1、对合成绝缘子雷击闪络问题的分析和意见摘要 结合广东省的运行情况，对合成绝缘子耐雷性能的两面性进行了分析，提出了对合成绝缘子的评价应因地制宜、综合考虑。文章指出，合成绝缘子在广东省电力系统中运行是良好的。文章针对多雷区的具体情况，提出了增加干弧距离的意见，并建议修改现标准。关键词 输电线路 合成绝缘子 雷击闪络 耐雷水平 建议广东省电力系统中合成绝缘子现今已有约 5 万支在运行，已成为广东省输电线路的重要组成部分，而且今后还将进一步扩大使用。总体来说，广东省合成绝缘子的运行情况良好，不仅以优异的防污性能很好地解决了污秽地区的外绝缘防污问题，而且其免维护的特点也解决了人力资源和维护费用昂贵的问题，
2、收到了良好的经济效益和社会效益。但合成绝缘子的雷击闪络问题较为突出，特别是在 110 kV 电压等级中。据悉，其它地区也有类似问题。为了正确认识和处理此问题，本文结合广东省的具体情况进行了分析。1 合成绝缘子耐雷性能具有两面性与瓷或玻璃绝缘子相比，合成绝缘子优异的防污性能是不容置疑的，但耐雷性能却有着两方面因素。有利因素是它不会发生瓷绝缘子那样的“零值”与玻璃绝缘子那样的“自爆”现象，因而可在运行中保持整串绝缘子有较高的耐雷水平；不利因素是由于其伞裙直径较小，干弧距离小于瓷(或玻璃)绝缘子，亦即耐雷水平小于同长度的瓷(或玻璃)绝缘子的耐雷水平。而且电压等级越低越明显，在 110 kV 及以下电
3、压等级中，这种不利因素表现得非常突出。广东省属多雷区，这种不利因素是必须考虑的。因此对于合成绝缘子的评价应综合考虑，应根据当地的具体情况，反复实践后才可作出结论。广东省地处多雷区和雷电活动特别强烈地区(大部分地区雷电日大于 90 日)，而且合成绝缘子已大量采用，因此合成绝缘子发生雷击闪络并不足为怪。况且，所有合成绝缘子的雷击闪络均可重合成功，并未造成停电损失。近年瓷(或玻璃)绝缘子劣化程度不断加剧，探测零值绝缘子的工作越来越困难。统计表明，在广东省使用合成绝缘子后并未降低耐雷水平而是提高了。即使在 110 kV 系统也是如此。显然，合成绝缘子雷击闪络的次数与该地区雷电活动的剧烈程度和合成绝缘子
4、的使用量有关。为说明问题，表 1 列出了广东省各地区合成绝缘子雷击闪络次数和有关资料，如合成绝缘子雷击跳闸次数占总雷击跳闸次数的百分比、合成绝缘子的使用量百分比及各地区每百公里线路雷击跳闸次数、该地区的落雷密度及雷电流强度等。这些数据均由广东省雷电定位系统提供。由表 1 看出，广东省 1997 年 110 kV 系统合成绝缘子的使用比例为 30%，但它的雷击跳闸次数仅占全部雷击跳闸次数的 10%，约为其使用比例的 1/3；而 220 kV 系统的合成绝缘子使用比例为 15%，它的雷击跳闸次数仅占全部雷击跳闸次数的 3.3%，约为其使用比例的 1/5。除珠海局和使用了非标准产品的深圳局外，其它使
5、用合成绝缘子的单位都有此规律(包括使用了非标准产品的东莞局)。由表 1 还可以看出，较多使用 110 kV 合成绝缘子的东莞、深圳、中山、惠州、广州等局，都位于广东省落雷密度最大的地区，但它们的百公里线路雷击跳闸次数明显小于使用合成绝缘子很少且落雷密度小得多的肇庆局、韶关局；而根本未使用合成绝缘子且落雷密度较小的河源局，其百公里线路雷击跳闸次数也较多。此外，根据处于较强雷电活动区的中山局及惠州局的经验，线路采用合成绝缘子以后，雷击跳闸次数明显地减少了。 表 1 1997 年广东省合成绝缘子雷击跳闸次数及有关资料统计110 220电力局合成绝缘子跳闸次数1总雷击跳闸次数N2合成绝缘子跳闸比例N1
6、/N2/%合成绝缘子使用比例/%合成绝缘子跳闸次数N3总雷击跳闸次数N4合成绝缘子跳闸比例N3/N4/%合成绝缘子使用比例/%110KV百公里线路跳闸次数220KV百公里线路跳闸次数本地区落雷密度次/km2*a雷电流平均值/KA东莞 10 22 45.5 80.0 1 2 50.0 36.0 2.68 0.66 5.41 37.6深 5 9 55.6 50.0 1 1 100.0 61.0 1.34 0.36 3.85 39.6圳珠海 3 15 20.0 4.5 0 0 0 0 1.26 0 3.52 44.1广州 1 30 3.3 16.5 0 21 0 6.8 2.33 1.57 6.10
