绝缘子型式选择

绝缘子型式选择
1各类绝缘子特性
国内架空送电线路通常采用下列三种形式的绝缘子，即瓷制盘型绝缘子、钢化玻璃盘型绝缘子、棒式复合绝缘子。

西方一些国家如德国、日本和美国等还采用不可击穿结构和深爬裙及中大爬距的棒式瓷绝缘子，国内目前也已开始生产，在我国部分500kV线路上已有使用。

另外国内又新研制开发出有机复合耐污盘形悬式绝缘子，已在500kV线路上挂网运行。

（1）盘形瓷绝缘子
目前，瓷绝缘子仍是电力系统中使用最广泛的绝缘子。

超特高压绝缘子用高强瓷是由石英、长石、粘土和氧化铝焙烧而成。

瓷的内部是结晶相、少量气孔和不均匀玻璃相构成的复合体瓷的理化特性主要由构成其微观结构组织的结晶相及玻璃相的种类与数量来决定。

颗粒细腻，则相互间的结合力强，形成的瓷介质均匀，机械强度高，性能稳定。

但是，颗粒细腻意味着干燥、成形和烧结等制造技术的难度加大。

瓷是一种脆性材料，它的抗压强度比抗拉强度大得多。

为了使电瓷有较高的机械强度，设计时应尽可能使瓷承受压应力。

瓷件表面通常以瓷釉（glaze）覆盖，以提高其机械强度，防水浸润，增加表面光滑度。

为提高瓷绝缘子的耐污闪性能，还开发了一种覆盖半导体釉的绝缘子。

当绝缘子表面泄漏电流增大时，釉面发热使表面水分蒸发，从而阻止表面局部电弧的产生与发展，遏制污闪的发生。

盘形瓷绝缘子具有良好的绝缘性能、耐气候性、耐热性和组装灵活等特点，被广泛应用于各级电压线路上。

盘形瓷绝缘子属于可击穿型，随着运行时间的延长，其绝缘性能会逐渐降低，即通常所说的瓷绝缘子“老化”现象，尤其当瓷配方不完善、结构设计未尽可能优化和生产工艺控制不严时，该问题比较突出。

目前国产瓷绝缘子的平均年老化率低于0.005％。

瓷绝缘子的一大优点是当需要采用防污产品时，可设计成伞盘下表面光滑的双伞形或三伞型，这种形式由于其良好的空气动力学特性，十分有利于刮风条件下的自洁，积污率低，有效地提高了防污能力，特别适合于干旱、少雨和风沙多的污秽场合。

（2）钢化玻璃绝缘子
玻璃绝缘子具有与瓷绝缘子同样的环境稳定性。

生产工艺简单，较易实现机
械化，生产效率高。

玻璃绝缘子主要成分是由SiO2、B2O3、Al2O3等酸性氧化物与Na2O、K2O等碱性氧化物组成，原料为包括这些成分的硅砂、长石、硼砂、碳酸钙，还有其他许多天然原料和工业药品。

还要加少量辅助材料作为澄清剂和还原剂。

在1300℃以上的高温下熔融成型后进行退火处理。

急冷钢化使玻璃表层得到钢化。

经过退火和钢化处理后，玻璃表面形成永久性的压应力，阻止其表面微裂纹的形成和扩散，使玻璃件机械强度显著提高。

钢化玻璃绝缘子具有优良的机电性能及抗拉强度高、耐振动疲劳、耐冷热冲击、耐电弧烧伤、耐电击穿性能。

还具有零值自爆的特性，因而无需对其进行绝缘测试。

国内外的运行实践证明，钢化玻璃绝缘子具有长期稳定的机电性能，即具有较长的使用寿命。

钢化玻璃绝缘子的缺点是因制造工艺所限，防污型只能做成钟罩式。

若要提高防污性能，就必须增加棱的数量和高度。

因此导致棱槽深、易积污、难清扫、自洁性能差。

比较适合于灰尘少、雾天多的沿海污秽地区。

对于少雨水地区，不容易浸入湿润，其局部干区，可阻碍泄漏电流和电弧的发展。

另外，由于玻璃绝缘子的自爆特点，有经过牧区的工程反映，有些牧民将玻璃绝缘子当作投石取乐的对象。

这种情况在美国也有类似说法，据AEP工程师介绍，由于有人喜欢枪击玻璃绝缘子，该公司线路一概不采用玻璃绝缘子。

另外由于玻璃绝缘子的自爆，其碎片散落地面有时会引起当地居民的投诉。

（3）复合绝缘子
复合绝缘子的主要结构一般由伞裙护套、玻璃钢芯棒和端部金具三部分组成。

其中伞裙护套一般由高温硫化硅橡胶、乙丙橡胶等有机合成材料制成；FRP芯棒一般是玻璃纤维作增强材料、环氧树脂作基体的玻璃钢复合材料；端部金具一般是外表面镀有热镀锌层的碳素铸钢或碳素结构钢。

