米凱，張永全，呂新東，范衛(wèi)東，潘曉冬

(1.西北電力設(shè)計(jì)院，西安市710075;2.新疆電力公司750工程建設(shè)公司，烏魯木齊市830002)

0 引言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國(guó)大氣污染程度日益加重，750 kV交流線路的污閃將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成巨大沖擊。采用復(fù)合絕緣子能夠有效降低塔頭尺寸，提高750 kV絕緣子串的耐污閃能力。另外，大噸位復(fù)合絕緣子還有重量輕、憎水性好、后期維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)良特性。但是，長(zhǎng)期蠕變特性會(huì)導(dǎo)致復(fù)合絕緣子機(jī)械性能下降，使其抗彎曲、扭轉(zhuǎn)性能不足［1］，所以，復(fù)合絕緣子主要是用于750 kV輸電線路的懸垂串，而在耐張串中則很少使用。

為解決復(fù)合絕緣子在750 kV輸電線路耐張串的應(yīng)用問(wèn)題，需要對(duì)很多方面做進(jìn)一步研究，包括復(fù)合絕緣子的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝、安裝維護(hù)過(guò)程中的保護(hù)措施以及合理選取復(fù)合絕緣子和耐張串并聯(lián)數(shù)等。已有文獻(xiàn)經(jīng)過(guò)大量理論計(jì)算和試驗(yàn)證明［2］，通過(guò)合理選取復(fù)合絕緣子，其機(jī)械性能完全能夠保證線路順利運(yùn)行。本文主要以復(fù)合絕緣子的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝及其安裝維護(hù)過(guò)程作為研究對(duì)象，旨在通過(guò)這2個(gè)方面的保護(hù)措施來(lái)確保750 kV線路的安全運(yùn)行。

1 耐張復(fù)合絕緣子設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程的措施

復(fù)合絕緣子在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)如芯棒脆斷、機(jī)械強(qiáng)度下降、界面擊穿等事故，另外，性能老化也一直是個(gè)不可避免的問(wèn)題［3］。為此，分別從傘形研究、芯棒脆斷及防護(hù)措施2個(gè)方面對(duì)耐張復(fù)合絕緣子的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行研究。

1.1 傘形研究

(1)積污特性研究。耐張串一般水平布置，由于其傘裙在水平方向表面積很小，雨水能夠自上而下地沖洗絕緣子上下表面，因而表面污穢較少;而懸垂串則通常垂直布置，其傘裙在水平方向表面積很大，雨水很難沖洗到傘裙的下表面，所以污穢容易在表面沉積。

除此之外，絕緣子積污受風(fēng)的影響更為嚴(yán)重，可以采用fluent軟件建立“一大一小”傘結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子模型來(lái)計(jì)算復(fù)合絕緣子的積污特性［4］(圖1)。

圖1 流場(chǎng)速度矢量俯視圖Fig.1 Top view of flow field velocity vector

根據(jù)仿真結(jié)果和復(fù)合耐張絕緣子的特點(diǎn)，可通過(guò)以下幾點(diǎn)措施來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)耐張串復(fù)合絕緣子的傘形結(jié)構(gòu):1)使上傘的傾角≤15°，下傘的傾角＜5°;2)由于重力在積污特性中影響小，按爬電比距要求選擇絕緣子傘徑即可;3)傘間距不宜過(guò)小，否則不利于傘群附近空氣流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致積污過(guò)多。

(2)污閃特性研究。復(fù)合絕緣子的傘裙結(jié)構(gòu)與污閃電壓之間存在一定關(guān)系，通過(guò)傘群結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以很大程度地提高復(fù)合絕緣子污閃電壓和爬電距離利用率。

在污閃特性上，相對(duì)于懸垂絕緣子來(lái)說(shuō)，水平放置的耐張絕緣子引起傘裙間電弧橋接的幾率更小;耐張絕緣子的電弧容易因電弧產(chǎn)生熱浮力發(fā)生飄弧，有利于電弧熄滅，傘裙間的游離氣體也容易逸出。因此，在同等污穢條件下，耐張串絕緣子的污閃電壓不低于懸垂串絕緣子。

(3)爬電比距的有效性。選取3種不同傘裙結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子，對(duì)它們的單位爬電距離進(jìn)行比較，如表1所示。

