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复合绝缘子的应用选择及改进建议


2008 年第 1 期

广西电力

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复合绝缘子的应用选择及改进建议
Application Selection of Composite Insulator and Improvement Suggestions
张智伟
ZHANG Zhi- w ei
( 杭州市余杭区供

电局 , 浙江 余杭 311100)

摘要 : 为解决影响电力系统安全运行的 绝缘子污闪问题 , 文章 从分析其危 害性入手 , 结合实 际提出了 复合绝缘 子的选 择 方法 , 同时强调要注重外绝缘伞裙表面形状、 绝缘子串 安装形 状和安 装方式。另 外 , 介 绍了运 行中常 见的 6 种故障 的检修 方 法 , 以及厂家在设计与制造过程中遗留的三大 缺陷的改进办法 , 对加快绝缘子的升级换代和安全运 行有很好的借鉴作用。 关键词 : 防污闪 ; 复合绝缘子 ; 缺陷改进 中图分类号 : T M 215. 92 文献标识码 : B 文章编号 : 1671- 8380( 2008) 01- 0047- 04

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引言

要多于西部地区( 见图 1)

[ 1]



随着我国电网输配电电压等级的提高, 无机质 绝缘子在交直流系统中渐渐表现出机械强度不足、 耐污能力差等弱点 , 加之一些地方维护和技术措施 没能与时俱进, 使其使用效能大打折扣。由于其污 闪跳闸后的重合闸成功率很低 , 绝缘子的污闪容易 发生大面积和长时间的恶性停电事故 , 造成的经济 损失在线路总事故损失中所占的比重相当大。绝缘 子污闪已成为影响电力系统安全运行的重要问题 , 整改的关键是加快绝缘子的升级换代。而现状着实 不容乐观, 一些明明早该淘汰的老式绝缘子却还在 沿用。 20 世纪 80 年代末就在我国推广应用的防污 闪能力极强的复合绝缘子, 至今进入电网的只有区 区几千万支, 而且地域分布不均, 推广面不宽。笔者 结合实际研究复合绝缘子的应用选择与改进, 撰文 飨同仁。
图1 电力系统复合绝缘子使用量分布图

1989 年至 1990 年华东和华北电网、 1996 年底 至 1997 年初长江中下游电网以及 2001 年华北电网 都发生了大面积污闪事故 , 凡是采用复合绝缘子的 线路几乎没有发生闪络事故 , 使得当地电网纷纷斥 巨资换装复 合绝缘子, 新建线路 ( 包括交 直流 500 kV 以上) 都开始批量使用 , 如作为西北输电主网架 的兰州东南 ) 官亭 750 kV 架空输电线路就选用了。 但由于复合绝缘子的运行经验相对较少 , 选用时还 是基于传统瓷绝缘子的经验 , 主要应用在二、 三级以 上的污秽地 区, 其泄漏 距离 一般比 瓷绝 缘子 的低 20% 左右。 1. 2 选择品种 纵观各地复合绝缘子市场, 尽管其品种不下几 十种 , 但多数用户从一开始就瞄准上了高温硫化硅 橡胶复合绝缘子, 其主流生产厂家在短短几年内先 后完成了升级换代 , 并使产品经过了多次区域性和

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复合绝缘子的应用选择
应用现状 复合绝缘子重量轻, 在多种环境下有良好的适

应能力, 既减轻了工人的维护工作量, 提高了劳动生 产率 ; 又显著提高了绝缘性能 , 大大减少了污闪事故 率。因而, 复合绝缘子以其优良性能被越来越多设 计、 规划部门 所选用, 我国的年需求 量已达 300 万 支, 东部污闪多发和频发地区电网应用的数量明显
收稿日期 : 2007- 07- 21; 修回日期 : 2007- 11- 12

