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摘要:电网因污闪而跳闸的事故日益上升,污闪引发电网事故的威胁越来越严重了。事故发生时,往往造成多条线路、多个变电所失电,甚至引起系统振荡,从而引起解裂,造成电网大面积停电,后果严重。防止污闪事故发生,从线路绝缘子选型用开始,提高电网绝缘程度,减少并杜绝污闪跳闸,确保电网安全可靠运行。
关键词:电网;污闪;绝缘子;防污
中图分类号:U225.4+3文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-03-0062-02
一、绝缘子污闪的简要机理和影响污闪放电的因素
电气绝缘子污闪的三要素是,绝缘子表面积污、污层湿润和一定的电压条件。其过程是,在潮湿气象条件下污物绝缘表面受潮湿润后,在绝缘表面形成一层导电膜,再加上绝缘表面的泄漏距离不足时,从而会出现强烈的放电现象。在这种条件下跨越干区的放电形式为电弧放电,电弧呈黄红色并作频繁伸缩的树枝形态,放电通道中的温度可增加到热游离的程度。与此相对应泄漏电流脉冲值较大,可达数十或数百毫安,局部小电弧越强烈,相应的泄漏电流值越大在一定条件下,局放电弧会逐渐沿面伸展并最终完成闪络,是电、热、化学混为一体的气体和局部电弧,是热动力平衡复杂的变化过程。简要地可将污闪放电过程分为四个阶段,即绝缘子表面的积污,污秽层的湿润,局部放电的产生和发展并导致沿面闪络。
二、绝缘子表面的积污分析
绝缘子表面的积污过程是绝缘子在户外受到雨、雪、雾、露、日照、污染、大气、风力、重力、静电力等多种因素影响的一个复杂动态过程。在同一地区相同的空气流动速度下不同形状的绝缘子积污量是不同的。因为绝缘子外形,决定了绝缘子附近的气流特性,形状较简单的、在不会形成涡流的光滑表面上积污量少,相反在容易形成涡流和湍流以及使气流速度降低的部位有利于污秽的沉积,气体动力学特性较好的绝缘子积污量较少。图1(a)所示的绝缘子的棱间凹槽处就容易积污,图1(b)所示为按空气动力学原理设计的伞裙,不易积污,当然,适应于任何污秽条件的绝缘子造型是不存在的。当前,工业的发展伴随而来的是日益严重的环境污染,煤灰, 化工 , 炼铁, 水泥 , 等粉尘的高污染工业和沿海的高盐密度自然条件下加快了绝缘子表面的积污速度。这些积污的绝缘子遇到如大雾,毛毛雨,雨夹雪,潮湿的恶劣天气时,绝缘子便在酸雨,雾淞,泥雨的污染包裹之中,及易发生污闪,污闪事故也就日益增多,致使污染严重地区的发输电设备不能正常可靠运行。另外,静电对绝缘子的积污有一定的影响,有文献认为绝缘子上的电场能使污秽物积留,通常盐密要高出3%—5%,并且提出绝缘子下表面带电积污是不带电积污的1.3倍。
三、绝缘子的型式选择比较与污闪情况
常用的悬式绝缘子型式有普通型、流线型(草帽型)、钟罩型和双伞型等。我国应用最多的双伞性防污绝缘子因具有光滑而倾斜的群边,伞下无棱、上下表面光滑,涡流区小,属空气动力型,积污量较小,根据统计积污量只有普通型的一半,实践证明,这种绝缘子发生污闪事故少,深受运行人员欢爱,但这种绝缘子由于是双伞型结构,制造工艺复杂,制造不能采用自动模压一次成型。普通型悬式瓷绝缘子是使用历史最悠久的一种悬式绝缘子,他的特点是结构形状简单,造价低,只能用于清洁地区使用。草帽型悬式瓷绝缘子的伞盘直径特别的大,伞下光滑无棱,流线型结构,使用特点是将其穿插在线路绝缘子悬垂串的上部和中部,特大的盘径结构可以起到抑制冰溜和鸟粪造成的线路污闪络情况发生。而钟罩型耐污绝缘子能一次模压成型,工艺简单,但是它积污较快,钟罩棱深,气流在棱内易形成旋涡,难于清扫,在多粉尘区污闪发生频繁,用于空气潮湿多雾的地区,防污效果不理想,只用于盐雾而少雨的地方。据资料,我国电网发生的污闪事故中钟罩型绝缘子污闪事故最多,如华东某500kV电网运行10近年来,NGK型钟罩绝缘子的污闪跳闸率竟高达90次/(100km.a),随着电网的发展,运行中的绝缘子数量增长及快,运行部门沿用的一年一次防清扫要花费大量的人力物力而力所不及,特别是改定期清扫为状态清扫的单位,如果大量使用罩型绝缘子绝缘子,污闪将无法得到有效控制,因些建议尽快更换。
