陳海登，龐圣養(yǎng)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

0 引言

在空氣絕緣和固體絕緣設(shè)備中，都有沿固體絕緣表面放電的問題，因?yàn)楦邏簩?dǎo)體總是需要用固體絕緣材料來支撐或懸掛，這種固體絕緣稱為絕緣子。對(duì)于絕緣空間有限的，如狹小的電房，用到的絕緣子主要是支柱絕緣子和套管兩類。通過分析電房支柱絕緣子的故障演變機(jī)理，能更有效地防止絕緣子表面閃絡(luò)故障，提高線路運(yùn)行的可靠性。

1 故障跳閘信息及查找過程

1.1 故障信息

35 kV硇洲線2020-04-21T02:22時(shí)跳閘，距離二段保護(hù)動(dòng)作，故障電流1 054 A，但故障相不明確(繼保動(dòng)作信息不能準(zhǔn)確得出單獨(dú)A相故障，亦或是多相故障)，重合閘常退，故障造成硇洲站全站失壓。

1.2 故障線路電氣結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

35 kV硇洲線是架空與電纜混合線路，從35 kV東南變電站的35 kV出線構(gòu)架起，至35 kV硇洲變電站的35 kV進(jìn)線構(gòu)架止，其中N1—N6、N7—N13為架空導(dǎo)線，N6—N7之間為跨海電纜，東南側(cè)變電站和硇洲側(cè)變電站分別建有電房作為海纜的終端登陸場(chǎng)，海纜終端兩頭分別通過電房的刀閘再跳通到架空線路，全長6.819 km(其中海纜4.513 km)。其中電房刀閘采用的是系列戶內(nèi)交流高壓隔離開關(guān)，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1，出廠絕緣電阻要求是每只不少于500 MΩ。

表1 隔離開關(guān)電氣參數(shù)

1.3 故障查找及處理過程

由距離保護(hù)2段動(dòng)作可以推斷故障點(diǎn)在線路尾端，靠近硇洲站側(cè)。在排除了架空線路的故障可能性后，拉開兩側(cè)電房的刀閘，使用兆歐表對(duì)電纜進(jìn)行絕緣測(cè)量?？紤]到海纜電容較大，采用5 kV量程，測(cè)量時(shí)間5min，分別測(cè)量了三種情況下的絕緣數(shù)值：第一種是海纜帶刀閘測(cè)量；第二種是海纜斷開刀閘測(cè)量；第三種是單獨(dú)測(cè)量刀閘及其支柱絕緣子絕緣。具體測(cè)量數(shù)值見表2。

表2 絕緣電阻測(cè)量

從絕緣試驗(yàn)數(shù)值判斷可知故障不在海纜本體，而是在硇洲側(cè)電房刀閘的支柱絕緣子上。現(xiàn)場(chǎng)查看電房刀閘支柱絕緣子，外觀上A相的最上方支柱絕緣子表面有閃絡(luò)放電的痕跡，其他支柱絕緣子復(fù)合橡膠傘裙上沒有放電痕跡，但瓷質(zhì)絕緣子表面噴涂PRTV的地方有電蝕發(fā)白痕跡；B相和C相的支柱絕緣子復(fù)合橡膠傘裙上均沒有放電痕跡，但瓷質(zhì)絕緣子表面噴涂PRTV的地方也有明顯電蝕發(fā)白痕跡?，F(xiàn)場(chǎng)使用無水酒精紙清抹干凈支柱絕緣子，再次測(cè)試支柱絕緣子數(shù)值，三相均沒有明顯變化。

現(xiàn)場(chǎng)剖開支柱絕緣子的復(fù)合橡膠傘裙，發(fā)現(xiàn)部分橡膠傘裙與瓷質(zhì)絕緣子的粘連并不密實(shí)，有縫隙，并且切開橡膠傘裙可以發(fā)現(xiàn)在傘裙的根部有明顯的電蝕擊穿的放電通道。

2 支柱絕緣子的運(yùn)維記錄

按照《廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電線路運(yùn)維策略及管控機(jī)制實(shí)施細(xì)則》中有關(guān)海纜的日常運(yùn)維要求是“每月兩巡”，預(yù)試定檢要求的環(huán)流檢測(cè)和紅外測(cè)溫周期是“每半年一次”。

2.1 近10年的跳閘記錄

此處只提取有關(guān)硇洲電房閃絡(luò)跳閘的記錄。根據(jù)35 kV硇洲線運(yùn)維記錄得知，該線路是在1998-03-02投運(yùn)的，以往的跳閘記錄上顯示，硇洲側(cè)電房支柱絕緣子閃絡(luò)跳閘共計(jì)2次，分別是2014年3月和2016年11月。

