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绝缘子运行性能分析与选型研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

绝缘子是架空线路的重要组成部件,将导线与杆塔绝缘可靠连接。挂网运行后,受风、冰、雾、雨、雪、鸟、污秽、温度、外力、电弧、工频电场等因素综合影响,致使电气或机械性能失效,发生闪络或击穿,甚至断串掉线事故[1-4]。瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子是输电线路最主要的外绝缘形式,运行发现,每类绝缘子运行性能差异很大,失效形式、根源及外在因素均存在特殊性。

国内外发生过大量因绝缘子性能失效引起的电网事故,且有集中化趋势。外绝缘安全运行关系到运行单位的安全风险、运维工作量和企业经济效益等方面,因此,深入开展绝缘子运行性能分析和选型研究,对提高线路运行安全和可靠性非常重要,对新建线路和特高压线路绝缘子的选择也具有指导意义。

1 绝缘子性能分析

1.1 瓷绝缘子

瓷绝缘子机电性能优良、耐温性好、寿命长、取材方便、制造历史悠久、工艺技术成熟、成本较低,在输电线路广泛应用。

运行发现,瓷绝缘子主要集中问题是劣化和污闪。

1.1.1 劣化

瓷绝缘子长期运行可能劣化,产生低零值绝缘子,降低绝缘强度。劣化因素主要是制造质量缺陷、闪络电弧灼伤、经年老化[5]。极端状况下,由于内部劣化和大电流经过头部,水分急剧膨胀,导致铁帽炸裂和掉串事故。

1.1.2 污闪

瓷伞裙表面能较高,亲水性强,在高污湿环境下,较易发生污闪,造成大面积停电事故。二十世纪八十年代至本世纪初,我国电网发生数10次严重污闪事故,1990年、1997年和2001年的大面积污闪事故曾造成华北、华东、东北等地大面积停电。

绝缘子劣化常为内部缺陷,外观检查不易查出,需进行低零值检测。污闪也要求进行检测、更换以及必要的清扫,这增加了大量运维和管理工作。

1.2 玻璃绝缘子

由于玻璃钢化后均匀分布的永久内应力和材料属性,玻璃绝缘子具有零值自破、抗拉强度大、耐电弧性能好、电压分布均匀、耐冷热冲击性能好、寿命长等优点。零值自破为最显著特性,失效率低,检出率高,而且,残锤强度仍能保持80%S.M.L以上,闪络不掉串,深受青睐。玻璃绝缘子挂网运行可靠性高,机电性能稳定,不衰减,促进了此类绝缘子的推广和应用。

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运行发现,玻璃绝缘子运行主要集中出现问题是初期群爆和污闪。

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1.2.1 初期群爆

前苏联、美国、日本等国家对特高压线路外绝缘进行研究,前苏联和日本相继建成特高压交流线路。在绝缘子选型方面,前苏联1 150 kV线路前期全部设计选装抗拉强度高的玻璃绝缘子,达40多万片,污秽地区由于清扫等运维工作量原因,后期部分改装复合绝缘子。日本1 000 kV特高压线路则全线应用多串并联的瓷绝缘子,吨位高、生产难度大、成本高,后期运维工作量巨大。前苏联和日本特高压线路二三十年前投建,早已降压运行,并且与国内环境、气候差异较大,参考性有限。

1.2.2 污闪

玻璃伞裙表面能高,属亲水性,污闪问题应引起重视。由于钟罩型深棱结构特点,玻璃绝缘子在沿海地区运行效果较好。但在高粉尘地区,玻璃绝缘子易受泄漏电流侵蚀,群爆加重,涂RTV(PRTV)涂料无明显效果。

