試析500kV輸電線路絕緣子的選擇

張觀榮

（福建永福工程顧問有限公司）

試析500kV輸電線路絕緣子的選擇

張觀榮

（福建永福工程顧問有限公司）

我國(guó)現(xiàn)在使用最多的絕緣子有瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子和復(fù)合絕緣子這三種。近些年來，500kV輸電線路的事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)我國(guó)電力部門造成了極大的損失。所以本文就這個(gè)問題詳細(xì)闡述了怎樣選擇最適合500kV輸電線路的絕緣子，同時(shí)對(duì)長(zhǎng)棒瓷絕緣子的使用進(jìn)行合理的分析。

500kV輸電線路；絕緣子；分類；選擇

70年代我國(guó)開始了對(duì)500kV輸電技術(shù)的研究與試驗(yàn)，在70年代后期開始了建設(shè)500kV的輸電線路。我國(guó)在1994年末就已經(jīng)建成了500kV的輸電線路并開始運(yùn)行。我國(guó)在初期時(shí)采用國(guó)產(chǎn)懸式瓷絕緣建立的500kV的輸電線路，但只在極少數(shù)的桿塔上使用，其他的桿塔上則采用的是國(guó)產(chǎn)鋼化玻璃絕緣子，但只是用做試驗(yàn)運(yùn)行的。隨著我國(guó)檢驗(yàn)技術(shù)的不斷完善，引進(jìn)了許多先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，500kV輸電線路上才開始大量投入使用。[1]電力系統(tǒng)的重大災(zāi)害就是輸電線路的覆冰事件，覆冰嚴(yán)重了就將會(huì)急速下降輸電線路絕緣子的電氣性。中國(guó)從1954年開始就已經(jīng)出現(xiàn)了大大小小加起來兩千余次的輸電線路冰災(zāi)事件，由此可見，輸電線路的覆冰事件已經(jīng)嚴(yán)重影響都了我國(guó)的輸電運(yùn)行的安全。自第一起輸電線路冰災(zāi)事故發(fā)生以來，國(guó)內(nèi)外的專家就此開始了對(duì)輸電線路冰災(zāi)事故的研究與試驗(yàn)，也取得了有效的成果，這些成果也運(yùn)用到了今后的輸電線路的設(shè)計(jì)中了。[2]

1　絕緣子的作用

絕緣子又稱作瓷瓶，絕緣子是用來支持導(dǎo)線的一種絕緣體，一般的電力工程中都會(huì)使用到它，絕緣子早期在電線桿上使用的較多，通常用陶瓷或是玻璃做成的絕緣子。絕緣子保證了導(dǎo)線和桿塔有著足夠的絕緣。絕緣子在輸電線路中起著，防止電流回地和支撐導(dǎo)線的兩個(gè)基本作用。絕緣子不僅要承受著水平方向的拉力和垂直方向的荷重，它還要承受著雨淋、日曬、氣候變化等的腐蝕。所以，絕緣子要有著足夠的機(jī)械強(qiáng)度以及良好的電氣性能，絕緣子的質(zhì)量影響著線路的運(yùn)行安全，所以要選擇良好質(zhì)量的絕緣子。[3]

絕緣子有著擊穿和閃絡(luò)的兩種電氣故障，絕緣子表面會(huì)發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，會(huì)有著燒傷的痕跡，但是又不影響絕緣子的絕緣性能。絕緣子的內(nèi)部會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象，在鐵腳架與鐵帽之間發(fā)生瓷體放電，絕緣子的外表也可能看不見痕跡，但是絕緣子已經(jīng)喪失了它的絕緣性能，也會(huì)因?yàn)殡娀〉漠a(chǎn)生導(dǎo)致絕緣子被完全破壞了。所以，發(fā)生擊穿現(xiàn)象是，應(yīng)該著重檢查鐵腳的燒傷狀況和放電痕跡。[4]

