一起110 kV線路玻璃絕緣子發(fā)熱原因分析

馬御棠,束洪春,程筱旭,馬 儀,耿 浩,曹璞璘,汪思念

(1.云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院,昆明 650217;2.昆明理工大學國土資源學院,昆明 650093;3.昆明理工大學電力工程學院,昆明 650093;4.云南電網(wǎng)有限責任公司紅河供電局,云南 紅河,661199)

0 引言

鋼化玻璃絕緣子具有零值自曝、自曝率低、早期自曝多、自曝后易發(fā)現(xiàn)等特點,在電網(wǎng)中得到了廣泛應用[1-3]。近年來,國內(nèi)外學者對絕緣子識別、故障原因進行了較多的研究,其中影響絕緣子污閃電壓的因素很多,文獻[4]分析了絕緣子表面的等值鹽密(Equivalent Salt Deposit Density,ESDD)對污閃電壓的影響,論文進行相關的實驗探究,得出污閃電壓的變化與等值鹽密密切相關,當?shù)戎蝶}密增大時,污閃電壓會減小,且其規(guī)律滿足冪函數(shù)的相關規(guī)律,同時該論文發(fā)現(xiàn)絕緣子污閃電壓同樣會受到絕緣子上下表面污穢不均勻的影響,文獻[5]針對復合絕緣子的表面電場的影響因素進行研究,研究表明:憎水性的有無、污液的電導率等都會對絕緣子的表面電場有一定影響;文獻[5-6]的研究表明:在保證相同污穢程度下,污閃電壓會隨著表面污穢不均勻程度的增加而增加;文獻[7-8]研究表明,污穢成分的不同會對污閃電壓影響不同;文獻[9-10]對復雜情況下,如酸雨等情況發(fā)生時,對絕緣子污閃電壓的影響進行了研究,結果表明當酸雨的酸性越大,其污閃電壓越小;文獻[11-12]具體介紹了瓷絕緣子和復合絕緣子發(fā)熱的情況。國內(nèi)外眾多學者的研究表明,絕緣子的閃絡存在許多原因,其中影響污閃電壓的因素不僅有絕緣子本身的材質、結構等,還有環(huán)境參數(shù)等。對絕緣子故障原因精準分析是保證輸電線路穩(wěn)定運行的重要保證。對瓷絕緣子和復合絕緣子發(fā)熱原因分析較多,但基本沒有玻璃絕緣子發(fā)熱原因分析;文獻[13-20]通過對發(fā)熱機理、污穢試驗等方法的探究,得出絕緣子自爆的主要原因是積污嚴重而產(chǎn)生在工頻過電壓下局部放電,使得表面電弧破壞,絕緣能力下降而產(chǎn)生零值自爆;濕污絕緣子的表面發(fā)熱機理也被陸續(xù)研究[21-25];文獻[26-29]通過研究絕緣子表面的積污特性,提高絕緣子的絕緣性能,為改變絕緣子的結構特性奠定了基礎。本研究旨在通過對云南電網(wǎng)某110 kV輸電線路玻璃絕緣子的發(fā)熱故障原因進行實驗分析,找出故障原因所在。

1 某110 kV線路玻璃絕緣子發(fā)熱情況

云南電網(wǎng)某供電局運維人員在110 kV某線路巡視過程中,發(fā)現(xiàn)16號、17號、50號桿塔上玻璃絕緣子出現(xiàn)人耳可分辨的異常響聲,通過紅外進一步對絕緣子開展測溫工作,測溫結果發(fā)現(xiàn):16號桿中相導線開始數(shù)第3片溫度48 ℃,17號桿中相導線開始數(shù)第2片溫度37 ℃,第6、7片都發(fā)熱,50號桿絕緣子發(fā)熱不是很嚴重,為25 ℃,當時的環(huán)境溫度為21 ℃～22 ℃。絕緣子紅外測溫結果見圖1。

圖1 紅外測溫圖Fig.1 Infrared thermograph

該線路于2013年投運,玻璃絕緣子發(fā)熱的三基桿塔均為直線桿,因玻璃絕緣子發(fā)熱較少,對玻璃絕緣子進行拆除開展試驗分析。

2 發(fā)熱原因分析

2.1 外觀檢查

通過外觀檢查發(fā)現(xiàn),玻璃絕緣子無破損情況,玻璃絕緣子下表面污穢分布不均勻情況非常明顯,見圖2。由圖中可以看出,16號塔采用的普通型絕緣子污穢分布絕緣子面積不超過1/3;17號塔防污型絕緣子積污嚴重區(qū)域大約1/2。

圖2 16號和17號桿塔絕緣子外觀污穢分布情況Fig.2 Pollution distribution of No.16 and No.17 insulator

2.2 絕緣電阻試驗

對發(fā)熱嚴重的16號和17號基桿塔玻璃絕緣子進行了3次絕緣電阻測試,在更換時就地進行了一次測試,后續(xù)將玻璃絕緣子進行了兩次測試,后兩次測試在云南電科院交直流試驗大廳,相隔24 h。在測試得到的絕緣電阻結果見表1和表2,編號順序以導線側為起始到橫檔側結束。

