冰災(zāi)對(duì)運(yùn)行復(fù)合絕緣子性能影響研究

黃福勇，周衛(wèi)華，周挺，王成

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007）

冰災(zāi)對(duì)運(yùn)行復(fù)合絕緣子性能影響研究

黃福勇，周衛(wèi)華，周挺，王成

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007）

湖南是一個(gè)冰凍重災(zāi)區(qū)，冰凍災(zāi)害給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來巨大危害，如大量的斷線、掉串等。本文通過對(duì)運(yùn)行復(fù)合絕緣子在冰凍災(zāi)害前后的機(jī)電性能試驗(yàn)研究，認(rèn)為冰凍災(zāi)害前后復(fù)合絕緣子機(jī)電性能無明顯變化，不存在遺留隱患，仍然能安全穩(wěn)定運(yùn)行，并提出在重冰區(qū)宜采用間插特大傘裙設(shè)計(jì)的防冰型復(fù)合絕緣子。

冰凍災(zāi)害;復(fù)合絕緣子;機(jī)電性能

湖南地處長江中游，北臨洞庭湖，東西南三面環(huán)山，地勢整體由南向北傾斜，湘、資、沅、澧4條支流由西南向北匯聚洞庭湖，形成向北開口的馬蹄形盆地，冬季北方冷空氣和南方暖濕氣流在南嶺山脈附近交匯，形成穩(wěn)定的“靜止峰”及其延伸的“準(zhǔn)靜止峰”，帶來長時(shí)間的低溫、微風(fēng)、降水和冰凍過程，2005年和2008年先后發(fā)生2次嚴(yán)重冰凍災(zāi)害，給湖南電網(wǎng)造成嚴(yán)重?fù)p失，線路出現(xiàn)頻繁閃絡(luò)跳閘并發(fā)生大面積的倒塔斷線和掉串故障。冰災(zāi)后檢查發(fā)現(xiàn)，盤形瓷質(zhì)絕緣子存在明顯隱患，如某±500 kV直流線路在恢復(fù)受電后，于2008年3月10日1727號(hào)極Ⅱ小號(hào)側(cè)4號(hào)絕緣子串發(fā)生掉串故障、2008年3月18日1705號(hào)極Ⅰ大號(hào)側(cè)3號(hào)絕緣子串共33片發(fā)生瓷瓶破損故障;對(duì)全線的瓷質(zhì)絕緣子進(jìn)行帶電檢測，結(jié)果表明全線存在幾萬片劣質(zhì)絕緣子，嚴(yán)重影響到該線路的安全運(yùn)行。

復(fù)合絕緣子近年已經(jīng)被大范圍應(yīng)用于輸電線路，截止到2010年9月，湖南電網(wǎng)在網(wǎng)運(yùn)行的500 kV復(fù)合絕緣子共計(jì)13 256支，220 kV共計(jì)33 775支，110 kV共計(jì)73 604支。在經(jīng)歷冰災(zāi)后，復(fù)合絕緣子是否存在類似瓷質(zhì)絕緣子的隱患，機(jī)電性能能否滿足繼續(xù)運(yùn)行的要求，受到運(yùn)行部門的普遍關(guān)注。為此，對(duì)復(fù)合絕緣子冰災(zāi)前后的機(jī)電性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究〔1〕。

1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品分4個(gè)部分，分別是:① 截止到2006年10月，在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到8年及以上的復(fù)合絕緣子樣品共45支;②截止到2007年10月，在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到6年及以上的復(fù)合絕緣子樣品共50支;③截止到2008年10月，在網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到6年及以上及根據(jù)前2年的試驗(yàn)結(jié)果要求復(fù)試的復(fù)合絕緣子樣品共66支;④某±500 kV直流線路重冰區(qū)段復(fù)合絕緣子樣品8支。對(duì)抽樣試驗(yàn)絕緣子分類統(tǒng)計(jì)見表1～3。

表1 抽樣復(fù)合絕緣子涉及生產(chǎn)廠家 支

表2 抽樣復(fù)合絕緣子涉及電壓等級(jí) 支

表3 抽樣復(fù)合絕緣子涉及額定機(jī)械負(fù)荷值 支

2 試驗(yàn)項(xiàng)目

參照DL/T864—2004《標(biāo)稱電壓高于1000 V交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用導(dǎo)則》的有關(guān)規(guī)定，確定進(jìn)行憎水性試驗(yàn)、濕工頻耐受電壓試驗(yàn)和陡波沖擊耐受電壓試驗(yàn)，以考核復(fù)合絕緣子的電氣性能;進(jìn)行密封性能試驗(yàn)和機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)，以考核復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能;進(jìn)行外觀檢查、跌落試驗(yàn)和水煮試驗(yàn)，以檢查復(fù)合絕緣子的傘裙材料性能。

