高壓輸電線路復(fù)合絕緣子發(fā)熱機(jī)理的研究

盧曉光++張同亮++杜文文

[摘 ?要]近年來(lái)，隨著復(fù)合絕緣子在高壓輸電線路中的普遍應(yīng)用，曾發(fā)生過(guò)多次因?yàn)閺?fù)合絕緣子異常發(fā)熱導(dǎo)致的貫穿性、芯棒脆斷等一些安全事故。借助紅外熱像法對(duì)復(fù)合絕緣子中存在的模擬與實(shí)際缺陷進(jìn)行拍攝熱像圖，進(jìn)而分析復(fù)合絕緣子進(jìn)行發(fā)熱的機(jī)理。通過(guò)研究復(fù)合絕緣子進(jìn)行發(fā)熱的機(jī)理，得出局部放電、絕緣護(hù)套老化以及水份介質(zhì)損耗這三個(gè)方面就是導(dǎo)致復(fù)合絕緣子能夠發(fā)熱的主要原因。文章著重從這三個(gè)方面進(jìn)行分析復(fù)合絕緣子的發(fā)熱機(jī)理。

[關(guān)鍵詞]高壓輸電線路 ?復(fù)合絕緣子 ?發(fā)熱機(jī)理

中圖分類(lèi)號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）23-0143-01

復(fù)合絕緣子在運(yùn)行中，發(fā)生絕緣變化時(shí)通常與發(fā)熱情況有關(guān)。而局部放電、電阻損耗以及介質(zhì)損耗都將可能導(dǎo)致絕緣子局部產(chǎn)生溫度升高的情況。按照發(fā)熱的程度，了解絕緣子結(jié)構(gòu)中存在的放電缺陷以及內(nèi)部破損等問(wèn)題，但是，如果其發(fā)熱的程度非常的小，不使用相應(yīng)的儀器設(shè)備是不會(huì)發(fā)現(xiàn)的。所以，通常均會(huì)采用紅外熱像法進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)熱檢測(cè)。利用這樣的方法不需要操作人員直接接觸絕緣子，可以利用紅外成像儀對(duì)絕緣子的溫度情況進(jìn)行拍攝，操作不僅非常簡(jiǎn)單，還具有非常高的安全性。

1 絕緣子選型分析和優(yōu)化使用

1.1 復(fù)合絕緣子使用分析。根據(jù)復(fù)合絕緣子良好的防污性能，一般使用在重污區(qū)，且需配置均壓環(huán)，許多規(guī)程所要求的“110kV 及以下電壓等級(jí)復(fù)合絕緣子僅可在 高壓端安裝一個(gè)均壓環(huán)，220kV 及以上電壓等級(jí)在高壓端和接地端各安裝一個(gè)均壓環(huán)”。其實(shí)，忽略了均壓環(huán)的真正作用是保護(hù)絕緣子硅橡膠表面和金具端部。若只在高壓端安裝均壓環(huán)，顯然不能將電弧由絕緣子表面引開(kāi)，也不能保護(hù)低壓端部。這樣，既起不到保護(hù)作用，又減少了干弧距離，降低了耐雷水平。因此，110kV 及以上線路使用復(fù)合絕緣子時(shí)，建議兩端都安裝均壓環(huán)，特別是多雷區(qū)。因此，只要是復(fù)合絕緣子，須在兩端安裝均壓環(huán)，對(duì)于雷擊頻繁區(qū)，應(yīng)考慮適當(dāng)加長(zhǎng)絕緣子的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度。

1.2 玻璃鋼絕緣子使用分析。玻璃鋼絕緣子有以下特點(diǎn)：一是“自爆”。玻璃鋼絕緣子出現(xiàn)零值會(huì)自爆，稱(chēng)為“零值自爆”。利用這特點(diǎn)， 可以免去測(cè)零工作。二是玻璃鋼絕緣子不易發(fā)生鐵帽的炸裂。因而就不易因鐵帽炸裂而引起的掉線事故。根據(jù)歷次絕緣子事故統(tǒng)計(jì)，絕緣子掉串大多數(shù)是發(fā)生在瓷質(zhì)絕緣子上。因此，出現(xiàn)零值后玻璃鋼絕緣子的自爆成了防止鐵帽炸裂的保護(hù)屏。

1.3 瓷絕緣子使用分析。瓷質(zhì)絕緣子在運(yùn)行后會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)絕緣性能下降或散失機(jī)械支撐能力，從而零值或低值絕緣子不斷產(chǎn)生，這種成為絕緣子的老化或劣化。瓷質(zhì)絕緣子使用最大的弱點(diǎn)就是發(fā)生掉串 事故，但其不會(huì)自爆的特點(diǎn)可用在變電站。

2 局部放電

從理論上來(lái)說(shuō)，由于絕緣護(hù)套或者芯棒的破損，滲入一定量的水分，在化學(xué)與電場(chǎng)的共同作用下將芯棒腐蝕，最后造成芯棒的斷裂。在水份進(jìn)行腐蝕的過(guò)程中，破損的地方通常都會(huì)具有一定的場(chǎng)強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致局部放電。在電壓正常運(yùn)行的狀態(tài)下，絕緣子的材料不會(huì)出現(xiàn)局部放電的情況;如果在絕緣子的表面上存在一些污漬或者周?chē)h(huán)境以及天氣狀況不良的時(shí)候，就有可能出現(xiàn)局部放電的情況，但是這樣的放電方式所產(chǎn)生的熱量非常容易分散，不會(huì)進(jìn)行積累。只有由于材料內(nèi)部缺陷而出現(xiàn)的局部放電才有可能積累熱量，致使材料的溫度不斷升高。

