输电线路绝缘子的可靠性运行分析

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　　摘要：本文根据输电线路绝缘子应具备的重要能力，对目前常见的三类绝缘子的主要性能进行了分析，并简要分析了各种介质材料绝缘子对雷击、污染等影响因素不同抵抗能力；以穿越不同特征区的输电线路为对象，来探讨绝缘子优化配置的问题。
　　关键词：输电线路；绝缘子；性能分析
　　1 引言
　　随着社会经济及工业的发展，电力系统网络越来越复杂，对供电可靠性的要求越来越高，输电线路绝缘子的运行检测，是输电线路运行的一项重要工作，能否及时准确发现绝缘子的缺陷，直接影响输电线路的安全运行。绝缘子是用来支持导线的绝缘体。它安装在导体与地电位构件之间或不同电位的导体之间， 能够耐受电压和机械应力作用，保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘。
　　2 绝缘子作用及能力介绍
　　在架空输电线路中，绝缘子具有重要的作用，主要包括支撑导线和防止电流回地两个基本作用。绝缘子的好坏对线路的安全运行非常重要。在运行中，它主要应当具备以下几项承受能力：
　　(1)承受导线水平方向的拉力和垂直方向的荷重；
　　(2)承受综合荷载、长期工作荷载及导线舞动等机械力的作用；
　　(3)承受强电场、工频电弧电流、雷电冲击电流的作用：
　　(4)经受污秽、雷击、日晒、雨、冰雪、高温及温差等环境因素的影响：
　　(5)经受化学物质的腐蚀的作用。因此， 要拥有这些作用和能力，绝缘子应当具备多方面的良好性能。现从以下几个方面对绝缘子的性能进行分析。
　　3 输电线路绝缘子性能分析
　　3．1 成分材料及基本性能
　　架空线路中所用绝缘子，常用的有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。现在常用的绝缘子有：陶瓷绝缘子，玻璃钢绝缘子与合成绝缘子。现对这三种常见的绝缘子的材料进行分析。
　　瓷是一种多晶体， 是一种非均质的硅酸盐材料。陶瓷绝缘子具有良好的绝缘性能、抗气候变化的性能、耐热性和组装灵活等优点，被广泛用于各种电压等级的线路。但是此类绝缘也存在弱点， 主要有以下两点： 一是瓷为亲水性物质，所以陶瓷绝缘子在潮湿条件下的绝缘性能会急剧下降；
　　二是陶瓷绝缘子出现损伤时不易被检测出来。玻璃是一种均质的非晶体，也为硅酸盐材料。玻璃绝缘子机械强度相对较高，比瓷要高2-3倍。由于玻璃具有透明性，所以玻璃绝缘子在出现损伤时容易发现，但玻璃也为亲水性物质，因此玻璃绝缘子在潮湿条件下其绝缘性能也会急剧下降。且与瓷绝缘子不同的是，玻璃绝缘子具有零值自爆的绝缘自我淘汰能力，这就使得绝缘子在绝缘性能下降时很容易被发现，无需对其进行绝缘测试。
　　有机合成绝缘子是由硅橡胶伞裙、芯棒和端部金具构成一体。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。与瓷绝缘子和玻璃绝缘子相比较，有机复合绝缘子具有制造工艺简单、重量轻、强度大、易于安装、耐污闪能力强、维护和运输方便等优点。硅橡胶合成绝缘子表面具有憎水性，且附着在伞裙表面的污染层也具有憎水性，这一特性大大提高了合成绝缘子的抗污能力。
　　3．2机械性能
　　机电破坏负荷强度是绝缘子运行特性的一项重要指标。对绝缘子进行机电破坏负荷试验，发现试验结果差的绝缘子，其机械强度随着运行时间的增长而逐渐降低。