各試驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求如下:

①憎水性試驗(yàn):分別對(duì)絕緣子上表面的憎水性及其恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行測量。試驗(yàn)采用噴水分級(jí)法即HC法。測完憎水性后將絕緣子置于水中浸泡96 h，隨后測量恢復(fù)至浸泡前憎水性的時(shí)間為絕緣子憎水性的恢復(fù)時(shí)間，小于24 h為合格。

②濕工頻耐受電壓試驗(yàn):試驗(yàn)前先將樣品置于盛有水的容器中96 h后，立即放置到已調(diào)整好的人工雨淋裝置中，待試品淋雨15 min后，施加約75%的試驗(yàn)電壓，再以每秒2%試驗(yàn)電壓的速率上升至規(guī)定的耐受電壓，保持1 min，然后迅速退掉電壓 (不能突然截?cái)嚯妷?，發(fā)生閃絡(luò)者為不合格。

③陡波沖擊耐受電壓試驗(yàn):陡波試驗(yàn)前對(duì)絕緣子進(jìn)行水煮試驗(yàn)，即在0.1%NaCl去離子水溶液中沸煮42 h。水煮之后檢查絕緣子外觀，未開裂損壞者在隨后48 h內(nèi)進(jìn)行陡波沖擊電壓試驗(yàn)。將電極固定在試品上，每支試品分段進(jìn)行陡波沖擊電壓試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，將陡度≮1000 kV/μs、且≯1 500 kV/μs的沖擊電壓依次施加到試品的每段上，每段均應(yīng)承受25次正極性和25次負(fù)極性沖擊。傘裙、護(hù)套及芯棒發(fā)生局部或整體擊穿的為不合格。

④密封性能試驗(yàn):對(duì)試品進(jìn)行染色滲透試驗(yàn)，先用清潔劑將表面清理干凈，在清潔的表面添加滲透劑 (1%濃度的品紅溶液)，作用20 min。在滲透劑開始作用5 min內(nèi)施加70%額定機(jī)械負(fù)荷維持1 min，然后除去試品上多余的滲透劑，清潔其表面并讓其干燥。檢查的區(qū)域?yàn)榻^緣子兩端，包括護(hù)套與金屬附件界面的全部區(qū)域及金屬部分兩端有效的延伸區(qū)。端部密封破壞，滲透劑進(jìn)入絕緣子內(nèi)部的為不合格。

⑤機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn):機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)包含3步:第1步是所有絕緣子均進(jìn)行50%額定機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)，即試驗(yàn)施加50%額定機(jī)械負(fù)荷，看絕緣子是否損壞;第2步是選取絕緣子進(jìn)行額定機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)，即試驗(yàn)施加額定機(jī)械負(fù)荷，看絕緣子是否損壞;第3步是選取絕緣子進(jìn)行機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)，查看實(shí)際機(jī)械破壞負(fù)荷值和破壞形式。

⑥外觀檢查:傘裙表面是否有蝕損、漏電起痕或電弧燒傷痕跡;傘裙是否脆化、粉化、開裂;傘裙表面是否損壞，各粘接和密封部位是否有脫膠現(xiàn)象，端部金具連接是否發(fā)生滑移;鋼腳或鋼帽是否銹蝕，鋼腳是否彎曲，是否有電弧燒損;傘裙是否存在拆卸、運(yùn)輸過程中造成的損傷。

⑦跌落試驗(yàn):將復(fù)合絕緣子水平置于地面2 m高處向下自由跌落3次。檢查復(fù)合絕緣子是否存在脆化、變硬現(xiàn)象，材料是否老化。

⑧水煮試驗(yàn):將樣品放入含有0.1%NaCl的去離子水中保持沸煮42 h。在沸騰結(jié)束后，樣品仍保留在容器中直到水冷卻到50℃。取出試品，對(duì)每支樣品的傘套進(jìn)行外觀檢查。外觀有明顯破損者為不合格。

對(duì)江城線抽樣的8支絕緣子只進(jìn)行外觀檢查和機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 憎水性試驗(yàn)