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大面积污闪的考验。当前较受欢迎的品种主要有两 类: ? 质量过得硬的产品。一些具有 良好的抗 冲 性、 抗震性和防爆性的主流产品最受青睐, 其内部承 载的环氧引拔棒有极高的抗张强度 , 为普通钢材的 2~ 3 倍, 为高强度瓷的 8~ 10 倍 , 大大提高了产品 机械性能。它的端头与芯棒连接采用先进的压接式 工艺, 保证了产品可靠的机械强度。采用的硅橡胶 材料具有优良的耐高、 低温特性、 耐候性、 耐热老化 性和耐电蚀能力 , 与环氧引棒构成实心结构, 保证了 内绝缘不受潮。而且运行中免维护, 不需清扫。此 外, 这类产品多采用标准球窝联结构, 十分便于运输 安装。 ? 技术进步快的产品。一些生产厂家明显加快 了产品更新换代的周期 , 几乎每年 都有新款上市。 如一种以电场 分布为理论 基础, 在绝 缘子里加 导 体, 把绝缘子周围的一部分电力线吸引进绝缘子 , 使里外的电场分布达到某种平衡 , 也使承受的闪络 电压突破了禁区。再如, 一新品在绝缘子里安装了 传感器 , 一旦某个绝缘子出现闪络 , 可以在瞬间把 信息传送到指挥部, 从而防止事故进一步扩散。还 有的采用了整体挤包护套穿伞、 耐应力腐蚀芯棒、 优 化均压环型式、 重新组合材料配方、 高科技的内密封 结构等新工艺。 1. 3 使用类型
图 3 复合绝缘子串安装方式图 图2 复合绝缘子伞裙结构图

式中 ( 见图 3) , 首选的是水平串绝缘子 , 其上下表面 均能被雨水冲刷, 自洁性最好; 其次, 是受污程度介 于悬垂串和水平串之间的 V 形串绝缘子; 悬垂串绝 缘子串由于积污最严重 , 采用的最少。

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运行与损坏故障的检修

长期以来 , 许多电力企业认为输配电线路应用 复合绝缘子防污闪 , 只要定期清扫便可。其实检修 保养早有了新理念 , 需要根据大气污染程度、 污秽性 质和容易发生污闪的季节等 , 选择不同的科学技改 和维护方案 , 以提高复合绝缘子的闪络电压, 防止发 生恶性停电事故。 随着复合绝缘子使用数量的逐年增加, 有关其 闪络和损坏的数量也日趋增多。除施工与外力造成 的损坏外 , 一类是机电性能已不能满足安全运行的 要求 , 如界面击穿、 芯棒脆断、 芯棒断裂、 芯棒击穿、 筒击穿、 安装损坏等, 所占比例约在 37% ~ 6% 之间 ( 见图 4) [ 1] ; 另一类是与传统绝缘子发生的闪络一 样。前者多发生在早期产品上, 原因是选材和工艺 都不够成熟, 年损坏率约 为 5/ 100000。现 在, 检修 这些运行中绝缘子损坏的方法, 需要与时俱进, 采用 高新技术去对症下药, 才能事半功倍。

由于复合绝缘子的形状和安装方式直接影响挂 网运行后的积污量, 所以用户在选购时 , 一般都十分 注重其所选的类型, 以经受住实际运行条件的考验。 使用较多的类型主要有两种: ? 从外绝缘伞裙表面形状来选择。用户侧重选 择能确保复合绝缘子外绝缘表面结构防污性能强的 产品 , 根据产品外绝缘所采用的材质性能特点 , 结合 产品运行环境中各种因素的影响程度来确定。多选 择伞裙上表面为小倾角, 下表面为平板的无滴水沿 结构( 见图 2a) , 它可以明显减少污秽物堆积 , 使水 滴易形成球形状态脱离表面, 还可以防止伞裙结构 变形。而下 表面凹 凸的有 滴水 沿的 绝缘 子 ( 见 图 2b) , 它的棱间凹槽处就 容易积污 , 自然不被看好。 大伞裙亦受欢迎 , 用来提高外绝缘表面结构特性中 的间隙绝缘性能。对于产品外绝缘表面结构特性中 的表面绝缘性能 , 多在大伞间加装污闪电压高的小 直径伞裙来保证。 ? 从绝缘子串安装方式来选择。用户在悬垂串 绝缘子、 水平串绝缘子和 V 形串绝缘子 3 种安装方