“行”是道德行为,是个人的实际行动。人们的道德行为是为了实践自己的道德认识,并在此过程中进一步认识道德、感受道德,二者既有区别又有一定的联系,道德认识促进道德行为的发生,道德行为加深自身道德认识的深刻程度。人们有了自己对事件的认识和判断,有了自己的道德认识,个人的道德行为、道德意志、道德情感会随之而生。而且道德情感、道德意志、道德行为会随着道德意识的进化而进化,自然也会随着道德认识的退化而退化。

运维管理部门应严把入网和验收关,密切关注初期自爆状况,污闪限制其在内陆污秽区应用。

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1.3 复合绝缘子

复合绝缘子伞裙为硅橡胶复合材料,低表面能决定了具有优良的憎水性、迁移性及恢复特性,在抗污闪方面有绝对优势。而且,机械性能优越(保证连接、密封工艺),芯棒轴向抗拉能力特别强,体积小,弹性好,重量轻,易运输安装,施工及运维简单。这些优势促进了复合绝缘子的普及应用,尤其在悬垂串。

基于表1,三大类绝缘子应用环境推荐及注意事项如下述。

2)在污秽等级较高地区应用,应满足外绝缘配置要求,选不易积污、自洁性较好的伞型,并采取必要的技术手段,如喷涂憎水性涂料。粉尘污染源区慎用钟罩型和深棱型。

复合绝缘子重量轻,耐污性强,综合成本较低,适宜在大部分区域,特别适于中重度污秽地区,应在各电压等级输电线路悬垂串推广应用。

3)电场畸变严重,雷击闪络高。复合绝缘子材质、形状和金具连接结构等导致表面电位分布呈不规则U型,电场畸变严重,局部电场甚至超过起晕场强,严重影响着复合绝缘子的运行性能。均压环是改善电场分布的有效方式,而且其相关参数及安装尺寸对电场分布影响较大。另外,均压环在闪络时可引弧,保护伞裙免于电弧灼伤,延长寿命。但是,端部金具和均压环减少了干弧距离,故复合绝缘子的耐雷水平较差,雷击闪络较高。

引言:大数据是互联网时代的新兴产物,它虽然只是一个虚拟的无形的信息概念,但是对企业的来说具有重大的发展意义。当下,如何紧跟时代步伐,将此技术应用到企业的发展中是值得每一个企业认真思考的问题。对于管理会计来说,如何将大数据的优势运用到工作中是企业财务工作者的工作重心。

另外,复合绝缘子承受径向应力的能力很低,易折断,且局部地区鸟害较严重。目前,复合绝缘子发展迅速,至今国内挂网运行达上千万支,运行经验丰富,得到国际电力组织广泛关注。

2 绝缘子应用环境推荐

基于绝缘子的基本性能及运行特性分析,综合比较,如表1。

 

表1 绝缘子性能综合比较

  

注:1.耐雷水平为同结构高度比较;2.综合成本包含绝缘子出厂价格和寿命周期内的运检费用

 

性能 复合绝缘子最高机械性能抗拉强度瓷绝缘子高玻璃绝缘子较高掉串 较多 无 较少耐压强度 高 最高 较高击穿 会 会 不易耐电弧性 一般 最好 一般电气性能均压性 较好 最好 较差耐污性 一般 较差 最好耐雷水平 高 最高 较低失效率 较高 较低 低运维 失效检出率 较低 最高 较低检测 需要 无 需要耐温性 一般 最好 好重量 最重 较重 最轻其它 寿命 较长 最长 较短综合成本 较高 一般 较低

2.1 瓷绝缘子

瓷绝缘子具有抗拉强度高、电气性能较好、寿命较长(30年左右)等优点,但是会劣化,甚至导致掉串,并且耐污性能一般,虽造价低,但考虑到后期检测、更换、清扫、喷涂RTV涂料等费用,综合成本较高。瓷绝缘子基本性能较好,运行较稳定,故适宜在大部分清洁地区。

运行发现,复合绝缘子存在若干问题,这些问题与工艺质量和运行环境密切相关,主要集中体现在以下3点:

1)考虑检零、更换等运检工作,不适于非常偏僻地区。

1)劣化。复合伞裙长期在紫外线辐射、电晕放电、污秽、温度等因素作用下,会出现老化,在伞裙、护套等处可发现粉化、微裂纹或硬化现象,弹性下降,易撕裂[8]。伞裙的老化也反映在各种状态下的憎水性减弱、丧失时间快和恢复时间长。复合绝缘子劣化较漫长,但在运行后期,日趋严重,导致运行寿命较短10余年,这要求运维人员进行检查和检测,评估运行状况。

3)由于劣化瓷绝缘子雷击大电流时可能引起炸铁帽恶性事故,选用瓷绝缘子时,重要线路及“三跨”区域,宜采用双串及以上形式。

2.2 玻璃绝缘子

5)采石等爆破区附近由于外破致损因素,不推荐选用。

中国白酒是自然发酵产物,由天、地、人共酿,而生态酿造体现了白酒的天人合一、崇尚自然、顺其自然、道法自然。即使现在出现部分机械化生产,但白酒的核心品质还是取决于地域、气候、水质、粮食原料等自然因素。另外,相比于其他行业如化工、纺织,川酒生产过程产生的污染要小得多,同时可以借助于新技术对白酒废料进行回收再利用,实现资源可持续发展。因此,川酒行业应该是社会主义生态文明建设的急先锋[7]。

1.中小企业缺乏行政监管。从当前中小企业的发展来看,缺乏完善的行政监管。尤其是在三、四线城市当中并没有针对中小企业建立相关的监督管理部门。中小企业的监督和管理分摊给每个行政监督管理部门,于中小企业的监督权责划分不够明确,行政监管方面缺乏统一的指挥,各个部门的市场准入原则以及标准不统一,导致了中小企业管理过程当中存在着一些问题,中小企业的管理中出现矛盾的地方。中小企业的市场竞争中出现不正当竞争或者是消费权益被侵害的现象,各个部门的处理方式相对消极,相互之间也会推诿责任。导致违法的中小企业无法得到有效地处理,整个市场环境受到影响。

1)因抗拉强度高,特别适于大档距、易覆冰、强舞动等线路区。

2)由于传热性差,因污湿易受泄漏电流侵蚀,不适宜用于高粉尘污秽区。

本文使用的材料如表1所示。石墨颗粒和树脂按体积比为9∶1进行处理。碳复合材料的制造过程如图1所示。首先,铝模的顶部和底部通过机加工制造。其次,将颗粒与环氧树脂混合,并将混合物平铺在铝模上。第3,关闭模具,施加压力(10 MPa)和加热升温到150 ℃。进而制造了两种类型的双极板样品,一种是由碳纤维制成的颗粒石墨——环氧复合材料,另一种是没有碳纤维的复合材料(如图2所示)。由此,碳纤维织物被插入双极板层的中间能够大幅改善质子交换薄膜的机械性能。

对于Nt>Nr的系统中,CR包括以下两部分:①计算一个需要3次实数乘法,有2Nr个;②由于R1是上三角矩阵,所以在①中包含了(2Nt- l )个无效操作。因此总共需要(4Nr+l )次实数乘法,可以得到改进检测算法的计算复杂度CMy-SD的上界:

3)基于不检零、不掉串、残锤高、易发现、均压好等突出优势,推荐高压和超高压野外线路应用。

抗战建国与教育建国:抗战时期福建的小学教育(1937—1939)………………………………………………张运君,肖楠楠(4,99)

4)考虑自爆碎玻璃高空坠落,不宜在人口流动区域垂直上方应用。

钢化玻璃绝缘子抗拉强度很高,电气性能优良,运行稳定无衰减,寿命周期最长(超50年),零值自破是最显著特性,属“免检产品”,耐污性能一般,故适宜在大部分较清洁地区和沿海地区。

