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技术答疑

为什么架空输电线路上使用的绝缘子要设计成粗细不一的形状?

绝缘子一般是由固体绝缘材料制成,安装在不同电位的导体之间或导体与接地构件之间,是同时起到电气绝缘和机械支撑作用的器件。现在普遍使用的绝缘子可以按照材料分成三类:陶瓷、玻璃和复合绝缘子。常见的玻璃和陶瓷绝缘子以盘形绝缘子为主,而复合绝缘子则以长棒形为主。提到了绝缘子的粗细不均,那就必须得说明一个概念,污闪

污闪是这样的:
绝缘子在正常运行过程中,受工业排放物以及自然扬尘等环境因素的影响,表面会逐渐积累污秽。干燥条件下,污层不会导电,对绝缘强度的影响较小;但在雾、露、毛毛雨、溶雪等天气条件下,污层会逐渐受潮湿润,其中的可溶性电解质成分被水溶解,绝缘子表面形成一层具有一定电导率的水膜,从而开始有泄漏电流流过绝缘子表面。由于绝缘子形状、积污以及受潮的不均匀等因素,使得绝缘子表面电流分布不均匀,在电流焦耳加热作用下,泄漏电流密度大的地方温升高,污层将会首先被烘干而形成干区。由于干区表面电阻率较大,干区形成以后,污层表面的电位分布将会畸变,大部分电压将会施加到干区两端。当干区表面电场强度足够大时,干区表面空气间隙将会被击穿,而出现局部电弧。一定条件下,局部电弧会逐渐发展直至贯穿两极而发生闪络。由这种闪络所造成的事故称为污闪事故。
 
下图为高压试验大厅做试验的污闪照片:

通过上图可以看出,电弧都是沿着绝缘子表面发展的,20世纪50年代,德国学者Obenaus首先提出污闪的物理模型,认为污闪不同于一般有碰撞电离所引起的气体放电,它是局部电弧沿面逐步延伸的结果。

图中:x为局部电弧长度;L为泄漏距离;HV表示高压端。当施加电压为U,此电压由两部分承担:一部分是局部电弧的压降,另一部分是剩余污层电阻的压降。
 
与过电压不同,污闪事故是在运行电压下发生的,属于典型的绝缘下降问题。那么,当运行电压U不变的时候,如何能够让电弧不产生呢?很明显,增大泄漏距离L是一个很好的办法,这也就是绝缘子为何要设计粗细不一的原因。在绝缘子长度差不多的情况下,增加粗细不一,能够在绝缘子总长度一定的情况下有效增加泄漏距离(在外绝缘领域一般称为爬距),从而降低污闪事故发生的概率。
 
常用的增加爬距的手段包括增大玻璃、陶瓷绝缘子的盘径,增加下表面的沟槽深度(防污型绝缘子),给电站绝缘子加装增爬裙,增加绝缘子片数,增加复合绝缘子的伞裙数量等。
 
当然,需要指出的是,过密的伞裙结构是不可取的。比如在下雨情况下,绝缘子伞边会形成水柱,此时伞沿会形成一串的污雨水-空气间隙,伞裙过密,剩余空气间隙会很少,也会很容易导致雨污闪事故。
 
最后说一点题外话,在绝缘子的设计和选型中,常用的方法是:首先按照绝缘子的耐污闪特性选取绝缘尺寸,然后校核该绝缘耐受操作过电压和雷电过电压的能力,在中等以上污秽地区更是如此,这是我国电力系统长期运行和设计的经验。而在我看来,可能还有一个因素:雷击跳闸事故虽然多,但是基本上重合闸都能成功,真正造成的损失不是特别大;而污闪一旦发生,重合闸基本没戏,损失会非常惨重,因此在电网内,污闪事故是”零容忍“事故,也就是说,一旦某地某条线路发生污闪事故造成跳闸,必须进行问责,追究当事人责任,在电网这种半军事化管理的政府型公司里,这还是很可怕的。所以电网的运行人员们对防污闪工作格外重视,什么地方都按照最坏的情况做打算,因而现在污闪事故已经相当少了。
 
