復合絕緣子由塑料異物引起的閃絡(luò)與不明原因閃絡(luò)

于東洋， 李 琳， 陳孟楊

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱150030; 2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱150090)

復合絕緣子由塑料異物引起的閃絡(luò)與不明原因閃絡(luò)

于東洋1， 李 琳1， 陳孟楊2

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱150030; 2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱150090)

為了解塑料異物對復合絕緣子發(fā)生閃路所產(chǎn)生的影響，在人工模擬塑料異物引起復合絕緣子閃絡(luò)的基礎(chǔ)上,對塑料異物引起的閃絡(luò)機理及閃絡(luò)條件進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)塑料異物引起閃絡(luò)需要較極端的條件(塑料異物破舊程度大并被打濕)。在以往認定的不明原因閃絡(luò)中,有一部分實際上可歸屬于塑料異物引起的閃絡(luò)。

塑料異物；閃絡(luò)；復合絕緣子

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，輸電線路的安全穩(wěn)定運行對電網(wǎng)運行的安全性、可靠性、及經(jīng)濟性具有十分重要的意義[1-3]。引起輸電線路跳閘的原因中，外力破壞已成為僅次于鳥害的第二大線路跳閘原因[4-6]。2015年黑龍江省110kV架空輸電線路共發(fā)生線路跳閘18次，重合閘成功15次，重合不成功3次。在18次跳閘中鳥害跳閘占38.9%；外力跳閘占27.8%；雷擊跳閘占22.2%；風偏跳閘、施工工藝引起的跳閘各占5.6%。可見黑龍江地區(qū)由于外力破壞引起的線路跳閘所占比例也較大。

外力破壞引起的線路跳閘，除了外力引起的斷線、短接等具有較明顯的特征外，塑料異物引起的復合絕緣子閃絡(luò)并不具有明確的特征。由鳥糞引起的復合絕緣子閃絡(luò)已進行了大量的研究，而由塑料異物引發(fā)的復合絕緣子閃絡(luò)并未進行過深入地研究[7-8]?，F(xiàn)有的對塑料異物引起閃絡(luò)而發(fā)生跳閘的認定方法是：在跳閘線路附近若發(fā)現(xiàn)塑料異物即認為線路跳閘為復合絕緣子由于塑料異物的覆蓋發(fā)生閃絡(luò)而導致開關(guān)發(fā)生動作，這是一種常規(guī)的評判方法，但并不具有普適性及嚴謹性。

為了解塑料異物對復合絕緣子發(fā)生閃絡(luò)所產(chǎn)生的影響，分別對表面清潔干燥的塑料異物、表面污穢干燥的塑料異物、表面清潔濕潤的塑料異物、表面污穢濕潤的塑料異物進行復合絕緣子沿面閃絡(luò)試驗，發(fā)現(xiàn)只有在表面污穢較嚴重并伴隨陰雨大風天氣的情況下，塑料異物吹落到復合絕緣子上會引起復合絕緣子發(fā)生閃絡(luò)。

1 模擬塑料異物閃絡(luò)試驗

1.1 試驗樣品

為了真實模擬實際情況，從線路運行現(xiàn)場采集試驗樣品，并制備成可用于試驗的樣品，試驗樣品分為以下六種：干燥新地膜、濕潤新地膜、干燥廢舊地膜(表面污穢)、濕潤廢舊地膜(表面污穢)、干燥廢舊棚膜(表面污穢)、濕潤廢舊棚膜(表面污穢)。樣品采集現(xiàn)場圖如圖1所示：

圖1 樣品采集制備現(xiàn)場Fig.1 Sample collection and preparation site

1.2 試驗裝置

試驗電源為頻率50 Hz，電壓126 kV直接升壓的無暈高壓試驗電源，其特點是輸出電壓為工頻，試驗系統(tǒng)自身局放量<5 pC，各個單元之間均設(shè)置隔離變壓器，系統(tǒng)有較好的抗干擾性能，與電網(wǎng)實際運行狀況基本吻合，可以模擬試驗研究的真實性。塑料異物所覆蓋的絕緣子為應(yīng)用于110 kV線路的相間復合絕緣子，110 kV相電壓的額定值為63 kV，最高運行相電壓為73 kV，試驗原理圖和裝置如圖2所示。

圖2 試驗原理與裝置Fig.2 Test principle and device

1.3 塑料異物閃絡(luò)試驗

試驗時將試樣(塑料異物)覆蓋在110kV復合絕緣子上，如圖3所示。同時，為模擬實際運行情況，試驗采用電風扇以均勻風速吹動試樣，從而使試樣舞動，為達到更好的試驗效果，試驗采用金屬材料縮短放電間隙。