芯棒与伞裙护套分别承担机械与电气负荷，从而综合了伞裙护套材料耐大气老化性能优越及芯棒材料拉伸机械性能好的优点。

复合绝缘子是一种新型的防污绝缘子，其具有强度高、重量轻、耐污性能好、易于安装和维护工作量小等优点。

复合绝缘子在国际上已有30年的运行经验，经过长期的发展，材料配方不断改善，产品设计逐步完善，生产工艺趋于成熟。

据2000年国际大电网会议公布的调查报告表明，复合绝缘子的损坏率为0.035％。

国产复合绝缘子目前存在的主要问题是运行以后的机械强度下降，主要表现为运行2～3年后取下进行机械强度试验时发现，有的端头在低于额定机械负荷下芯棒出现较大的滑移或者从端部金具中脱出。

这种情况在各种连接方式的端头中都发生过，采用外楔式的产品尤甚，甚至国外个别采用压接式端头的产品也发生过。

此外还存在如伞裙老化、憎水性下降、不明原因的闪络、覆冰和积雪对复合绝缘子安全运行的影响等问题。

特别在风沙大、紫外线强、干旱少雨的气候恶劣地区，在复合绝缘子的使用上应慎重考虑，并进一步深入研究。

（4）长棒形瓷绝缘子
长棒形瓷绝缘子具有不可击穿、机械强度高、可靠性高、使用寿命长、耐污性能好、易于安装和维护工作量小等优点。

长棒形瓷绝缘子已在30多个国家和地区有30年以上的运行经验。

有记录的年损坏率在百万分之三以下。

棒形瓷绝缘子90年代后期开始进入我国，首先试用的是华东的江苏和安徽电网（江苏500kV线路用598串，安徽110kV线路用198串）。

目前，江苏使用的棒形瓷绝缘子比距为 3.2cm/kV，安徽使用的比距为 2.5cm/kV，均为德国CERAM公司产品，用于Ⅱ～Ⅲ级污区，运行约5900只，除重水泥污秽地区外都取得了良好效果。

（5）盘型瓷（玻璃）复合绝缘子
盘型瓷（玻璃）复合绝缘子吸取了瓷绝缘子和复合绝缘子的优点，保持了瓷绝缘子稳定可靠的机械强度，并具备复合绝缘子的耐污性能好、重量轻的特点。

已在500kV线路上挂网运行。

盘型瓷（玻璃）复合绝缘子由于防污能力好，可减少使用片数以减少串长，从而可以降低铁塔高度，自身重量轻，可提高铁塔及线路耐覆冰能力，节省大量钢材和占地面积，若开发出大吨位瓷（玻璃）复合绝缘子使用在特高压项目建设中意义更大。

高强度瓷芯复合伞裙耐污盘形悬式复合绝缘子具有以下优势：1）解决了瓷和玻璃绝缘子的污闪问题
随着经济建设的快速发展，大气及工业环境污染也日益加剧。

在自然界的雨、雾、霜、露等潮湿的气象条件下，瓷和玻璃绝缘子表面污秽物中的可溶物质会逐渐溶于水中，在绝缘子的表面会形成一层具有一定导电性的水膜。

如果绝缘子脏污比较严重，绝缘子表面又充分受潮，则会出现较强烈的局部放电现象，易导致
设备发生污闪事故。

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，保证了产品质量。

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。

2）解决了普通棒形悬式复合绝缘子的“脆断”问题
据有关资料介绍：有机复合绝缘子的机械损坏中，芯棒的“脆断”在已发生的芯棒断裂事故中占60%，在所有机械事故中占35%。

