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北极星电力网技术频道 作者:吴光亚 蔡炜 王钢 肖勇 2002/3/7 12:12:15
摘 要 分析讨论了不同型式绝缘子的电气、机械、污秽及高低温特性，提出了交、直流高压输电线路绝缘子型式选择应注意的问题。
关键词： 输电线路 绝缘子 型式 交、直流
0 引言
我国在交、直流高压输电线路上至今仅使用了盘形悬式和有机复合绝缘子，正在考虑使用长棒型绝缘子。由于不同类型绝缘子的材质、制造工艺和结构不同，其机械特性、电气特性、污秽特性及高低温特性等方面存在差异。本文即讨论绝缘子的特性和绝缘子选型。
1 瓷、玻璃悬式绝缘子性能比较
1.1 机械特性的评估
机械拉伸的质量指数Q和机械残留拉伸性能质量指数Qｓ是评估绝缘子机械性能的重要参数。由文［1］可知，在工程设计时，160、210和300kN不同型式绝缘子对应的质量指数见表1［1］：
可见交、直流瓷和玻璃悬式绝缘子设计时的设定值皆较高，能确保高可靠性；其主要机械特性分散性小，能较好地掌握和控制其机械特性；同时也说明了工程设计的设定值各有一定优劣。从已统计的参数值看，160kN及以上的交、直流瓷绝缘子的机械拉伸负荷的裕度较玻璃绝缘子大，但玻璃绝缘子的残留机械特性较瓷绝缘子的裕度大。从图1和图2可知，随着绝缘子质量的增大，其主要机械强度总的趋势表现为裕度降低及分散性较大，保证值裕度较小，反映出质量越大，制造难度越大。
图1、2中，X为额定机械(电)破坏负荷的平均值相对额定机械负荷值提高百分数 ；s为标偏。
制造高性能、高质量的悬式玻璃和瓷绝缘子，除设计上追求各自设定特性具有一定裕度和分散性外，须对各制造工序实施严格的质量管理。
1.2 主要电气特性
近10年来通过对绝缘子原料、配方和制造工艺等方面不断改进，瓷和玻璃绝缘子耐陡波冲击和耐工频电弧性能提高较大，具体见文［1］。
2 有机复合绝缘子性能分析
2.1 干、湿工频闪络特性
在同一结构高度和相同运行条件下，其干、湿工频闪络电压较悬式瓷、玻璃绝缘子明显降低。湿闪络电压值除取决于尺寸、形状和电压分布外，还与伞的隔水效果相关，通常是伞间距增大后其同一绝缘距离的湿闪络电压提高［1］。
2.2 防污特性
刚出厂的复合绝缘子憎水性通常为HC1～2级，瓷、玻璃绝缘子相应为HC5级，复合绝缘子具有良好的防污特性是因为其有良好的憎水性。对于运行中的复合绝缘子 ，若憎水性未降至瓷、玻璃绝缘子水平仍可称其为防污型绝缘子；若憎水性在运行若干年后下降了，则不应称为防污型绝缘子。
复合绝缘子伞裙形状的合理性不及瓷和玻璃绝缘子。小伞径和小伞间距的伞裙形状易使相邻伞裙间局部爬电距离被空气放电短路和发生伞裙间飞弧短接，使其有效爬电距离减少。尤其是在运行若干年其憎水性完全或部分丧失后，这种现象更易发生，无疑使其防污特性变差。
3 长棒型绝缘子性能分析
3.1 不可击穿性
其耐陡波性能优于悬式绝缘子串，不会因陡波和大电流流过劣化绝缘子头部而使绝缘子掉串［3］。
3.2 爬电比距
其爬电距离相当于标准绝缘子1.1～1.3倍［3］。
3.3 机械特性
试验结果表明，160kN长棒型绝缘子的机械破坏平均负荷～275kN［3］。
4 爬电距离的有效性
由图3、4可知，不同型式交、直流悬式瓷、玻璃绝缘子的耐污特性并不随爬电距离的增加而成线性改善。对伞型不佳的绝缘子，虽爬电距离增加较大，但污耐压并未明显提高，有的反而降低。因为虽然爬电距离较大，但局部爬电距离在污秽和受潮两个条件作用下易被空气间隙放电短路。
国内至今尚未系统地研究不同制造部门不同种类型式绝缘子的爬电距离的有效性，故电力设计、运行部门在污秽设计时很难选择出具有优良耐压特性的交、直流防污型绝缘子。
