常见绝缘子

我国输电线路用绝缘子运行现状 发布日期:2008-6-17

我国电网正处于快速、健康、持续发展的新时期。以三峡电网为中心，电网互联，形成全国统一大电网的局面将很快形成。截至2003年底，我国66 kV及以上的输电线路总长度约为38.6万km。其中110 kV(包括66 kV)输电线路长度为19.4万km，220 kV输电线路为13.6万km，330 kV输电线路为1.3万km，500 kV输电线路为3.9万km，±500 kV直流输电线路为0.35万km。投入运行的绝缘子总数约为5 700万片。 在输电线路上采用的绝缘子按结构形式分有盘型悬式和棒型悬式二大类，而按电介质材料分类，有瓷、玻璃、有机合成绝缘子3种类型。在长期的运行中，绝缘子会受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响，在电气上要承受强电场、雷电冲击电流、工频电弧电流的作用，在机械上要承受长期工作荷载、综合荷载、导线舞动等机械力的作用，综合分析3种类型绝缘子的运行性能及特点，研讨绝缘子在运行中出现的问题及解决措施，对于提高线路的运行可靠性，是很有必要的。 1 各类绝缘子结构及主要特点 1.1 盘形悬式瓷绝缘子 盘形悬式瓷绝缘子的电瓷是由石英砂、黏土和长石等原料，经球磨、制浆、炼泥、成形、上釉、烧结而成的瓷件，与钢帽、钢脚经高标号水泥胶装成为帽脚式盘形悬式瓷绝缘子。钢帽和钢脚承受机械拉力，瓷件主要承受压力，瓷件的颈部较薄，也是电场强度集中的区域。当瓷件的颈部存有微气孔等缺陷，或在运行中出现裂纹时，有可能将瓷件击穿，出现零值绝缘子，因此这种类别的绝缘子为可击穿型绝缘子。 1.2 盘形悬式钢化玻璃绝缘子 玻璃件与钢帽、钢脚经高标号水泥胶装成为帽脚式盘形悬式钢化玻璃绝缘子。其结构、外形与瓷绝缘子十分接近，当运行中的玻璃件受到长期的机械力和电场的综合作用而导致玻璃件劣变时，钢化玻璃体的伞盘会破碎，即出现“自爆”。钢化玻璃绝缘子最显著的特点是，当钢化玻璃绝缘子出现劣质绝缘子时它会自爆，因而免去了绝缘子须逐个检测的繁杂程序。 1.3 棒悬式复合绝缘子 有机复合绝缘子的硅橡胶伞盘为高分子聚合物，芯棒为引拔成型的玻璃纤维增强型环氧树脂棒，制造成型的棒悬式有机复合绝缘子是由硅橡胶伞裙附着在芯棒外层与端部金具连接成一体，两端金具与芯棒承受机械拉力。就目前情况来看，芯棒与端部金具的连接方式主要有外楔式、内楔式、内外楔结合式、芯棒罗纹胶装式和压接式。复合绝缘子由于硅橡胶伞盘的高分子聚合物所特有的憎水性和憎水迁移性使得复合绝缘子具有优良的防污闪性能。另外，由于其制造装备和制造工艺相对简单，复合绝缘子产品质量较轻，因而颇受使用部门的欢迎。 1.4 长棒型瓷绝缘子 长棒型瓷绝缘子为实心瓷体，采用高铝配方的C-120等高强度瓷，因而其机电性能优良。烧制成的瓷材，除了有较高的电气性能之外，机械性能有了大幅的提高。长棒型瓷绝缘子仅在瓷体两端才有金具，几乎不含有任何内部结应力，因而其机电应力被分离。它的结构特点改变了传统的瓷件受压为抗拉，使得金具数大为减少，输电损耗降低，也降低了对无线电和电视广播的干扰。其外形可使自洁性能提高，不仅在单位距离内比盘形绝缘子爬电距离增加1.1～1.3倍，同时可有效利用爬电距离，其最大特点是属不可击穿型绝缘结构。