2.2 近5年的大修技改及停電檢修記錄

此處只提取有關(guān)支柱絕緣子的改造記錄，如表3所示。

表3 近5年大修技改及停電檢修工作

2.3 近5年的測(cè)溫工作記錄

此處只提取支柱絕緣子有關(guān)的測(cè)溫記錄。根據(jù)測(cè)溫工作記錄可知，硇洲電房的支柱絕緣子發(fā)熱情況一直都有，2016—2017年的測(cè)溫記錄顯示支柱絕緣子普遍比刀閘電氣連接點(diǎn)的溫度高出2～3 ℃。尤其是2018年以來的紅外測(cè)溫工作顯示，部分支柱絕緣子發(fā)熱，溫差超過10 ℃，隨著帶重負(fù)荷明顯上升。

根據(jù)硇洲線運(yùn)維班組人員反饋，平常硇洲側(cè)電房由于靠近海邊，巡視電房的工作人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電房內(nèi)部比較潮濕，圍墻上有潮氣，并且電暈放電的噪音比較大。

3 故障原因分析

3.1 特殊地理環(huán)境及電氣影響

硇洲電房位于硇洲島東南側(cè)，距離海岸線不到1 km，常年濕度大，屬于重霧和重鹽地區(qū)，按照污穢性質(zhì)、污源距離、氣象條件及等值附鹽密度(鹽密)，35 kV硇洲線屬于Ⅳ級(jí)污區(qū)，所以通常用單位爬電距離(爬電比距)，也即絕緣子每千伏額定線電壓的爬電距離來估計(jì)臟污條件下絕緣子的污閃性能。

在Ⅳ級(jí)污區(qū)內(nèi)，支柱絕緣子表面容易積污，在干燥的情況下，絕緣子表面污層的電阻很大，對(duì)閃絡(luò)電壓沒多大影響，但當(dāng)大氣濕度很高時(shí)，絕緣子表面的污層被濕潤，其表面電導(dǎo)劇增使絕緣子泄露電流急劇增加，將導(dǎo)致絕緣子的閃絡(luò)電壓大大降低。

3.2 瓷質(zhì)絕緣子和復(fù)合絕緣子的特點(diǎn)

3.2.1 瓷質(zhì)絕緣子

(1) 優(yōu)點(diǎn)：具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，抗老化能力強(qiáng)，并具有良好的電氣和機(jī)械性能。

(2) 缺點(diǎn)：缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)，污穢閃絡(luò)引起事故幾率大。

3.2.2 復(fù)合絕緣子

(1) 優(yōu)點(diǎn)：體積小，質(zhì)量輕，便于安裝；抗震性能優(yōu)異，耐污性能好；機(jī)械性能高，不易破碎。

(2) 缺點(diǎn)：抗老化能力不如瓷質(zhì)絕緣子，生產(chǎn)制作成本高。

3.3 支柱絕緣子的設(shè)計(jì)和施工不合理性

(1) 刀閘配置的支柱絕緣子在設(shè)計(jì)選型上不合理。刀閘的支柱絕緣子選用的是普通型室內(nèi)瓷質(zhì)絕緣子，型號(hào)ZL-35，這種絕緣子廣泛適用于Ⅰ級(jí)污區(qū)的電氣設(shè)備上。而硇洲電房的運(yùn)行環(huán)境是Ⅳ級(jí)污區(qū)，這樣會(huì)導(dǎo)致ZL-35支柱絕緣子容易表面積污，發(fā)生閃絡(luò)故障引起線路跳閘。

(2) 支柱絕緣子增加橡膠傘裙的做法表面可行，但在實(shí)際設(shè)計(jì)絕緣子傘寬和傘距比的取值存在不合理。絕緣子傘裙突出主干的寬度和傘間距離之比，通常取為1∶2。傘裙寬度進(jìn)一步增加不會(huì)使污閃電壓提高，因?yàn)檫@種情況下放電已離開瓷表面而在傘邊緣的空氣間隙中發(fā)生。但如絕緣子運(yùn)行地區(qū)受到一定的污染，則為了適當(dāng)增大泄露距離，可將傘寬和傘距之比增加，即在0.5～1的范圍內(nèi)選取。而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到實(shí)際安裝的傘寬是5.5mm，傘距是14.5mm，傘寬和傘距之比是0.38，不在推薦取值范圍內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量對(duì)還發(fā)現(xiàn)，部分的傘寬和傘距差別比較大，說明當(dāng)時(shí)寬度和傘間距離之比的取值存在隨意性。