芯棒的“脆断”已成为当前有机复合绝缘子最严重的事故。

以500kV线路最为突出，在不到三年的时间里，华东、华中、广东等都有发生，“脆断”产品既有进口的，也有国产的。

瓷复合绝缘子芯棒采用高强瓷，解决了普通棒形悬式复合绝缘子的芯棒“脆断”问题。

3）解决了复合绝缘子通常不能用于耐张串的问题
目前，我国复合绝缘子在耐张串上使用不多，主要是出于对复合绝缘子机械强度方面的担心，毕竟我国合成绝缘子的运行经验比国外要少。

尤其是在高压线路上出现有机复合绝缘子的断裂事故后，在耐张绝缘子串上使用的部分复合绝缘子又换为瓷或玻璃绝缘子，以保障机械强度稳定可靠。

瓷复合绝缘子所用的高强度瓷盘是由全国著名的盘形悬式瓷绝缘子生产厂家制作提供，采用瓷绝缘子成熟的浇装工艺，采用钢脚、铁帽联接，与瓷绝缘子的联接方式相同，可以象普通瓷绝缘子一样用于耐张串上。

有关瓷质绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子和瓷复合绝缘子的机电性能及运行状况评价的资料较多，经过综合分析，列出绝缘子性能对比简表以供参考，如下表所示。

2我国绝缘子的生产制造水平
（1）盘形瓷绝缘子
我国主要生产瓷绝缘子的厂家有大连电瓷、NGK唐山和苏州电瓷等厂家。

大连电瓷厂迄今已有一千多万片产品运行在国内1000kV特高压交流、±800kV特高压直流以及500kV和220kV输电线路上。

绝缘子年生产能力400万片（70～550kN）。

目前，300～550kN级标准型和300kN级双伞型、三伞型交流瓷绝缘子已通过技术鉴定，并已应用于已投运的示范工程晋东南－南阳－荆门1000kV特高压交流输电线路。

NGK唐山电瓷有限公司，为日本控股的合资企业（日方占95％，中方占5％）。

绝缘子年生产能力400余万片（70kN～530kN）。

目前，300～530kN级标准型
和300kN级双伞型、三伞型交流瓷绝缘子已通过技术鉴定，并已应用于已投运的示范工程晋东南－南阳－荆门1000kV特高压交流输电线路。

苏州电瓷厂有限公司产品有70kN～550kN悬式绝缘子，年生产能力300余万片。

目前大连电瓷厂正在研制760kN级交流瓷绝缘子，已完成产品试验，尚未通过技术鉴定。

NGK唐山电瓷有限公司已研制出760kN级交流瓷绝缘子，已通过产品技术鉴定，但尚未挂串运行。

（2）盘形玻璃绝缘子
国内主要玻璃绝缘子生产厂家有南京电气、自贡Sediver以及天津迪艾夫等厂家。

南京电气（集团）有限责任公司（原南京电瓷总厂），主要产品包括交流70～550kN钢化玻璃绝缘子，目前年生产能力约1000万片。

自贡塞迪维尔钢化玻璃绝缘子有限公司，主要产品包括300～760kN标准型交流钢化玻璃绝缘子，年生产能力900万片，其中760kN直流玻璃绝缘子在锦苏±800kV直流线路中挂网试运行。

天津迪艾夫绝缘子有限公司是中外合资公司，意大利控股的合资装配企业主要产品包括标准型300～420kN，防污型300kN绝缘子，多年来已供货2000余万片玻璃绝缘子，广泛应用于国内外电网工程，年生产能力约400万片。

（3）复合绝缘子
近20年来，国内已成长了一批优秀的复合绝缘子制造企业，其代表企业有襄樊国网复合绝缘子股份有限公司、山东泰光电气有限公司、东莞市高能实业有限公司、广州市迈克林电力有限公司。

主要复合绝缘子生产厂已先后完成芯棒与护套界面的连续挤压、整体注塑的改进；端部金具与芯棒连接工艺逐渐采用压接式；±500kV直流线路和500kV交流线路相继使用了耐应力腐蚀芯棒。

为促进和推广复合绝缘子的使用，电力系统先后颁发了“复合绝缘子使用指导性意见”（调网[1997]93号文）和“入网复合绝缘子质量保证必备条件”（调网[1997]145号文），规范复合绝缘子的使用和生产。