当然,现在有了HB—FS10绝缘子灰密盐密测试仪,在对绝缘子的灰密盐密进行检测时也简单好操作了,只是对于绝缘子的产品应用等我们还是多了解点好。
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在当前阶段中,社会对电力能源的要求不断地增加,电网系统的覆盖面积逐渐加大,在这种情况下,输电线路就会常常出现污闪的问题,对整个电网的安全运行带来了严重影响。因此,加强对线路绝缘子污闪事故原因分析及预防措施具有重要的意义。   
1 线路绝缘子污闪事故原因分析   

1.1 杂质的种类   
在绝缘子出现污闪事故时,通常都是有杂质引起的,根据不同的划分形式,可以将杂质进行不同的划分,在划分时一般有以下两种划分形式。   

1.1.1 杂质来源的划分   
在杂质产生的过程中,有很多的来源,而能够对绝缘子造成影响的杂质,一般是由以下3种来源造成的。第一种是自然杂质,这一类杂质是指在产生的过程中,没有人为的干扰,在自然条件下出现的,如,在风量较大的地区,就会吹起地面上的尘土,当其落到绝缘子上,就形成了自然的杂质;第二种为工业杂质,在我国经济的发展过程中,火电厂、炼焦及焦炭等工业一直处于主要的地位,在其生产的过程中,不仅会出现大量的烟尘,而且还会产生大量的粉尘,这些污染物在飘散的过程中,就会有一部分落到绝缘子上,从而形成了工业杂质;最后一种为生活杂质,随着科学技术的不断发展,以及人们生活水平的不断提高,汽车成为了主要的交通工具,在汽车行驶的过程中,就会排放出很多尾气。而且,在农村种植的过程中,会产生出大量的秸秆,为了将其消除,大部分是使用燃烧的方式对其进行销毁,这时也会产生大量的粉尘。当这些生活中出现的粉尘落到绝缘子上时,就会形成生活杂质。   

1.1.2 杂质形态的划分   
在物体的形态中,一般分为3种,分别为固态、液态以及气态,因此,根据杂质的形态对其进行分类时,也可以将其分为3种。在固态杂质中,通常是以颗粒的形式存在的,不同行业中产生的固态杂质也具有一定的差异,如,在水泥行业产生的杂质中,粉尘就包括了碳酸钙、硫酸钙等物质,而在火电厂产生的杂质中,粉尘就包括了二氧化硅、氧化铝、三氧化二铁等物质;在液态杂质中,包括了冷却塔中喷射出的水雾、酸雨等。在气态杂质中,包括了很多的气体,如,二氧化硫气体、二氧化碳气体、二氧化氮气体以及一氧化碳气体等,这些气体广泛地分布在空气中,其具有一定的附着能力,这些气体在空气中占据的比例越高,所具有的附着能力就会越强。   

1.2 污闪事故的产生   
在绝缘子污闪事故中,不同的杂质具有不同的性质,对输电线路造成的影响也存在着一定的差异。如果输电线路上存在的杂质为普通的灰尘,当雨水冲刷后,就很容易将其清除,对绝缘子造成的影响较小。而杂质如果是工业粉尘的话,就具有较强的附着能力,在潮湿的情况下,就会使其在绝缘子的表面形成一层导电膜,很难被雨水冲刷掉,因此,这种类型的杂质就会对绝缘子造成严重的影响。在一些粉尘中,包括氧化铝、氧化钙、氯化钠等物质,这些物质较为干燥,使其电阻较大,导电性能不是很好,对绝缘子造成的影响较小,不会存在严重的危险。而处于雨雪天气时,这些物质就会对水进行吸收,使这些物质变为了离子状态,大大降低了物质的电阻性,增加了其导电性能,从而使电流急剧提升,增加了对绝缘子的影响。并且,当输电线路中的泄漏电流提高时,绝缘子表面杂质附着的程度不同,或者是湿润程度不同的区域,产生的影响也会不同,在附着程度或者是湿润程度较低的区域,就会快速地产生热量,将水分进行蒸发,使该区域的电阻值增加,从而导致了这一区域的电压得到了提升[4]。当这一电压高于耐压强度时,就会在这一区域最先出现局部放电的现象,这时,在对电压进行分配时,就将所有的电压分配到绝缘子中,从而使绝缘子出现污闪现象;当输电线路中的一个绝缘子出现污闪事故后,就会对其他的绝缘子产生干扰,依次地将所有电压加载到绝缘子中,从而使整条输电线路中的绝缘子产生局部放电的现象,出现污闪事故。   
在输电线路中的电压超过正常值时,很难快速地将绝缘子表面的水分烘干,从而电压增长的速度不是很快,很难增加到临界值,因此,出现污闪现象的几率就会非常小。但是,在中性点非直接接地系统中,如果只是一相接地,另外两相在电路中运行时,通过的线电压时间过长,或者是通过的工频电压较大时,就会增加污闪现象的发生几率。   