表1 16號塔絕緣子電阻檢測情況Table 1 Resistance detection of No.16 tower insulator MΩ

表2 17號絕緣子電阻檢測情況Table 2 Resistance detection of No.17 tower insulator MΩ

表1和表2可以看出, 16號和17號塔絕緣子在更換時大部分絕緣電阻小于規(guī)程規(guī)定的300 MΩ,送檢時有5片絕緣電阻小于300 MΩ,放置兩天后仍有4片絕緣電阻小于300 MΩ?？傮w絕緣電阻在增加,絕緣電阻增加的幅度不同。

2.3 工頻耐壓試驗

根據(jù)絕緣電阻測試情況,挑選16號桿塔第6片和第7片,以及17號塔第6片和第7片絕緣子進行耐壓試驗,試驗電壓60 kV,3片絕緣均未通過耐壓試驗。對4片絕緣子進行清晰,清洗后絕緣子的絕緣電阻達到吉歐級,滿足規(guī)程規(guī)定的大于300 MΩ的要求,清洗后4片絕緣子干狀態(tài)下均通過1 min耐壓試驗。

2.4 污穢試驗

依據(jù)DL/T 374-2010《電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖繪制方法》中規(guī)定的方法進行測試,從所有的絕緣子中選取了3片進行表面污穢度測試。根據(jù)外觀檢測結果,對積污嚴重和不嚴重的兩部分進行了分別取樣和測試(約1/2面積),去離子水電導率為1.7 μS/cm,測試結果見表3。

表3 污穢測試結果Table 3 Contamination test results

由表3可以看出,兩種型號絕緣子上表面污穢等級均為a級, 16號塔玻璃絕緣子下表面污穢等級達到c級,50號塔玻璃絕緣子下表面污穢達到d級,17號塔下表面污穢嚴重的區(qū)域達到了e級,不嚴重區(qū)域達到c級,由此可見玻璃絕緣子上下表面污穢等級相差較大,下表面污穢分布嚴重不均。

2.5 玻璃絕緣子表面發(fā)熱模擬試驗分析

在溫度9.1 ℃,濕度60.1%RH的環(huán)境下,對整串絕緣子施加額定相電壓63.7 kV,持續(xù)時間2 h進行紅外測溫,未見發(fā)熱現(xiàn)象,因此采用對單片絕緣子進行單片試驗。根據(jù)絕緣電阻、耐壓試驗和污穢分布情況,結合電科院以往經(jīng)驗,初步分析絕緣子需要在濕潤狀態(tài)下才可能產(chǎn)生放電或者發(fā)熱現(xiàn)象。受到試驗條件限制,對玻璃絕緣子進行了上表面噴水濕潤、上下表面同時噴水濕潤兩種工況的模擬。根據(jù)工頻耐壓試驗結果,模擬試驗時,工頻電壓升到50 kV,工況情況模擬結果見表4。

表4 模擬放電情況Table 4 Simulated discharge test

上下表面同時噴水濕潤的絕緣子放電現(xiàn)象明顯,直接在絕緣子兩端可見明顯的電弧,放電現(xiàn)象見圖3。

圖3 絕緣子電弧放電Fig.3 Insulator arc discharge

絕緣子的泄漏電流波形見圖4。

圖4 絕緣子泄漏電流情況Fig.4 Leakage current of insulators

圖5 某線路16號塔運行環(huán)境Fig.5 Operating environment of a line No.16 tower

在沒有起弧前,絕緣子泄漏電流沒有明顯的隨著電壓升高而升高,有效值約1.298 mA,在起弧后的電流達到21.192 mA,起弧后電流增加為正常工況的16倍。單片絕緣子掛網(wǎng)運行時承受電壓沒有這么大,但在電網(wǎng)長時間運行情況下,存在發(fā)熱的可能性。

2.6 發(fā)熱原因分析

三基桿塔絕緣子位置位于上山坡側,位于山區(qū)公路旁邊,且附近有一條河流,16號塔運行環(huán)境如圖所示。其余兩基礎桿塔絕環(huán)境與此類似。絕緣子位于公路旁的山坡上,車輛的駛入導致空氣中灰塵在玻璃絕緣子下表明積累,且分布不均。桿塔在附近存在河流,空氣中濕度較大,積累在玻璃絕緣子上的污穢容易受潮,受潮的絕緣子在長期運行電壓下局部放電,從而引起絕緣子發(fā)熱和產(chǎn)生異響。

3 結論

通過外觀檢查、絕緣電阻、污穢檢測以及運行環(huán)境及模型試驗,得出以下結論:

1)110 kV玻璃絕緣子發(fā)熱的主要原因為環(huán)境導致玻璃絕緣子下表面污穢分布不均勻,在附近河流大面積水體情況下濕度較高,污穢容易處于濕潤狀態(tài),在長期的局部放電下形成的污層發(fā)熱。

2)玻璃絕緣子本身質量沒有問題,運行單位加強此類特殊區(qū)段加強玻璃絕緣子的清洗工作,降低絕緣子積污后導致發(fā)熱以及進一步發(fā)展為集中自爆的可能性。