運(yùn)行一定年限后復(fù)合絕緣子憎水性能有明顯下降，憎水性試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)見表4，2008年試驗(yàn)結(jié)果與前2年相比，復(fù)合絕緣子的憎水性測試結(jié)果相對(duì)較差，主要原因是2008年的抽樣樣品中包含了2006和2007年要求進(jìn)行復(fù)檢的絕緣子 (憎水性檢測結(jié)果為HC5)。對(duì)2007年和2008年抽樣的復(fù)合絕緣子分別進(jìn)行憎水性恢復(fù)時(shí)間試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。2008年抽檢絕緣子憎水恢復(fù)特性比2007年好，原因是復(fù)合絕緣子在長期運(yùn)行中，傘裙表面積聚了許多污染物，污染物的成分中含有許多吸濕性物質(zhì)，使復(fù)合絕緣子表現(xiàn)為親水性，經(jīng)歷2008年冰災(zāi)，冰的晶析作用和融冰的沖刷作用使傘裙表面污穢減少，吸濕性物質(zhì)減少，絕緣子憎水性恢復(fù)時(shí)間縮短。

表4 復(fù)合絕緣子憎水性試驗(yàn)結(jié)果 支

表5 憎水性恢復(fù)時(shí)間試驗(yàn) 支

3.2 濕工頻耐受電壓試驗(yàn)

110 kV復(fù)合絕緣子濕工頻耐受電壓230 kV，耐受時(shí)間1 min;220 kV復(fù)合絕緣子濕工頻耐受電壓395 kV，耐受時(shí)間1 min;500 kV復(fù)合絕緣子濕工頻耐受電壓740 kV，耐受時(shí)間1 min。對(duì)2006—2008年抽檢的共計(jì)160支復(fù)合絕緣子，按照電壓等級(jí)分別進(jìn)行試驗(yàn)，均未發(fā)生擊穿閃絡(luò)和發(fā)熱現(xiàn)象，試驗(yàn)全部通過。

3.3 陡波沖擊耐受電壓試驗(yàn)

對(duì)2006—2008年抽檢的共計(jì)160支復(fù)合絕緣子分段進(jìn)行陡波沖擊耐受電壓試驗(yàn)，被試絕緣子的傘裙、護(hù)套及芯棒均未發(fā)生局部或整體擊穿，試驗(yàn)全部通過。

3.4 水煮試驗(yàn)

對(duì)2006—2008年抽檢的共計(jì)160支復(fù)合絕緣子進(jìn)行水煮試驗(yàn)，檢查所有被試絕緣子外觀均未見明顯破損、粘接和密封部位未出現(xiàn)脫膠現(xiàn)象，全部通過試驗(yàn)。

3.5 外觀檢查和跌落試驗(yàn)

對(duì)2006—2008年抽檢的共計(jì)160支復(fù)合絕緣子進(jìn)行外觀檢查和跌落試驗(yàn)，其中2007年抽樣樣品中有4支傘裙破損，其它樣品均合格，總體檢測情況表明，抽樣樣品老化、劣化的程度差異較大:①運(yùn)行年限越長，傘裙護(hù)套表面發(fā)黑、局部電蝕損傷跡象越嚴(yán)重，部分運(yùn)行時(shí)間超過10年的樣品存在粉化、脆化現(xiàn)象。早期產(chǎn)品為了提高耐漏電起痕指標(biāo)，在硅橡膠材料中加入了較多的無機(jī)物填料是造成早期產(chǎn)品傘裙護(hù)套脆化、開裂、脫落的主要原因。② 在工業(yè)污染嚴(yán)重地區(qū)，抽樣樣品老化、劣化程度高 (注:各電業(yè)局在產(chǎn)品送檢前已經(jīng)對(duì)外觀進(jìn)行了檢查，并剔除了外觀明顯不合格的絕緣子)。

3.6 密封性能試驗(yàn)

對(duì)2006—2008年抽檢的共計(jì)39支復(fù)合絕緣子進(jìn)行密封性能試驗(yàn)，其中發(fā)現(xiàn)1支2007年被試絕緣子 (220 kV/100 kN/2000年出廠)端部密封破壞，滲透劑滲入到芯棒，其它樣品均合格。

3.7 機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)

機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見表6，表中的倍率表示被試復(fù)合絕緣子的機(jī)械破壞負(fù)荷值與額定機(jī)械負(fù)荷值的比值，2006—2008年共對(duì)134支絕緣子樣品進(jìn)行了試驗(yàn)，每年均有1支絕緣子的機(jī)械破壞負(fù)荷值小于額定機(jī)械負(fù)荷值，其它均超過額定機(jī)械負(fù)荷值;2008年冰災(zāi)后發(fā)現(xiàn)直流線路瓷質(zhì)絕緣子掉串隱患后，在臨近區(qū)段抽取了8支復(fù)合絕緣子進(jìn)行機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果均超過額定機(jī)械負(fù)荷值;復(fù)合絕緣子的破壞形式主要有金具斷裂、脫芯和芯棒開裂3種，如表7所示。