在不到20年的时间，我国电网就走完了复合绝缘子的研制开发、工业试运行和全面实用化的三个进程。

应当说，经过多次区域性和大面积污闪的考验，当前较为成熟的新一代国产复合绝缘子已为我国电网防污闪工作开辟了新局面，其研究与制造能力已达到国际领先水平。

目前，东莞、广州、淄博、襄樊等企业已能大规模生产35kV至1000kV、70kN至550kN的AC和±500kV、70kN至550kN的DC棒型悬式复合绝缘子。

迄今已有600万支至700万支（折合110kV）复合绝缘子挂网运行。

除广泛应用于国内，还大量出口。

这些生产厂家的超高压复合绝缘子供货量已经相当可观，运行状况良好。

随着在1000kV交流特高压和±800kV直流特高压挂网运行，以及端部金具压接技术的成熟，特高压复合绝缘子在制造上已没有技术困难，其相对于瓷、玻璃绝缘子的耐污性能、尺寸、重量上的优势将更加明显。

综上所述，国内瓷、玻璃和复合绝缘子生产厂家，已经具备了生产机械负荷300～550kN的±800kV特高压线路线路所用的瓷、玻璃和复合绝缘子的能力。

3各类绝缘子价格
在考虑绝缘子串的经济性时，主要取决于绝缘子的价格。

参考近期的±800kV 特高压直流输变电工程物料招标时给出的绝缘子价格详见下表
绝缘子价格一览表（括号内数据为市场参考价）
询价；
2、300kN、420kN、550kN、840kN复合绝缘子是2015年7月厂家（襄阳国网复合绝缘子有限责任公司）询价；1000kN复合绝缘子价格是2015年8月厂家（襄阳国网复合绝缘子有限责任公司）估价。

4复合绝缘子在特高压线路应用的可行性
（1）机械问题
早期产品中存在着较多的机械强度下降的问题，主要是采用外楔式端部联接结构的产品。

目前主要复合绝缘子生产厂家都采用压接式的接头结构方式。

目前压接式530kN复合绝缘子的破坏强度已经可以超过900kN，有相当大的安全裕度，在正常情况下完全可以承担线路实际载荷。

目前现场运行中复合绝缘子机械方面的最大问题在于脆断，而此种现象在500kV等级中尤为突出，通过对脆断情况的分析，一般都存在端部或者护套材料密封破损水分侵入的现象。