在歌剧演唱部分的改革中,格鲁克对宣叙调进行了改造,他用带有乐队伴奏的宣叙调代替了原本只用单独键盘乐器伴奏的“清宣叙调”,提高了乐队的地位。在咏叹调中,面对长期以来纯粹以炫技为目的,大比重使用咏叹调使它们与剧情严重脱节的现象上格鲁克在歌剧创作中削减了咏叹调的出现次数,使它真正表现出剧中人物的思想感情。除此以外格鲁克从根本上改变了合唱在意大利歌剧中一直被忽视的现象,恢复了古希腊歌剧中合唱不可被替代的作用。

2.3 复合绝缘子

2)芯棒脆断。芯棒脆断是复合绝缘子运行的突出问题,主要与密封工艺不良、护套较薄等产品质量和电晕放电、酸雨等运行环境相关。因长期漏电起痕及电蚀损伤,护套与金属界面密封性易被破坏。电晕放电致使空气电离产生氮氧化物、臭氧等,形成弱硝酸,渗入芯棒,加速芯棒的酸蚀,致使芯棒长期发热,持续烧蚀,机械强度迅速下降,无法承受载荷时发生断裂。另外,酸雨会加速芯棒酸蚀过程。

1)由于电场畸变严重,应合理配置均压环及优化均压环的尺寸、罩入深度等,并保证均压环安装尺寸的唯一性,若畸变仍强,应采取其他有效技术措施降低表面电场,如“Y”型布置、组合绝缘等。

2)考虑防芯棒脆断,复合绝缘子应选择压接式连接、整体注塑、密封优良、耐腐芯棒等先进工艺产品。

3)由于径向易折,检修不便,一般清洁耐张串选用较少。

4)复合绝缘子干弧距离较小,耐雷水平较低,一般地区可选等结构高度,多雷区应增加一定结构高度。

5)考虑重量较轻或串长较长,复合绝缘子用于悬垂串或者跳线串时,应通过加装重锤等方式增加其垂直荷载,考虑净空距离,防止风偏放电。

The gate–source capacity Cgs/L was calculated as below:

6)鸟害严重区域如湖泊附近,复合绝缘子较易闪络,应考虑瓷或玻璃绝缘子替换,或采取有效防鸟措施,如防鸟刺、挡板、人工鸟窝等。

7)直流线路积污速率及积污量较大,从抗污闪考虑,宜选用复合绝缘子。

3 特高压线路绝缘子选型研究

我国能源与负荷逆向分布,特高压应势而成,实现远距离、大容量的电能供需平衡。特高压线路负荷大,运行可靠性要求高,外绝缘能力是其安全稳定的重要因素。

零值自破是钢化玻璃固有特性,无法避免,存在一定规律性:零值自破属早期暴露,投运初期1~3年为峰值期,以后逐渐下降并趋于平稳[6-7]。运行初期可能出现群爆,应密切关注。自破内因源于杂质(硫化镍等)、工艺不良等引起内应力平衡破坏,外因主要为污湿和外力,铁帽、伞裙、钢脚轴线不一致也会致使自破发生,但机械应力和电场强度对玻璃绝缘子的自破率影响甚微。

立足国内环境、气候现状和特高压线路的特殊性,绝缘子选择应考虑如下因素。

3.1 机械应力

特高压线路一般采用8分裂大截面导线,线路档距大,综合荷载大,这对绝缘子的机械应力要求非常高。为达机械应力和安全系数要求,特高压绝缘子串采用大吨位绝缘子多串并联形式。复合绝缘子轴向抗拉强度非常高,能满足要求。玻璃绝缘子具有较大优势,抗拉强度优于瓷绝缘子,性能稳定,自爆后残锤强度高,不掉串,机械可靠性高。

