冰灾对运行复合绝缘子性能影响研究

黄福勇，周卫华，周挺，王成

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007）

冰灾对运行复合绝缘子性能影响研究

黄福勇，周卫华，周挺，王成

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007）

湖南是一个冰冻重灾区，冰冻灾害给电网的安全运行带来巨大危害，如大量的断线、掉串等。本文通过对运行复合绝缘子在冰冻灾害前后的机电性能试验研究，认为冰冻灾害前后复合绝缘子机电性能无明显变化，不存在遗留隐患，仍然能安全稳定运行，并提出在重冰区宜采用间插特大伞裙设计的防冰型复合绝缘子。

冰冻灾害;复合绝缘子;机电性能

湖南地处长江中游，北临洞庭湖，东西南三面环山，地势整体由南向北倾斜，湘、资、沅、澧4条支流由西南向北汇聚洞庭湖，形成向北开口的马蹄形盆地，冬季北方冷空气和南方暖湿气流在南岭山脉附近交汇，形成稳定的“静止峰”及其延伸的“准静止峰”，带来长时间的低温、微风、降水和冰冻过程，2005年和2008年先后发生2次严重冰冻灾害，给湖南电网造成严重损失，线路出现频繁闪络跳闸并发生大面积的倒塔断线和掉串故障。冰灾后检查发现，盘形瓷质绝缘子存在明显隐患，如某±500 kV直流线路在恢复受电后，于2008年3月10日1727号极Ⅱ小号侧4号绝缘子串发生掉串故障、2008年3月18日1705号极Ⅰ大号侧3号绝缘子串共33片发生瓷瓶破损故障;对全线的瓷质绝缘子进行带电检测，结果表明全线存在几万片劣质绝缘子，严重影响到该线路的安全运行。

复合绝缘子近年已经被大范围应用于输电线路，截止到2010年9月，湖南电网在网运行的500 kV复合绝缘子共计13 256支，220 kV共计33 775支，110 kV共计73 604支。在经历冰灾后，复合绝缘子是否存在类似瓷质绝缘子的隐患，机电性能能否满足继续运行的要求，受到运行部门的普遍关注。为此，对复合绝缘子冰灾前后的机电性能进行了试验研究〔1〕。

1 试验样品

试验样品分4个部分，分别是:① 截止到2006年10月，在网运行时间达到8年及以上的复合绝缘子样品共45支;②截止到2007年10月，在网运行时间达到6年及以上的复合绝缘子样品共50支;③截止到2008年10月，在网运行时间达到6年及以上及根据前2年的试验结果要求复试的复合绝缘子样品共66支;④某±500 kV直流线路重冰区段复合绝缘子样品8支。对抽样试验绝缘子分类统计见表1～3。

表1 抽样复合绝缘子涉及生产厂家 支

表2 抽样复合绝缘子涉及电压等级 支

表3 抽样复合绝缘子涉及额定机械负荷值 支

2 试验项目

参照DL/T864—2004《标称电压高于1000 V交流架空线路用复合绝缘子使用导则》的有关规定，确定进行憎水性试验、湿工频耐受电压试验和陡波冲击耐受电压试验，以考核复合绝缘子的电气性能;进行密封性能试验和机械破坏负荷试验，以考核复合绝缘子的机械性能;进行外观检查、跌落试验和水煮试验，以检查复合绝缘子的伞裙材料性能。

各试验项目的具体要求如下:

①憎水性试验:分别对绝缘子上表面的憎水性及其恢复时间进行测量。试验采用喷水分级法即HC法。测完憎水性后将绝缘子置于水中浸泡96 h，随后测量恢复至浸泡前憎水性的时间为绝缘子憎水性的恢复时间，小于24 h为合格。

②湿工频耐受电压试验:试验前先将样品置于盛有水的容器中96 h后，立即放置到已调整好的人工雨淋装置中，待试品淋雨15 min后，施加约75%的试验电压，再以每秒2%试验电压的速率上升至规定的耐受电压，保持1 min，然后迅速退掉电压 (不能突然截断电压)，发生闪络者为不合格。