2　絕緣子的分類

2.1瓷絕緣子

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，瓷絕緣子開始發(fā)展起來了，現(xiàn)在也有100多年的歷史了。它因其絕緣性能、耐熱性、耐氣候性以及可以靈活組裝的良好特點(diǎn)而被各級(jí)電壓線路廣泛應(yīng)用。也為發(fā)展中的電力工業(yè)做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著電力工業(yè)的不斷壯大，使得絕緣子的使用量大大的增加了，也逐漸的發(fā)現(xiàn)了瓷絕緣子暴露出來的一些不足之處。[5]盤形懸式瓷絕緣子的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，它的絕緣性能就會(huì)越來越低。這就是我們常說的“老化”現(xiàn)象。為了解決這些老化的現(xiàn)象，線路的運(yùn)行部門將會(huì)花費(fèi)大量的人力和物力。檢測(cè)瓷絕緣子時(shí)，由于技術(shù)人員的各方面原因，就會(huì)發(fā)生漏檢、錯(cuò)檢的現(xiàn)象。老化的絕緣子會(huì)在工頻續(xù)流、雷電流以及同流時(shí)間的作用下發(fā)生爆炸現(xiàn)象，老化的絕緣子對(duì)電力線路的安全是一種威脅。

2.2鋼化玻璃絕緣子

擁有良好機(jī)電性能的鋼化玻璃絕緣子，有著比瓷絕緣子高2.2倍的抗拉強(qiáng)度、高3.4～4.3倍的耐電擊穿性能。不僅如此，它的耐電弧燒傷、耐震動(dòng)疲勞以及耐冷熱沖擊性能也比瓷絕緣子的更好。還有著自我淘汰的能力。從國(guó)內(nèi)外的使用中發(fā)現(xiàn)了，鋼化玻璃絕緣子還有著較長(zhǎng)使用壽命的穩(wěn)定的機(jī)電性能。早期在意大利、法國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)使用，絕緣子金屬附件的壽命決定了鋼化玻璃絕緣子的使用壽命。鋼化玻璃絕緣子的優(yōu)良性能使得它受到了電力部門的追捧。但是鋼化絕緣子也有一些缺點(diǎn)，例如它的自潔能力差，清洗非常不方便，還受到了一些條件的限制。隨著對(duì)它的進(jìn)一步的研究，鋼化玻璃絕緣子的產(chǎn)品得到了完善。[6]

2.3復(fù)合絕緣子

復(fù)合絕緣子又被稱為合成絕緣子，它有著很多優(yōu)點(diǎn)，如重量輕、強(qiáng)度大、抗撞擊、不破碎等，復(fù)合絕緣子不需要進(jìn)行絕緣檢測(cè)，因?yàn)樗鼘儆诓粨舸┬汀Ｒ驗(yàn)楣柘鹉z的表面具有的憎水性，使得它保持中干燥的現(xiàn)象，所以用它來制成復(fù)合絕緣子。使依附在復(fù)合絕緣子表面上的污穢可以很容易的被雨水沖掉。復(fù)合絕緣子的抗污能力大大的提高了。很大程度上的節(jié)省了維護(hù)線路的費(fèi)用。近些年來，絕緣子的價(jià)格不斷上漲，但復(fù)合絕緣子卻因它成型容易、成本低的原因使得它的價(jià)格下降了不少。在近幾年建造的500kV的輸電線路都已經(jīng)使用了復(fù)合絕緣子。從合成絕緣子運(yùn)行中發(fā)生的事故、故障情況來看，大部分是雷擊閃絡(luò)，另一部分是其次是不明原因的閃絡(luò)。

2.4長(zhǎng)棒瓷合絕緣子

長(zhǎng)棒型瓷絕緣子是在總結(jié)了懸式瓷絕緣子的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上由雙層傘實(shí)芯絕緣子發(fā)展而來，它繼承了瓷的電熱穩(wěn)定性，消除了盤型懸式瓷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（剪、切、壓）復(fù)雜的帽腳式結(jié)構(gòu)；目前，江蘇、浙江地區(qū)，110kV及以上高壓或超高壓線路上采用長(zhǎng)棒型瓷絕緣子日益增多，一些主要采用玻璃懸式絕緣子的國(guó)家如法國(guó)、意大利也將長(zhǎng)棒型瓷絕緣子用于污穢地區(qū)。世界上著名的長(zhǎng)棒型瓷絕緣子生產(chǎn)廠家為德國(guó)CERAM歐洲電瓷集團(tuán)公司。