7、 33.2中山 1 8 12.5 37.5 0 1 0 78.0 2.18 0.51 4.40 38.5韶关 1 23 4.3 5.1 0 0 0 1.0 3.32 0 0.92 37.5惠州 1 16 6.3 23.4 0 0 0 0 2.78 0 3.38 36.2佛山 0 18 0 11.0 0 2 0 25.5 1.47 0.50 4.25 37.8阳江 0 5 0 6.0 0 1 0 38.5 2.23 0.39 1.94 39.3茂名 0 2 0 31.0 0 3 0 22.7 1.34 0.42 1.44 33.4汕尾 0 2 0 0 0 1 0 0 2.78 0.67 1.52
8、 49.0云浮 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.27 34.0揭阳 0 1 0 0 0 4 0 0 0.84 1.30 0.57 45.7汕头 0 0 0 18.0 0 0 0 5.2 0 0 1.05 25.1江门 0 8 0 9.5 0 6 0 10.5 0.86 1.56 2.45 39.5湛江 0 0 0 7.4 0 0 0 8.5 0 0 0.16 46.1清 0 23 0 15.2 0 5 0 0 6.90 1.49 2.08 34.7远梅州 0 12 0 1.3 0 6 0 5.1 5.60 2.63 0.90 42.5潮州 0 0 0 0 0 2 0 0 0 5.0
9、0 0.60 44.0河源 0 7 0 0 0 0 0 0 7.45 0 1.50 35.8肇庆 0 19 0 5.5 0 6 0 0.2 3.56 2.27 2.31 34.9全省 22 220 10.0 30.0 2 60 3.3 15.0 2.99 2.09 1.93 37.5以上事实说明，虽然广东省位于多雷区，但就现有的具体状况来看，使用合成绝缘子后线路的耐雷水平提高了。因此，大量推广使用合成绝缘子在广东省不仅是防污对策，也是防雷对策。但是，对其雷击闪络问题也必须引起重视。 2 足够的干弧距离是保证合成绝缘子耐雷水平的关键因素分析广东省发生雷击闪络的合成绝缘子的情况(见文献2)，发现
10、1997 年 110 kV发生雷击闪络的 38 支合成绝缘子中，有 20 支干弧距离不满足 JB/T8460-1996 所要求的 1 000 mm1。可见，干弧距离太短(未达标准)，是造成广东省合成绝缘子发生雷击闪络的主要原因之一。无疑，在属多雷区的广东省，这是应严格禁止的。另一方面，现行标准1中规定的 110 kV 合成绝缘子的干弧距离为 1 000 mm，对于多雷区，尤其是雷电活动特别强烈的地区来说，也是偏小的。按其规定，110 kV 绝缘子雷电全波冲击耐受电压为 550 kV，而其干弧距离只有 1 000 mm。这是不够的。在运行中，绝缘子是处在导线与铁塔的环抱中的，两端的电极并不是典型
11、的针对针型，因而其雷电冲击耐压必然小于典型的针对针的空气间隙。当绝缘子在厂家进行冲击耐压试验时，往往未模拟塔窗的邻近效应。所以干弧距离为 1 000 mm 的绝缘子，在厂家也都可以通过 550 kV 耐压。但在实际运行中，该干弧距离就显得偏小了。据悉，现在 IEC 有关标准的修订中，已拟将对应于 550 kV 冲击耐受水平的干弧距离改为 1 050 mm。广东省运行中仍有不少干弧距离不小于 1 000 mm 的合成绝缘子也发生了雷击闪络(其中不少是无均压环的)，这就反映了该长度偏小的问题。而且，由于广东省雷电流较大(平均为 37. 5 kA，个别地区达 49 kA)，1 000 mm 干弧距离
12、的绝缘子耐雷水平就更显不足。例如，中山局使用已加长了一个伞裙长度的绝缘子，但由于雷电流较大(57 kA,59. 3 kA)，仍发生两次雷击闪络。随着合成绝缘子在广东省使用量的迅速增长，预计该问题还会越来越多地出现。如前所述，合成绝缘子(特别是 110 kV 及以下等级的合成绝缘子)本身存在的不可克服的不利因素，使它的耐雷水平先天劣于同长度的瓷(或玻璃)绝缘子，因此，只有将其加长才能保持原有的耐雷水平。该长度稍微加长，并不会明显影响杆塔结构，但对合成绝缘子耐雷水平的提高却是明显的。总之，对于地处多雷区及雷电活动特别强烈地区且雷电流又较大的广东省，应严格禁止使用干弧距离小于现有标准的合成绝缘子。同
13、时，对于 110 kV 合成绝缘子，干弧距离最好不小于 1 050 mm。对于雷电易击点所使用的合成绝缘子，更应适当加长。3 均压环对合成绝缘子的保护作用为达到均压的目的，500 kV 的合成绝缘子须在两端配置均压环；220 kV 的只需在高压端配置；110 kV 无需配置。这在现行标准1中已有规定。但是，对于运行中的合成绝缘子，需要有一种在发生闪络时能将电弧拉开以保护绝缘子硅橡胶表面及其端部的保护装置。实践证明，这种保护装置对保证合成绝缘子的安全运行及减少停电损失是十分必要的。均压环实际上可以起到这种作用。目前，110 kV 合成绝缘子在运行中也常常配置均压环，但配置方式是否合理将大大影响合
