500kV输电线路绝缘子的选择和应用

500kV输电线路绝缘子的选择和应用[摘要]主要论述了瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子及硅橡胶复合绝缘子的优缺点，并对比三种材质绝缘子之间的各项电气、机械性能。根据三种绝缘子自身特点及性能对比分析来确定在不同地区绝缘子的选择。[关键词]送电线路绝缘子污秽等级击穿电压送电线路运行中发生事故，除了倒杆塔、断线、外力破坏，就是从绝缘子串上发生事故了，根据运行统计，发生在内蒙古500kV输电线路的故障90％以上是从绝缘子上引发的，如雷击、污闪、鸟害、掉串等等。因此合理、有效地选用绝缘子种类、型号是线路运行减少事故和工作量的有效途径。目前内蒙古500kV输电线路上使用的绝缘子主要有硅橡胶复合绝缘子、瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子三种，各类绝缘子产品都有自己的优、缺点、电气及污秽特性和合适使用范围等，因此在线路上正确选用绝缘子种类和型号，是减少绝缘子故障跳闸概率和检修清扫维护工作量的有效措施。下面将几种常用绝缘子的特性和适用范围描述如下：一、硅橡胶复合绝缘子的特性1、优点：（1）强度高、质量轻。合成绝缘子所用的玻璃钢芯棒的纵向抗拉强度很高，一般在600Mpa以上，是瓷的5～10倍，与优质的碳素钢的强度相当。另外，芯棒材料的比重仅为2.0，比钢轻的多；伞裙材料的比重也小于2.0，一次合成绝缘子能比较容易的制造出规定机械负荷数千牛的强度等级，质量仅有盘形绝缘子的10％～15％。尤其在500kV输电线路多在山区，在检修更换及事故抢险工作中，合成绝缘子的重量轻，不怕摔损的特点是其它绝缘子无法比拟的。（2）无零值。合成绝缘子属于棒形绝缘子结构，其内、外极间距几乎相等，一般不发生内部绝缘击穿，也不需要检修零值检测工作。（3）污闪电压高。合成绝缘子的伞裙护套材料都是有机高分子材料，表面能低，有很强的增水性。落在裙表面的水分都凝成许多彼此分离的细小水珠，而不形成连续的水膜导电层，因而泄露电流校，难以形成局部电弧，不容易发生沿面污秽闪络。另外由于芯棒强度高，合成绝缘子的杆径和伞径都比瓷绝缘子串小得多，形状系数大，在表面同样脏污和表面电导率相同的条件下，它的表面电阻比形状系数校的瓷绝缘子串高。绝缘子污闪电压和表面电阻有直接关系，表面电阻大，泄漏电流小，相应的污闪电压也就高。试验室试验结果和运行经验都证实合成绝缘子的污闪性能提高，很小发生污闪事故。（4）运行维护简便。污闪性能高，不用进行污秽清扫，也不用检测零值，使维护工作量大大的减少。2、缺点：（1）耐雷水平低。由于复合绝缘子必须靠两端安装金属均压环来改善绝缘子串的分布电压，保护过电压短路、闪络时电弧对硅橡胶伞裙灼伤，保护两端芯棒、金具连接处不因漏电起痕及电蚀损破坏密封性能，以及绝缘子伞盘直径较小等因素，因此在同等结构高度情况下，复合绝缘子的耐雷水平要比瓷质、玻璃绝缘子低10％～30％左右。复合绝缘子芯棒脆断照片（2）使用寿命难以评定。硅橡胶伞裙材料在气候因素和电弧作用下易发生老化、材料电蚀损和漏电起痕等质变，会导致因界面的电击穿、损坏密封及芯棒脆断掉串事故，目前还缺乏在线和离线检测手段，它的运行寿命也难以评估，目前估计其运行寿命只能达到瓷质、玻璃绝缘子的二分之一（早期的复合绝缘子有的运行3～5年就出现脆化、硬化、粉化、开裂等现象，或在雾雨等湿沉降气候下发生放电、憎水性减弱等）。