圖1　

500kV瓷棒絕緣子由3節(jié)組成，每節(jié)之間均有均壓環(huán)和招弧角，與同樣棒型的合成絕緣子相比，在相同的結(jié)構(gòu)高度下，空氣間隙縮短。如某合成絕緣子供貨商提供的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度4450mm、干弧距離4135mm、負(fù)極性50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓為2540kV；而某瓷棒絕緣子廠商提供產(chǎn)品的連接長(zhǎng)度4452mm、干弧距離4030mm、負(fù)極性50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓為1950kV。因此，要達(dá)到一般合成絕緣子所要求的雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓，則瓷棒絕緣子的結(jié)構(gòu)高度將大于合成絕緣子的，這就要求桿塔尺寸。

3　今后建500kV輸電線路絕緣子的選擇建議

由于每個(gè)國(guó)家的國(guó)情和制造技術(shù)不同，每個(gè)國(guó)家對(duì)輸電線路的選擇也不一樣，瓷絕緣在日本的質(zhì)量較好，所以日本在輸電線路上幾乎全都是瓷絕緣子的材料。而歐洲一些國(guó)家則更偏愛鋼化玻璃絕緣子。加拿大和美國(guó)在以前大部分已瓷絕緣子為主，但近些年來，大多又都使用復(fù)合絕緣子，使得復(fù)合絕緣子得以迅速發(fā)展起來。福建省內(nèi)陸山區(qū)大部分使用瓷和玻璃絕緣子，沿海地段懸垂采用復(fù)合絕緣子，耐張串仍使用瓷絕緣子。

所以，根據(jù)上面所述，提出幾點(diǎn)關(guān)于今后建造500kV的輸電線路絕緣子的一些建議：

（1）我國(guó)對(duì)瓷絕緣子的生產(chǎn)較大，但每個(gè)廠家生產(chǎn)出來的質(zhì)量卻有著很大的差異。使得其機(jī)電性能大大的降低了，線路絕緣子檢測(cè)也是查的不完全的。我國(guó)在500kV的輸電線路上的研究是很薄弱的，如果發(fā)生了事故，對(duì)我國(guó)也會(huì)造成了巨大的損失。所以我們應(yīng)該先及時(shí)了解不同廠家生產(chǎn)出來的瓷絕緣子的運(yùn)行狀況，然后再建造500kV的輸電線路絕緣子。要根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況以及運(yùn)行單位的技術(shù)力量，選擇有合格質(zhì)量的瓷絕緣子，在此基礎(chǔ)上還要加強(qiáng)對(duì)線上運(yùn)行的瓷絕緣子的監(jiān)測(cè)，確保及時(shí)更換掉老化了的絕緣子，輸電線路的運(yùn)行安全。

（2）鋼化玻璃絕緣子因其獨(dú)有的零值自爆的優(yōu)點(diǎn)，不僅節(jié)省了大量的維護(hù)費(fèi)用，還能確保線路的運(yùn)行狀態(tài)。提高線路的安全性。我國(guó)的鋼化玻璃絕緣子經(jīng)過不斷的摸索和改進(jìn)，鋼化玻璃絕緣子的質(zhì)量有了很大程度上的提高，因此建議在建造500kV的輸電線路時(shí)，山區(qū)內(nèi)陸優(yōu)先考慮鋼化玻璃絕緣子，沿海地帶考慮其經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人員活動(dòng)較頻繁，建議少用。

（3）復(fù)合絕緣子有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：不用檢測(cè)、耐污能力好、不需要清掃等，這些優(yōu)點(diǎn)是瓷絕緣子和鋼化玻璃絕緣子都無(wú)法達(dá)到的。在近些年來已經(jīng)建好的500kV的輸電線路上，電力部門更青睞它的防污能力。復(fù)合絕緣子在較短的時(shí)間內(nèi)被迅速推廣起來了。