普通型玻璃绝缘子的积污和抗污闪能力,与瓷绝缘子没有明显的差别,但玻璃绝缘子在发生故障时能够零值自破,无需检零,机械强度高性能稳定,同时玻璃绝缘子的爬距大,泄露比距高,耐弧性能比瓷绝缘子好,污闪重合的成功率高于瓷绝缘子,可缩短事故点的查找时间并降低停电损失。
近年来有机复合材料的应用越来越广泛,包括合成绝缘子,利用其结构的优越性和自身的防污秽能力,不仅憎水防污性能,还大大提高了输电线路的防污闪能力,而且由于其质量轻、少维护、少清扫使线路的运行工作大为降低,已成为最有效的防污手段之一。但是,采用有机复合绝缘子后,由于其本身的特性,绝缘子的机械强度和安全系数应给予足够的重视,并要求定期进行机械强度抽样试验,积污和老化问题较无机材料制成的绝缘子严重,目前尚无有效的检测手段和判断标准,有机复合绝缘子串的长度一般较对应耐污水平的电瓷绝缘子串短,当使用均压环时空气间隙将减小,因而往往造成线路耐雷水平下降。有机复合绝缘子的质量轻,只有对应瓷绝缘子的不到1/6,更换时要注意风偏角的核算,必要时需采取加重锤的技术措施。
四、绝缘子安装形式与防污闪
安装方式影响积污量,绝缘子串可以有悬垂串绝缘子、水平串绝缘子和V形绝缘子三种不同的安装方式,见图2。悬式绝缘子是输变电中使用最多的绝缘部件,可分为单垂和双垂、盘形和棒形。线路绝缘子悬挂的方式对发生污闪事故有很大影响,同一污区同一型号的绝缘子,悬垂串绝缘子串的积污最严重,水平耐张的积污量只是悬垂的一半,而发生的污闪事故只有悬垂的1%,据我们几年运行污闪统计的110次线路污闪事故中没有一次是耐张绝缘子串,究其原因,水平串绝缘子上、下表面均能被雨水冲刷,其自洁性最好。
近年来在500kK超高压线路上普遍使用了双悬垂绝缘子串,根据资料,华东某500kK线路投运一年连继发生11次发生串型污闪事故,80%是双悬垂绝缘子串;有资料,500kK电网33串绝缘子发生污闪事故,其中双悬垂绝缘子串就有16串,而双悬垂绝缘子串仅占绝缘子串数的15%。试验证明了双悬垂串污闪电压比单悬垂绝缘子串降低10%,这可能是由于局部放电发展成闪络的途径较多,通常由多个盘型式绝缘子构成的悬式绝缘子串的放电一般是沿绝缘子表面发生的,特别是污秽下的闪络,但有时由于绝缘子串的空气间隙小于沿面放电距离,可能引起沿空气间隙放电,当绝缘子串较长时,闪络路径一般是直接沿间隙发展,而与绝缘子爬距无关,因而增加闪络概率,所以双悬垂绝缘子串的爬距需适当增加。
V形串绝缘子的受污程度介于悬垂串和水平串之间这种串形的绝缘子设计的原则应该是适当增加爬电距离,兼顾自清洗作用的发挥,而且结构不能太复杂。据试验通常比悬垂绝缘子串提高污闪电压20%左右。
我国电网变电站选用绝缘子以选用大小伞结构为多,大小伞结构是以大小伞交错连串,大伞掩护小伞而不易受潮,保持小伞的相对干燥,当小伞污秽层被饱和受潮时,大伞污秽物又被自洁,对泄漏电流有抑制作用。对于枢纽变电所、大电源点应根据重要程度采取增加绝缘的防污闪措施。
在现场施工一定要按施工工艺进行,瓷瓶表面一定要干净,平整,粘接剂薄厚应均匀,接口要对齐,压平.使用增爬裙的尺寸与瓷瓶的尺寸要合适,匹配。对于变化多端的气象条件,新的环境卫生、污染湿沉降物等与绝缘子污闪的直接或间接的关系我们要去完成试验和进一步的研究,取得更好的防污闪措施的应用
五、合理选择绝缘子爬电距离
在绝缘子的铁帽和铁脚之间,沿绝缘子表面的最短距离称为爬电距离,如图3中A、B两点间虚线所示距离。多元件串接或迭接的绝缘子,其总爬电距离为各元件爬电距离之和。爬电比距,又称泄漏比距或爬距,为绝缘子总爬电距离除以电网额定线电压。绝缘子的爬距形状、大小、结构和污闪电压密切相关,实际上对绝缘子污闪特性试验,多数各型号的绝缘子污闪电压并不与爬距成正比。它们之间的关系与绝缘子结构、伞型、直径、断面形状、几何尺寸以及安装方式等密切相关。因此,必须正确对绝缘子选型,要全面考核各类型绝缘子的几何爬距的有效问题,对各不同耐性能的绝缘子按修正系数进行修正。