图4

复合绝缘子在运行中损坏的原因分类图

2. 1 技改解决界面击穿 绝缘子界面击穿损坏事故占全部电气损坏事故

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的 60% 以上 ( 多发生在雷击情况下 ) , 早期采用灌胶 和挤包工艺的悬式产品, 110 kV 的横担产品 , 以及 近来挤压穿伞和整体注塑的复 合绝缘子也多 次发 生, 最为严重的是浙江 500 kV 北兰线 ( 5403) , 才使 用了 2 年多的德国西门子复合绝缘子就发生内绝缘 击穿, 有 20 多只产品存在护套与芯棒剥离现象[ 3] 。 为此, 要通过对绝缘子技术改造来解决因耦联剂使 用不当和制作工艺缺陷等引起的界面局部粘接不实 而导致击穿的问题, 同时积极与生产厂家联系 , 合作 技术攻关, 生产符合当地运行环境的并留有足够裕 度的绝缘子, 尽快把过高的损坏率降下来。 2. 2 加强监测检修 , 消除污闪 在持续大雾、 连续阴雨、 结露及融冰雪等条件下 发生的闪络, 占已查明闪络总数的 6% 。尽 管对有 些原因存有争议 , 但认为使用复合绝缘子可以杜绝 污闪是有失偏颇的。实际上, 硅橡胶表面污层过厚 而使憎水性难以迁移至污层表面 , 其表面憎水性在 长时间的潮湿条件下会呈现逐渐减弱甚至暂时消失 的现象 , 如浙江沿海和西南山地有些污闪就是由此 引发, 不同的污秽物也对其憎水性的迁移产生重大 影响。因此, 要定期进行绝缘子串盐密度测量 , 有条 件的可装泄漏电流记录器, 根据泄漏电流的幅值和 脉冲数来监视污秽绝缘子的运行情况, 及时发出预 告信号, 走上预知未来的创造 / 本质化安全 0 环境之 路。检修方法主要有三种: 一是增加串联盘形悬式 绝缘子的片数( 如 35 kV 线路用 4~ 5 片 , 110 kV 线 路用 8~ 10 片) ; 二是采用耐污秽的伞形扩张较大盘 形悬式绝缘子; 三是对棒行绝缘子增加伞数或采用 特殊伞形。 2. 3 使用抗应力耐腐蚀的芯棒 芯棒玻璃纤维受到酸液侵蚀而发生的断裂在已 发生的芯棒断裂事故中占 74. 5% , 且以 500 kV 线 路最为突出。芯棒脆断有的在投运 1~ 3 年内发生 , 有的运行 8~ 9 年后发生。广东电网相继发生的 5 起事故最典型, 均为 500 kV 交流线路 , 都是端部密 封不严、 水分侵入造成[ 4, 5] 。因此, 一方面要提高芯 棒的抗应力腐蚀 ( 酸蚀 ) 能力, 另一方面必须保障密 封的牢固与长效 , 防止护套受损。目前 , 直流线路选 用的耐应力腐蚀芯棒, 其端部芯棒护套与金具的连 接, 是在采用压接技术的基础上, 使用高温硅橡胶密 封, 就明显地减少了脆断的发生。 2. 4 把好质量关 进一步规范复合绝缘子的运输、 贮存及施工措

施 , 严把上网前的质检关, 决不能让已受损伤的复合 绝缘子上网运行; 其次要对上网运行的复合绝缘子 定期巡查检测, 发现芯棒损坏的绝缘子及时更换。 2. 5 加装设施, 防鸟啄伤 鸟粪闪络占已查明闪络总支数的第 2 位 , 约占 29% 。在五大电网都有发生 , 以西部内陆与东部沿 海为多。自 2005 年以来, 在跨区电网输电线路检修 和运行中, 就多次发现被鸟啄伤的情况, 遭受损害的 复合绝缘子已达 92 支 , 分布在河南、 湖北、 浙江等 3 个省的 4 条交直流线路上。一般可从伞裙表面和杆 塔下是否留有鸟粪残迹来判断, 更应根据周围鸟类 活动和迁徙的规律来确定。鸟粪闪络的主要危险来 自鸟排泄物的瞬时性, 采用塔顶横担安装防鸟刺、 复 合绝缘子顶部加装 1 只大伞盘瓷绝缘子等都有很好 的效果。 2. 6 适当增加串长, 以抵抗雷击 雷击闪络跳闸居其外绝缘闪络之首位 , 约占已 查明闪络总支数的 45% [ 6] , 多发生在东部和南部沿 海电网及西南雷电活动频繁的省区 , 以 35~ 110 kV 线路居多。与同长度瓷绝缘子串相比, 35~ 110 kV 复合绝缘子 因其 伞径较 小而 减少了 放电 距离 , 对 220 kV 及以上产品 , 则多与均压环位置安装缩短的 绝缘子有关。因此 , 在塔窗尺寸允许的范围内, 在均 衡增加投资和保障安全的前提下, 适当增加复合绝 缘子串的长度。

