浅谈高压架空输电线路绝缘子的选用_姜海生

浅谈高压架空输电线路绝缘子的选用X

姜海生

(内蒙古电力勘测设计院,内蒙古,呼和浩特　010020)

摘　要:本文首先论述了绝缘子在架空输电线路中的重要作用,然后对现有的几种绝缘子优缺点进行了详细论述,最后提出了在工程中选用绝缘子的几点建议。

关键词:架空输电线路;绝缘子;选用

绝缘子是架空输电线路主要构件之一,它的正确选用直接关系到电网的安全和稳定运行。随着高压架空输电线路的大规模建设,对绝缘子的需求越来越多,要求也越来越高,并要求运行维护工作量尽量减少。随着电力系统主网架向大容量、特高压方向发展,绝缘子安全稳定的运行和减少运行维护及停电检修更显得极为重要。

绝缘子质量的优劣对确保安全供电关系极大,因其性能老化或者损坏都可能造成突然事故。架空线路运行中出现闪络、掉线、爆炸、漏电等事故,都可能造成大面积停电,给国民经济带来巨大的损失。不仅如此,绝缘子的使用寿命对于降低输电线路的运行费用进而为企业节约生产成本也有重要的意义。

绝缘子的发展主要依赖于绝缘材料的发展,目前国内外应用的绝缘子主要有盘形瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子、长棒形瓷绝缘子、有机复合材料制造的复合绝缘子和瓷复合绝缘子。不同材料的绝缘子不仅具有不同性能且价格各异。

悬式盘形瓷绝缘子已有100多年的历史,具有长久的运行经验。钢化玻璃制造绝缘子是上世纪三十年代以后发展起来的,五十年代开始生产和使用,具有一些瓷绝缘子所不具备的优良性能近年来受到电力部门的欢迎。长棒形瓷绝缘子是一种非击穿型绝缘子,早在1936年德国就研制开发成功并使用,已在30多个国家和地区有50年以上的良好运行记录,我国1997年开始在华东地区500kV线路上使用。有机复合绝缘子(又称合成绝缘子)是从上世纪六七十年代才开始生产的,合成绝缘子属非击穿型绝缘子,耐污型好,易维护,在污秽较重地区近年来被大量使用。瓷芯复合伞裙耐污盘形悬式绝缘子(简称瓷复合绝缘子),是在瓷盘表面以及相关界面采用特殊工艺加工,硅橡胶复合外套是采用严密包履热硫化一次成型工艺,由于硅橡胶复合外套具有良好的憎水性和憎水性的迁移性,因而抗污闪能力强,是一种新型绝缘子。

下面结合国内绝缘子现状及国内外的研究情况及发展方向,对以上五种不同类型的绝缘子性能优劣进行论述。

1　盘形瓷绝缘子

瓷是由石英砂、粘土、长石、氧化铝等原料经球磨、纸浆、练泥、成型、上釉和烧结成瓷件。它的烧结与固相反应是在低于固态物质的熔点或熔融温度下进行的(高硅瓷的成瓷温度是1300℃)。成瓷后的显微结构由多晶体、玻璃相和气孔组成,属于一种多晶体的非均质材料,晶相的数量和特性决定了瓷具有高的机械性能和较好的绝缘性能,这种材料的优良性能,使得该种绝缘材料得以长久使用,经久不衰。其主要优缺点如下:

优点　具有长久丰富的运行经验和稳定性能,具有良好的绝缘性能、耐气候性、耐热性,组装灵活,且有多种造型,其中双伞型及三伞型产品爬距大,具有自洁性能好、自清洗能力强的特点,适合干旱、少雨、风沙大等气候条件的地区。

缺点　属可击穿型,随运行时间的延长,其绝缘性能会逐渐降低,机电性能下降,即“老化”现象,且不易发现,为发现并剔除这些绝缘子,线路运行部门每年要花大量的人力和物力,必须登杆定期逐片检测零值,而且由于测试仪器及测试人员的技术水平或者个别绝缘子误检、漏检,都会给线路留下隐患,若线路正常运行条件尚不至造成危害,但当遇有污闪或雷击等突发情况,则易导致绝缘子掉线事故发生。其老化率属于后期暴露,随运行时间延长,老化率呈上升趋势,当老化率高达不能承受时,只好采取更换,在线路日后运行中需要增加更换绝缘子的费用(绝缘子本体、施工、线路停电等),需要定期清扫。2　玻璃绝缘子

玻璃由石英砂、白云石、长石和化工原料(碳酸钾、钠)等高温熔融(硅酸盐玻璃溶制约1500℃)成液

120内蒙古石油化工 2007年第3期　X收稿日期:2007-01-07

体,经冷凝而形成质地均匀、结构致密的均质材料。制品经钢化处理后,获得均匀分布的内应力,这种钢化内应力不随时间的延长而衰减,产品在整个运行过程中能保持机电强度不下降(即不易老化)。本世纪三十年代中期首先由英国采用“钢化”对玻璃绝缘子进行表面处理,刚化处理将产生一个非常大的应力梯度,即表层存在压应力,内层存在张应力,二者平衡,从而提高了玻璃绝缘子的抗拉强度。其主要优缺点如下:

优点　玻璃绝缘子具有优良的机电性能,其抗拉强度是瓷绝缘子的2.2倍(瓷39.23M Pa,钢化玻璃88.26MPa),耐电击穿性能是瓷绝缘子的3.4～4. 3倍(瓷400kV/cm,钢化玻璃1350～1700kV/cm),耐振疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能也优于瓷绝缘子,积污状况易于观测,零值自破,便于发现事故隐患,无需登杆检测不良绝缘子,仅用目力和望远镜或直升机巡航,即可发现,从而减少大量的清扫、测零值等运行维护工作,机电性能稳定,裙件自爆后仍具有足够的机械强度,不会发生掉串。玻璃绝缘子具有寿命周期长(一般认为它的寿命取决于绝缘子金属附件的寿命),劣化率不会随使用年份的增长而增长。

玻璃绝缘子是硅酸盐的熔融体经冷凝刚化而成,抗拉强度高,材料可以反复使用不会产生工业垃圾有利于环保。

缺点　一方面由于目前大爬距防污型玻璃绝缘子结构比较单一,主要是深棱的钟罩型,没有双伞型和三伞型结构。而钟罩型、深棱型悬式绝缘子结构下表面的深棱构造,使得绝缘子积污重,自洁能力差,使得积污不易被清理,若在污秽较重地区使用,容易发生污闪而引起线路故障。为此国家电力公司华东公司在2003年给其下属各电力公司所发文件《华东电网500kV线路绝缘子选型导则》中明确规定“在以粉尘污秽为主要污染源的污秽区宜选用双伞型、三伞型玻璃或瓷、瓷长棒或合成绝缘子;新建线路严禁使用钟罩型、深棱型悬式绝缘子”。另一方面自爆率偏高,特别是早期自爆率高,目前尚未见更有效的改进措施,少量自爆是一种优点,方便线路检测,大量自爆则需要频繁巡视和更换,且由于自爆,玻璃件碎块掉地可能伤人。因此,玻璃绝缘子也不适于用在城市、电站、水田等地区。

3　合成绝缘子

合成绝缘子是继瓷绝缘子、玻璃绝缘子之外运用较多的一种新型防污绝缘子,它的发展经历了从第一代到第二代,目前发展到第三代,主要是硅橡胶、乙烯丙烯橡胶绝缘子,特别是近几年发展速度比较快。其主要优缺点如下:

优点　硅橡胶制成的复合绝缘子的最大优点是耐污性能好,附着在伞裙表面的污秽物很容易被雨水冲洗掉,即提高了复合绝缘子的抗污能力,又免除了人工清扫,能大大减少线路的运行维护费用,合成绝缘子机电强度高,体积小,重量轻,仅为同电压等级瓷绝缘子串重量的10%～15%,抗撞击,不易破碎,因此在运输,安装中破损率极小,合成绝缘子属不击穿型绝缘子,无零值,因此不存在检测零值问题,合成绝缘子价格较瓷或玻璃绝缘子便宜,仅为瓷或玻璃绝缘子的40%左右,合成绝缘子能够按照各种规格、机械强度、外裙设计及节点强度等特定用途制造生产,在污秽严重地区,采用合成绝缘子可较瓷或玻璃绝缘子明显减小塔头尺寸、铁塔高度和线路走廊宽度。

缺点　合成绝缘子为有机材料制成,它比无机材料容易老化,合成绝缘子的抗蠕变性能不如瓷和玻璃绝缘子稳定,尤其是作为耐张串的合成绝缘子长期受振动的脉冲作用,端部金具和芯棒粘接界面及芯棒中的玻璃纤维会产生机械疲劳而引起强度下降,或因蠕变断裂而失效,国外最长运行经验已有二十年,目前还拿不出合成绝缘子使用寿命的证明,普遍认为合成绝缘子使用寿命在20年左右。国内外目前还没有一个恰当的方法在运行中的线路上检测它的好坏,一旦失效,事故已经形成,合成绝缘子重量轻,防风偏性能偏低,另外,合成绝缘子抗鸟害(鸟粪、鸟啄)能力较瓷和玻璃绝缘子差,防火性能也较瓷和玻璃绝缘子差,在林区等火灾多发区不宜使用。4　长棒形瓷绝缘子

长棒形瓷绝缘子是在总结悬式瓷绝缘子优缺点基础上由双层伞实心绝缘子发展而来,是一种非击穿型绝缘子(A型),在国外被广泛应用,国内应用不是很普遍,在内蒙古地区仅在2005年投产的“乌吉500kV送电线路工程”上部分挂网运行。

优点　不可击穿性,爬电比距大,自洁性能好,由氧化铝瓷制成的绝缘子主体,机械强度高,不产生低值和零值瓶颈,无老化现象因而使用寿命长,认为其寿命取决于金具,可达50年以上,使用元件少,可靠性高,直流特性好。

缺点　目前国内仅有无锡华能塞拉姆绝缘子有限公司生产,在国内由于年代较短,缺少运行经验。5　瓷复合绝缘子

瓷复合绝缘子是一种新型绝缘子。瓷绝缘子、玻璃绝缘子、有机复合绝缘子各有自身的优缺点,如瓷绝缘子的污闪、玻璃绝缘子的自爆、有机复合绝缘子的脆断等,目前新近出现的瓷复合绝缘子有望融合各种绝

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　2007年第3期 姜海生　浅谈高压架空输电线路绝缘子的选用