③陡波冲击耐受电压试验:陡波试验前对绝缘子进行水煮试验，即在0.1%NaCl去离子水溶液中沸煮42 h。水煮之后检查绝缘子外观，未开裂损坏者在随后48 h内进行陡波冲击电压试验。将电极固定在试品上，每支试品分段进行陡波冲击电压试验。试验时，将陡度≮1000 kV/μs、且≯1 500 kV/μs的冲击电压依次施加到试品的每段上，每段均应承受25次正极性和25次负极性冲击。伞裙、护套及芯棒发生局部或整体击穿的为不合格。

④密封性能试验:对试品进行染色渗透试验，先用清洁剂将表面清理干净，在清洁的表面添加渗透剂 (1%浓度的品红溶液)，作用20 min。在渗透剂开始作用5 min内施加70%额定机械负荷维持1 min，然后除去试品上多余的渗透剂，清洁其表面并让其干燥。检查的区域为绝缘子两端，包括护套与金属附件界面的全部区域及金属部分两端有效的延伸区。端部密封破坏，渗透剂进入绝缘子内部的为不合格。

⑤机械破坏负荷试验:机械破坏负荷试验包含3步:第1步是所有绝缘子均进行50%额定机械负荷试验，即试验施加50%额定机械负荷，看绝缘子是否损坏;第2步是选取绝缘子进行额定机械负荷试验，即试验施加额定机械负荷，看绝缘子是否损坏;第3步是选取绝缘子进行机械破坏负荷试验，查看实际机械破坏负荷值和破坏形式。

⑥外观检查:伞裙表面是否有蚀损、漏电起痕或电弧烧伤痕迹;伞裙是否脆化、粉化、开裂;伞裙表面是否损坏，各粘接和密封部位是否有脱胶现象，端部金具连接是否发生滑移;钢脚或钢帽是否锈蚀，钢脚是否弯曲，是否有电弧烧损;伞裙是否存在拆卸、运输过程中造成的损伤。

⑦跌落试验:将复合绝缘子水平置于地面2 m高处向下自由跌落3次。检查复合绝缘子是否存在脆化、变硬现象，材料是否老化。

⑧水煮试验:将样品放入含有0.1%NaCl的去离子水中保持沸煮42 h。在沸腾结束后，样品仍保留在容器中直到水冷却到50℃。取出试品，对每支样品的伞套进行外观检查。外观有明显破损者为不合格。

对江城线抽样的8支绝缘子只进行外观检查和机械破坏负荷试验。

3 试验结果及分析

3.1 憎水性试验

运行一定年限后复合绝缘子憎水性能有明显下降，憎水性试验结果的统计见表4，2008年试验结果与前2年相比，复合绝缘子的憎水性测试结果相对较差，主要原因是2008年的抽样样品中包含了2006和2007年要求进行复检的绝缘子 (憎水性检测结果为HC5)。对2007年和2008年抽样的复合绝缘子分别进行憎水性恢复时间试验，试验结果见表5。2008年抽检绝缘子憎水恢复特性比2007年好，原因是复合绝缘子在长期运行中，伞裙表面积聚了许多污染物，污染物的成分中含有许多吸湿性物质，使复合绝缘子表现为亲水性，经历2008年冰灾，冰的晶析作用和融冰的冲刷作用使伞裙表面污秽减少，吸湿性物质减少，绝缘子憎水性恢复时间缩短。

表4 复合绝缘子憎水性试验结果 支

表5 憎水性恢复时间试验 支

3.2 湿工频耐受电压试验

110 kV复合绝缘子湿工频耐受电压230 kV，耐受时间1 min;220 kV复合绝缘子湿工频耐受电压395 kV，耐受时间1 min;500 kV复合绝缘子湿工频耐受电压740 kV，耐受时间1 min。对2006—2008年抽检的共计160支复合绝缘子，按照电压等级分别进行试验，均未发生击穿闪络和发热现象，试验全部通过。

