浅谈合成绝缘子的运行及维护(三)

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合成绝缘子是一种用全新材料制造的全新结构的新型高压绝缘子，虽然大家承认它有许多优点，但还缺少运行经验，它的长期运行性能更是人们所关心的问题。我国合成绝缘子的研究、应用推广都与污闪事故和提高污秽地区输电线路的安全运行有密切关系，试验室人工污秽试验已经证明硅橡胶合成绝缘子污闪电压比相同爬距的瓷绝缘子高一倍以上，目前我国电网使用合成绝缘子主要用于防污闪。
合成绝缘子的使用虽然取得了良好的效益，但随着合成绝缘子使用数量的剧增，近年来，有关合成绝缘子闪络及损坏事故的信息也日趋增多。这不仅与产品的质量有关，而且与我们运行经验不多而导致的使用不当有关。目前，合成绝缘子存在的主要问题如下。
一、强度下降是潜在威胁
虽然合成绝缘子的芯棒有足够的强度，但金具强度和连接结构强度的不足也会导致整体强度的下降。尽管目前尚未造成严重的掉线事故，但是我们采用外楔式端部联接结构产品的用户，必须采取严密的监控措施，如每隔1-2年登杆观测端部联结区的密封状况，或取下若干试品进行机械强度试验。
二、闪络原因分析
合成绝缘子的闪络已发生了数十起，遍及20多个省区，其中有很多尚未查明原因，就是所谓的“不明闪络”。这些闪络过的试品，大都经过试验室的试验证明并无质量问题。事实上，每起闪络的原因都查的一清二楚也是非常困难的。
目前，雷击闪络占全部闪络合成绝缘子总只数的1/2以上，特别是35KV线路最为突出。这与因其伞径较小而减少了放电距离有关；对于220KV及以上线路，则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，适当增加绝缘的长度是必要的，但必须防止过长后可能造成的大风闪络。
我公司220KV天靖Ⅱ线采用的合成绝缘子是以硅橡胶为护套、伞裙，环氧树脂玻璃钢为芯棒的复合绝缘子，尺寸与特性如表1所示。
表1 220KV天靖Ⅱ线合成绝缘子尺寸与特性
额定
电压额定机械拉伸负荷KN 连接结构标记结构高度H.mm 最小电弧距离h.mm 最小公称爬电比距L.mm 雷电全波冲击耐受电压
KV
（峰值）不小于工频一分钟湿耐受电压
KV
有效值
不小于
220KV 100 16 2150±30 1900 5040 1000 395
由于合成绝缘子表面具有良好的憎水性，防污闪能力强，并兼有重量轻、易安装、少维护等优点，但是，在运行过程中，也曾出现过诸如伞裙老化开裂，界面击穿，金属端头脱落，芯棒酸蚀脆断，外绝缘闪络等故障，从而引起一系列的疑问。
问题主要是由于初期产品制造工艺未完善，材质有缺陷造成的。实际上，迄今它还是发展中的新生事物，不及瓷和玻璃绝缘子有着悠久的历史；无论在制造方面还是在运行方面，都存在着问题。我们对它也逐渐有了一个认识的过程。
这4年中，发生故障次数最多的是外绝缘闪络。约占使用量的千分之一。我们就其共性进行了仔细的分析，研讨其原因，并结合全国其他地区电网合成绝缘子运行的一些闪络事故经验，提出改善的对策。
1、闪络性故障情况
据不完全统计，各地区110-500KV输电线路合成绝缘子近10年来累加的使用数量和各种性质的外绝缘闪络性故障发生的次数，对照如表2所示：
表2 110-500KV输电线路合成绝缘子使用数量和闪络次数
使用数量（支）闪络次数（次）合计
雷击原因不明（污、湿）鸟害其它（风偏）
211818 123 49 27 6 205
各类闪络（次）/闪络总数（次）% 60 24 13 3 100
各类闪络（次）/总使用量（支）‰ 0.58 0.23 0.13 0.028 1