圖3 試驗裝置細節(jié)圖Fig.3 Detail picture of test device

2 塑料異物閃絡(luò)過程及機理分析

試驗過程中通過調(diào)壓器逐步升高試驗電壓，升壓速率為500 V/min，直至試樣發(fā)生擊穿或沿面閃絡(luò)。六種試樣的局部放電電壓及擊穿形式如表1所示(其中每種試樣的測試次數(shù)為10次，局放電壓為10次測試結(jié)果的平均值)，由表中可看出：發(fā)生局部放電的電壓范圍為45～88 kV。

表1 六種試樣的局部放電電壓及擊穿形式Table 1 Partial discharge voltages and breakdown types of 6 kinds of samples

在上述試驗條件下進行試驗，圖4從左至右依次為干燥新地膜、干燥廢舊棚膜及干燥廢舊地膜局部放電過程及表面燒蝕情況。圖5為濕潤新地棚膜局部放電過程及表面燒蝕情況。圖6為濕潤廢舊地膜、濕潤廢舊棚膜局部放電過程及表面燒蝕情況。

從干燥新地膜、干燥廢舊棚膜、干燥廢舊地膜及濕潤新棚膜局部放電過程及表面燒蝕情況等四種試驗樣品的局部放電過程及表面燒蝕情況可以看出：針對干燥的或者表面清潔的塑料異物，閃絡(luò)形式為空氣間隙擊穿閃絡(luò)，當電弧經(jīng)過塑料異物時，由于電弧產(chǎn)生熱量，塑料異物表面出現(xiàn)被燒蝕的小型孔洞。

圖4 干燥新地膜、干燥廢舊棚膜及干燥 廢舊地膜局部放電過程及表面燒蝕情況Fig.4 Partial discharge processes and surface burning situations of the dry new mulch film, the dry wasted greenhouse film and the dry old mulch film respectively

圖5 濕潤新地膜局部放電過程及表面燒蝕情況Fig.5 Partial discharge process and surface burning situation of the humid new mulch film

圖6 濕潤廢舊地膜、濕潤廢舊棚膜 局部放電過程及表面燒蝕情況Fig.6 Partial discharge processes and surface burning situations of the humid wasted mulch film and the humid wasted greenhouse film respectively

干燥的新地膜無法形成沿面閃絡(luò)，地膜與棚膜的材料種類主要為聚乙烯，聚乙烯是一種優(yōu)質(zhì)的絕緣材料，所以無法在復合絕緣子表面形成導電通路，只會隨著電壓的升高而使得空氣發(fā)生擊穿，空氣擊穿時放電所產(chǎn)生的熱量燒灼地膜使地膜產(chǎn)生被燒灼的小型孔洞；干燥廢舊棚膜與干燥廢舊地膜不會形成沿面閃絡(luò)，是由于雖然棚膜與地膜附著污穢，但污穢并不會在棚膜和地膜上連續(xù)分布，所以廢舊干燥的棚膜與地膜上也無法形成引起沿面閃絡(luò)的導電通路，結(jié)果是附著干燥廢舊棚膜與干燥廢舊地膜的復合絕緣子也只會隨著電壓的升高而發(fā)生空氣擊穿而不是沿面閃絡(luò)。

附著濕潤新棚膜的復合絕緣子也無法發(fā)生沿面閃絡(luò)是因為聚乙烯本身是一種憎水性材料，模擬自然濕潤環(huán)境下，濕潤新棚膜上并不會使得水滴在新棚膜上形成聯(lián)通的水路，所以附著濕潤新棚膜的復合絕緣子隨著電壓的升高也只會發(fā)生空氣擊穿而無法發(fā)生沿面閃絡(luò)。

濕潤且表面污穢的塑料異物產(chǎn)生沿面放電，隨著自持放電的發(fā)展，局部電弧的熄滅和重燃不斷交替，最終發(fā)生閃絡(luò)，在塑料異物表面形成放電通道，由于電弧產(chǎn)生熱量，對塑料異物進行持續(xù)燒蝕，燒蝕程度比干燥時嚴重，并且塑料異物沿面放電電壓隨著其潮濕及污穢情況成呈現(xiàn)下降趨勢。

附著濕潤廢舊地膜與濕潤廢舊棚膜的復合絕緣子均會發(fā)生沿面閃絡(luò)，并且其沿面放電電壓隨著潮濕程度與廢舊程度加劇而下降，因為污穢物質(zhì)具有親水性，水滴附著在含有污穢的地膜與棚膜上，污穢顆粒會附著水滴，使水滴在地膜與棚膜上形成水路，從而形成了導電通路，隨著電壓的升高，由水滴連成的通路發(fā)生放電，在地膜與棚膜表面便形成了沿面放電，隨著污穢程度的加劇，附著水滴的能力增強，使得沿面放電發(fā)生的更為容易，隨著潮濕程度的加劇，同樣會使得沿面放電發(fā)生的更為容易，因此附著濕潤廢舊地膜與濕潤廢舊棚膜的復合絕緣子均會發(fā)生沿面閃絡(luò)，并且其沿面放電電壓隨著潮濕程度與廢舊程度加劇而下降。