到了运行寿命进行全部更换的工作量也是相当大的。3、运行使用建议：（1）复合绝缘子生产厂家因技术、工艺水平不同而差异较大，如芯棒接头密封工艺、接头模压工艺、芯棒、伞裙材料等等，因此选用产品质量好的厂家产品是开展线路状态巡视、维修的保证。（2）耐雷水平低，所以不适合使用在多雷区线路上使用。（3）耐污电压高，是重污秽区的首选。（4）风偏二、玻璃绝缘子的特性1、优点：（1）不用检测零值。玻璃绝缘子属早期劣化暴露产品，有50多年的运行经验，目前国外有运行了50多年的玻璃绝缘子仍然安全无恙。玻璃绝缘子具有因绝缘劣化或玻璃件内应力不均匀、遭受外力击打等有自行爆裂伞裙的功能，因此不需检测绝缘电阻。随着运行年限的增加，绝缘子自爆率也将呈下降趋势并稳定在一定水平上。（2）机械强度高。玻璃绝缘子的玻璃件由于其独特的内在结构和先进的制造工艺保证，即是伞裙自爆后其钢帽及钢脚的残锤强度仍然很高（不小于绝缘子机电破坏强度的60％），不会发生钢帽内绝缘体劣化（微裂纹）在过电压下引起钢帽炸裂“掉串”事故（国内的玻璃绝缘子厂家都发生过“掉串”事故，但其掉串的原因是钢脚材质有缺陷，在正常或大风荷载下因钢脚缺陷而引发不正常掉串），即是玻璃绝缘子伞裙自爆后，线路仍然能安全运行。其次在遭受过电压时（雷击、污闪、系统操作等），由于玻璃伞裙已自爆，绝大部分的雷电流或工频续流必然沿无玻璃伞裙屏障的钢脚－钢帽间通过，避免了电弧电流沿钢帽内通道路径通过而引发钢帽炸裂导线掉串事故的发生。但玻璃绝缘子自爆后，运行单位仍应尽可能及时更换，防止在再次遭受雷击、污闪等过电压时，电弧电流从钢帽－钢脚间通过时，有可能发生电弧弧根产生的高温烧损、烧断钢脚而引起掉线事故。（3）具有电弧闪络后玻璃伞裙能自行恢复功能。由于钢化玻璃的抗拉强度是瓷质材料的2.2倍（瓷质39.23Mpa、钢化玻璃88.26Mpa），耐电击穿性能是瓷质材料的3.4～4.3倍（瓷质400kV/㎝，钢化玻璃1350～1750kV/㎝、波形1∕50us），国外实验室曾多次对玻璃绝缘子串用陡波做过冲击试验，其结果都是大气闪络，从未发生玻璃件的击穿情况。因玻璃是熔融体，质地均匀，其玻璃件表面遭局部电弧烧伤，会发生脱皮或掉渣（表面剥落约0.1mm～0.2mm左右的薄片），但其烧伤剥落后的新表面仍然是光滑的玻璃体，即遭受短路电流电弧闪络后玻璃伞裙能自行恢复绝缘，不需要更换闪络过的绝缘子。玻璃绝缘子遭雷击过电压时，被电弧烧伤痕迹照片（4）分布电压均匀。由于玻璃绝缘子比瓷质绝缘子的主电容大，所以玻璃绝缘子串的分布电压也比瓷质绝缘子串均匀，中国电科院曾对瓷质绝缘子和玻璃绝缘子的主电容、分布电压进行了测试（绝缘子串分布电压均匀取决于它的主电容），结果玻璃绝缘子串的主电容比瓷质绝缘子大，成串绝缘子的分布电压也比瓷质绝缘子串均匀，这有利于降低导线侧、横担侧的绝缘子电压，减少了无线电干扰和降低了电晕损耗，延长了绝缘子的使用寿命，同时也提高了玻璃绝缘子串的闪络电压值。（5）耐雷水平高。防污玻璃绝缘子串在同等结构高度情况下的耐雷电冲击放电电压可比复合绝缘子提高7％～30％左右，同等结构高度下它的几何爬电距离也比正常复合绝缘子大（如500kV常规复合绝缘子爬电距离12600～13750mm（2.52cm/kV～2.75cm/kV）；玻璃绝缘子26片×550＝14300mm，结构高度4420mm；复合绝缘子结构高度4450±50mm）.（6）钢化玻璃绝缘子的耐振动疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能也都优于瓷质绝缘子。