　　对在线路上运行年限不同的各类常用绝缘子进行机电破坏负荷试验，有以下几点发现：
　　(1)部分瓷绝缘子在运行l5-20年后，试验值已低于出厂试验标准值，且不合格率随着运行年限的加长而增加。进行高频振动疲劳试验后，瓷绝缘子的机电强度明显下降。
　　(2)玻璃绝缘子的稳定性和分散性要优于瓷绝缘子，且进行高频振动疲劳试验后，玻璃绝缘子的机电强度没有很大的变化。
　　(3)复合绝缘子的耐机电破坏负荷强度相对较大，但在运行若干年后取下进行机械强度试验，发现其机械强度也存在一定程度的下降。
　　3．3雷击闪络性能
　　绝缘子发生雷击闪络有以下两种情况：
　　(1)反击：如果雷电直接击中杆塔或避雷线，会引起线路绝缘上的过电压，这种瞬时高压一旦超过绝缘子串的冲击放电电压，绝缘子就会发生闪络
　　(2)绕击：在架空电力线上方虽然有接地的避雷线，但雷电有时仍绕过它直接冲击到导线上去，即绕击，发生绕击时雷电将在线路上产生数十万伏雷电过电压，如果该过电压超过线路绝缘子串的冲击闪络电压，即绝缘子串将发生闪络而引起线路跳闸。
　　根据运行经验，在输电线路中，采用复合绝缘子的雷击闪络故障率较采用瓷、玻璃绝缘子的故障率高， 特别是在1 lOkV及以下电压等级的输电线路中显得较为突出。
　　绝缘子雷击闪络会引起输电线路跳闸，这对输电和供电是非常不利的，因此要设法提高输电线路的耐雷水平，主要采取的防雷措施有：架设避雷线降低杆塔的接地电阻；架设耦合地线；采用不平衡绝缘方式；采用消弧线圈接地；采用线路用避雷器；加强绝缘等。
　　3.4 污闪性能
　　污秽绝缘子的闪络电压要比干燥洁净绝缘子和干净湿润绝缘子的闪络电压，所以输电线路的绝缘子要具备一定的防污闪性能。通过人工和自然污秽试验，玻璃绝缘子的污闪电压比瓷绝缘子高，而在同样的爬距及污秽条件下，复合绝缘子防污闪能力明显高于瓷绝缘子和玻璃绝缘子。
　　近年来随着经济的快速发展，电力行业也飞速发展，电网得到不断扩大。但与此同时各地环境污染不断加剧，这使得输电线路绝缘子的维护工作难度加大，线路污闪跳闸率越来越高。因此，为了防止污闪，输电线路采用耐污绝缘子、调整爬电比距、在绝缘子表面涂憎水性防污涂料、对绝缘子进行定期清扫或用水冲洗等措施。
　　3.5 劣化性能
　　对于输电线路绝缘子的选择，必须考虑绝缘子的劣化问题。根据目前的运行经验，瓷绝缘子的劣化表现为头部隐形的“零值”和“低值”。对于零值或低值瓷绝缘子，必须登杆逐片进行检测，每年都需花费大量的人力和物力，而且检测的准确度在很大程度上受到作业人员的经验、大气湿度、人工调整火花问隙距离等因素的影响。另一方面，瓷绝缘子的劣化率属后期暴露，在机电负荷的作用下，其劣化率会随着运行时间的增加逐渐增加。
　　玻璃绝缘子具有零值自爆的特性，对于运行在污秽严重地区的玻璃绝缘子，其自爆率会有所增加。玻璃绝缘子的自爆率属早期暴露，而且随着运行时间的增加，自爆率呈逐年下降的趋势，只要坚持周期性的巡检，无须登杆塔就能及时发现和更换有缺陷的玻璃绝缘子。
　　复合绝缘子的运行可靠性较瓷、玻璃绝缘子的好，但随着运行时间的增加，有机材料的劣化问题也将逐步凸显出来。
　　3．6 抗老化率
　　随着运行年限的增加，不同类型的绝缘子在一定程度上都存在老化闯题。瓷绝缘子抗老化能力较强，但随着运行时间的增长，老化也日趋严重；玻璃绝缘予的电气强度一般在整个运行期间保持不变，其老化过程相对最慢；合成绝缘子是有机材料制成的，其老化速度比瓷、玻璃等无机材料要快得多。绝缘子的老化会造成其多方面性能的降低，因此在绝缘子的选择及维护上要对老化问题加以考虑。