2 绝缘子运行状况 由于瓷、玻璃及复合绝缘子在材料选取、结构设计以及制造工艺等各方面的差异，其运行性能也各不相同。经长期运行，由于外在和内在的各种影响因素作用，会出现影响线路安全运行的各种问题。总结并分析各种绝缘子的运行状况并针对不同问题进行特性比较，择优选取，才能解决运行实践中的突出问题。 2.1 劣化老化问题 复合绝缘子的故障率较国产瓷绝缘子的劣化率及玻璃绝缘子的自爆率低，国产瓷绝缘子的年劣化率约为千分之一，玻璃绝缘子的自爆率约为万分之几。目前，从运行情况来看，复合绝缘子的运行可靠性较瓷、玻璃绝缘子好，但随着运行时间的增长，有机材料的老化劣势将逐步突出。一是伞裙材料的老化将会降低防污性能及电气绝缘性能，二是芯棒多年运行后因芯棒蠕变特性将降低机械强度，并暴露出端部金具连接中的问题。而且，由于国内不少产品是楔接式，在长期的运行中可能出现微量滑移，使密封胶开缝，在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。 2.2 使用寿命问题 玻璃绝缘子具有零值自爆的特性，自爆原因一是来自制造过程中玻璃中的杂质和结瘤，若杂质和结瘤分布在内张力层时，在产品制成后的一段时间内，部分会发生自爆。所以制造单位在产品制造后应存放一段时间，以便发现制造中存在的质量隐患。若杂质或结瘤分布在外压缩层，在输电线路上运行一段时间后，在遇到强烈的冷热温差和机电负荷作用下，有可能引发玻璃绝缘件自爆。另外，运行中玻璃绝缘子在表面的积污层受潮后，在工频电压作用下会发生局部放电。由局部放电引起的长期发热会导致玻璃件绝缘下降，引起零值自爆。所以在污秽严重地区运行的玻璃绝缘子其自爆率会有所增高。但是，玻璃绝缘子的自爆率不同于瓷绝缘子的劣化率和有机复合绝缘子的老化率。玻璃绝缘子的自爆率属早期暴露，随着运行时间的延长，自爆率呈逐年下降趋势，而瓷绝缘子的劣化率属后期暴露，随着时间延长，在机电联合负荷的作用下，其劣化率会逐渐增加。复合绝缘子由于有机材料本身的老化特性，其老化率及劣化率会随着时间增大，国外一般认为玻璃绝缘子和瓷绝缘子的老化寿命为50年左右，而复合绝缘子的老化寿命不超过25年。 2.3 绝缘子检测问题 瓷绝缘子由于瓷件与钢帽、水泥粘合剂之间的温度臌胀系数相差较大，当运行中瓷绝缘子在冷热变化时，瓷件会承受较大的压力和剪应力，导致瓷件开裂，而且瓷绝缘子的瓷件存在剥釉、剥砂、臌胀系数大等问题，受外力作用时，会产生有害应力引起裂纹扩展。瓷绝缘子的劣化表现为头部隐形的“零值”和“低值”，对零值或低值瓷绝缘子，必须登杆进行逐片检测，每年需花费大量的人力和物力。由于检测零值和劣质的准确度不高，即使每年检测一次，也会有相当数量的漏检低值绝缘子仍在线路上运行，导致线路的绝缘水平降低，使线路存在着因雷击、污秽闪络引起掉串的隐患。玻璃绝缘子有缺陷时伞裙会自爆，只要坚持周期性的巡检，就能及时发现和更换。复合绝缘子的在线检测在目前还缺乏适当的检测装置及方法，在国内外都是一个正在研究的课题。由于复合绝缘子是棒型结构，一旦失效，对线路的影响将大于由多个绝缘子组成的绝缘子串。 2.4 机电破坏强度问题 机电破坏负荷试验是检测绝缘子运行特性的一项重要指标。机电破坏负荷试验结果差的产品，随着运行时间的增长，其机械强度会呈现逐渐降低的趋势。对在线路上运行年限不同的瓷绝缘子、玻璃绝缘子进行机电性能对比试验，发现部分瓷绝缘子在运行15～25年后，试验值已低于出厂试验标准值，不合格率随运行年限增加。而玻璃绝缘子的稳定性和分散性要好于瓷绝缘子。对瓷和玻璃绝缘子进行高频振动疲劳试验，试验结果表明振后玻璃绝缘子的机电强度变化不大，而振后瓷绝缘子的机电强度明显下降。这一方面是因为国产瓷绝缘子厂家较多，由于材质及制造工艺等方面的因素，造成产品质量分散性大。另一方面，由于瓷质绕结体是不均匀材料，在长期的运行过程中，受各种机械冲击力、振动力的作用，可能对瓷体造成损失，导致机械性能下降。从目前国内外瓷绝缘子运行记录来看，国产瓷绝缘子水平与国际水平尚存较大差距。 