裙具有良好的耐污閃性能，所以采用合成絕緣子是線路防污閃的有較措施。

2 污閃的概念

絕緣子污閃實(shí)質(zhì)上是一種熱擊穿過(guò)程，系絕緣子表面存留的污穢導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象。即在空氣濕度較大的情況之下，大量導(dǎo)電介質(zhì)和塵埃微粒造成的輸電線路接地故障。

污閃的三要素是：污源、霧與雨、工頻電壓。污閃的機(jī)理過(guò)程包括四個(gè)階段：絕緣子表面積污、絕緣子表面污層受潮、局部放電使表面干帶形成、電弧形成等導(dǎo)致絕緣子表面發(fā)生閃絡(luò)。

絕緣子污閃的具體過(guò)程如下：附著在絕緣子表面污穢層中有非導(dǎo)體成分和導(dǎo)體成分，在周?chē)h(huán)境潮濕的條件下，污穢層中的非導(dǎo)體部分吸收水分，電解質(zhì)成分開(kāi)始分解成陰陽(yáng)離子。隨著離子運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，在電場(chǎng)力的作用下，電子導(dǎo)體中的電子掙脫原子核的束縛成為自由電子，又促使電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，最終加大了泄露電流。當(dāng)泄露電流大到一定程度時(shí)，絕緣就會(huì)被擊穿，從而發(fā)生閃絡(luò)接地故障。

3 發(fā)生污閃的原因

一般地，導(dǎo)致污閃發(fā)生的原因主要包括以下原因。

3.1 空氣濕度較大

在空氣濕度較大而且無(wú)風(fēng)或只有微風(fēng)的自然條件下，絕緣子的絕緣水平明顯降低，表面的泄露電流急劇增大。此時(shí)，污閃是引起故障的主要因素。

3.2 泄露比距偏小

絕緣子的泄漏距離，又稱爬距，是指正常承受運(yùn)行電壓的兩極間沿絕緣子外表面輪廓的最短距離。外絕緣的泄漏比值，又稱單位調(diào)爬，即外絕緣的泄漏距離與系統(tǒng)額定電壓之比。

在計(jì)算泄露比距時(shí)，系統(tǒng)額定電壓與實(shí)際運(yùn)行電壓存在一定差距。一般的，在污閃易發(fā)季節(jié)，系統(tǒng)電壓高出額定電壓的10％左右，也就是說(shuō)，計(jì)算的泄露比距比實(shí)際低10％左右，故而污閃必然會(huì)出現(xiàn)。

3.3 絕緣子不能滿足污穢要求

通常，我們采用普通絕緣子和防污絕緣子。這兩種絕緣子的耐壓層，只有幾片或十幾片水泥澆注層厚度，一旦出現(xiàn)零值絕緣子，耐壓水平就會(huì)降低，從而影響泄露電流的變化，導(dǎo)致污閃出現(xiàn)。

3.4 周邊環(huán)境污染嚴(yán)重

隨著石油、化工、冶金、煤礦等行業(yè)的迅猛發(fā)展，其排放的污染物日益增多，致使輸電線路周邊的環(huán)境污染日趨惡化。

3.5 污穢資料不夠準(zhǔn)確

環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，輸電線路的污染區(qū)劃分卻不能跟上客觀環(huán)境的變化，致使輸電線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員不能及時(shí)準(zhǔn)確地確定污穢區(qū)等級(jí)程度。

4 絕緣子預(yù)防污閃的預(yù)防措施

4.1 在線路設(shè)計(jì)階段，未雨綢繆，提前采取對(duì)策措施

4.1.1 線路路徑避開(kāi)污穢區(qū)

在保證經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的條件下，設(shè)計(jì)選定的線路路徑應(yīng)盡量避開(kāi)污穢等級(jí)高的化工廠、發(fā)電廠、冶金廠、煤礦等。

對(duì)于不可避開(kāi)的鐵路、通訊設(shè)施、煉油廠等，應(yīng)該事先與所屬單位取得聯(lián)系。收集沿線現(xiàn)有及擬建的鐵道、通信信號(hào)等設(shè)施資料，掌握石油化工、制藥等企業(yè)排出的水、氣、灰等污穢程度和擴(kuò)散范圍以及對(duì)輸電線路的影響程度。盡可能準(zhǔn)確全面地掌握線路沿線的環(huán)境資料，為劃分污穢等級(jí)和計(jì)算泄露比距做準(zhǔn)備。

4.1.2 根據(jù)環(huán)境污穢等級(jí)計(jì)算泄露比距

根據(jù)線路沿線的污穢資料，結(jié)合區(qū)域性電網(wǎng)污區(qū)分布圖，對(duì)于線路所在地區(qū)劃分污穢等級(jí)。

根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)程》中有關(guān)架空電力線路環(huán)境污穢等級(jí)規(guī)定，準(zhǔn)確計(jì)算絕緣子泄露比距。

采用高一級(jí)的污穢等級(jí)計(jì)算泄露比距。因?yàn)椴捎酶咭患?jí)的污穢等級(jí)計(jì)算的泄露比距比實(shí)際要求的泄露比距高20％左右，即使在污閃季節(jié)且系統(tǒng)電壓高的情況下，泄露比距依然能滿足要求。

4.1.3 線路直線前進(jìn)

在制定線路選線方案時(shí)，盡量排除或減少轉(zhuǎn)角，線路盡可能直線前進(jìn)。同時(shí)，盡量避開(kāi)污染程度高的化工廠、發(fā)電廠、冶金廠、采石場(chǎng)、煤礦等區(qū)域，減少跨越公路、鐵路的次數(shù)，整體降低線路沿線環(huán)境的污穢等級(jí)。