表6 機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果 支

機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明，抽樣復(fù)合絕緣子樣品的機(jī)械破壞負(fù)荷值在冰災(zāi)前后無顯著變化，且仍具有一定的裕度，分散性小，表明復(fù)合絕緣子機(jī)械性能仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果 支

對(duì)比2008年前后的抽樣試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)合絕緣子的憎水恢復(fù)時(shí)間縮短，而其它檢測結(jié)果無明顯差異，仍能安全運(yùn)行。

4 復(fù)合絕緣子在重冰區(qū)使用的建議

有研究表明，普通復(fù)合絕緣子并不適宜在重冰區(qū)使用，因其傘徑小、傘間距近、大小傘直徑差小，覆冰條件下很容易產(chǎn)生冰凌橋接，其爬電距離不能得到充分利用，使得冰閃電壓降低;復(fù)合絕緣子的憎水性導(dǎo)致其覆冰后表面與冰的接觸面之間存在大量的微小氣隙，氣隙間的間歇性電弧容易燒傷其表面材料，并導(dǎo)致其局部憎水性喪失，因此其冰閃電壓要比瓷質(zhì)和玻璃絕緣子差〔2〕。但也有研究表明，在交流電壓下，覆冰復(fù)合絕緣子比同樣最短電弧長度的覆冰IEEE標(biāo)準(zhǔn)懸式瓷絕緣子串具有更好的耐受特性，且大小傘結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子比單傘結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子有更好的覆冰耐受特性。此外，復(fù)合絕緣子由于傘裙的柔韌性，與冰的接觸緊密性不如玻璃和瓷質(zhì)絕緣子，融冰時(shí)易于脫落，同時(shí)適宜于人工除冰作業(yè)〔3〕。

為了解決復(fù)合絕緣子在重冰區(qū)的使用問題，通過研究提出了一種特殊定制的防冰型復(fù)合絕緣子〔4〕，這種復(fù)合絕緣子采用間插特大傘裙的方式，能有效地延緩冰凌橋結(jié)時(shí)間，提高冰閃電壓達(dá)20%以上，并能有效地防止冰凍災(zāi)害，同時(shí)對(duì)鳥害、雨閃和桿塔污穢均有一定的預(yù)防作用。

建議在重冰區(qū)使用復(fù)合絕緣子時(shí)，如果為新建線路則優(yōu)先采用加長型絕緣子以保證有足夠的干弧距離;但在桿 (鐵)塔窗口尺寸不足的情況下，可優(yōu)先采用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的防冰型復(fù)合絕緣子，以提高冰閃電壓，防止線路冰閃跳閘故障。

5 結(jié)束語

湖南是一個(gè)冰凍重災(zāi)區(qū)，冰災(zāi)嚴(yán)重威脅湖南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并造成了大量遺留隱患。文中通過對(duì)輸電線路復(fù)合絕緣子冰災(zāi)前后的機(jī)電性能進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，證實(shí)了冰災(zāi)后復(fù)合絕緣子機(jī)電性能無明顯差異，不存在遺留隱患，仍然能安全穩(wěn)定運(yùn)行，并提出使用于重冰區(qū)的復(fù)合絕緣子宜采用間插特大傘裙設(shè)計(jì)的防冰型絕緣子。

〔1〕湖南省電力公司試驗(yàn)研究院.復(fù)合絕緣子運(yùn)行狀況分析及檢測方法研究〔R〕.2009.

〔2〕蔣興良.10 kV合成絕緣子覆冰交流閃絡(luò)特性及冰閃過程研究〔J〕.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22(8):58-61.

〔3〕湖南省電力公司試驗(yàn)研究院.人工除冰方法研究〔R〕.2008.

〔4〕湖南省電力公司試驗(yàn)研究院.輸變電設(shè)備防冰技術(shù)應(yīng)用研究〔R〕.2009.

Study on influence of ice disaster on properties of composite insulator

HUANG Fu-yong，ZHOU Wei-hua，ZHOU Ting，WANG Cheng
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Hunan is in a severe ice disaster area and it had produced serious harm to the safe and stable operation of power grid，such as power line breakage and insulator strings dropping.The mechanical properties test result shows that electrical and mechanical properties of composite insulators did not change significantly before and after freezing and there is no hidden trouble left after tests.It is strongly recommended that the anti-ice composite insulator with special shed should be adopted in the heavy frozen area.

frozen disaster;composite insulator;electrical and mechanical properties

TM852

A

1008-0198(2011)03-0001-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.001

2010-10-11