復(fù)合絕緣子擁有較好的憎水性，各個(gè)國(guó)家都對(duì)復(fù)合絕緣子腐蝕老化進(jìn)行了研究與試驗(yàn)。我們?cè)谶x擇建造500kV復(fù)合絕緣子的時(shí)候，更應(yīng)該慎重選擇，要對(duì)復(fù)合絕緣子的使用壽命、使用性能的技術(shù)指標(biāo)以及試驗(yàn)的方法進(jìn)行積極的研究。國(guó)外復(fù)合絕緣子的最長(zhǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已有20年，普遍認(rèn)為復(fù)合絕緣子的使用壽命可達(dá)20～30年。因此，在復(fù)合絕緣子運(yùn)行一段時(shí)間后（約10～15年）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)線上運(yùn)行的復(fù)合絕緣子的監(jiān)測(cè)。

（4）長(zhǎng)棒瓷絕緣子

長(zhǎng)棒形瓷絕緣子與普通盤形絕緣子相比，具有泄漏距離大、防污性能好、污閃電壓高、機(jī)械強(qiáng)度大等的優(yōu)點(diǎn)。長(zhǎng)棒形瓷絕緣子近20年來在德國(guó)、美國(guó)和日本等西方國(guó)家得到了越來越多的使用，國(guó)內(nèi)目前也越來越多的使用。瓷棒絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度直接與瓷件有關(guān)，由于運(yùn)輸、安裝過程中造成的損壞，或運(yùn)行中外界偶然的撞擊，或制造過程中形成的內(nèi)部缺陷（要求產(chǎn)品有嚴(yán)格的質(zhì)量檢查、優(yōu)良的制造工藝），可能會(huì)在運(yùn)行中意外折斷，所以瓷棒絕緣子應(yīng)選擇質(zhì)量好的產(chǎn)品，并加強(qiáng)檢驗(yàn)工作，小心運(yùn)輸、安裝。目前，在上海、江蘇、浙江、湖北、山東、河南、廣西、內(nèi)蒙等地運(yùn)行的長(zhǎng)棒形瓷絕緣子數(shù)量超過11萬(wàn)支。福建省內(nèi)500kV使用該絕緣子的工程有福州特1000kV配套500kV送出等工程。

4　結(jié)束語(yǔ)

500kV輸電線路長(zhǎng)期暴露在大自然中，受著來自日曬、雨淋、氣候條件的影響，對(duì)絕緣子的表面形成了一定程度上的危害。特別是在冬季的輸電線路中發(fā)生的覆冰現(xiàn)象，是電力工程系統(tǒng)中的重大災(zāi)害。2008年的福建發(fā)生的罕見的冰雪災(zāi)害，給福建的電力線路造成了很大的破壞，也很大程度上影響了人民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定。為了抗擊冰雪帶來的災(zāi)害，世界各國(guó)都加大了對(duì)絕緣子的研究力量。絕緣子在融冰閃絡(luò)的研究中發(fā)現(xiàn)“晶釋效應(yīng)”會(huì)對(duì)閃絡(luò)電壓產(chǎn)生影響。我國(guó)目前在500kV的輸電線路中較多使用瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子和復(fù)合絕緣子這三種絕緣子，及越來越多使用的長(zhǎng)棒瓷絕緣子；并分析了這以上各絕緣子的機(jī)電性能和運(yùn)行的情況。并針對(duì)絕緣子的老化現(xiàn)象進(jìn)行了分析。并選擇合適500kV輸電線路的絕緣子。

[1]白明華.北方地區(qū)500kV輸電線路絕緣子防污閃措施應(yīng)用[J].三角洲，2014（3）：13～14.

[2]張超.江蘇電網(wǎng)500kV輸電線路絕緣子選型[J].大科技·科技天地，2010（12）：257～258.

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[4]張銳，應(yīng)偉國(guó)，黃道春，等.500kV交流輸電線路組合絕緣子串試驗(yàn)分析[J].高電壓技術(shù)，2011，37（4）：874～882.

[5]姚陳果，毛峰，匡紅剛，等.輸電線路絕緣子泄漏電流的句法模式識(shí)別[J].高電壓技術(shù)，2010，36（6）：1487～1493.

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TM726

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1673-0038（2015）39-0247-02

2015-9-7