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绝缘子防污闪措施(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/6/26 9:11:18   

 关键词:  绝缘子 污闪 绝缘子防污

1 污闪产生机理

电力设备的电瓷表面受到固体、液体和气体的导电物质的污染,在遇到雾、露和毛毛雨等湿润作用时,使污层电导增大,泄漏电流增加,产生局部放电。在运行电压下,瓷件表面的局部放电发展成为电弧闪络,这种闪络称为污闪。设备发生污闪,将严重影响电力系统安全运行。在设备污闪时,重合闸成功率很低,往往造成大面积停电。污闪中所伴随的强力电弧还常导致电气设备被损坏,使停电时间延长。这种大面积、长时间的停电,给工农业生产和人民生活带来的危害是十分严重的。因此,防止电力设备发生污闪已成为保证电力系统安全生产的重要工作。

电气设备绝缘子的污闪放电机理与绝缘子表面积污、表面污层湿润、绝缘子本身的耐污闪特性等因素有关。在正常运行状态下,电气设备外绝缘的闪络一般发生在绝缘子污秽并受潮时,在工作电压下,绝缘子的工作条件是有三个偶然因素的作用而决定的,即沿泄漏途径的平均场强EL、污秽密度pw和受潮强度J。例如线路绝缘子串,平均场强EL=Uψ/L的波动是由于工作电压Uψ在额定值和最大工作值范围内的波动所决定的,这与输电线路的工作状态和绝缘子串在线路上安装的地点有关。在长时间受潮的污秽绝缘子串上,闪络容易在受潮开始后的最初10-20min内发生。在以后的时间内,由于导电杂质被冲刷掉,泄漏电流减小,电流跃变就消失了,这就是在雨季,线路外绝缘闪络多发生于初期的原因。

目前防污闪所采用的技术措施宜针对以上因素进行,主要为更换大爬距瓷瓶、加装伞裙、喷涂RTV涂料。硅橡胶防污增爬裙是为了提高绝缘子公称爬电比距而研制的防污闪产品,其采用的有机硅橡胶(Silicone robbers)是一类以聚硅氧烷为主链的半有机半无机高分子化合物,其自身没有强度,是热塑性物质,单纯的有机硅橡胶正如天然橡胶一样没有实用价值,加入一定量的填充剂补强后,针对防污闪的技术要求引入一定量的特殊改性物质,其物理化学性能都大幅提高。

污闪是对供电可靠性危害极大的频发性事故。多发生在秋末冬初和冬末初春季节。在输电线路经过的地区,污闪事故的发生与污秽源性质和污染程度有关。

户外绝缘子在常年的挂网运行中会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等污染。莱钢冶金厂区的主要污秽源有焦化厂排放的废气,其中含有SO2、NH2、NO3、Cl2等,遇潮湿空气形成酸碱溶液(酸碱雾);高炉、转炉生产的冶金粉尘,冶金工业粉尘中有硅铁厂的粉尘、电石厂的粉尘、水泥厂的粉尘等,这些含导电性颗粒的烟尘和化学性污秽源附着在绝缘子表面,使得绝缘水平降低。莱钢冶金厂区的输电线路故障有60%是污闪造成的,可见污闪对冶金厂区输电线路的安全稳定运行造成极大危害。

污闪事故的发生还与气候条件有关。因为干燥天气污垢表面电阻较大不易形成闪络;大雨天气污垢被雨水冲掉,闪络机率也小;而大雾、细雨和溶雪天气空气湿度很大,绝缘子表面污垢吸潮,某些溶于水的物质发生分解,使表面电阻大大降低,从而放电电压下降。在过电压下,有时甚至在正常工作电压下都会发生局部放电,造成污闪事故。由于莱芜地区的特殊地形,其湿润气流受沂蒙山脉阻挡不易扩散,在每年的4、9、10月的月平均湿度相对较大,但风力不大,在逆温层的作用下极易形成大雾,这种天气是诱发污闪的主要气候。污闪有季节性、气象性、时间性。凌晨是污闪出现的高峰,因此时是雾最易形成的时间和降雪雨最多的时段,一般情况下当太阳出来后逆温层消失,雾也就散去了,因此中午极少出现污闪。

