合成絕緣子耐雷水平的探討

總結(jié)了中山電網(wǎng)使用110 kV及以上合成絕緣子的運(yùn)行情況，對輸電線路使用合成絕緣子必須注意審核其雷電全波沖擊耐受電壓水平是否滿足該地點(diǎn)的耐雷水平等問題進(jìn)行了具體分析、探討，并指出合成絕緣子具有足夠的有效干弧距離是滿足所需耐雷水平的關(guān)鍵。

合成絕緣子在110 kV及以上輸電線路中的應(yīng)用，近年來已日益廣泛。它具有防污性能好、不出現(xiàn)零值或低值、重量輕、便于安裝和基本免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。1996年廣東省明確規(guī)定“處在Ⅱ級污區(qū)及以上的污穢地區(qū)，電壓為110 kV及以上的架空線路，垂直絕緣子串應(yīng)使用合成絕緣子”，輸電線路使用合成絕緣子調(diào)爬已作為防污閃工作的主要措施之一。統(tǒng)計(jì)至1998年底，中山電網(wǎng)已使用110 kV及以上合成絕緣子共4 925支，約占線路桿塔總基數(shù)的67.8%。從總體上看，中山電網(wǎng)合成絕緣子運(yùn)行情況良好，未出現(xiàn)過污閃跳閘事故，只出現(xiàn)過13次雷擊輸電線路導(dǎo)致合成絕緣子沿面閃絡(luò)、均壓環(huán)引弧棒燒傷的故障，均因重合成功而未造成停電損失。但通過運(yùn)行分析，合成絕緣子在防雷性能上存在著有利與不利兩方面的因素。有利因素是它不會(huì)發(fā)生瓷或玻璃絕緣子不可避免的零值或低值現(xiàn)象，因而可在運(yùn)行中保持整支絕緣子有較高的防雷水平；其不利因素是由于合成絕緣子傘裙直徑小，有效干弧距離較同高度的瓷或玻璃絕緣子串短，正常防雷水平有所下降。本文將對這些問題進(jìn)行具體的分析。

1、合成絕緣子運(yùn)行分析

中山電網(wǎng)區(qū)域位于廣東中南部，因緯度低、太陽輻射強(qiáng)，氣流旺盛，導(dǎo)致區(qū)域雷電活動(dòng)頻繁，年雷暴日平均約90 d／a，中山電力系統(tǒng)所轄35 kV及以上輸電線路的雷害故障率占輸電線路綜合故障的73.6%。

隨著中山電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，城市大氣環(huán)境污染的加劇，對輸電線路瓷絕緣子維護(hù)工作日趨困難。從1996年開始，中山電網(wǎng)陸續(xù)使用合成絕緣子，并結(jié)合防污閃調(diào)爬工作，對110 kV及以上輸電線路實(shí)施改造。中山電網(wǎng)先后使用過湖北某廠、廣東某公司生產(chǎn)的合成絕緣子(結(jié)構(gòu)高度約1 235～1 245 mm，110 kV高壓側(cè)一端加均壓環(huán)后的有效干弧距離約1 000 mm)和河北某絕緣子廠生產(chǎn)的加長型合成絕緣子(結(jié)構(gòu)高度約1 250 mm，有效干弧距離約1 045 mm)。運(yùn)行3 a來，未出現(xiàn)過合成絕緣子傘裙斷裂、鋼帽脫落或硅橡膠材料表面嚴(yán)重噴霜等現(xiàn)象。由于中山電力局所屬區(qū)域處于雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，落雷密度較大(1997年度統(tǒng)計(jì)約4.40次／(km2.a)、雷電流幅值較高(1997年統(tǒng)計(jì)年平均值約38.5 kA)。往年的輸電線路雷擊跳閘率居高不下，且部分線路導(dǎo)致重合不成功甚至出現(xiàn)瓷絕緣子鋼帽燒脫掉串事故。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，隨著電網(wǎng)使用合成絕緣子的比例增大，輸電線路瓷絕緣子零值或低值現(xiàn)象減少，輸電線路雷擊跳閘率在逐年下降。顯然，由于合成絕緣子是棒形絕緣結(jié)構(gòu)，一般不發(fā)生內(nèi)部絕緣擊穿，無零值或低值現(xiàn)象，使整支絕緣子在運(yùn)行中保持較高的防雷水平。就普通型合成絕緣子而言，其50%沖擊閃絡(luò)電壓(幅值)不小于540～580 kV，雖然較110 kV線路7片瓷絕緣子串(干弧距離約1 150 mm)的50%雷電全波沖擊閃絡(luò)電壓(幅值)低8%～13%，但不會(huì)出現(xiàn)像瓷絕緣子串零值過多(2～3片及以上)而造成絕緣水平嚴(yán)重下降的現(xiàn)象。因此，110 kV及以上輸電線路雷電跳閘率逐年降低也就不足為奇了。

對于多雷區(qū)或雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈地區(qū)，使用普通型合成絕緣子，必須注意審核其雷電全波沖擊耐受電壓水平是否滿足該區(qū)域的耐雷水平，這是影響合成絕緣子雷擊閃絡(luò)的主要原因之一。中山電網(wǎng)發(fā)生的13次合成絕緣子雷擊閃絡(luò)、均壓環(huán)引弧棒燒傷故障，有3次為加長型合成絕緣子，其余為普通型。而加長型合成絕緣子占運(yùn)行總數(shù)2／3，遭雷擊閃絡(luò)的比率僅為總故障次數(shù)的23%。