(3) 支柱絕緣子加裝橡膠傘裙的施工工藝不合格。使用熱縮成型的復(fù)合傘裙與瓷質(zhì)支柱絕緣子的界面應(yīng)該是永久性粘接。粘接部分應(yīng)該牢固密實(shí)，沒有氣泡和縫隙，以防止污穢物和水氣進(jìn)入，且粘接強(qiáng)度應(yīng)大于硅橡膠材料自身的撕裂程度。但現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)大部分加裝的傘裙并沒有與瓷質(zhì)絕緣子的表面很好地粘接，存在一定縫隙，導(dǎo)致傘裙根部容易老化，發(fā)生電蝕擊穿，傘裙失去增加爬距的作用。

(4) PRTV防污閃涂料施工質(zhì)量不合格?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)支柱絕緣子發(fā)生電蝕發(fā)白的痕跡基本上也是防污閃涂料涂抹不均勻的地方。由于涂層厚度不均，不完整，存在破損，且有滴流掛絲的痕跡，涂層失去憎水遷移性。不合格的涂層使得電場(chǎng)不均勻，更導(dǎo)致部分滯留的水氣進(jìn)入傘裙，加劇了傘裙老化，降低支柱絕緣子表面閃絡(luò)電壓。

綜上分析可知，由于設(shè)計(jì)沒有很好地考慮到硇洲電房運(yùn)行環(huán)境在Ⅳ級(jí)污區(qū)內(nèi)，最初選用的2L-35普通型室內(nèi)支柱絕緣子并不能很好地滿足運(yùn)行需要，因此在2014年和2016年沒能及時(shí)開展絕緣子清掃的情況下發(fā)生了絕緣子閃絡(luò)跳閘。在2017年，對(duì)支柱絕緣子進(jìn)行了加裝橡膠傘裙的做法，但由于傘裙的傘寬和傘距取值不合理，沒能很好地增加爬距，并且由于施工工藝和施工質(zhì)量的不合格，傘裙不能與絕緣子表面緊密貼合，存在的縫隙進(jìn)入水氣之后不斷地老化并發(fā)生電蝕，這也很好地解釋了測(cè)溫工作記錄中的溫差不斷變大的現(xiàn)象。隨著傘裙與支柱絕緣子貼合面的電蝕擊穿，逐步降低了絕緣子表面閃絡(luò)電壓，最終導(dǎo)致了整個(gè)支柱絕緣子的沿面閃絡(luò)，線路跳閘。

4 防治措施及建議

為了防止硇洲電房再發(fā)生支柱絕緣子閃絡(luò)導(dǎo)致線路跳閘故障，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

(1) 根據(jù)硇洲電房運(yùn)行在Ⅳ級(jí)污區(qū)，可選用型號(hào)ZSW的耐污型支柱絕緣子。耐污型支柱絕緣子與普通型支柱絕緣子的區(qū)別主要是絕緣子加長了，傘裙也變大了，通過增加爬電距離，從而提高支柱絕緣子表面的閃絡(luò)電壓。

(2) 定期或者不定期開展絕緣子清掃工作。在容易發(fā)生污閃的季節(jié)前進(jìn)行清掃，及時(shí)清理干凈絕緣子表面的污層，能有效減少閃絡(luò)電壓的下降。

(3) 如果刀閘配套的支柱絕緣子不好更換，也可以采取加裝橡膠傘裙的做法。選取最優(yōu)的傘寬和傘距比值，可以通過對(duì)不同傘伸出模型的沿面電場(chǎng)分布曲線進(jìn)行仿真模擬，找出電場(chǎng)包絡(luò)線處于最低位置時(shí)的傘寬和傘距比值，能最有效地增加爬距。同時(shí)把關(guān)好施工工藝質(zhì)量，確保使用熱縮成型的復(fù)合傘裙與瓷質(zhì)支柱絕緣子的界面永久性粘接，粘接部分牢固密實(shí)，沒有氣泡和縫隙。

(4) 使用污閃涂料或進(jìn)行表面處理。在絕緣子表面涂一層憎水性的涂料，這樣在潮濕氣候下表面會(huì)形成水滴，但不易形成連續(xù)的水膜，因此絕緣子泄漏電流小，污閃電壓也不會(huì)下降太多。同時(shí)要做好施工質(zhì)量驗(yàn)收工作，確保涂層厚度均勻、完整性，避免出現(xiàn)滴流掛絲現(xiàn)象。