2、缺点：（1）安装早期自爆率高。钢化玻璃绝缘子在安装使用的前三年自爆率较高（0.04％～0.1％），为运行和检修工作增添了难度。（2）防污型玻璃绝缘子自洁能力差、清扫不便。防污型玻璃绝缘子为了加大爬距，只能在伞裙下表面增加几个深棱来实现，不能像瓷绝缘子通过双伞或三伞增加爬距。所以当用于粉尘污染较严重的地区，因这种钟罩深棱的伞型自洁能力差、清扫不便，下表面结垢严重，造成耐污闪能力大大降低。3、运行使用建议：耐雷水平高，所以是多雷区、多雨地区线路的首选。另外由于玻璃绝缘子受周围环境、地形、气候等的影响较小，所以特别适合所有电压等级的耐张塔水平绝缘子串的选用。但是由于玻璃绝缘子的零值自爆特性，所以不宜在市区和人员活动频繁的地区使用。三、瓷质绝缘子的特性1、优点：（1）电瓷材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，几乎永不变质和老化。（2）电瓷材料具有良好的电气性能和机械性能，是制造绝缘子的理想材料。（3）瓷绝缘子是应用历史最长、使用数量最多的绝缘子，已有100多年的运行经验。也是运行经验最丰富、最成熟的绝缘子。2、缺点：（1）抵抗污秽潮湿能力弱。在污秽潮湿条件下，绝缘子在工频电压作用时绝缘性能急剧下降，常产生局部电弧，严重时会发生闪络。（2）瓷绝缘子各部件材质匹配差。瓷绝缘子的瓷件属非均质材料，它在承受送电线路的机械、电气和外力侵袭（雷电、污闪、振动）作用下，随着运行年限增加会使瓷件内部产生隐裂纹，另外由于瓷件与铁帽、钢脚和水泥胶合剂4种材料的膨胀系数差异较大，造成这几种受力组件材质匹配较玻璃绝缘子差，其形成的内应力导致钢脚水泥胶合处裂纹及钢帽内的瓷件产生微裂纹和贯穿性微裂纹（即瓷质绝缘子的自然劣化过程），运行中水份会沿水泥裂纹侵入瓷件微裂纹内部，在电磁场的作用下，瓷裙包括钢帽内瓷体会产生低、零值。（3）瓷绝缘子耐电弧烧伤能力差。按设计要求，绝缘子内绝缘的击穿电压一般为外绝缘沿瓷裙表面闪络电压的1.5倍以上，即当绝缘子质量正常时，在过电压的作用下外绝缘先闪络。由于瓷绝缘子耐电弧烧伤能力差，而瓷绝缘子是靠瓷釉来隔离雨水或空气中的水分侵蚀瓷件本体的，故障闪络后电弧弧根会严重烧伤瓷绝缘子表面釉质，不及时更换这类瓷釉损伤的绝缘子，运行中污水会从失去瓷釉保护处渗入瓷件伞裙内部（包括钢帽内部的瓷件内部），瓷件的耐压水平、绝缘性能将不同程度的下降，劣化绝缘子的绝缘电阻下降到低、零值后，在过电压短路故障时，大电流通过低、零值绝缘子时，会引发瓷体、胶合水泥、裂纹中水份等热膨胀，引发钢帽炸裂导线落地（即掉串）事故，所以瓷釉烧（损）伤等劣化、老化绝缘子要及时更换。瓷质绝缘子雷过电压后伞裙瓷釉被电弧烧伤。3、运行使用建议：可选择在干燥、少雷地区线路上使用。选用瓷绝缘子时，由于我国盘悬式瓷绝缘子的生产厂家多、产量大，但不同厂家的产品质量差异很大。输电线路的绝缘子选型时，应对不同厂家生产的瓷绝缘子的运行情况进行详细调查了解，选用高品质的瓷绝缘子。同时，对运行中的瓷绝缘子应加强检测，及时更换劣化绝缘子，确保电网安全运行。参考文献：［1］500kV线路合成绝缘子折断原因分析华东电力，1998，(12).［2］500kV输电线路绝缘子的选择中国电力，1997，(4)［3］输电线路绝缘子运行技术手册浙江省电力公司编[作者简介]薛彬(1973.6),男,华北电力大学,电气自动化,内蒙古丰镇市超高压供电局丰镇输电所,助理工程师，联系电话：[phone]；