普通型合成絕緣子(尤其110 kV級)有效干弧距離僅1 000 mm左右，它的耐雷水平先天劣于同長度無零值的瓷絕緣子，對于類似中山這樣多雷且雷電流幅值較大的區(qū)域而言，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的干弧距離實(shí)際上偏小。因此在不影響線路桿塔結(jié)構(gòu)的情況下，適當(dāng)加長合成絕緣子的有效干弧距離，能明顯提高合成絕緣子的耐雷水平。另外，110 kV合成絕緣子高壓端采用加深高度的均壓環(huán)后，其傘裙電壓分布得到明顯改善，高壓端芯棒與金具連接處的場強(qiáng)得以降低，合成絕緣子沿面閃絡(luò)拉弧點(diǎn)大多集中在均壓環(huán)放電極上，易于維護(hù)和更換。

2、合成絕緣子使用對策

2.1、要有足夠的有效干弧距離

使用合成絕緣子必須注意審核其雷電全波沖擊耐受電壓水平應(yīng)滿足該地點(diǎn)的耐雷水平的設(shè)計(jì)要求，而合成絕緣子具有足夠的有效干弧距離是保證其滿足所需耐雷水平的關(guān)鍵因素。因此，對于110 kV合成絕緣子，有效干弧距離應(yīng)選擇1 050～1 100 mm；對于220 kV合成絕緣子，有效干弧距離應(yīng)選擇1 950～2 000 mm。適當(dāng)加長后的110 kV合成絕緣子，50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓(正極性)約在640～680 kV范圍，接近于110 kV線路耐雷水平的設(shè)計(jì)值。

2.2、注意導(dǎo)線弧垂、風(fēng)偏等影響

在輸電線路調(diào)爬或改造過程中，使用加長型合成絕緣子，應(yīng)注意校核導(dǎo)線弧垂、風(fēng)偏等技術(shù)參數(shù)。目前部分廠家生產(chǎn)的膠裝式整體注射成型合成絕緣子，金具接頭較短，對于相同結(jié)構(gòu)高度，可令其干弧距離足夠，這是解決普通型合成絕緣子的雷擊閃絡(luò)問題的較好途徑。

2.3、采用均壓環(huán)

110 kV及以上電壓等級合成絕緣子均采用均壓環(huán)，以改善合成絕緣子電場分布。110 kV級合成絕緣子高壓端配一個(gè)均壓環(huán)，220 kV合成絕緣子配兩個(gè)均壓環(huán)，均壓外徑250～300 mm，管徑30～40 mm，抬高距離25～30 mm。均壓環(huán)采用開口環(huán)加放電極，便于拆卸更換。110 kV合成絕緣子在高壓端配一個(gè)均壓環(huán)，其50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓比不帶均壓環(huán)的下降了1.5%～3%左右，但采用加長型合成絕緣子后，傘裙電壓分布又得到改善，高壓端芯棒與金具連接處的場強(qiáng)有所降低，既起到傘裙和端部金具不易嚴(yán)重?zé)齻淖饔?，又有利于均壓環(huán)的運(yùn)行維護(hù)。

2.4、做好故障檢查記錄

運(yùn)行中的合成絕緣子，因遭雷擊發(fā)生沿面閃絡(luò)，但線路重合成功。經(jīng)運(yùn)行部門登桿檢查，未發(fā)現(xiàn)傘套表面嚴(yán)重?zé)齻螂娢g粉化，傘盤破損或嚴(yán)重變形等缺陷，合成絕緣子的電氣性能、增水性能一般不會(huì)受損，可繼續(xù)投入使用，但運(yùn)行部門必須做好故障檢查記錄。內(nèi)容包括：電壓等級；安裝地點(diǎn)；故障日期；故障原因(污閃、雷擊、不明)；故障性質(zhì)(閃絡(luò)、擊穿、機(jī)械故障)；損壞部位(均壓環(huán)放電極、傘裙、傘盤、芯棒端部介面、端部金屬件等)。此外，還要建立詳細(xì)的合成絕緣子臺(tái)帳和運(yùn)行記錄。

2.5、在變電所進(jìn)線端加裝避雷器

輸電線路全線采用合成絕緣子后，其耐雷水平趨于穩(wěn)定，而雷電波沿輸電線路入侵變電站母線的概率相應(yīng)增大。文獻(xiàn)［1］規(guī)定，110 kV開關(guān)斷口的額定雷電沖擊耐受電壓(峰值)為450 kV或550 kV。在雷雨季節(jié)，變電所進(jìn)線隔離開關(guān)或斷路器可能經(jīng)常斷路運(yùn)行，而線路側(cè)又帶電，因此必須在進(jìn)線端加裝避雷器。有條件時(shí)，可選擇輸電線路雷擊跳閘率較高的易擊段，裝設(shè)線路型氧化鋅避雷器，也是輸電線路防雷對策的一種積極嘗試。

3、結(jié)論

a)普通型合成絕緣子在防雷性能上存在著有利與不利兩方面的因素，對其雷電閃絡(luò)的問題必須引起生產(chǎn)廠家、運(yùn)行部門的足夠重視。

b)使用合成絕緣子必須注意校核其雷電全波沖擊耐受電壓水平應(yīng)滿足該地點(diǎn)的耐雷水平的設(shè)計(jì)要求，而合成絕緣子具有足夠的有效干弧距離是滿足所需耐雷水平的關(guān)鍵。