　　4 技术分析比较
　　4．1绝缘子材质特性：
　　4．1．1 玻璃绝缘子有较好的耐电弧和不易老化的优点，并且绝缘子本身具有自洁性能良好和零值自爆的特点。特别是玻璃是熔融体，质地均匀，烧伤后的新表面仍是光滑的玻璃体，仍具有足够的绝缘性能。并且零值或雷击后钢帽不会被炸裂掉串。
　　4．1．2 复合绝缘子主要依靠其憎水性的发挥，在防污闪方面有一定的优势。同时，该种绝缘子在耐雷击和耐老化、耐酸蚀方面有一定的劣势。造雷击等破坏后可能掉串。

　　4．1．3瓷质绝缘子材质可靠性主要是J受制造技术的影响比较大。其主要劣势是“零值”隐蔽性，钢帽可能炸裂掉串。
　　4．2绝缘子型号特征：
　　4．2．1 能不能够防污闪并不能依靠绝缘子的型号称呼上带上防污两个字就能解决问题，许多称号为防污型的绝缘子因爬电距离较大所以称呼为防污型的，到底能否有效防污闪还得看具体的几何结构，例如目前运用极为广泛的钟罩型玻璃钢化绝缘子爬电距离大，防雷、防闪过电压效果好；但由于其结构上讲，比较容易积污，目前国电公司通报发生污闪的也以该类型居多，因此就其应用场合是应该有所选择的。
　　4．2．2 双伞型防污瓷质绝缘子因长时期清洗所得积污值均比较小，因此其防污能力是具有实际效果的。但是从其结构上讲爬电距离的有效系数是小于1．0的，
　　在雨雾状态容易形成闪烙通道，其使用又受到局限。
　　4．2．3 合成绝缘子是目前一致举荐的良好的防污闪材料，但其可靠性能目前尚处于探索阶段，部分运行经验表明合成绝缘子的防雷性能并不是特别理想。
　　4．3 耐张串特性
　　就耐张串绝缘子来说，由于其耐张串的绝缘子在线路中的位置结构原因，从多年以来的现场比较来看，耐张串绝缘子不易积污(但安装中要注意需倒装线路上(的绝缘子积水问题)，但零值与自爆比直线串绝缘子要多。因此其选择瓷质还是玻璃钢化的，选择绝缘子的几何形状是很有讲究的，应当用低值自爆，不易积污的。比如在2008年度对广东某地高压电网全网瓷质绝缘子共83155片进行零值、低值测试，统计分析得：全网瓷质绝缘子综合零(低)值率为0．673‰片，其中耐张绝缘子零(低)值率为1．09‰片，直线(含跳线)绝缘子零(低)值率为0．178‰片。
　　5 总结
　　综上所述，笔者认为在选用绝缘子时应有以下准则：
　　（1）在山区，因大气污染程度较低，主要电气故障是雷击跳闸，宜配置大爬距、深梭棱、钟罩式钢化玻璃绝缘子；以减少线路遭雷击后的建弧跳闸几率。
　　（2）在大气污染程度相对较高的平原区，输电铁塔也不是区域中的最高物体；宜配置复合绝缘子，以减少局部污闪的几率。
　　（3）对于使用瓷质绝缘子挂网运行的，双伞防污型宜调整到污染程度稍高，但遭雷击几率稍低的平地区域使用。同样，制造工艺良好瓷质绝缘子宜在水泥粉尘等酸化、老化比较严重的地区使用。
　　（4）无论在何种地形条件，耐张串绝缘子宜使用钢化玻璃绝缘了。
　　6 结束语
　　输电线路绝缘子是电力系统的重要组成部分，绝缘子性能的优劣直接影响到线路的输供电，同时随着用户对电能质量和供电可靠性要求的不断提高，对绝缘子合理应用的要求也越来越高， 因此绝缘子的选择与维护是电力系统的一个重要问题。目前电力系统常用的瓷、玻璃、复合绝缘子各有优点和缺点，因此应当加快绝缘子的分析与研究工作，不断改进和提高绝缘子的运行性能，综合应用绝缘子，扬长避短，从而满足电力系统输供电各项要求。
　　

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