提高污穢條件下耐張絕緣子絕緣強度

董小錄，王夏洋，王思超

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

0 引言

某發(fā)電廠安裝1臺220 kV啟備變，其高壓側通過龍門架及耐張絕緣子T接至220 kV母線。啟備變、龍門架及耐張絕緣子均置于空冷島下方，積污嚴重。絕緣子由19片XWP2-70雙傘型絕緣子組串，在陰雨潮濕天氣頻繁出現爬電現象，嚴重影響220 kV系統的安全性。通過定期對耐張絕緣子串的紅外成像測量，并未發(fā)現零值或低值絕緣子。輸變電設備污閃需同時具備兩大要素：污穢條件與潮濕條件，絕緣子表面聚積了一定量污穢物；同時在潮濕的天氣中，污穢物吸收水分、受潮；二者缺一不會發(fā)生污閃。

1 爬電原因分析

污穢等級劃分不準確。啟備變地處北方干燥地區(qū)，臨近鋁生產、鐵生產及焦煤產業(yè)的工業(yè)聚集區(qū)、臨近荒漠區(qū)及重載公路，長期處于上述污區(qū)的下風向；變壓器運行周期大于1年，絕緣子污穢聚積周期長，出于安全考慮沒有進行過絕緣子帶電沖洗；夏季空冷島頻繁沖洗形成的泥水、空冷風機減速機漏油產生的油污，直接濺落在絕緣子上，加劇了污穢的聚積速度，濺落的泥水在局部形成泥流橋接部分爬電距離；空冷島處于絕緣子正上方，完全將變壓器、龍門架及絕緣子遮蔽住，絕緣子喪失了自然清潔能力。由于上述種種因素，絕緣子在運行周期內污穢聚積特別嚴重。連續(xù)9年測試啟備變區(qū)域參照盤型絕緣子鹽密度最大值為0.19 mg/cm2，現場污區(qū)的劃分僅根據歷年參照絕緣子等值鹽密度（ESDD）按照JB/T5895—1991簡單將本區(qū)域劃分為d級污穢等級（SPS），而忽略了灰密度（NSDD）、現場環(huán)境條件、泥水流對污穢等級的影響，造成污穢等級設計偏小、爬電比距選擇偏小、絕緣強度不滿足現場實際情況。上述種種因素，最終導致夏季陰雨天氣高濕度環(huán)境下，絕緣子頻繁出現爬電現象。

2 整改的方案

2.1 重新劃分污區(qū)污級

根據GB/T26218.1—2010規(guī)定[1-2]，A類污穢物最常見于內陸地區(qū)、荒漠地區(qū)或工業(yè)污穢地區(qū)，其成分可分為可溶污穢物和不溶解污穢物，分別以等值鹽密度（ESDD） 和灰密度（NSDD） 來度量；B類污穢最常見于沿海地區(qū)，由鹽水或導電霧沉降在絕緣子表面形成，以現場等值鹽密度（SES）度量。電站處于開闊干燥內陸地區(qū)，污穢物屬于A類污穢。雖然參照絕緣子的峰值鹽密度為0.19 mg/cm2，但由于參照絕緣子的灰密度與鹽密度之比大于5：1、全年沒有雨水沖刷造成污穢長期聚積后出現高濕度環(huán)境、空冷島沖洗形成局部泥流等特點，考慮參照絕緣子等值鹽密度檢測過程的準確度、啟備變閃絡對電站的嚴重影響，最終將絕緣子所處區(qū)域應污穢等級確定為e級（見圖1）。

圖1 A類污穢-參照盤型懸式絕緣子ESDD/NSDD與SPS間關系

2.2 選擇爬電距離

雖然污穢等級確認至e級，但同一污級中爬電比距值也有大小區(qū)別?？紤]到空冷島區(qū)域極端天氣條件下，絕緣子嚴重積污及連續(xù)陰雨天氣，導致絕緣子的污穢耐受電壓值下降及連續(xù)污泥流橋接絕緣子爬電距離，應選擇e污級RUSCD范圍中的較高值（60 mm/kV），以保證系統的安全。由此，可以得出該污穢度下的最小爬電距離為8729 mm。與原有19片XWP2-70絕緣子形成的7600 mm爬電距離相比，爬電距離顯著提高。在一定電壓范圍內，絕緣子串污穢耐受電壓一般隨爬電距離和串長的增加呈線性增加。所以，在滿足要求的間隙內，增加爬電距離將線性提高絕緣子串污穢耐受電壓（見圖2）。

2.3 絕緣子型式的選擇

確定了最小爬電距離后，為保證線路弧垂度，應選擇與原絕緣子相同高度（146 mm） 及數量（19個）的絕緣子。通過最低爬電距離及絕緣子數量選定單個絕緣子的爬電距離應為450 mm。由此確定了最終的爬電距離為8550 mm，比原絕緣子串爬電距離顯著提高；傘形的選擇，由于絕緣子處于空冷島下方，全年沒有雨水沖洗，失去了雨水自潔能力，所以考慮使用空氣動力自潔性的傘形，優(yōu)先考慮草帽型和雙傘型。

