Selection of 500 kV Transmission Line Insulator in Jiangsu Power Network
摘 要：输电线路绝缘子的正确选择和使用，可保证绝缘子的安全稳定运行，从而减少停电和线路的运行维护。为此，对江苏电网500 kV输电线路绝缘子的运行情况及特点进行了分析、介绍，提出了正确选择和使用绝缘子的建议。
关键词：电网；高压输电线路；绝缘子；选型
Abstract：The correct selection and application of transmissionline insulator are the guarantee for lines operation relaibility.For this，the practical operation situation and the character of 500 kV transmission line insulator in Jiangsu power network are ana_lysed，the suggestions how to select and use the line insulator are proposed.
Key words：power network；high_voltage transmission line；insulator；type selection
近几年江苏电网发展迅速，截至2001年底，全省投运的500 kV线路3 174 km、500 kV变电站11座。线路使用的绝缘子种类繁多，目前输电线路使用的绝缘子按型式主要分为盘式绝缘子和长棒型绝缘子。下面介绍这2种绝缘子的特点。
1 盘式绝缘子的特点
盘式绝缘子按材质可分为盘式瓷绝缘子和钢化玻璃绝缘子。
1.1 盘式瓷绝缘子
盘式瓷绝缘子是最早用在线路上的绝缘子，已有一百多年的历史。它具有良好的绝缘性能、抗气候变化的性能、耐热性和组装灵活等优点，被广泛用于各种电压等级的线路。盘式瓷绝缘子是属于可击穿型的，它是采用水泥将物理、化学性能各异的瓷件与金属件胶装而构成的，在长期经受电场、机械负荷和大自然的阳光、风、雨、雪、雾等的作用，会逐步劣化，对电网的安全运行带来威胁。特别是含有劣化绝缘子的绝缘子串发生闪络（由于雷击或污闪等原因）时，可能会使劣化的绝缘子头部瞬间发热爆炸，造成导线落地的事故。 华东电网在1996年底的大污闪事故中，500 kV系统有11条线路因雾闪发生72次跳闸。其中，3条线路因零值绝缘子爆炸造成导线落地；2条线路多串绝缘子结构中有1串因零值绝缘子爆炸断串。
2000年9月22日，江苏省220 kV溧阳变电站220 kV旁母、正母瓷瓶发生因大量低值绝缘子的存在而导致的掉串事故。所以劣化绝缘子的检测工作非常重要，前系统停电是较难的，即使线路停电，也无足够的时间和人力进行全线绝缘子的检测工作。因劣化绝缘子的安装位置和分布区域的原因，向来是绝缘在线检测的一个难点。目前常用短路叉法和火花间隙法检测，这些方法易于检测零值绝缘子，测试方法简单，但准确性较低，对低值绝缘子，特别是1串中存在多片低值的情况下，则很难作出正确的判断。瓷绝缘子的老化率随其运行时间的延长而逐年上升。
1.2 钢化玻璃绝缘子
钢化玻璃绝缘子具有较好的机电性能，其抗拉强度、耐电击穿性能、耐振动疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能等都优于瓷绝缘子。且与瓷绝缘子不同，玻璃绝缘子具有零值自爆的绝缘自我淘汰能力，这样就很容易被发现，无需对其进行绝缘测试。自爆率通常在前3年较高，这与瓷绝缘子相反。数十年的运行和试验数据证明，钢化玻璃绝缘子具有长期稳定的机电性能和较长的使用寿命。防污型玻璃绝缘子为取得较大的爬电距离，只有在伞裙下表面增加数个深棱来实现（由于工艺的原因，无法像瓷绝缘子通过双伞或三伞增加爬距）。当用于粉尘污染较严重的地区，因这种钟罩深棱的伞型自洁能力差、清扫不便，下表面结垢严重，造成耐污闪能力大大降低。从江苏电网运行情况来看，钟罩深棱型绝缘子（包括瓷的和玻璃的）不适合江苏地区这种以粉尘污染为主、污染较重的地区使用，如果使用，应充分考虑其爬电距离的有效利用系数。1999-2002年，江苏省500 kV线路污闪跳闸中，只有7%（一次跳闸）是瓷双伞绝缘子，其余都是玻璃绝缘子。这里针对的是悬垂串绝缘子，全省尚未发生过耐张串绝缘子的污闪跳闸。