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由表1可以看出，2號(hào)和3號(hào)絕緣子爬電距離分別比1號(hào)增加約5.3%和14%;在鹽密0.05 mg/cm2的情況下，2號(hào)和3號(hào)絕緣子單位爬電距離分別比1號(hào)降低約9.9%和20.2%;在鹽密0.1 mg/cm2的情況下，2號(hào)和3號(hào)絕緣子單位爬電距離分別比1號(hào)降低9.0%和15.8%。同表2是這3種復(fù)合絕緣子單位絕緣高度污閃電壓的比較。

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由表2可以看出，在鹽密0.05 mg/cm2的情況下，2號(hào)和3號(hào)絕緣子單位絕緣高度污閃電壓分別比1號(hào)降低5.1%和8.9%;在鹽密0.1 mg/cm2的情況下，2號(hào)和3號(hào)絕緣子單位絕緣高度污閃電壓分別比1號(hào)降低4.3%和4.3%。

由以上數(shù)據(jù)可以得出，復(fù)合絕緣子的傘形設(shè)計(jì)不能僅考慮爬電距離而忽視其他因素(如傘徑、傘間距、大小傘的搭配等)，單獨(dú)增加爬電距離會(huì)導(dǎo)致污閃電壓降低，這說(shuō)明傘裙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)于提高污閃電壓具有重要意義。通過(guò)理論分析可知，當(dāng)傘間距與傘伸出之比降低時(shí)，絕緣子表面的閃絡(luò)有可能不沿著傘表面發(fā)展，而從傘邊緣直接橋接，這樣會(huì)導(dǎo)致爬距有效性降低［5］，限制污閃電壓的提高(根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，傘間距與傘伸出之比應(yīng)大于0.8)。因此，要加大爬電比距，就必須同時(shí)加大絕緣子的結(jié)構(gòu)高度。

圖2 傘形尺寸參數(shù)標(biāo)注Fig.2 Parameters of umbrella size

綜上所述，耐張串復(fù)合絕緣子的推薦傘形為(傘形尺寸如圖2所示):1)可采用“一大一小”或者“一大二小”結(jié)構(gòu)，相鄰大傘間距為95～105 mm，或者采用2傘5組合結(jié)構(gòu)，相鄰大傘間距為140～160 mm;2)大小傘伸出差滿足:p1－p2≥15 mm，p1－p2≥0.18 p1;3)傘間距與傘伸出之比滿足:s/p≥0.8;4)傘傾角滿足:0°≤α≤20°，0°≤β≤5°;5)爬電系數(shù)為 3.5 ～4.0，對(duì)用于最高污穢等級(jí)環(huán)境下的絕緣子，推薦CF不大于 4.1［6］。

1.2 芯棒脆斷及防護(hù)措施

芯棒是玻璃纖維增強(qiáng)類(lèi)復(fù)合材料，其脆斷負(fù)荷遠(yuǎn)低于正常斷裂負(fù)荷，斷口平滑，斷面基本垂直于芯棒軸向受力方向。經(jīng)過(guò)對(duì)芯棒進(jìn)行酸蝕試驗(yàn)可以得出，長(zhǎng)時(shí)間酸蝕是造成芯棒脆斷的重要原因。酸的來(lái)源主要是弱硝酸以及酸雨，其中弱硝酸是復(fù)合絕緣子高壓端空氣中的氮?dú)夂退趶?qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的，它會(huì)通過(guò)端部密封部分直接與芯棒接觸或者沿著復(fù)合絕緣子裂紋慢慢侵蝕芯棒里的玻璃纖維，導(dǎo)致玻璃纖維變脆，形成脆斷層并促使脆斷層不斷擴(kuò)大，直至絕緣子發(fā)生斷裂?；谛景舸鄶嗟臋C(jī)理，可采取以下措施來(lái)防止復(fù)合絕緣子芯棒的脆斷。

(1)改善端部密封［7］。為防止潮氣沿著密封面侵入護(hù)套內(nèi)部腐蝕芯棒，關(guān)鍵是要阻斷潮氣侵入途徑。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，具體可采取延長(zhǎng)密封區(qū)長(zhǎng)度、端部加裝密封圈、端部加裝楔形槽結(jié)構(gòu)等方法(見(jiàn)圖3)。

