1、防止盘形悬式绝缘子复合化后冲击过电压性能下降措旌探讨 419防止盘形悬式绝缘子复合化后冲击过电压性能下降措施探讨沈其荣、范建二、李伟(南京电气(集团)有限责任公司)摘 要：文章阐述了盘形悬式绝缘子(以下简称：绝缘子)在电力及特高压工程的应用中冲击过电压性能的重要性，以及为防止绝缘子在运行中由于污闪引起电力系统跳闸造成停电事故所采取绝缘子复合化应用趋势。通过对绝缘子复合化前后的冲击过电压击穿耐受试验比较，确定复合化后绝缘子冲击过电压性能是有所下降的，并对下降原因从砌w和玻璃(电瓷)材料性能及放电机理进行了分析，探讨了复合化绝缘子防止冲击过电压性能下降的相应措施和方法。文章阐明了在绝缘子进行R覆涂
2、中，RTV涂料的质量、覆涂工艺及控制是防止冲击过电压性能下降的关键。绝缘子复合化工作在工厂内进行自动覆涂是必然是趋势，只有这样才能保证涂料质量及覆涂工艺的稳定，以达到既保证绝缘子原有的机械强度高等优点，又提高了绝缘子憎水迁移性能。只要绝缘子制造企业、R1涂料厂家以及科研单位共同努力，复合化绝缘子的冲击过电压性能一定能够满足电力系统安全运行，并且大大提高了产品防污闪能力，绝缘子工厂复合化具有广泛应用的前景。关键词：盘形悬式绝缘子；复合化；冲击过电压；分析；措施O 引言随着工农业的发展，空气中S02和N02等气体和相应的酸类生成物增加，同时我国电力的发展，超高压、特高压线路也越来越多，以清扫为主要
3、手段的传统绝缘子防污闪方法越来越难以满足电网安全供电的要求。国家电网在上世纪90年代初开始采用在绝缘子表面喷涂R1涂料的方法来提高绝缘子防污闪能力，为了规范涂料性能和覆涂质量，国家电网先后制订或修订电力系统用常温固化硅橡胶防污闪涂料技术条件、国家电网跨区电网输变电设备外绝缘用防污闪涂料使用指导原则。近二十年来，电力施工单位和涂料制造企业贯彻落实这两个标准，在施工现场对绝缘子表面进行了喷涂防污闪涂料，通过喷涂防污闪涂料后的输变电线路大幅度降低了由于污闪造成的跳闸率，改善了电力设备外绝缘的运行安全状况。但由于施工现场喷涂，对涂料质量及喷涂工艺等控制难度大，往往造成喷涂质量不稳定，甚至极少数企业使用
4、普通工业胶代替R1涂料进行喷涂，结果造成部分线路绝缘子零值上升，给电力线路运行安全带来一定隐患。同时，施工现场喷涂产生的胶雾也影响到周边农作物生长、污染周围的环境。针对施工现场喷涂造成的各种问题，国家电网于2014年10月份确定宁夏(灵州)一浙江(绍兴)800kV特高压直流输电线路所用的绝缘子，首次采取工厂化覆涂RTv涂料的尝试，为今后特高压工程中所用的绝缘子工厂化覆涂R1涂料积累经验并逐步完善。绝缘子覆涂R1涂料就是把绝缘子的良好机电性、耐热性和组装灵活性等优点，与复合材料的憎水迁移性等耐污性能的优点很好结合起来，从而使绝缘子的防污闪能力大大提高，必然在今后特高压和超高压输电线路工程上将更加
5、的广泛应用。1 冲击过电压击穿耐受试验的目的和试验幅值确定特高压和超高压输电线路基本都是架空输电线路，其大部分暴露在地形环境较为复杂的大气中，交流1000kV和直流4-800kV的架线铁塔一般420 防止盘形悬式绝缘子复合化后冲击过电压性能下降措施探讨都在七、八十米高度。由于铁塔高度高、导线工作电压幅值大，容易在导线上产生向上先导，使架空地线(也称避雷线)的屏蔽性能变差，易遭雷击。如果雷电击中铁塔顶部或铁塔附近地线，则引起反击会造成铁塔对导线的闪络；如果架空地线失效，雷电击中导线(称为绕击)，则会造成空气问隙或绝缘子串闪络；如果雷电击中档距中央的架空地线，则会造成导、地线间空气绝缘的反击击穿。
6、根据上述分析，为了保证绝缘子在雷电过电压下不击穿，绝缘子必须具有一定耐受冲击过电压能力，对绝缘子进行冲击过电压击穿耐受试验是必要的。查有关资料得知，有架空地线的线路应具有一定耐雷水平，雷电击中铁塔顶部时，导线绝缘子串所承受的电压最大值为：Vi=附Rch+L昏警)+h。面dV(1一R)式中：B一铁塔分流系数；I一雷电击中铁塔顶部时总的雷电流(kA)；Rch一铁塔冲击接地电阻(Q)；Lgh一铁塔电感(斗H)；h。，一导线平均高度(m)；R一导线与地线问耦合系数，决定于导线、地线的几何尺寸及其排列位置；t一时间(s)。上述研究结论，在线路运行的绝缘子承受的标准雷电过电压与铁塔雷电流、接地电阻、电感、