圖2 玻璃和瓷絕緣子的SPS等級和RUSCD間的關系

2.4 PRTV材料在絕緣子上的應用

PRTV涂料具有良好的憎水性和憎水遷移性，能在濕度來臨之前使污穢具有憎水性，因此具有良好的防污閃效果。按照DLT627—2012規(guī)定[3]，在20 kg/m2及以上鹽密度下，或者在0.1 mg/cm2鹽密度和0.5 mg/cm2灰密度時，污層表面憎水性充分遷移后，相同條件下有RTV涂層的絕緣子污閃電壓U1相對無RTV涂層的絕緣子污閃電壓U2之比大于1.5～2倍（表1為XWP2-70絕緣子人工污穢耐壓數據），由此可以看出，PRTV材料具有良好的防污閃能力。但是，現場噴涂PRTV存在諸多影響工藝的因素，因此應選擇在潔凈環(huán)境的工廠內噴涂成型的瓷復合絕緣子，杜絕現場高空噴涂導致工藝不良、失去防污閃能力的問題。按照DLT627—2012規(guī)定，PRTV涂料使用壽命一般不小于15年，在其有效期內一般不需要清掃或沖洗。但水泥、電熔鎂等特別嚴重粉塵污染區(qū)應適當縮短使用周期。所以，對運行3年以上的絕緣子，應定期檢查涂層外形、憎水性、機械強度等特性。憎水性應每年檢查進行測試，憎水級別不得小于HC5。運行中出現龜裂、起痕蝕損、涂層被油污染或外觀、憎水性試驗不合格的涂層，應進行復涂或改造。

2.5 改造前后后絕緣子參數的對比（見表1、表2）

經過選型，決定選擇FXWP-100型瓷復合絕緣子，其性能參數與原使用的XWP2-70型瓷絕緣子參數對比數據如表1、表2所示。

表1 XWP2-70（146/255/400） 型瓷（玻璃） 懸式絕緣子人工污穢試驗數據[4]

表2 兩種絕緣子參數表

由此可見，改造后的絕緣子性能完全優(yōu)于原絕緣子，絕緣性能與機械性能適應于現場要求。同時，PRTV優(yōu)良的憎水性和憎水遷移性防止污閃的能力明顯優(yōu)于具有親水性的玻璃和瓷絕緣子。因此，改造具有良好的安全收益。

2.6 改造后瓷復合絕緣子與系統的絕緣配合核算

按DL/T620—1997—10.1.2要求[5]，變電所電氣設備應能承受一定幅值和時間的工頻過電壓和諧振過電壓。變電所絕緣子串的操作沖擊絕緣強度以避雷器相應保護水平為基礎，進行絕緣配合。變電所絕緣子串雷電沖擊強度，以避雷器雷電保護水平為基礎進行配合?，F場選用Y10W5-200/520型氧化鋅避雷器，其額定電壓為200 kV、持續(xù)運行電壓為160 kV、10 kA標稱放電電流下的殘壓為520 kV。

參照表2數據，在潔凈狀態(tài)下瓷復合絕緣子的濕耐受電壓值較瓷絕緣子有所提高。以19片絕緣子串為例，絕緣子濕耐受電壓可達855 kV，雷電沖擊電壓可達2280 kV，2個電壓均滿足和避雷器的絕緣配合要求。

參照表1中XWP2-70型瓷（玻璃） 懸式絕緣子13片組串時的人工污穢試驗數據，在鹽密度為0.2 mg/cm2、灰密度為1.0 mg/cm2的惡劣條件下，單片瓷絕緣子的閃絡電壓為9.49 kV，現場耐張絕緣子由19片組成，閃絡電壓可達180 kV；在更換瓷復合材料的絕緣子后，耐受電壓可以提高1.5～2倍，以1.5倍計算，閃絡電壓最小可達270 kV。

由此可見，更換瓷復合絕緣子后，絕緣子串的閃絡電壓較原絕緣子串有大幅度提高，滿足避雷器額定電壓要求，絕緣配合合理。

3 注意的事項

在完成更新改造后，還需從以下幾個方面加強運行監(jiān)視及維護：一是堅持定期紅外成像，檢測是否出現零值或低值絕緣子；二是堅持定期檢查復合絕緣子外觀、定期檢測參照絕緣子鹽密度、憎水性及機械強度，防止復合材料破損老化、憎水性下降及機械強度下降；三是加強極端濕度環(huán)境下的運行監(jiān)視，如還出現爬電現象或污水流橋接絕緣子現象，可適當加裝硅橡膠輔助傘裙，增爬傘裙配置宜采用4+1的插花方式；四是根據絕緣子污穢及老化程度，定期更換絕緣子[6]。

4 結束語

a） 通過重新劃分污區(qū)、重新選擇參考統一爬電比距，大幅度提高了絕緣子串的爬電距離。

b）通過采用新型硅橡膠材料，極大提高了絕緣子的污穢耐受電壓等級[7]。

c） 通過選擇絕緣子傘形形狀，提高了空氣動力下絕緣子的自潔性。

通過采取上述措施，提高了絕緣子在污穢環(huán)境下的絕緣強度，消除了爬電現象。需要注意的是，本文僅分析了A類污穢物對絕緣強度的影響；對B類污穢物，可以通過加裝封閉GIS等手段予以解決。