圖3 端部密封結(jié)構(gòu)Fig.3 Seal structure of end

在材料性能方面，可通過(guò)改善硅橡膠，利用有機(jī)物與硅羥基反應(yīng)，降低氣相法白炭黑表面羥基數(shù)量，使白炭黑表面由親水性變?yōu)槭杷裕岣咚酆衔锏挠H和性;提高硅橡膠的各項(xiàng)性能。在工藝改進(jìn)方面，可以采用整體注射工藝壓接式合成絕緣子。

(2)提高芯棒強(qiáng)度。在壓接過(guò)程中，可以采用聲發(fā)射監(jiān)控儀來(lái)檢測(cè)壓接質(zhì)量，確保無(wú)欠壓、過(guò)壓和壓斷等現(xiàn)象，保證復(fù)合耐張絕緣子運(yùn)行50年后機(jī)械強(qiáng)度不低于其額定的機(jī)械負(fù)荷(在90%概率下)。另外，使用耐酸耐高溫芯棒，對(duì)于減少芯棒注射過(guò)程中出現(xiàn)的高溫?fù)p傷現(xiàn)象以及防止脆斷也具有明顯的效果。

2 耐張復(fù)合絕緣子施工檢修技術(shù)

2.1 施工技術(shù)

根據(jù)復(fù)合絕緣子的特性并結(jié)合耐張絕緣子串設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及參考以往超高壓施工和國(guó)外類(lèi)似工程安裝的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)初步策劃形成以下2種出線方案:一是以復(fù)合絕緣子自身作為支撐，在其外部增加保護(hù)罩(見(jiàn)圖4)，以避免人員通過(guò)時(shí)造成損傷;二是設(shè)置專(zhuān)用施工出線工具和作業(yè)平臺(tái)，包括吊橋法(見(jiàn)圖5)、吊籃法、增加工具絕緣子等方法［8］。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及工程試用后，最終選擇確定最優(yōu)方案。在施工中要正確安裝均壓裝置，仔細(xì)調(diào)整環(huán)面，使之與絕緣子軸線垂直，開(kāi)口型均壓環(huán)還需注意兩端開(kāi)口方向的一致性。

2.2 檢修技術(shù)

當(dāng)復(fù)合絕緣子成功應(yīng)用于耐張串后，如何到達(dá)導(dǎo)線端仍是需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 864—2004《標(biāo)稱(chēng)電壓高于1 000 V交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用導(dǎo)則》中規(guī)定:“檢查巡視時(shí)禁止踩踏絕緣子傘套”，因此，作業(yè)人員不能沿著復(fù)合絕緣子表面從鐵塔端到達(dá)耐張串導(dǎo)線端，為保護(hù)復(fù)合絕緣子，這項(xiàng)要求在750 kV輸電線路中同樣適用。如果確實(shí)需要到達(dá)耐張串的導(dǎo)線端工作(如檢查導(dǎo)線、修補(bǔ)導(dǎo)線或更換閃絡(luò)的復(fù)合絕緣子等)，線路檢修人員可以通過(guò)穿膠底鞋踩在絕緣子上挪動(dòng)，或使用絕緣硬梯(圖6)［9］、軟梯(圖7)或跳線(圖8)到達(dá)導(dǎo)線側(cè)［10］。運(yùn)行巡視時(shí)，還要注意復(fù)合絕緣子的連接部位是否完好，有無(wú)密封失效、裂縫和滑移現(xiàn)象，以及傘套是否有脆化、粉化、破裂、腐蝕等現(xiàn)象，如有則應(yīng)及時(shí)更換。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)復(fù)合耐張絕緣子傘形結(jié)構(gòu)以及芯棒脆斷的研究，有效地提高了絕緣子的各項(xiàng)性能，避免了復(fù)合絕緣子的性能老化及其在使用過(guò)程中出現(xiàn)芯棒脆斷、機(jī)械強(qiáng)度下降、界面擊穿等事故。

(2)在復(fù)合耐張絕緣子的安裝和使用過(guò)程中，還要注重其保護(hù)措施。本文推薦的方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)復(fù)合絕緣子具有很好的保護(hù)作用，可確保復(fù)合耐張絕緣子的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。

(3)對(duì)復(fù)合耐張絕緣子的研究還需要不斷總結(jié)運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)，不斷提高復(fù)合耐張絕緣子的性能，使其在750 kV超高壓交流輸電線路中安全運(yùn)行，廣泛使用。

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