高壓輸電線路復合絕緣子發熱機理的研究

摘要：近年來，隨著復合絕緣子在高壓輸電線路中的普遍應用，曾發生過多次因為復合絕緣子異常發熱導致的貫穿性、芯棒脆斷等一些安全事故。借助紅外熱像法對復合絕緣子中存在的模擬與實際缺陷進行拍攝熱像圖，進而分析復合絕緣子進行發熱的機理。通過研究復合絕緣子進行發熱的機理，得出局部放電、絕緣護套老化以及水份介質損耗這三個方面就是導致復合絕緣子能夠發熱的主要原因。文章著重從這三個方面進行分析復合絕緣子的發熱機理。

關鍵詞：高壓輸電線路；復合絕緣子；發熱機理

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0121-02

復合絕緣子在運行中，發生絕緣變化時通常與發熱情況有關。而局部放電、電阻損耗以及介質損耗都將可能導致絕緣子局部產生溫度升高的情況。按照發熱的程度，了解絕緣子結構中存在的放電缺陷以及內部破損等問題，但是，如果其發熱的程度非常的小，不使用相應的儀器設備是不會發現的。所以，通常均會采用紅外熱像法進行相應的發熱檢測。利用這樣的方法不需要操作人員直接接觸絕緣子，可以利用紅外成像儀對絕緣子的溫度情況進行拍攝，操作不僅非常簡單，還具有非常高的安全性。

1 局部放電

從理論上來說，由于絕緣護套或者芯棒的破損，滲入一定量的水分，在化學與電場的共同作用下將芯棒腐蝕，最后造成芯棒的斷裂。在水份進行腐蝕的過程中，破損的地方通常都會具有一定的場強，進而導致局部放電。在電壓正常運行的狀態下，絕緣子的材料不會出現局部放電的情況；如果在絕緣子的表面上存在一些污漬或者周圍環境以及天氣狀況不良的時候，就有可能出現局部放電的情況，但是這樣的放電方式所產生的熱量非常容易分散，不會進行積累。只有由于材料內部缺陷而出現的局部放電才有可能積累熱量，致使材料的溫度不斷升高。本文對三個具有不同缺陷的絕緣子開展加壓發熱試驗：一號絕緣子，在芯棒與護套的交界處嵌一半徑為0.6毫米、15厘米長的細銅絲，并且一定要與高壓金具相連；二號絕緣子，在芯棒與護套的交界處嵌一長度為15厘米的細銅絲，并且距高壓金具的距離為9厘米；三號絕緣子，高壓金具接頭與第一片傘群之間的護套開裂，芯棒膨脹。分別向這三個絕緣子施加60千伏的交流電壓，在10分鐘之后，利用紅外成像儀拍攝其熱像圖。通過觀察可以看出，一號絕緣子的發熱點主要集中在銅絲的端部，二號絕緣子沒有發熱點，三號絕緣子的發熱點主要集中在出現缺陷的地方。為了更加深入地證明絕緣子的發熱是由于局部放電而造成的，繼續向三號絕緣子施加80千伏的電壓，可以看出其溫度明顯升高，并且伴隨著非常大的放電聲音。由此可以看出，絕緣子內部出現局部放電情況可以導致其局部出現溫度升高的現象。