2 长棒型绝缘子的特点
长棒型绝缘子按材质可分为合成绝缘子和长棒瓷绝缘子。
2.1 合成绝缘子
合成绝缘子具有质量小、强度高、耐污性能好、维护工作量小等诸多优点。硅橡胶合成绝缘子表面具有憎水性，且附着在伞裙表面的污染层也具有憎水性(即硅橡胶的憎水性迁移)，这大大提高了合成绝缘子的抗污能力。从国内的使用情况来看，历次的大面积污闪事故中，合成绝缘子都表现出优异的抗污闪能力，在外绝缘水平偏低和污染较重的情况下，合成绝缘子是个较好的选择对象。国外合成绝缘子的研制和挂网较早，使用范围很广泛，已取得成功的运行经验。国内合成绝缘子生产厂家经过数代产品的改进，生产技术水平大大提高，主绝缘成型技术已达到国际先进水平。合成绝缘子端头的连接型式是多种型式并存，但逐步趋向国际先进的探伤监控下的压接式，其结构简单、美观，产品质量的人为分散性得到控制。合成绝缘子的长期机械可靠性主要依靠：芯棒的质量和截面尺寸、金属端部附件特性以及附件与芯棒的连接质量。伞套为芯棒提供保护，并提供必要的爬电距离，要求它有长期的憎水性、较好的抗气候变化的性能、较高的撕裂强度等，常采用一些试验(如5 000 h加速老化试验)，可检验伞套的长期性能。为改善端部电场分布，降低无线电干扰程度，提高电晕起始电压等原因，500 kV合成绝缘子两端都装有均压环，但均压环的存在降低了放电距离。
从合成绝缘子运行中发生的事故、故障情况来看，大部分是雷击闪络，这可通过增加干弧距离来解决。其次是不明原因的闪络，不明原因的闪络是指闪络发生在系统无任何过电压的情况下，且发生闪络后的绝缘子送到试验室检验时，各项试验结果均合格。目前对不明原因的闪络问题尚无统一的认识，有的认为是绝缘子由于污湿原因，其憎水性会暂时消失；也有的认为是鸟粪引起的。从事故后果的严重性来看，最严重的是合成绝缘子的脆断问题，从20世纪70年代开始，有些合成绝缘子就发生了脆断事故。这种现象是由环氧树脂玻璃纤维芯棒的玻璃纤维受酸性侵蚀引起的，一般在暴露于酸性环境中的玻璃纤维芯棒承受机械负载时发生的。华东电网在1998年发生了2例典型的500 kV合成绝缘子脆断事故。一起是1998年3月，上海500 kV渡南5101线发现1支合成绝缘子折断，该绝缘子是进口产品，运行时间仅4年多。该产品芯棒的硅橡胶护套厚度仅1.5 mm（通常为3～5 mm），引起折断的原因是护套厚度太薄，在运行中出现破损，水分渗入至芯棒，最终导致芯棒酸蚀脆断。另一起是1998年8月，浙江500 kV兰窑5404线1支国产合成绝缘子发生断裂，原因是该绝缘子金具端头连接密封结构为第一代型，密封层较薄，水气沿着金具与护套间的缝隙渗入芯棒后，形成酸性环境，芯棒在此酸性环境和应力的作用下发生脆断。制造厂和运行部门从多起脆断事故的经验教训中，已认识到伞裙护套与金具之间可靠密封的重要性。
2.2 长棒瓷绝缘子
一般情况下，长棒型瓷绝缘子串110 kV为１节，220 kV为２节，500 kV为３节，每节都带有均压环和招弧角。绝缘体由氧化铝高强度瓷制作。江苏省1997年在500 kV斗渡线无锡段率先采用了德国CERAM公司的瓷棒绝缘子，98串用在直线塔两边相。运行一段时间后，测量所得盐密较低。盐密的测量结果见表1。
表1 盐密测量结果
绝缘子 投运时间 测量时间 测量部位 盐密
型式 （mg/cm2）
瓷棒 1997年12月 1998年11月 A相上串第2个伞 0.0081
A相上串第8个伞 0.0098