3 塑料異物閃絡(luò)與不明原因閃絡(luò)的 關(guān)系

復合絕緣子不明原因閃絡(luò)是指尚未查明原因的閃絡(luò)事故，電網(wǎng)維護單位希望不明原因閃絡(luò)的概率盡可能的降低，從而找到閃絡(luò)發(fā)生原因而加強預防。

外力破壞故障的認定，除了外力引起的斷線、短接等具有較明顯的特征外，對于由于塑料異物引起復合絕緣子閃絡(luò)而發(fā)生的跳閘事故認定的主要依據(jù)為故障線路附近出現(xiàn)塑料異物，但對塑料異物引起的線路故障研究表明：表面清潔、干燥的塑料異物，不發(fā)生沿面放電，閃絡(luò)形式為空氣間隙擊穿閃絡(luò)：表面污穢、干燥的塑料異物，不發(fā)生沿面放電，閃絡(luò)形式為空氣間隙擊穿閃絡(luò)；表面清潔、濕潤的塑料異物，不發(fā)生沿面放電，閃絡(luò)形式為空氣間隙擊穿閃絡(luò)；表面污穢、濕潤的塑料異物，發(fā)生沿面放電，閃絡(luò)形式為沿面閃絡(luò)。根據(jù)試驗結(jié)果可以推斷得出：當110kV復合絕緣子串上懸掛污穢的塑料異物，遇到長時間陰雨天氣情況下，其表面將形成大能量的放電通道，持續(xù)對塑料異物進行嚴重燒蝕(甚至可能完全燒蝕)，造成線路閃絡(luò)，引發(fā)保護動作。被燒灼的塑料異物會變成較小的碎片而從復合絕緣子上飄落，飄落的塑料異物由于體積較小可能會被吹落到遠離故障線路的地區(qū)，從而無法明確復合絕緣子發(fā)生閃絡(luò)的原因，使得一些閃絡(luò)故障被認定為不明原因閃絡(luò)。在秋收與多雨的田間線路附近，如果發(fā)生復合絕緣子的閃絡(luò)故障而無法找到閃絡(luò)原因可在較遠范圍內(nèi)進行塑料異物的排查。

4 結(jié) 論

1)塑料異物引起復合絕緣子閃絡(luò)的機理為：污穢顆粒具有親水性會附著水滴，使水滴在地膜與棚膜上形成水路，從而形成了導電通路，隨著電壓的升高，由水滴連成的通路發(fā)生放電，在地膜與棚膜表面便形成了沿面放電，隨著污穢程度的加劇，附著水滴的能力增強，使得沿面放電發(fā)生的更為容易，隨著潮濕程度的加劇，同樣會使得沿面放電發(fā)生的更為容易，因此附著濕潤廢舊地膜與濕潤廢舊棚膜的復合絕緣子均會發(fā)生沿面閃絡(luò)。

2)對塑料異物引起復合絕緣子閃絡(luò)的認定時，不可僅僅以事故附近發(fā)現(xiàn)塑料異物作為認定依據(jù)，要充分考慮當時的自然環(huán)境及塑料異物本身的狀態(tài)。

3)不明原因發(fā)生的閃絡(luò)在秋收多雨的田間線路附近時，應(yīng)將搜查異物范圍擴大，若找到了破損的塑料異物應(yīng)再次排查事故原因，確認事故原因是否由塑料異物引起。

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(編輯 陳銀娥)

Composite insulator flashovers caused by plastic foreign matter and unknown reasons

YU Dongyang1，LI Lin1，CHEN Mengyang2

(1.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China.2.State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited, Harbin 150090, China)

In order to understand the influence of plastic foreign matters on causing composite insolator flashovers the artificial simulation is made on composite insulator flashovers caused by the plastic foreign matter. Based on this, the mechanism and the condition of the flashovers is studied. It is founded that the flashover caused by the plastic foreign matter could occur under extreme conditions when the matter is damaged severely and wet out. Practically, some of flashovers which were thought to be caused by unknown reasons may be caused by the plastic foreign matter.

plastic foreign matter; flashovers; composite insulator

2017-03-21。

于東洋(1979—)，男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)及自動化方面的技術(shù)管理工作。

TM855

A

2095-6843(2017)03-0245-04