4.2 確定線路的污穢期和污穢等級(jí)

掌握線路通過(guò)地區(qū)的大氣污穢程度和污穢性質(zhì)，正確劃分各地區(qū)的污穢區(qū)，以便為防污閃工作提供可靠依據(jù)。及時(shí)進(jìn)行鹽密監(jiān)測(cè)活動(dòng)，確定合理的污區(qū)等級(jí)，以此為依據(jù)對(duì)線路進(jìn)行調(diào)爬，增大泄露比距，提高線路防污能力。凡是新建線路、變電所均須按照批準(zhǔn)的污穢區(qū)分布圖分級(jí)配置外絕緣。

4.3 重視污閃事故的統(tǒng)計(jì)分析和調(diào)查研究工作

嚴(yán)格按照《國(guó)家電網(wǎng)公司電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》之規(guī)定，做好污閃事故的統(tǒng)計(jì)分析和調(diào)查研究工作，對(duì)于事故發(fā)生之時(shí)的氣象、溫度、濕度等環(huán)境要素，要求務(wù)必填報(bào)清楚，以便經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)一步認(rèn)識(shí)污閃的自然規(guī)律和誘發(fā)的環(huán)境要素。

4.4 定期清掃運(yùn)行絕緣子

在污穢季節(jié)到來(lái)之前，逐基登桿清掃絕緣子，除去絕緣子表面的污穢物。清掃方法一般每年在雨季前清掃一次，可用干布、濕布或蘸汽油的布(或浸肥皂水的布)。在條件允許的情況之下，可以考慮進(jìn)行帶電沖洗、帶電擦洗絕緣子，因?yàn)榍宄^緣子表面的污穢是防止污閃的最有效的措施。

4.5 更換不良和零值絕緣子

定期對(duì)絕緣子串進(jìn)行絕緣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不良絕緣子和零值絕緣子，必須及時(shí)更換。

4.6 增加絕緣子串的單位泄漏比距

絕緣子表面泄漏電流越大，污閃越嚴(yán)重，而泄漏電流的大小與絕緣子串的單位泄漏比距成反比。因此，可以增加絕緣子片數(shù)或改為耐污絕緣子來(lái)增加絕緣子串的單位泄漏比距。

4.7 推廣使用防污涂料

對(duì)污穢嚴(yán)重地區(qū)的絕緣子，必要時(shí)可采取定期在表面涂有機(jī)硅油等防污涂料，以增強(qiáng)其抗污能力。

4.8 采用合成絕緣子

有機(jī)合成絕緣子由硅橡膠整體制成，從而構(gòu)成了一個(gè)整體耐壓層。所以其污閃電壓是瓷絕緣子的2～3倍，其結(jié)構(gòu)為不可擊穿型。合成絕緣子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧，具有高的耐污性能和免維護(hù)(或少維護(hù))的特性。在一般超高壓線路和緊湊型線路中合成絕緣子作為懸掛、支撐顯示出它的特殊能力，它的輕巧和柔中帶鋼的特性是其它種類(lèi)的絕緣子不可比擬的。

4.9 采用玻璃絕緣子

玻璃絕緣子的爬距大，泄露比距高，且發(fā)生故障時(shí)能夠自爆，可縮短事故點(diǎn)的查找時(shí)間并降低停電損失。

4.10 建立與政府職能部門(mén)之間的信息溝通機(jī)制

運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)及時(shí)與政府職能部門(mén)取得聯(lián)系，隨時(shí)了解和掌握輸電線路沿線周?chē)廴驹匆约疤鞖庾兓闆r等相關(guān)信息。

4.11 應(yīng)用系統(tǒng)工程的理念，綜合治理防污、防雷、防風(fēng)偏等問(wèn)題

輸電線路的防污、防雷、防風(fēng)偏是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過(guò)安全可靠和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后，從中選擇出最佳防治方案。

應(yīng)該清楚地看到，電力企業(yè)不可能大面積通過(guò)更換塔型來(lái)加大塔窗，以滿足耐雷水平和增大爬距；只有針對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的典型塔型，校驗(yàn)其調(diào)爬之后的風(fēng)偏，在滿足帶電導(dǎo)線對(duì)桿塔及同塔雙回線路對(duì)下橫擔(dān)的最小氣隙的要求下，結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)爬。

防污閃須遵循“調(diào)爬是基礎(chǔ)，爬、涂結(jié)合是完善措施，清掃為輔助方法”的原則進(jìn)行。甘肅東部地區(qū)地形復(fù)雜，既是重污區(qū)，同時(shí)也是多雷區(qū)，輸電線路走廊涉及到山區(qū)、丘陵、和平原，其中70％架設(shè)在山地(在隴南地區(qū)，輸電線路100％架設(shè)在高山峻嶺之上)，因此調(diào)爬和防雷措施應(yīng)該相互結(jié)合，才是最佳方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我們?cè)敿?xì)闡述了絕緣子的結(jié)構(gòu)與性能，分析了絕緣子污閃放電機(jī)理，針對(duì)絕緣子在運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，提出了具體預(yù)防措施。我們預(yù)防污閃的手段就是要掌握污閃的要素，應(yīng)用系統(tǒng)工程的理念，綜合治理防污、防雷、防風(fēng)偏等問(wèn)題，充分利用科學(xué)技術(shù)，采取積極有效的措施，破壞污閃形成的條件，從而使電網(wǎng)能夠保持健康經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。