A相上串第16个伞 0.0124
1999年11月 C相下串第2个伞 0.0061
C相下串第8个伞 0.0065
C相下串第16个伞 0.0069
2000年3月 A相下串第2个伞 0.0105
A相下串第8个伞 0.0105
A相下串第16个伞 0.0184
500 kV瓷棒绝缘子由3节组成，每节之间均有均压环和招弧角，与同样棒型的合成绝缘子相比，在相同的结构高度下，空气间隙缩短。如某合成绝缘子供货商提供的产品结构长度4 450 mm、干弧距离4 135 mm、负极性50%雷电冲击闪络电压为2 540 kV；而某瓷棒绝缘子厂商提供产品的连接长度4 452 mm、干弧距离4 030 mm、负极性50%雷电冲击闪络电压为1 950 kV。因此，要达到一般合成绝缘子所要求的雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压，则瓷棒绝缘子的结构高度将大于合成绝缘子的，这就要求杆塔尺寸应选大一点，对于多雷区线路，作为悬垂串使用时，存在一定的局限性。
使用长棒瓷绝缘子时，需在运输和安装过程中特别小心。瓷件大而笨，在运输和安装时，有碰撞和损坏的危险。另外，如果制造过程中内部产生细微的缺陷，在运行中，热-机械应力的长期作用会降低绝缘子的机械强度，且巡线时对长棒瓷绝缘子串的观察和检测还不能发现故障绝缘子，这样会导致瓷件意外折断和导线落地。
3 对江苏电网输电线路绝缘子选型的建议
(1) 悬垂串绝缘子应选用防污型盘式瓷绝缘子或长棒型绝缘子。我国盘悬式瓷绝缘子的生产厂家多、产量大，但不同厂家的产品质量差异很大。输电线路的绝缘子选型时，应对不同厂家生产的瓷绝缘子的运行情况进行详细调查了解，选用高品质的瓷绝缘子。同时，对运行中的瓷绝缘子应加强检测，及时更换劣化绝缘子，确保电网安全运行。除耐张串可选用普通型的外，伞型的应选用双伞或三伞，而钟罩深棱型绝缘子不宜使用。
(2) 瓷棒绝缘子的机械强度直接与瓷件有关，由于运输、安装过程中造成的损坏，或运行中外界偶然的撞击，或制造过程中形成的内部缺陷（要求产品有严格的质量检查、优良的制造工艺），可能会在运行中意外折断，所以瓷棒绝缘子应选择质量好的产品，并加强检验工作，小心运输、安装。
(3) 钢化玻璃绝缘子具有零值自爆的优点，可节省大量的运行维护费用。由于钟罩深棱型绝缘子的固有缺陷以及江苏省的运行经验证明，这种型式的绝缘子不适合以粉尘污染为主、污染较重的地区使用，如果使用，应充分考虑其爬电距离的有效利用系数。普通型的玻璃绝缘子可在耐张串使用。
(4) 合成绝缘子具有维护工作量小、质量小、耐污性能好等优点，这是瓷、钢化玻璃绝缘子不可相比的。目前在我国大气污染严重、输电线路外绝缘水平普遍偏低、塔头尺寸也限制了调爬的选择性的情况下，合成绝缘子应是污染严重地区的选择对象。但是，合成绝缘子运行时间短，运行经验尚嫌不足。对500 kV合成绝缘子应慎重选择制造厂家及技术参数，积极研究考核其各项性能、寿命的技术指标及试验方法，对在线运行的合成绝缘子应加强监测。
(5) 绝缘子爬电比距的配置应符合本地区审定后最新版污区图的要求，并应参照JB/T5895-91《污秽条件下绝缘子的使用导则》的要求，充分考虑其爬电距离的有效性和运行经验，绝缘子的污闪放电特性与结构造型及自然积污量有关。爬电距离有效利用系数应反映放电发展时爬电距离长度利用的有效性，又能反映绝缘子在运行条件下的积污性能。因此，在相同条件下和在相同的积污时间内，爬电距离有效利用系数应由被试绝缘子与基准绝缘子的污闪电压梯度相比较来确定，在绝缘子选型时应充分考虑。
参考文献：
［1］ 龚坚刚.长棒型绝缘子在超高压输电线路中的应用前景［J］.浙江电力，2000，(5).
［2］ 徐喜佑.500 kV线路合成绝缘子折断原因分析［J］.华东电力，1998，(12).
［3］ 杜文玉.500 kV输电线路绝缘子的选择［J］.中国电力，1997，(4).