为此采用高温硫化硅橡胶端部密封技术，大大提高了端部密封性能；整体注射以及挤包穿伞的工艺改进已经能够保证护套的密封性能。

另外，性能优良的耐应力腐蚀芯棒的采用也从根本上大大降低了脆断发生的可能行。

对于施工中的芯棒损坏问题，在未来线路用复合绝缘子，必须进一步规范复合绝缘子的运输、贮存及施工措施，尽量避免该类事故的发生。

（2）电气损坏问题
复合绝缘子的电气损坏是指运行电压下或雷击时复合绝缘子丧失绝缘性能，包括芯棒或环氧套筒的击穿及其与护套间界面的击穿两种。

这些大都属产品质量问题。

对未来复合绝缘子要严格控制复合绝缘子产品质量，杜绝该类的事情的发生。

（3）表面闪络问题
1）雷击闪络
对220kV及以上产品，则多与均压环位置安装缩短了绝缘长度有关。

因此，在塔窗尺寸允许的范围内，适当增加复合绝缘子的长度是降低雷击跳闸率必要措施。

为防止雷击对复合绝缘子的灼伤，多雷区可在加长复合绝缘子的两端加装引弧装置。

2）鸟粪闪络
采用传统的防鸟害措施（如塔顶横担安装防鸟刺，复合绝缘子顶部加装一只大伞盘瓷绝缘子等）均可以取得一定效果。

（4）可行性
复合绝缘子在国内外的使用量都在逐年递增，尤其在我国，复合绝缘子的比重已经可与瓷、玻璃绝缘子相比，尤其在污秽地区，复合绝缘子已经成为首选。

国内外相当多的研究表明，紫外老化对于复合绝缘子的正常运行并没有明显的影响，由于高海拔紫外强烈造成的复合绝缘子失效在国内外都未见报道。

电科院开展的紫外综合老化试验目前的结果也表明紫外并不会成为影响复合绝缘子老化的重要因素。

我国电网复合绝缘子的损坏事故几乎都表现在内绝缘击穿和芯棒断裂上，年损坏率为10万分之5，好于世界其他国家的平均水平。

损坏的主要原因是早期设计、制作工艺和材料配方的不成熟。

随着制造工艺水平的提高，早期机械性能下降、脆断、内绝缘击穿等问题以不成为复合绝缘子使用的障碍。

对特高压架空输电线路大吨位复合绝缘子，有人认为玻璃钢芯棒直径需相应扩大，由于其两端连接金具尺寸加大，安装长度与绝缘距离之差变大。

这样特高压架空输电线路复合绝缘子以采用单节结构为宜。

但另一种观点认为复合绝缘子的结构长度较长，如采用单节结构会带来制造、运输和安装等问题；且对柔性（绕曲）要求高。

复合绝缘子玻璃纤维的芯棒易被损伤，应考虑两只复合绝缘子串联。

总之，为适应我国特高压输电工程的需要，应加速研究开发特高压架空输电线路复合绝缘子。

而且针对特高压输电线路的特殊性，复合绝缘子在雷击、鸟害、污闪以及机械动载性能等方面都应建立更为全面、严格的技术规范。

通过采取上述措施，复合绝缘子应能满足特高压输电线路安全运行的要求。

5 绝缘子强度选择
绝缘子的机械强度安全系数参考执行《±800kV直流架空输电线路设计规范》的规定，绝缘子的机械强度安全系数如下表所示：
绝缘子的机械强度安全系数
8×JL1/G3A-1250/70钢芯铝绞线；在10mm冰区山区、15mm冰区段采用8×JL1/G2A-1250/100钢芯铝绞线。

20mm冰区段采用6×JL1/G2A-1250/100钢芯铝绞线。

30mm、40mm冰区段采用6×JLHA4/G2A-1120/90钢芯中强度铝合金绞线。

（1）悬垂串强度选择
不同悬垂绝缘子强度等级下的允许垂直档距如下表所示：
10mm冰区合成悬垂V串允许垂直档距（m）
550kV的绝缘子将作为线路主要使用的绝缘子型式。

直线塔采用V型串，悬垂V 型串推荐采用单联、双联、三联组合，主要组合方式有：单联420kN、单联550kN （单侧为一联）和双联420kN、双联550kN（单侧为两联）和三联420kN、三联550kN（单侧为三联）等组合形式。

（2）耐张绝缘子串强度选择
每相导线的线条荷载如下表所示。

每相导线的线条荷载
耐张串绝缘子强度选择
2、已考虑悬点应力的影响。

从上表可知，可以看出，在10mm、15mm轻中冰区，按满足最大荷载要求考虑，8×JL/G3A－1250/70导线可采用5联550kN、6联550kN 4联760kN、4联840kN 盘式绝缘子，8×JL/G2A－1250/100导线可采用6联550kN、4联760kN、4联840kN 盘式绝缘子。

在20mm冰区6×JL/G2A－1250/100导线可采用5×550kN、6联550kN 4联760kN、4联840kN盘式绝缘子，在30mm、40mm冰区6×JLHA4/G2A-1120/90导线可采用6联550kN、4联760kN、4联840kN盘式绝缘子。

由于5联耐张串结构复杂，受力平衡难以保证。

因此在上述串型中选用4联760kN、4联840kN和6联550kN耐张串进行比选，这两种型式从技术设计方面都是可行的，但在施工运行和经济方面有一定的差异。

不同绝缘子组装串型的技术特点见下表
不同绝缘子组装串型的技术特点
串组装型式每基铁塔绝缘子费用列表如下：
不同耐张串组装型式绝缘子费用比较表
以海拔2000m、30mm及以上重冰区的轻污区为例，不同耐张串组装型式每基铁塔绝缘子费用列表如下：
不同耐张串组装型式绝缘子费用比较表
使用不同绝缘子金具串型的费用比较表
联840kN最贵，综合考虑金具串的费用，4联760kN绝缘子金具串最省，6联550kN 和4联840kN绝缘子金具串相当。

由于4联760kN绝缘子对于8分裂导线安全系数裕度较小，在已建和在建的±800kV线路中使用很少，经调研了解，目前国内外绝缘子厂家760kN绝缘子研发及生产很少，在大吨位绝缘子研发上，目前国内外840kN绝缘子产品已经通过型式试验和产品鉴定的厂家有NGK唐山电瓷、自贡赛迪维尔、宜宾环球、南京电气集团等。

但目前840kN绝缘子尚无运行经验，在建±1100kV准东-华东线路在平地地形局部准备试挂，目前重冰区尚无840kN绝缘子运行经验，因此本工程轻、中冰区推荐6×550kN绝缘子，局部平坦地线可试用4联840kN悬式绝缘子耐张串，重冰区（含20mm中冰区）推荐采用4×550kN绝缘子串。