14、成绝缘子的运行性能。要起到上述保护作用，必须在绝缘子两端都配置均压环。若只在高压端配置，并不能将电弧由绝缘子表面引开，也不能保护另一个端部。这样的配置既起不到保护作用，又减少了干弧距离，降低了耐雷水平，这是最错误的一种配置。广东省发生雷击闪络的 110 kV 绝缘子大多数就是这样配置的。两端配置均压环无疑会降低绝缘子的耐雷水平(根据某厂的试验结果，110 kV 合成绝缘子雷电冲击闪络电压与配置均压环的关系为：配置一个均压环，下降约 5%；配置两个均压环，下降约 8%)，但可以使绝缘子的表面特别是端部得到保护，因此虽然配置均压环后遭雷击时可能会发生闪络引起跳闸，但闪络只是在两均压环之间发生，受损
15、的仅仅是均压环，而绝缘子得到了保护，且可以成功地重合闸，其影响仅仅是线路跳闸率高一些，并无实际损失。只要雷击跳闸率可以接受(不致使线路开关检修过于频繁)，这种配置是合理的。实际上，国外的做法是，宁肯检修开关频繁些，也不愿发生重合闸不成功的线路故障，因为检查线路故障远比检修开关麻烦。不装均压环当然不会降低耐雷水平，在一定程度上可以减少雷击闪络的次数。不过，一旦发生闪络(如遇到较大的雷电流时)就可能使绝缘子的表面及端部遭受严重甚至是致命的损坏，从而造成停电损失。根据广东省电力试验研究所进行的憎水性试验，合成绝缘子遭雷击闪络未被严重烧伤的伞裙大部分还具有憎水性，但烧伤严重的伞裙其憎水性几乎完全丧失3
16、，将不能保证安全运行。因此，保护伞裙不被严重烧伤是非常必要的。而绝缘子端部金具的损坏一方面可能导致密封的损坏，引起内绝缘下降，另一方面机械强度也可能受到影响，引发掉串等恶性事故，这正是电力部门最为忌讳的。而且不装均压环对合成绝缘子本身的质量要求也提高了，一方面其内绝缘须能耐受住雷电在表面闪络时引起的陡波冲击，另外其伞裙及端部金具也须能耐受住强大的工频续流电弧作用而不被烧蚀，这是不容易做到的。广东省发生过雷击闪络的合成绝缘子中，凡两端安装了均压环的，绝缘子表面仍保持良好，仅有局部发白，不作处理仍可继续运行。在高压端安装了均压环的，一般在塔侧的金具都被烧蚀，有的伞裙烧损严重，一般需取下更换。而未装
17、均压环的则两端金具及伞裙都烧损严重，必须更换。例如惠州局运行中未装均压环，雷击闪络的绝缘子均损坏严重，伞裙被严重烧伤。其中一支端部被严重打烂，露出芯棒并已入水，另两支端部金具表面被烧蚀露出内层。由此可见，均压环的配置方式非常重要。首先，不应采用只在高压端一端配置均压环的做法；在雷击频繁的地区应同时在两端配置均压环，同时考虑适当增加绝缘子的长度。当然，也可采用能起到同样保护作用的成本又低的其它保护装置(如招弧角等)。4 结语合成绝缘子雷击闪络问题虽然突出，但并不足为怪。与瓷绝缘子或玻璃绝缘子相比，它的耐雷性能有着两面性，最终效果还取决于各地的具体情况。对广东省来说，其总体防雷效果仍优于瓷(或玻璃
18、)绝缘子，可作为广东省的防雷措施之一。但对其雷击闪络问题必须引起重视，并应采取措施以减少损失。足够的干弧距离是保证合成绝缘子耐雷水平的关键因素。在多雷区，不仅应严禁使用干弧距离不满足现行标准的合成绝缘子，而且对 110 kV 合成绝缘子的干弧距离应大于现标准1，应增为 1 050 mm；在雷电易击点，还应再适当加长。对现有标准1建议应该加以修订。在雷击频繁的地区，合成绝缘子采用保护其硅橡胶表面和端部的保护装置是十分必要的，均压环就是一种很好的保护装置。但不应采用只在一端配置的做法，而应同时在两端配置。广东省电力局制定的广东省电力系统使用合成绝缘子的暂行规定早已明确指出：“鉴于本省属多雷区，使用合成绝缘子必须注意审核其雷电全波冲击耐受电压水平满足该地点的耐雷水平的设计要求，对某些耐雷水平要求较高的地点，必要时应考虑增加合成绝缘子长度。在线路雷击跳闸频繁地区，一般应考虑绝缘子两端配置均压环以保护绝缘子本体不因闪络而损坏”。几年来的实践充分证明了这种措施是正确的。5 参考文献1全国绝缘子标准化技术委员会.JB/T8460-1996高压线路用棒型悬式复合绝缘子尺寸与特性.19962广东省电力试验研究所.广东省合成绝缘子运行总结.19983广东省电力试验研究所.运行中合成绝缘子性能检测报告.1998