机械性能方面,推荐悬垂串复合绝缘子,耐张串钢化玻璃绝缘子。

3.2 耐污性能

特高压线路走廊宽,距离长,途径区域及环境复杂,污秽、雨雾等差异也较大。因此,防污设计是保障运行可靠性必须考虑的问题。耐污性能方面,由于伞裙材料的憎水性、迁移性和自恢复性能,复合绝缘子具有明显优势。武高所试验表明,盐密0.1 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2污秽试验中,憎水性HC1的复合绝缘子单位爬距污闪电压很高,为瓷或玻璃绝缘子的 2.5~3.0倍[9]。中重度污区,出于防污考虑,若选用瓷或玻璃绝缘子,设计会显著增加绝缘子数量,一般20%以上,甚至达50%,成本高且运检工作量大。串长与串重也影响杆塔的设计,而且多串并列形式也会降低整体耐压水平。

丙组 40 例患者年龄为 41~79(56.60±2.76)岁,男女分别为 32例(80.00%)、8 例(20.00%)例;病理类型:鳞癌22例,腺癌14例,其他4例;TNM分期:Ⅱ期6例,Ⅲ期25例,Ⅳ期9例。

耐污性能方面,Ⅲ级以上污区,推荐选择复合绝缘子并合理优化串型设计,0~Ⅱ级污区三者均可,瓷绝缘子适合选取自洁性能好的双闪和三伞形式。

3.3 均压性能

复合绝缘子电场分布严重不均,端部电场集中,易引起漏电起痕和电蚀损,特高压电场尤强,故改善复合绝缘子电场分布的研究是解决特高压线路复合绝缘子应用的重要问题。钢化玻璃绝缘子与瓷绝缘子均压性较好,但在特高压强电场也需加装均压装置。目前,国内外主要采用加装均压环的方法均压均场,并且优化均压环参数与绝缘子串型对改善电场分布非常重要,特殊地区可考虑两端串瓷或玻璃绝缘子配合均压装置的组合绝缘形式。

均压性能方面,三者均可,需优化串型与均压环参数。

3.4 综合成本

大吨位复合绝缘子造价成本相对较低,而且由于抗污闪能力强,串长最短,最轻,能降低杆塔高度和减小塔头尺寸,后期运行检测成本也不高,故复合绝缘子综合成本最低。玻璃绝缘子抗拉强度大、耐电强度高、运行稳定性好、寿命长、重量较轻,后期运维成本较低,均优于瓷绝缘子,故玻璃绝缘子综合成本低于瓷绝缘子。

综合成本方面,复合绝缘子最低,玻璃绝缘子次之,瓷绝缘子最高。

总体来看,以提升特高压线路安全可靠为首要原则,机械应力、耐污性能、均压性能、综合成本综合考虑,特高压线路绝缘子选型推荐如下:Ⅲ级以上污区,推荐复合绝缘子并合理优化串型设计;0~Ⅱ级污区悬垂串复合绝缘子,耐张串玻璃或瓷绝缘子,优先选玻璃绝缘子,瓷绝缘子应选自洁性能好的双闪和三伞形式。

4 结束语

本文对三大类绝缘子运行性能分析,对存在的典型问题查找原因,如瓷绝缘子劣化三因素,掉串为内劣化加大电流综合所致;玻璃绝缘子零值自破内因源于杂质、工艺不良等引起内部应力平衡破坏,外因主要为污湿和外力所致;复合绝缘子棒脆断主要与密封不良、电蚀损、酸雨等相关。

基于运行性能,对三大类绝缘子推荐适用环境和需关注的事项。结合特高压线路的特殊性,从四方面综合给出特高压线路绝缘子选择建议:Ⅲ级以上污区,推荐复合绝缘子并合理优化串型设计;0~Ⅱ级污区悬垂串复合绝缘子,耐张串玻璃或瓷绝缘子,优先选用玻璃绝缘子,瓷绝缘子应选取自洁性能较好的双闪和三伞形式。

参考文献

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李岩,彭玉金,时海刚,王峰,张晶华
《国网技术学院学报》2018年第01期文献

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