輸變電設備防污閃及絕緣子性能與增爬裙的研究

摘 要隨著電網建設步伐的加快，對輸變電設備的使用性能也提出更高的要求。然而現行輸變電設備使用中，仍面臨較為嚴重的污閃故障問題，單純依托于現有清掃方式、外絕緣控制等手段，很難達到防污閃目標，一旦有嚴重的大氣污染情況，將直接造成大面積停電，要求引入相應的防污閃技術。本文主要對輸變電設備污閃機理、輸變電設備增爬裙與絕緣子性能測試以及防污閃技術在輸變電站中的應用進行探析。

【關鍵詞】污閃故障 輸變電設備 防污閃技術 應用

污閃故障作為當前電網建設中面臨的主要問題之一，也是影響輸變電設備可靠運行的關鍵性因素。盡管近年來較多地區為控制污染問題，對外絕緣配置采用爬電比距法，且在污級確定中強調以大鹽密為依據，但并未實現杜絕污閃故障控制的目標，為整個電力系統安全帶來嚴重威脅。因此，本文對防污閃技術在輸變電設備中的應用研究，具有十分重要的意義。

1 輸變電設備污閃機理研究

現行國內較多地區電網運行中可發現，當有惡劣氣象條件出現時，會出現大范圍、長時間停電情況，直至這種氣象條件消失，供電才可恢復。一般對這種現象便稱為污閃事故，極大程度上威脅電力系統的可靠運行。從輸變電設備污閃故障產生的機理看，主要表現為外界環境影響設備外絕緣水平。例如，將輸變電設備置于干燥環境下，因存在較大污穢塵埃電阻，此時設備絕緣性能較高，可以微安級表示此時絕緣子泄漏電流。而將設備置于潮濕環境下，如毛毛雨天氣、大霧天氣等，絕緣電氣強度會因污穢層濕潤，呈現下降趨勢，泄漏電流、電導會不斷上升。一般絕緣子表面中的泄漏電流并不以均勻分布的形式存在，假若電流在鐵帽、鋼腳等位置產生較多熱量，便會形成干區，相比潮濕位置，干區的電阻將超出許多，電壓降多會由干區承受，這樣局部電弧便可能出現，且在不斷延伸中發展為完全閃絡，污閃放電由此形成。此外，不同絕緣子在閃絡機理上也存在一定差異，如瓷絕緣子，局部電弧在臨閃前將以黃紅色色彩呈現，而復合絕緣子表現為青蘭色。產生這種差異的原因主要表現在復合絕緣子應用下，泄漏電流將會被憎水性所抑制，放電現象變化極為明顯，假若憎水性能極高，很可能出現局部放電過程不存在的情況。由此可見，污閃故障的產生，極大程度上取決于外界環境變化與絕緣子性能。

2 輸變電設備絕緣子性能與增爬裙研究

2.1 絕緣子性能研究

絕緣子性能是污閃故障產生的重要原因，要求其在外界環境作用下都可維持原有的機械性能、電氣性能等，但選擇哪種絕緣子又成為防污閃工作中需考慮的重要問題。現行常用的絕緣子類型多表現在盤形瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子、長棒形絕緣子等方面。綜合比較，從壽命周期角度看，瓷絕緣子、玻璃絕緣子二者使用周期的決定性因素分別表現在絕緣件、金屬附件兩方面，且各自壽命周期分別為20年左右、40年左右。而復合絕緣子在使用周期上多維持在15年左右。而從雷擊閃絡看，絕緣材料通常不會對絕緣子性能帶來較大的影響，而決定性因素多表現在絕緣材料兩端間距方面，一般雷擊放電水平會隨間距的拉大而上升。這樣與玻璃絕緣子、瓷絕緣子相比，復合絕緣子由于干弧距離較小，放電電壓自然也會降低。若以重合成功率為出發點，比較之下，復合絕緣子在重合成功率上較高，內部擊穿可能性較低。另外，從難耐污閃憎水性角度看，與玻璃絕緣子、瓷絕緣子相比，復合絕緣子在憎水性上優勢較為明顯，但一般復合絕緣子應用中，其憎水性也可能發生變化，如性能喪失或性能減弱等。除此之外，復合絕緣子在耐污性能上優勢也較為明顯，其對于因污穢產生的熱應力可起到明顯的抵抗作用，有利于控制污閃故障下事故的產生。

2.2 RTV涂料性能研究

現行對輸變電設備外絕緣進行改善中，通常采取增加單位爬電比距的形式，但這種方法的應用需考慮到桿塔高度問題，難以開展爬電比距調整方式，此時建議引入輔助傘裙、涂料等措施。其中的涂料多以RTV涂料為主，該涂料應用下可使設備絕緣子在憎水性上不斷強化，即使潮濕環境下，絕緣子仍具有較高的耐污性能。根據以往實踐研究發現，當涂層表面因RTV涂料憎水性和憎水遷移性的影響，整個表面憎水性得到增強，一般設備耐污閃電壓在RTV涂料應用下，可提升200%。