2 雷击闪络问题
2.1雷击闪络成因
从表2可见，雷击闪络占其全部闪络次数60%。输电线路遭雷击，引发绝缘子发生闪络，这是客观存在。
通过试验研究：合成绝缘子与瓷绝缘子串的雷电冲击放电特性，均则它们两端电极的距离决定。在相同的环境条件下，如果它们两极间的干弧距离（h）相同，它的冲击放电电压基本相同。装有均压环的，其干弧距离即环间距离，其冲击特性由环所起的作用决定。与绝缘子是瓷或合成与否无关。
在现役线路把合成绝缘子置换瓷绝缘子，如导线对铁塔间的距离（H）不变，由于合成绝缘子两端金具较长，伞裙直径较细，电极两端的距离（h）就比原瓷绝缘子串短。因此，雷电冲击放电电压相应下降。例如：110KV合成绝缘子结构高度（H）为1180mm，其有效绝缘净距（最小干弧距离）（h）为1000mm，它比8片普通悬式绝缘子的结构高度（H=8×146mm=1168mm）还长，仅有7片悬式绝缘子（H=7×146mm=1022mm）的冲击水平。而220KV合成绝缘子是15片瓷绝缘子串的结构高度，仅有13片瓷绝缘子串的冲击水平。
还有110KV、220KV瓷绝缘子串是不装均压环的，而110KV、220KV合成绝缘子有些是安装均压环的，按传统均压环结构，它把合成绝缘子两电极间的干弧距离h缩短得更多。其冲击放电电压更低。这就是某些调爬线路把瓷绝缘子置换为合成绝缘子后，雷击闪络次数相应增加的原因。
另一方面，根据运行经验，合成绝缘子遭受雷击后，线路绝大多数均能重合成功，很少有停电损失。不像瓷绝缘子串发生雷风吹草动后停电事故多。因为当瓷绝缘子串含有零值绝缘子时，它不仅降低了冲击放电电压，增加了雷击闪络概率，闪络时，还会发生瓷瓶炸裂，导线落地，引起严重的停电后果。因此，与零值绝缘子较多的线路相比，使用合成绝缘子还可作为减少线路雷害事故的一项措施。
2.2提高耐雷水平的措施
提高线路耐雷水平可增加瓷绝缘子串片数。要提高合成绝缘子的耐雷水平，也可采取提高它的雷电击放电电压，也就是增加其有效绝缘长度（干弧距离）h获得解决。增加的长度可在满足它的风偏后塔头最小空气间隙的要求范围内，作适当选择。目前按JB/T8460-1996标准生产的合成绝缘子，在多雷害地区运行，其干弧距离h可适当伸长10-15%，并选择两端金具较短的产品。
2.3均压环的问题
为了不降低合成绝缘子的雷电冲击放电电压，目前有建设取消均压环。如行业标准JB/T8460-1996和某些电力系统合成绝缘子技术管理暂行规定。它建议110KV等级上下两端均不带均压环，220KV等级仅下端带1个。作者认为均压环应是合成绝缘子不可缺少的附件。均压环又称屏蔽环，引弧环，应正名为防护环。它有两个作用：
（1）、改善绝缘子的电压分布，避免局部电场过高产生电晕放电，电晕会加速绝缘子老化，对无线电干扰。如合成绝缘子未装均压环，由于上下两电极的金属端头直径都很细，当中绝缘体构成的主电容比瓷绝缘子串还小，场强高度集中在高压侧金属端头与芯棒的交界处。测量结果表明：在高压侧一端，5-10%极间距离的伞盘承受着70%运行电压。运行经验表明：即使如110KV较低的电压等级，一旦出现积污在恶劣的天气下，高压侧金属端部还是会再现强烈电晕的。电晕产生电离、发热和腐蚀的作用加速了端部伞裙和芯棒等有机材料的老化，尤其是对用以封装端部的PTV粘胶剂，电晕腐蚀的作用，更为敏感。个别因电晕腐蚀缩短了寿命的合成绝缘子，若不及时换下，则危及系统安全。为了消除高压侧金具端部和芯棒交界处过高场强，有必要加均压环予以屏蔽，同时，使轴向电压分布趋于均匀，降低电场对有机材料的影响。
（2）、一旦发生闪络，可把电弧引至两环边缘间的空气间隙，从而保护伞盘和金属端头免受电弧灼伤。在没有装设均压环的情况下，万一发生闪络，且雷电流或系统工频续流幅值过大时，将有可能灼伤伞裙及金属端头或密封胶。运行经验还表明：仅在一端装环的电弧仍然沿伞裙闪络，没有达到引弧目的。当然，不装引弧环的，闪络也未必损坏绝缘子。操作与否，视系统跳闸熄弧的时间长短和系统容量工频短路电流大小而定。但一经发生闪络，外观尚未发生变化，但绝缘难免不受影响。因此，闪络过后，还得停电把它找出来换下，这增加停电量的损失和检修维护工作量。
总之，为了延长合成绝缘子的寿命和提高运行可靠性，应安装均压环。至于均压环的结构、尺寸，应既能满足上述目的，又不降低冲击水平的要求。对目前市售产品，有必要对其进行优化选择。
3、原因不明闪络问题
3.1原因不明闪络的由来
所谓原因不明是指闪络发生于系统无任何过电压的情况下，闪络过后，为了分析闪络原因，把曾发生闪络的合成绝缘子送到试验室，通过各种试验（测量盐密、憎水性、直流泄漏电流、陡波冲击、雷电冲击、工频干湿闪络、人工雾闪、水煮等）发现试验结果均在合格范围之内。内外绝缘良好，查不到闪络的原因。因此长期以来，被判以原因不明。它占闪络总数24%，10年来统计故障率约占使用量0.2%。
3.2不明闪络的原因

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