2 絕緣護套老化

通常情況下，復合絕緣子的絕緣電阻都是比較大的，因此其流過的相應電流均是微安級的。如果某處的電阻減小到一定的范圍，就會導致其流過的電流增大，進而出現電阻損耗的情況，引起局部發熱。電流流過的時候就會產生焦耳熱，提高絕緣子的表面溫度。局部發熱的情況也是需要適當的電阻值，過大或者過小都不會發生這樣的情況。針對這樣的情況，對相應的實際缺陷進行分析、檢測、研究，以佛山供電局鐵塔B相絕緣子為例進行深入的研究。在鐵塔的底部有很多的毛刺，電壓正常運行的時候，會有電暈放電現象的出現，在第一傘群下部分的護套經常會因為受到長時間的電暈腐蝕而發生嚴重的老化現象，相應的絕緣電阻就會減小至每厘米500兆歐，正常情況下電阻的阻值一定會保持每厘米2500兆歐以上，通過檢測觀察可以發現，老化部分的溫度有明顯升高的現象。除此之外，還可以使用DL-1型在線檢測儀測試絕緣子周圍的電場強度，在施加高壓的地方有明顯的電場場強下降的情況，這時將電壓減小至60千伏，絕緣子不會再出現電暈的情況，相應的場強也在高壓端降了下來。與此同時，為了證明這種發熱情況是由護套老化引起的，而不是芯棒破損引起的，可以去除部分護套，在進行加壓處理，之后拍攝熱像圖以及繪制相應的場強曲線。通過觀察可以看出，第一傘群的下部沒有明顯的發熱情況，場強的分布情況也恢復了正常；但是在高壓金具的端頭出現了異常發熱現象，即使降壓排暈也會繼續發熱，出現這種現象的原因不是非常明朗。上述檢測結論說明，只有具備適當的電阻值才可以致使局部發熱，并且是在電阻值減小的地方出現發熱情況。

除此之外，還需值得關注的因素就是，在流過足夠的電流以及外界環境不利于散熱的情況下，也會出現發熱的情況。原因就是材料表面的污漬會在外部環境的影響下導致電阻值的減小，進而產生發熱現象。

3 水份介質損耗

水是具有非常強極性的物質，并且還具備非常高的介電系數，當將其放置在交變電場中的時候，相應的水分子就會隨著電場轉變的方向進行不斷的變化，也就是反復極化現象。在水分子的不斷轉向中就會發生互相的摩擦與碰撞，進而損耗部分產生的能量，將其轉化為熱量，致使水份的溫度不斷升高。所以，在破損縫隙中存在的水份能夠在電場的作用下出現介電損耗，進一步導致出現發熱現象。為了證明這個觀點，可以在加壓的三號絕緣子上注入少量的水，通過觀察可以看出注水的部分有明顯的發熱現象；為了進一步說明水份的作用，注入大量的水，通過觀察可以發現發熱的現象更加明顯。這些可以充分說明在不同時間檢測絕緣子的發熱程度不同的原因。同時，如果水份蒸發掉了其相應的溫度也就降低了。其相應的試驗就是在三號絕緣子的護套上進行打孔注水，之后再進行加壓處理，通過觀察可以看出打孔注水部分的溫度要比其他地方的溫度低，由此可以看出，水份引起的發熱情況，在某種程度上需要限制水份的蒸發。在實際檢測過程中，滲入的水份具有兩種效果：發熱、散熱，所以水份對于絕緣子溫度的影響是非常復雜的。

4 結語

綜上所述，當絕緣子內部發生局部放電的時候，就導致絕緣子的溫度升高，進而發熱。如果高壓端的絕緣材料出現導通性的缺陷，那么就會非常容易導致出現局部放電的情況，要是沒有與其金具進行連接或者在中部出現絕緣現象就不會發生局部放電的情況，也就不會發熱。相應的水份介質損耗也會導致絕緣子的溫度升高，并且還可能進行蒸發散熱。所以水份因素對于絕緣子發熱的影響是非常復雜，水份滲入的越多，其發熱的情況就越加嚴重。除此之外，絕緣護套老化之后，就會引起絕緣電阻的減小，進而出現電阻損耗發熱的情況。所以，為了確保輸電線路的安全可靠性，一定要對其復合絕緣子發熱的機理進行深入的研究。

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作者簡介：孫君錄（1975-），河南鄧州人，河南省電力公司平頂山供電公司助理工程師，高級技師；肖春偉（1978-），河南葉縣人，河南省電力公司平頂山供電公司技術員，高級技師。