2.3 加裝增爬裙的引入

對于變電站支柱絕緣子污閃電壓問題，在解決過程中往往需對支柱絕緣子爬距進行增加，傘距小于70mm的絕緣子，應盡可能選用增爬裙，如將三片傘加裝于支柱絕緣子中，此時將使污閃電壓提升30.1%，充分說明增爬裙加裝作用較為明顯。另外，在輔助傘裙應用方面，也能提升耐污閃電壓，具體作用主要表現為：

（1）輔助傘群應用下可滿足增加爬距要求，如硅橡膠傘裙套的應用，其本身具有較大的直徑，可使電弧爬距得以延長；

（2）對泄漏電流的限制，通常在潮濕環境下，將硅橡膠傘裙套與回路進行串接，可使泄漏電流得到限制；

（3）防冰閃與雨閃效果較為明顯，若傘間距離較短，很容易在雨水條件下出現閃絡問題，此時將直徑較大的硅橡膠傘裙套引入，能夠達到預防的目標。從現行較多地區增爬裙應用效果看，其可使融冰或雨水橋接傘群被阻斷，且有效控制融冰過程中污層電導問題的出現。

2 防污閃技術在輸變電設備中的應用

本文在研究中主要選取國內某地區作為實例，其在防污閃工作目標上主要表現為220kV變電站避免有冰閃問題發生，且110kV輸電線路、變電站避免有冰閃問題出現。在防污閃技術應用中，主要需考慮到外絕緣配置、防污閃技術標準制訂兩方面。

2.1 外絕緣配置的合理選擇

絕緣子污閃概率的影響因素多表現在其表面污穢方面，且污閃概率也與地理條件、氣候條件有關。所以絕緣子配置中，需考慮的問題將集中在區域大氣情況、積污條件與絕緣子耐污閃能力方面。在具體配置過程中，首先需做好污區圖劃分，結合設備基本運行情況、污濕特征以及污穢物質等，對區域的污穢區進行劃分。其次，在絕緣子配置中，應遵循相應的原則，無論220kV電壓等級輸電設備、500kV輸電設備，在絕緣配置方面，要求對原污區等級、額定線電壓下爬電比距、最高電壓下爬電比距等進行明確，并判斷調整后爬電比距以及新污區等級。

2.2 防污閃技術標準的制訂

在技術標準制訂中，涉及的內容包括：

2.2.1 防污閃技術應用的原則

該原則可細化為三方面內容，即：

（1）外絕緣配置。可根據不同污源進行配置，盡可能保證輸變電設備運行過程中，外絕緣的配置能夠滿足其耐污閃性能要求，若耐污閃性能較差，可采用涂料噴涂的形式。同時，在輸變電設備改造或擴建中，應注意避免在重污區進行變電站的設置；

（2）設備選型問題。根據不同級污區，可選擇不同的絕緣子設備，如合成絕緣子、防污型瓷絕緣子等，或在經濟條件與技術條件允許下，將GIS設備引入其中；

（3）防污清掃。一般變電站設備清掃中，常用的清掃方式多以停電水沖洗方式為主，假若設備污穢較為嚴重，可考慮采用帶電水沖洗，但要求做到安全操作。

2.2.2 絕緣子選擇與使用問題

根據該區域防污閃目標，考慮選用瓷絕緣子、復合絕緣子等各種類型。其中瓷絕緣子在應用過程中，要求其滿足電氣性能優良、耐污性能高、爬距大等要求，且為使線路安全運行，應在瓷絕緣子使用前做好監檢測零值、低值工作。另外，對于復合絕緣子，使用過程中要求以耐酸型芯棒為主，并控制傘群爬電系數為3.5以內。為使地距離、跨越物等要求得以滿足，還要求復合絕緣子應用下引入涂料噴涂方式，其目的在于使舞動事故、風偏放電問題得以控制。

2.2.3 涂料使用與增爬裙問題

以涂料使用為例，其在噴涂過程中需保證此時的氣象條件以無風沙、無露、無雨等為主，并保證噴涂中做到涂層無氣泡、光滑等，且使涂層在厚度上控制為0.4-0.5mm之間。另外，在增爬裙使用方面，一般對于雨閃、冰閃高發區以及無法滿足外絕緣爬電比距的情況下，增爬裙較為適用，且注意對其中硅橡膠輔助傘群的應用，其材質在阻燃性能、耐電弧性、硬度與強調等方面也許做好控制。保證這些技術標準滿足防污閃技術應用要求，才可取得良好的防污閃效果。

3 結論

防污閃技術的應用是保證輸變電設備安全可靠運行的重要途徑。實際引入防污閃技術中，應正確認識輸變電設備污閃問題產生的機理，在此基礎上分析輸變電設備中絕緣子、RTV涂料的性能以及增爬裙的應用，并在應用防污閃技術中從這幾方面著手，做好絕緣子配置、RTV涂料使用以及增爬裙方式的應用，這樣能夠有效預防輸變電設備污閃故障問題出現。

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作者簡介

顏招古（1967-），男，廣東省汕尾市人。大學專科學歷。現為中國南方電網廣東電網有限責任公司汕尾供電局電力工程技術工程師，多年從事變電設備運行、維護工作。

作者單位

中國南方電網廣東電網有限責任公司汕尾供電局 廣東省汕尾市 516600