7、高度、保护角等因素有关，与绝缘子单片的盘径、高度等因素无关。根据GB3111高压输变电设备的绝缘配合等技术文献，高压线路绝缘子一般悬挂片数和线路上单片绝缘子实际承受雷电冲击耐受电压见表1。实际上，不同地区、不同环境，例如高海拔地区、重污秽的地区或重要的塔上所用绝缘子串的片数还要增加。直流输电线路上所用绝缘子串的片数，一般情况下500kV线路的绝缘子串片数为4045片，800kV线路的绝缘子串片数为6478片。当然不同类型绝缘子要求串的片数也不同。考虑单片绝缘子承受的标准雷电冲击过电压可达到35倍，所以选取冲击过电压为300350kV较为合适。表1绝缘子串片数与单片绝缘子承受雷电冲击耐受电压系统
8、标称电压 雷电冲击耐受电压 绝缘子串片数 单片绝缘子承受雷电冲击耐受电压(有效值kv) (峰值kV) (片) (峰值kV)(按电压分布线性计算)35 185 3 6166 325 5 65110 450 7 64220 950 1315(14) 67330 1175 1719(181 65550 1675 2228(261 64765 2400 3540(35、 682复合化绝缘子的冲击过电压试验及性能下降的原因分析我们选取了国内RTv涂料行业排名靠前的四家生产企业，分别对我公司生产420kN、550kN玻璃绝缘子进行了覆涂棕色、白色RTv涂料试验研究。在覆涂前，对该批产品按GBT20642标
9、准进行冲击过电压击穿试验，通过试验后，对该批产品分别进行白、棕红色覆涂工作，覆涂方式为：手工喷涂、机械化工厂喷涂、机械化工厂浸涂、通过试验对比分析覆涂Rrv涂料前后产品的冲击过电压试验数据，我们得到绝缘子在覆涂RTV涂料后冲击过电压性能是有所下降，白色比棕色冲击过电压性能要好。白色大约比棕色电压高于110到125倍，影防止盘形悬式绝缘子复合化后冲击过电压性能下降措施探讨 421响因素是棕色颜色中合有铁等元素；工厂化覆涂比手工覆涂冲击过电压性能要好，其电压影响因素在110到130倍。主要影响是涂料与绝缘子之间附着力、绝缘子表面涂料均匀性、气泡、夹渣等因素；涂料厂家生产的涂料也有差别，好的涂料厂家
10、好的涂料比次的涂料厂家的涂料高于110到130倍。在同批产品、同样试验设备、同样环境和人员进行冲击过电压试验，以上影响总的因素其冲击过电压相差幅度在11到135倍。通过已经试验的结果，能够通过试验的产品冲击过电压在260kV至410kV之间，大部分产品能够通过电压在290kV至320kV之间。对于复合化绝缘子的冲击过电压性能下降的原因，我们首先从了解其所涉及的材料性能人手，绝缘子在没有涂覆RTV涂料前是单一材料玻璃(或瓷)。但在涂覆R1涂料后就涉及到了R1V、玻璃(或瓷)及空气三种材料，这些材料的电性能见表2，从表中可以看出三种材料主要电性能参数不一致性。然后，我们再从绝缘子冲击过电压试验的目
11、的中可以看出，该项试验主要是考核绝缘子能够承受住短时冲击过电压，如果绝缘子被击穿，则都是电击穿。众所周知，电击穿与电场分布不均匀性有关，由于单一材料的绝缘子电场分布均匀性远比二种或三种不同材料构成的绝缘子要好。需要指出的是，在复合电介质中电场分布不均匀的情况下，在未采取任何措施改善电极边缘处的电场分布时，由于周围空气媒质击穿强度常比固体电介质要低，往往在固体电介质击穿之前先在电场集中的电极针状延伸，使电极边缘处电场分布发生强烈畸变，引起电极边缘处空气媒质放电，然后就有可能立即导致固体电介质的击穿。这就是绝缘子在涂覆RTv涂料后，冲击过电压性能下降的主要原因。表2 R1、电瓷、玻璃、空气、的主要