关键词:电网;污闪;绝缘子;防污
中图分类号:U225.4+3文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-03-0062-02
一、绝缘子污闪的简要机理和影响污闪放电的因素
电气绝缘子污闪的三要素是,绝缘子表面积污、污层湿润和一定的电压条件。其过程是,在潮湿气象条件下污物绝缘表面受潮湿润后,在绝缘表面形成一层导电膜,再加上绝缘表面的泄漏距离不足时,从而会出现强烈的放电现象。在这种条件下跨越干区的放电形式为电弧放电,电弧呈黄红色并作频繁伸缩的树枝形态,放电通道中的温度可增加到热游离的程度。与此相对应泄漏电流脉冲值较大,可达数十或数百毫安,局部小电弧越强烈,相应的泄漏电流值越大在一定条件下,局放电弧会逐渐沿面伸展并最终完成闪络,是电、热、化学混为一体的气体和局部电弧,是热动力平衡复杂的变化过程。简要地可将污闪放电过程分为四个阶段,即绝缘子表面的积污,污秽层的湿润,局部放电的产生和发展并导致沿面闪络。
二、绝缘子表面的积污分析
绝缘子表面的积污过程是绝缘子在户外受到雨、雪、雾、露、日照、污染、大气、风力、重力、静电力等多种因素影响的一个复杂动态过程。在同一地区相同的空气流动速度下不同形状的绝缘子积污量是不同的。因为绝缘子外形,决定了绝缘子附近的气流特性,形状较简单的、在不会形成涡流的光滑表面上积污量少,相反在容易形成涡流和湍流以及使气流速度降低的部位有利于污秽的沉积,气体动力学特性较好的绝缘子积污量较少。图1(a)所示的绝缘子的棱间凹槽处就容易积污,图1(b)所示为按空气动力学原理设计的伞裙,不易积污,当然,适应于任何污秽条件的绝缘子造型是不存在的。当前,工业的发展伴随而来的是日益严重的环境污染,煤灰, 化工 , 炼铁, 水泥 , 等粉尘的高污染工业和沿海的高盐密度自然条件下加快了绝缘子表面的积污速度。这些积污的绝缘子遇到如大雾,毛毛雨,雨夹雪,潮湿的恶劣天气时,绝缘子便在酸雨,雾淞,泥雨的污染包裹之中,及易发生污闪,污闪事故也就日益增多,致使污染严重地区的发输电设备不能正常可靠运行。另外,静电对绝缘子的积污有一定的影响,有文献认为绝缘子上的电场能使污秽物积留,通常盐密要高出3%—5%,并且提出绝缘子下表面带电积污是不带电积污的1.3倍。
三、绝缘子的型式选择比较与污闪情况
常用的悬式绝缘子型式有普通型、流线型(草帽型)、钟罩型和双伞型等。我国应用最多的双伞性防污绝缘子因具有光滑而倾斜的群边,伞下无棱、上下表面光滑,涡流区小,属空气动力型,积污量较小,根据统计积污量只有普通型的一半,实践证明,这种绝缘子发生污闪事故少,深受运行人员欢爱,但这种绝缘子由于是双伞型结构,制造工艺复杂,制造不能采用自动模压一次成型。普通型悬式瓷绝缘子是使用历史最悠久的一种悬式绝缘子,他的特点是结构形状简单,造价低,只能用于清洁地区使用。草帽型悬式瓷绝缘子的伞盘直径特别的大,伞下光滑无棱,流线型结构,使用特点是将其穿插在线路绝缘子悬垂串的上部和中部,特大的盘径结构可以起到抑制冰溜和鸟粪造成的线路污闪络情况发生。而钟罩型耐污绝缘子能一次模压成型,工艺简单,但是它积污较快,钟罩棱深,气流在棱内易形成旋涡,难于清扫,在多粉尘区污闪发生频繁,用于空气潮湿多雾的地区,防污效果不理想,只用于盐雾而少雨的地方。据资料,我国电网发生的污闪事故中钟罩型绝缘子污闪事故最多,如华东某500kV电网运行10近年来,NGK型钟罩绝缘子的污闪跳闸率竟高达90次/(100km.a),随着电网的发展,运行中的绝缘子数量增长及快,运行部门沿用的一年一次防清扫要花费大量的人力物力而力所不及,特别是改定期清扫为状态清扫的单位,如果大量使用罩型绝缘子绝缘子,污闪将无法得到有效控制,因些建议尽快更换。