2 线路绝缘子污闪事故预防措施
  
2.1 针对性线路检查   
为了避免线路的绝缘子出现污闪事故,首先就要进行针对性线路检查。在白天进行检查时,可以仔细听取绝缘子处的声音,根据声音判断出绝缘子是否存在异常的现象,如果能够听到放电的声音,就表示其中存在一定的问题,需要将其解决。并且,在雨雪天气时,输电线路的污闪现象更容易发生,这时,就要加强对环境的监控,及时地了解周围的环境情况,为绝缘子的绝缘性能提供保证。同时,还要定期地开展维护工作,在维护的过程中,要对绝缘子的质量进行检测,及时地将零值绝缘子发现出来,对其进行更换,有效地保证了绝缘子的性能,为输电线路的正常运行提供了帮助。   

2.2 定期对绝缘子进行清扫   
在输电线路长期运行的过程中,都会在其表面附着上一层杂质,对绝缘子的绝缘性能造成了一定的破坏,因此,为了使绝缘子的绝缘性能得到保证,就可以进行清扫工作,将绝缘子表面的杂质清除掉。在清扫的过程中,可以根据环境的不同,分为不同的清扫等级,如,在污染非常恶劣的环境中,就将其定为重点清理区域,对该区域清扫时,每年要在3次以上;在污染一般的环境中,就将其定为一般清理区域,对该区域清扫时,每年要保证2次以上;污染非常低的环境中,就将其定为轻度清理区域,对该区域清扫时,每年进行1次即可。在清扫时,可以使用相应的干擦剂,并配合塑料球、手套等工具来对绝缘子进行清扫,有效地将绝缘子表面杂质清除干净。而且在清扫的同时,还要仔细地对绝缘子进行检查,查看其表面是否出现裂纹、损坏等缺陷,发现问题时,就要及时地将其进行更换。   

2.3 使用性能更好的绝缘子   
在使用上述两种方式进行预防时,都需要进行大量的工作,这就会增加电力企业的投入力度,大大减少了经济效益的增长速度。因此,在输电线路中,就可以使用性能更好的绝缘子,不仅有效地解决了污闪的问题,而且还会增加企业的经济效益。首先可以使用特制的防污绝缘子,在该绝缘子中,增加了双裙边爬距,提高了绝缘子外绝缘的爬电距离与绝缘子最高工作电压有效值之比,达到了相关要求中的规定。而且,在其内裙边,是一个光滑的斜平面,当杂质附着到绝缘子上后,就会使其自动滑落下去,增加了其自洁性,很难出现积污的现象。其次是可以使用合成硅橡胶绝缘子,由于合成硅橡胶具有耐老化、疏水性能等特点,使用该种材料制成的绝缘子,也就具备了这些特点,使这一绝缘子防污的性能更好,可以有效地降低污闪事故的发生几率。而在污染区域严重的地域,不仅工作量大,投入的成本较高,而且起到预防作用的时间还不是很长,可靠性不是很高,因此,在对这些区域进行预防时,就可以在绝缘子的表面涂抹上长效防污涂料,就将上述所有的问题进行了解决。瑞起电力,一站式服务世界电力用户。长沙瑞起机电设备公司生产电力绝缘子、瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子、线路绝缘子、悬式绝缘子、针式绝缘子、盘式绝缘子、拉紧式绝缘子、避雷器、隔离开关、变压器、负荷开关、箱式变电站、跌落式熔断器、电缆、电力金具,欢迎垂询。网址:www.hncmec.com, QQ:179934537。
 
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