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设计与制造缺陷的改进
复合绝缘子在我国仅有 10 余年的运行历史 , 技

术还不十分成熟, 用户也逐渐发现了它在设计与制 造上的一些缺陷 , 限制了它的竞争力。生产厂商如 果能在以下 3 个方面努力, 必将赢得更多用户。 3. 1 延长绝缘子的使用寿命 聚合物材料具有比瓷弱的键, 这意味着它们容 易老化并随着运行中的多种应力而变化。其寿命期 望值很难评定, 长期可靠性还不太清楚, 绝缘子故障 检测比较困难。绝缘子性能是材料配方、 产品设计 和制造过程相互影响的结果。生产厂家要科学地配 制材料, 充分考虑材料配方和产品设计间的相互影 响 , 并且在制造过程中尽量不使用容易降解的材料, 把这种老化减少到最低限度 , 增强复合绝缘子的长 期可靠性。 3. 2 降低绝缘子的生产成本 聚合物原材料费用比瓷高得多, 与基础聚合物

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广西电力 参考文献 [ 1] [ 2] [ 3] [ 4]

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材料混合在一起的填料和添加剂 , 不仅降低了费用 而且增强了性能并便于生产。由于玻璃纤棒或管的 机械强度高, 聚合物材料击穿电压也很高, 芯棒或芯 管尺寸可以比瓷体小 , 伞裙可以做的很薄, 因而绝缘 子材料消耗量相对来说比瓷绝缘子小的多, 这样即 使复合绝缘子原材料费用高, 绝缘子产品的费用也 可以和瓷绝缘子一样, 甚至还比电压等级相同的瓷 绝缘子低。 3. 3 完善售后服务 希望生产厂家能开发适用于各种复杂环境下的 系列产品 , 并给绝缘子留足裕度, 甚至重新设计个性 化的芯棒、 金具、 伞裙护套和粘接层 , 保证产品的质 量。尽快研发能方便、 有效地检测老化绝缘子的设 备和方法 , 降低线路维护难度 , 提高劳动生产率。此 外, 生产厂家在随产品付说明书之外, 最好能增加一 本检修工艺指导书, 以提高用户使用技能, 搞好售后 跟踪服务。

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结语
输配电线路绝缘子防污闪是个老话题, 只有合

理地选择绝缘子 , 科学的使用和维护绝缘子, 才能确 保线路的安全稳定运行。文章中叙述的绝缘子选择 与维护的方法, 希望能给同行有所借鉴。

( 上接第 34 页) ? 将关断方式由力矩关断修改为位置关断 , 避 免因执行器全关时轴杆动作过大而致使阀门关闭过 严导致的重新开启时卡涩现象。 ? 参考厂家提供的机械可承受力矩值, 减小动 作值到额定 值的 50% , 避免 当阀 门确实 发生卡 涩 时, 损坏轴杆螺纹或轴杆弯曲。 ? 定期检查执行机构, 定期添加润滑油。每月 在推力轴承上添加黄油润滑, 并每半年检查一次减 速箱油位及质量 , 必要时添加或更换。2006 年 7 月 在 2 号机组大修期间 , 把旧的润滑油脂冲洗掉 , 重新 灌注新的高温极压 2 号锂基润滑脂 ; 更换损坏或老 化的密封圈。

气方面的隐患。现在, 执行机构安装基础稳固, 可动 部分灵活可靠 ; 机构连接处牢 固; 制动 装置灵敏可 靠 ; 全行程动作无振荡现象; 各行程开关、 力矩接点 动作正确。经过近半年的观察, 现 2 号炉过热器汽 温减温水调节的执行机构再没出现过卡涩、 电气控 制故障等情况。

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结语

2 号炉二级减温水执行机构改造后 , 再也没有 出现过故障。过热器汽温自动调节系统能稳定、 可 靠地投入, 使锅炉燃烧稳定 , 降低了运行人员劳动强 度。运行人员合理调节减温水流量, 节约了大量的 减温水 , 减少工质热损失, 有效地减少了机组的启动 次数和设备维护费用 , 大大地减少了锅炉过热器和 再热器爆管次数, 确保了锅炉长时间带高负荷安全 经济运行, 取得了很好的经济效益。

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改造后的效果

我们对执行机构进行了多方面的改进后, 消除 了执行机构因动作频繁而造成的机械损坏和一些电


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