普通型玻璃绝缘子的积污和抗污闪能力,与瓷绝缘子没有明显的差别,但玻璃绝缘子在发生故障时能够零值自破,无需检零,机械强度高性能稳定,同时玻璃绝缘子的爬距大,泄露比距高,耐弧性能比瓷绝缘子好,污闪重合的成功率高于瓷绝缘子,可缩短事故点的查找时间并降低停电损失。
近年来有机复合材料的应用越来越广泛,包括合成绝缘子,利用其结构的优越性和自身的防污秽能力,不仅憎水防污性能,还大大提高了输电线路的防污闪能力,而且由于其质量轻、少维护、少清扫使线路的运行工作大为降低,已成为最有效的防污手段之一。但是,采用有机复合绝缘子后,由于其本身的特性,绝缘子的机械强度和安全系数应给予足够的重视,并要求定期进行机械强度抽样试验,积污和老化问题较无机材料制成的绝缘子严重,目前尚无有效的检测手段和判断标准,有机复合绝缘子串的长度一般较对应耐污水平的电瓷绝缘子串短,当使用均压环时空气间隙将减小,因而往往造成线路耐雷水平下降。有机复合绝缘子的质量轻,只有对应瓷绝缘子的不到1/6,更换时要注意风偏角的核算,必要时需采取加重锤的技术措施。
四、绝缘子安装形式与防污闪
安装方式影响积污量,绝缘子串可以有悬垂串绝缘子、水平串绝缘子和V形绝缘子三种不同的安装方式,见图2。悬式绝缘子是输变电中使用最多的绝缘部件,可分为单垂和双垂、盘形和棒形。线路绝缘子悬挂的方式对发生污闪事故有很大影响,同一污区同一型号的绝缘子,悬垂串绝缘子串的积污最严重,水平耐张的积污量只是悬垂的一半,而发生的污闪事故只有悬垂的1%,据我们几年运行污闪统计的110次线路污闪事故中没有一次是耐张绝缘子串,究其原因,水平串绝缘子上、下表面均能被雨水冲刷,其自洁性最好。
近年来在500kK超高压线路上普遍使用了双悬垂绝缘子串,根据资料,华东某500kK线路投运一年连继发生11次发生串型污闪事故,80%是双悬垂绝缘子串;有资料,500kK电网33串绝缘子发生污闪事故,其中双悬垂绝缘子串就有16串,而双悬垂绝缘子串仅占绝缘子串数的15%。试验证明了双悬垂串污闪电压比单悬垂绝缘子串降低10%,这可能是由于局部放电发展成闪络的途径较多,通常由多个盘型式绝缘子构成的悬式绝缘子串的放电一般是沿绝缘子表面发生的,特别是污秽下的闪络,但有时由于绝缘子串的空气间隙小于沿面放电距离,可能引起沿空气间隙放电,当绝缘子串较长时,闪络路径一般是直接沿间隙发展,而与绝缘子爬距无关,因而增加闪络概率,所以双悬垂绝缘子串的爬距需适当增加。
V形串绝缘子的受污程度介于悬垂串和水平串之间这种串形的绝缘子设计的原则应该是适当增加爬电距离,兼顾自清洗作用的发挥,而且结构不能太复杂。据试验通常比悬垂绝缘子串提高污闪电压20%左右。
我国电网变电站选用绝缘子以选用大小伞结构为多,大小伞结构是以大小伞交错连串,大伞掩护小伞而不易受潮,保持小伞的相对干燥,当小伞污秽层被饱和受潮时,大伞污秽物又被自洁,对泄漏电流有抑制作用。对于枢纽变电所、大电源点应根据重要程度采取增加绝缘的防污闪措施。
在现场施工一定要按施工工艺进行,瓷瓶表面一定要干净,平整,粘接剂薄厚应均匀,接口要对齐,压平.使用增爬裙的尺寸与瓷瓶的尺寸要合适,匹配。对于变化多端的气象条件,新的环境卫生、污染湿沉降物等与绝缘子污闪的直接或间接的关系我们要去完成试验和进一步的研究,取得更好的防污闪措施的应用
五、合理选择绝缘子爬电距离
在绝缘子的铁帽和铁脚之间,沿绝缘子表面的最短距离称为爬电距离,如图3中A、B两点间虚线所示距离。多元件串接或迭接的绝缘子,其总爬电距离为各元件爬电距离之和。爬电比距,又称泄漏比距或爬距,为绝缘子总爬电距离除以电网额定线电压。绝缘子的爬距形状、大小、结构和污闪电压密切相关,实际上对绝缘子污闪特性试验,多数各型号的绝缘子污闪电压并不与爬距成正比。它们之间的关系与绝缘子结构、伞型、直径、断面形状、几何尺寸以及安装方式等密切相关。因此,必须正确对绝缘子选型,要全面考核各类型绝缘子的几何爬距的有效问题,对各不同耐性能的绝缘子按修正系数进行修正。