5 积污特性和自洁性
绝缘子的积污特性和自洁性同相邻两伞间同位点的距离与相邻两伞伸出之比相关，同伞倾角等伞裙形状相关。应对不同类型交、直流绝缘子的积污特性和自洁性展开调查，尤其是直流绝缘子。运行绝缘子积污特性除与以上因素有关外，还与绝缘子表面状态、自然环境密切相关。应研究如下问题：
1) 现场交流绝缘子不带电或带电时的等值附盐密度与直流带电绝缘子的比较；
2) 分析自然污秽物的化学成份；
3) 在试验室中模拟自然积污特性。
6 污耐压特性
污耐压特性除与爬电距离有效系数k、积污特性和自洁性有关外，还应与其伞裙形状参数有关。人工污秽耐受电压的确定应在以下试验条件下进行：
1) 上、下表面积污量均等(主要是AC)；
2) 上、下表面积污量不均等(主要是DC)；
3) 考虑各种型式绝缘子的积污特性，根据现场试挂及快速积污法试验结果分别设定各种绝缘子的盐密及灰密。
7 耐弧特性
我国输电线路用绝缘子串未装招弧角，故在绝缘子选型时须考虑绝缘子的耐电弧性能，从而避免绝缘子掉串和重合闸不成功。
8 劣化
瓷绝缘子年劣化率和玻璃绝缘子自爆率高严重地抑制了两种不同材质绝缘子的使用，应对劣化绝缘子产生的原因和年劣化率开展调查。
8.1 劣化绝缘子产生的原因
悬式绝缘子除了由污秽和湿润条件引起的泄漏电流造成绝缘子表面劣化和由雷击、电弧所引起的劣化等外因外，还有长时间的机械负荷或温度变化所引起的劣化 。更重要的劣化原因是由绝缘子制造本身内在原因造成，如吸虹、绝缘子各部件的热膨胀系数不同、绝缘体内缺陷、金属附件电腐蚀和自爆。
8.2 劣化的危害
劣化绝缘子轻则丧失其绝缘强度或机械强度下降，重则导致掉串。
8.3 对策
1) 控制水泥膨胀系数；
2) 做内水压试验、冷热冲击以及工频火花试验，以剔除绝缘体中有些微缺陷的不合格产品；
3) 加强劣化绝缘子检测。
9 绝缘子的选择
在交、直流高压输电线路上选择使用不同种类、型式绝缘子时应充分注意考虑以下各点：
1) 全面考虑输电线路造价、维护费用和事故损失，力求达到安全、经济和高质量供电的目的；
2) 不同型式绝缘子组成的绝缘子串布置方式，应满足不同电压等级下交、直流输电线路绝缘设计的要求；
3) 绝缘子的机械强度应与不同电压等级输电线路的设计与运行要求相适应；
4) 具有与系统故障电流相适应的耐弧能力；
5) 耐污秽性能优良；
6) 年劣化率低。
7) 少维护；
8) 针对运行条件和使用环境对其特性要求比较优劣，选择使用。
10 结论
a.在现在生产和投运的交、直流绝缘子中，瓷、玻璃悬式绝缘子设计上的设定值皆较高，能确保高可靠性，主要机械特性分散性小，≥160kN的瓷绝缘子机械拉伸负荷的裕度较玻璃绝缘子大，但玻璃绝缘子残留机械特性较瓷绝缘子裕度大。随着绝缘子质量的增大，其机械强度的裕度降低且分散性较大，反映出制造难度越大。
b.近年来交、直流悬式瓷、玻璃绝缘子的产品质量有较大改善，其耐陡波冲击性能和耐工频电弧性能得到了提高。
c.结构高度和运行条件同时，有机复合绝缘子干、湿工频闪络电压明显低于悬式瓷玻璃绝缘。
d.有机复合绝缘子工频耐电弧特性仍需研究。
e.在交、直流高压输电线路上选择使用不同种类、型式绝缘子时，应针对运行条件、使用环境对其特性的要求对比优劣，选择使用。
参考文献
1 吴光亚，蔡炜，王钢等.输电线路绝缘子型式选择.防污专家工作组2000年会议资料，武汉：国家电力公司武汉高压研究所，2000
2 吴光亚，蔡炜等.有机复合绝缘子运行性能分析.高电压技术，2000，26(2)：59
3 吴光亚，蔡炜等.输电线路长棒型绝缘子特性分析.武汉：国家电力公司武汉高压研究所，2000
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