3 絕緣護(hù)套老化

通常情況下，復(fù)合絕緣子的絕緣電阻都是比較大的，因此其流過(guò)的相應(yīng)電流均是微安級(jí)的。如果某處的電阻減小到一定的范圍，就會(huì)導(dǎo)致其流過(guò)的電流增大，進(jìn)而出現(xiàn)電阻損耗的情況，引起局部發(fā)熱。電流流過(guò)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，提高絕緣子的表面溫度。局部發(fā)熱的情況也是需要適當(dāng)?shù)碾娮柚?，過(guò)大或者過(guò)小都不會(huì)發(fā)生這樣的情況。針對(duì)這樣的情況，對(duì)相應(yīng)的實(shí)際缺陷進(jìn)行分析、檢測(cè)、研究，以佛山供電局鐵塔B相絕緣子為例進(jìn)行深入的研究。在鐵塔的底部有很多的毛刺，電壓正常運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)有電暈放電現(xiàn)象的出現(xiàn)，在第一傘群下部分的護(hù)套經(jīng)常會(huì)因?yàn)槭艿介L(zhǎng)時(shí)間的電暈腐蝕而發(fā)生嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，相應(yīng)的絕緣電阻就會(huì)減小至每厘米500兆歐，正常情況下電阻的阻值一定會(huì)保持每厘米2500兆歐以上，通過(guò)檢測(cè)觀察可以發(fā)現(xiàn)，老化部分的溫度有明顯升高的現(xiàn)象。除此之外，還可以使用DL-1型在線檢測(cè)儀測(cè)試絕緣子周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度，在施加高壓的地方有明顯的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)下降的情況，這時(shí)將電壓減小至60千伏，絕緣子不會(huì)再出現(xiàn)電暈的情況，相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)也在高壓端降了下來(lái)。與此同時(shí)，為了證明這種發(fā)熱情況是由護(hù)套老化引起的，而不是芯棒破損引起的，可以去除部分護(hù)套，在進(jìn)行加壓處理，之后拍攝熱像圖以及繪制相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)曲線。通過(guò)觀察可以看出，第一傘群的下部沒(méi)有明顯的發(fā)熱情況，場(chǎng)強(qiáng)的分布情況也恢復(fù)了正常;但是在高壓金具的端頭出現(xiàn)了異常發(fā)熱現(xiàn)象，即使降壓排暈也會(huì)繼續(xù)發(fā)熱，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因不是非常明朗。上述檢測(cè)結(jié)論說(shuō)明，只有具備適當(dāng)?shù)碾娮柚挡趴梢灾率咕植堪l(fā)熱，并且是在電阻值減小的地方出現(xiàn)發(fā)熱情況。

4 水份介質(zhì)損耗

水是具有非常強(qiáng)極性的物質(zhì)，并且還具備非常高的介電系數(shù)，當(dāng)將其放置在交變電場(chǎng)中的時(shí)候，相應(yīng)的水分子就會(huì)隨著電場(chǎng)轉(zhuǎn)變的方向進(jìn)行不斷的變化，也就是反復(fù)極化現(xiàn)象。在水分子的不斷轉(zhuǎn)向中就會(huì)發(fā)生互相的摩擦與碰撞，進(jìn)而損耗部分產(chǎn)生的能量，將其轉(zhuǎn)化為熱量，致使水份的溫度不斷升高。所以，在破損縫隙中存在的水份能夠在電場(chǎng)的作用下出現(xiàn)介電損耗，進(jìn)一步導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。為了證明這個(gè)觀點(diǎn)，可以在加壓的三號(hào)絕緣子上注入少量的水，通過(guò)觀察可以看出注水的部分有明顯的發(fā)熱現(xiàn)象;為了進(jìn)一步說(shuō)明水份的作用，注入大量的水，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象更加明顯。這些可以充分說(shuō)明在不同時(shí)間檢測(cè)絕緣子的發(fā)熱程度不同的原因。同時(shí)，如果水份蒸發(fā)掉了其相應(yīng)的溫度也就降低了。其相應(yīng)的試驗(yàn)就是在三號(hào)絕緣子的護(hù)套上進(jìn)行打孔注水，之后再進(jìn)行加壓處理，通過(guò)觀察可以看出打孔注水部分的溫度要比其他地方的溫度低，由此可以看出，水份引起的發(fā)熱情況，在某種程度上需要限制水份的蒸發(fā)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)絕緣子內(nèi)部發(fā)生局部放電的時(shí)候，就導(dǎo)致絕緣子的溫度升高，進(jìn)而發(fā)熱。如果高壓端的絕緣材料出現(xiàn)導(dǎo)通性的缺陷，那么就會(huì)非常容易導(dǎo)致出現(xiàn)局部放電的情況，要是沒(méi)有與其金具進(jìn)行連接或者在中部出現(xiàn)絕緣現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生局部放電的情況，也就不會(huì)發(fā)熱。相應(yīng)的水份介質(zhì)損耗也會(huì)導(dǎo)致絕緣子的溫度升高，并且還可能進(jìn)行蒸發(fā)散熱。所以水份因素對(duì)于絕緣子發(fā)熱的影響是非常復(fù)雜，水份滲入的越多，其發(fā)熱的情況就越加嚴(yán)重。除此之外，絕緣護(hù)套老化之后，就會(huì)引起絕緣電阻的減小，進(jìn)而出現(xiàn)電阻損耗發(fā)熱的情況。所以，為了確保輸電線路的安全可靠性，一定要對(duì)其復(fù)合絕緣子發(fā)熱的機(jī)理進(jìn)行深入的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]滕國(guó)利，徐利賢，張海安.正負(fù)500kV耐張復(fù)合絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析[J].高電壓技術(shù)，2005，（4）.

[2]司馬文霞，楊慶，孫才新，等.基于有限元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)超高壓合成絕緣子均壓壞結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，（17）.