污闪事故易导致重合失败。因污闪是局部电弧伸展的过程,当发展为整个绝缘子沿面闪络为弧光接地,从而使系统形成弧光接地过电压,又会使另外污秽层重的设备发生污闪而形成两相(三相)接地短路(110kV以上系统为单相接地短路)而跳闸。一般自动重合闸的动作时间为0.5s,手动强送<3min,因诱发污闪的条件(气温、湿度、雾、雨雪与污秽层等)未消除,介质绝缘强度尚未恢复,在重合闸合闸或强送合闸的瞬间,又出现操作过电压,此时污闪处的电弧有可能重燃,致使绝缘子炸裂或促使别处再出现污闪,所以污闪事故中的自动重合闸装置重合(或强送)成功率极低。

2 防止污闪机理

2.1 防污机理

在输变电设备瓷件上,采用硅橡胶绝缘子或硅橡胶增爬裙、RTV涂料作为防污机理,可以从憎水性能、电压分布、污闪电压、阻弧效益、自洁能力等几个方面加以分析。具体防污机理如下:

憎水性及憎水迁移性的作用机理:从实验现象中可观察到物质憎水性现象。当水滴落到物体表面时,水以小珠的形状附着于物体表面上,小水滴的珠形越圆说明其憎水性越好;反之憎水性差。在表面工程学中,物体的憎水性是用憎水角描述,硅橡胶的基料是一种特殊的聚硅氧烷高分子化合物,分子链为Si-O-Si结构,取代基或侧链为C-H结构。 聚硅氧烷分子中的甲基(有机基)与主链相连,在Si原子外形成一个倒立正四面体的伞状空间构形。由于H原子是范德华原子半径最小的原子,它们所形成的伞状甲基结构紧密地排列在一起,形成一道封闭屏障,把水分子拒之“帐”外,表现出极其优良的憎水性能。

物质憎水性在表面化学中用物质的表面能或表面张力描述。水的临界表面张力是72.8x10-3N/m,一般有机物的表面张力是33x10-3N/m,而有机硅的表面张力仅为19x10-3N/m,是除以C-F键为特征的氟碳聚合物之外表面张力最小的物质。根据表面化学理论可知,与水的表面张力差值越大的物质憎水性越好。仅有憎水性的物质还不能做为绝缘子防污闪的材料,还必须具有优良的憎水迁移性。一种高分子聚合物是由一类分于结构特点相同、分子量不等的同系物所组成。而不同分子链长的物质根据分子运动理论,其扩散迁移的能力也不尽相同,短分子链的物质由于个体小而“灵活”,易从物体内部“蒸发”到表面上来,但在有机硅橡胶中,这一部分“活性”分子是极为有限的,可自由扩散的分子随时间推移越来越少并迅速衰减,就不能保持“活性”有机硅分子持续均衡地“蒸发”出来。基料有机硅橡胶的选型对能否持续有机硅分子从内部“蒸发”出来至关重要,这是提供“可迁移物质”的一个有效途径。选择专用的有机硅橡胶,应从基料分子结构设计出发,改进有机硅橡胶的化学组成是为硅橡胶防污增爬裙提供更多的“活性”有机硅分子源,是保证迁移性的关键。 硅橡胶绝缘子和RTV涂料都具有极强的憎水性,在这两种材料表面卜的水分形成了水滴难于湿润污层,不易形成连续的导电层,从而改善了组合绝缘介质的表面状况,采用硅橡胶绝缘子或在瓷体记忆系上加有硅橡胶伞裙并涂刷RTV涂料后的绝缘子表面泄漏电流甚小,改善了污闪特性。

由于硅橡胶和RTV涂料都具有很强的憎水性,难以形成连续的导电层,所以不会出现电压分布不均,形成伞裙跳弧现象。

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