复合绝缘子在运行若干年后取下进行机械强度试验，发现存在程度不同的机械强度下降问题。有的是芯棒在额定机械负荷下出现滑移，有的是芯棒从端部金具中脱出，有的是出现断裂。分析其原因：一是由于端部连接的结构和工艺存在问题；二是由于芯棒蠕变特性及材料老化问题。在长期的运行中，由于受大气环境、电场、机械力等因素的联合作用，芯棒中的玻璃纤维会产生机械疲劳，环氧树脂材料会老化，端部金具和芯棒连接配合亦会出现松动，因此，生产单位应在金属端头与芯棒的连接工艺上严格把好质量关。同时对于运行中复合绝缘子的机械强度应采取定期监测措施，结合运行年限的长短，比较机械强度的下降速率，防患于未然。 另外，国内外复合绝缘子在运行过程中已发生多起脆断事故，脆断通常发生在绝缘子导线端的金具连接处附近，产生脆断的原因是由于水介质中的酸长期缓慢腐蚀芯棒截面造成的。当芯棒剩余截面无法承受外部机械负荷时则出现断裂。要防止复合绝缘子在运行中脆断一是要提高端头密封质量，防止出现缝隙；二是要防止硅橡胶护套出现局部缺陷和表面损伤；三是要改善端部电场的分布。事实上，凡是发生脆断的复合绝缘子大多是在制造过程中存在缺陷或在运输、安装、运行中护套材料受到损伤的绝缘子。因此，在投入运行前应对绝缘子进行仔细检查，将存有缺陷的绝缘子在投入电网运行前予以剔除。 2.5 绝缘子运行故障及事故评价 线路用绝缘子是输电线路的主要绝缘支撑部件，其运行可靠性、使用寿命、维护工作量均为线路绝缘子选择时需要综合考虑的主要因素。从近5年(1999～2003)线路绝缘子运行的状况统计数据来看，由于绝缘子的原因而导致线路故障近百次，其中由于复合绝缘子的原因占48%；由于瓷绝缘子的原因占33%；由于玻璃绝缘子的原因占19%。复合绝缘子和瓷绝缘子均发生了掉串甚至导线落地事故，这对线路的安全运行构成了极大的威胁，因此，在绝缘子的运行可靠性、使用寿命、维护工作量这几类特性中，运行可靠性显得格外重要。故在今后线路绝缘子选择时，应将绝缘子的运行可靠性放在首位，然后再考虑其他几类特性。

3 绝缘子电气性能对运行特性的影响 3.1 防雷特性 在采用瓷、玻璃绝缘子的输电线路中，雷击故障约占故障总数的50%，在全国复合绝缘子的故障统计中，雷击故障约占55%。雷击故障次数与雷电活动次数成正比，主要发生在雷电活动频繁的地区。 根据运行情况得出：与瓷、玻璃绝缘子相比较，复合绝缘子的耐雷性能较差。特别是在110 kV及以下电压等级的输电线路中显得较为突出。实际上，与瓷、玻璃绝缘子相比较，复合绝缘子在耐雷方面也有优势的一面，复合绝缘子不会发生瓷绝缘子难以避免的零值、低值和玻璃绝缘子的伞裙自爆，因而不致因零值或低值绝缘子降低整串绝缘子的耐雷水平。不利的一面是由于复合绝缘子伞裙直径较小，因而对同一高度来说，其干弧距离总是略小于瓷和玻璃绝缘子。一般来说，绝缘子串的总长度越小，直径对闪络的影响越明显。另外，运行情况表明：由于复合绝缘子上下端均压环间或接头端头与导线端均压环间的空气间隙偏小，等效于降低了复合绝缘子的有效绝缘长度而造成雷击闪络电压降低。一般来说，装有均压环的复合绝缘子，空气间隙约减少15～20 cm或更多。产生下降的原因是雷击放电总是选最短的路径、最易于空气击穿的途径发生。当均压环之间的空气间隙伏秒特性曲线低于绝缘子表面的闪络伏秒特性曲线时，放电就首先选择在空气间隙中发生。当然，有利的一面是，当间隙偏小时，两端的均压环同时具有招弧作用也可起到保护绝缘子的功能。由于它使雷击闪络不在绝缘子表面而在两均压环间的空气间隙中发生，两招弧角间的雷电冲击放电电压为绝缘子串雷电冲击放电电压的85%左右，因此防止了放电电弧对硅橡胶表面及端部连接金具的