12、电性能主要电性能 RTV 电瓷 玻璃 空气相对介40 6575 6886 1电常数O0015 0008损耗因数 00040003 O05介电强18 3035 3550 3度(kVmm)体积电阻1012 1013 10Io1013 1016(Qm)3 防止绝缘子复合化后冲击过电压性能明显下降的措施从上面分析的原因，我们可以看到RTV涂料的质量、覆涂工艺及控制是防止绝缘子复合化后冲击过电压性能下降的关键，我们应该从以下几方面采取措施：31 将R1涂料的介电常数等尽量调整到与绝缘子基本一致RTV涂料各项性能指标均应满足DLT 627电力行业标准要求，特别是附着力和憎水迁移性。从表2可以看出，绝缘子相
13、对介电常数与R，Iv涂料相差较大。建议将R7涂料的介电常数等性能常数尽量调整到与绝缘子基本一致，使绝缘子与RTV涂料基本成为一体，使绝缘子复合化后电场分布均匀，提高其电气性能。32提高RTv涂料与绝缘子之间附着力由于R1V涂料是合成有机品种结构，其聚合物和固化条件不同，带来其工艺性能也有较大差异。所以R涂料要有良好的工艺性能，以避免R1涂料与绝缘子之间有脱皮、龟裂等影响覆涂质量问题的发生。另外，绝缘子表面应清洁干净、无油污、无水气等，这些也是提高R1涂料与绝缘子之间附着力的重要措施。采取这些措施才有可能使复合化绝缘子由R1涂料一空气一玻璃(或瓷)三种介质变为R1涂料一玻璃(或瓷)二种介质，使击
14、穿强度最弱的空气场强不影响或少影响复合化绝缘子冲击过电压性能。33在工厂内对绝缘子进行自动覆涂RTV涂料由于电力施工现场覆涂R涂料，存在涂料质量、覆涂工艺等不易控制，环境影响也较多，容易在复合化绝缘子中存有脱皮、气泡、杂质等缺陷，会造成复合化绝缘子局部场强不均匀，使复合化绝缘子的冲击过电压性能下降。所以建议绝缘子覆涂砌涂料工作必须在工厂内进行自动覆涂，这样才能保证整个覆涂工作质量，确保复合化绝缘子的电422 防止盘形悬式绝缘子复合化后冲击过电压性能下降措施探讨气性能满足电力系统安全运行的要求。34在铁帽边缘和钢脚附近的绝缘子表面上不覆涂R7涂料为了避免二种材料结合处会引起电场较集中部位发生强烈
15、畸变，造成电极边缘处率先放电，导致固体电介质击穿的可能性。建议绝缘子在沿铁帽边缘留有10ram宽空白和钢脚的水泥胶合剂表面上不覆涂R1v涂料，这样有利于防止绝缘子复合化后的冲击过电压性能出现明显下降。4 小结(1)绝缘子复合化首先必须从RTV涂料的配方、原料开始就要严格控制，使Rrrv涂料具有与绝缘子材料良好匹配性、各种优良的电气性能及工艺性，这是保证复合化绝缘子各项性能指标的根本。(2)绝缘子复合化这项工作要从RTV涂料、绝缘子、覆涂设备及工艺、产品包装、施工、检测等各项工作抓起，把好各道工序的质量关，必须进行工厂内自动化覆涂，才能确保复合化绝缘子的各项性能指标优良，使其冲击过电压性能有所改
16、善，覆涂工艺及质量控制是保证绝缘子复合化质量的关键。(3)绝缘子复合化后，具有悬式绝缘子和棒型复合绝缘子二者的优点，产品憎水迁移性能有了明显提高，补救了该产品防污闪能力较弱的缺陷，是使其更有生命力的一种创新。(4)绝缘子复合化后，其冲击过电压性能略有下降，但尚未影响电力系统安全运行，只要绝缘子制造企业和、R1V涂料厂家及科研单位共同努力探索，复合化绝缘子的冲击过电压性能就一定会逐步提高，能够满足电力系统安全运行的要求。参考文献1第1卷、第4卷 机械工业出版社 1997年2电气电子绝缘技术手册) 机械工业出版社 2008年f3中国电气工程大典第lO卷中国电力出版社 2010年气e乍e气e气e气也
17、乍C世啦e气吧啦玎问啃电水七七砖啦砖墨水水水水水水水水带水水秣水水水水衣钟G电水水，神，(上接第405页)9严波，胡景，周松，等覆冰四分裂导线舞动数值模拟及参数分析J振动工程学报，2010，23(3)：310316YAN Bo，HU Jing，ZHOU Song，et a1Numerical simMationand pa-mmeter analysis of galloping for iced quadbundledconduetorJJournal of Vibration Engineering，2010，23(3)：31031610Yu P，Desai Y M，Shah A HThr
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