3.3 陡波冲击耐受电压试验

对2006—2008年抽检的共计160支复合绝缘子分段进行陡波冲击耐受电压试验，被试绝缘子的伞裙、护套及芯棒均未发生局部或整体击穿，试验全部通过。

3.4 水煮试验

对2006—2008年抽检的共计160支复合绝缘子进行水煮试验，检查所有被试绝缘子外观均未见明显破损、粘接和密封部位未出现脱胶现象，全部通过试验。

3.5 外观检查和跌落试验

对2006—2008年抽检的共计160支复合绝缘子进行外观检查和跌落试验，其中2007年抽样样品中有4支伞裙破损，其它样品均合格，总体检测情况表明，抽样样品老化、劣化的程度差异较大:①运行年限越长，伞裙护套表面发黑、局部电蚀损伤迹象越严重，部分运行时间超过10年的样品存在粉化、脆化现象。早期产品为了提高耐漏电起痕指标，在硅橡胶材料中加入了较多的无机物填料是造成早期产品伞裙护套脆化、开裂、脱落的主要原因。② 在工业污染严重地区，抽样样品老化、劣化程度高 (注:各电业局在产品送检前已经对外观进行了检查，并剔除了外观明显不合格的绝缘子)。

3.6 密封性能试验

对2006—2008年抽检的共计39支复合绝缘子进行密封性能试验，其中发现1支2007年被试绝缘子 (220 kV/100 kN/2000年出厂)端部密封破坏，渗透剂渗入到芯棒，其它样品均合格。

3.7 机械破坏负荷试验

机械破坏负荷试验结果见表6，表中的倍率表示被试复合绝缘子的机械破坏负荷值与额定机械负荷值的比值，2006—2008年共对134支绝缘子样品进行了试验，每年均有1支绝缘子的机械破坏负荷值小于额定机械负荷值，其它均超过额定机械负荷值;2008年冰灾后发现直流线路瓷质绝缘子掉串隐患后，在临近区段抽取了8支复合绝缘子进行机械破坏负荷试验，结果均超过额定机械负荷值;复合绝缘子的破坏形式主要有金具断裂、脱芯和芯棒开裂3种，如表7所示。

表6 机械破坏负荷试验结果 支

机械破坏负荷试验结果表明，抽样复合绝缘子样品的机械破坏负荷值在冰灾前后无显著变化，且仍具有一定的裕度，分散性小，表明复合绝缘子机械性能仍满足标准要求。

表7 机械破坏负荷试验结果 支

对比2008年前后的抽样试验结果，复合绝缘子的憎水恢复时间缩短，而其它检测结果无明显差异，仍能安全运行。

4 复合绝缘子在重冰区使用的建议

有研究表明，普通复合绝缘子并不适宜在重冰区使用，因其伞径小、伞间距近、大小伞直径差小，覆冰条件下很容易产生冰凌桥接，其爬电距离不能得到充分利用，使得冰闪电压降低;复合绝缘子的憎水性导致其覆冰后表面与冰的接触面之间存在大量的微小气隙，气隙间的间歇性电弧容易烧伤其表面材料，并导致其局部憎水性丧失，因此其冰闪电压要比瓷质和玻璃绝缘子差〔2〕。但也有研究表明，在交流电压下，覆冰复合绝缘子比同样最短电弧长度的覆冰IEEE标准悬式瓷绝缘子串具有更好的耐受特性，且大小伞结构的复合绝缘子比单伞结构的复合绝缘子有更好的覆冰耐受特性。此外，复合绝缘子由于伞裙的柔韧性，与冰的接触紧密性不如玻璃和瓷质绝缘子，融冰时易于脱落，同时适宜于人工除冰作业〔3〕。

为了解决复合绝缘子在重冰区的使用问题，通过研究提出了一种特殊定制的防冰型复合绝缘子〔4〕，这种复合绝缘子采用间插特大伞裙的方式，能有效地延缓冰凌桥结时间，提高冰闪电压达20%以上，并能有效地防止冰冻灾害，同时对鸟害、雨闪和杆塔污秽均有一定的预防作用。

建议在重冰区使用复合绝缘子时，如果为新建线路则优先采用加长型绝缘子以保证有足够的干弧距离;但在杆 (铁)塔窗口尺寸不足的情况下，可优先采用经特殊设计的防冰型复合绝缘子，以提高冰闪电压，防止线路冰闪跳闸故障。

5 结束语

湖南是一个冰冻重灾区，冰灾严重威胁湖南电网的安全稳定运行，并造成了大量遗留隐患。文中通过对输电线路复合绝缘子冰灾前后的机电性能进行试验对比分析，证实了冰灾后复合绝缘子机电性能无明显差异，不存在遗留隐患，仍然能安全稳定运行，并提出使用于重冰区的复合绝缘子宜采用间插特大伞裙设计的防冰型绝缘子。

〔1〕湖南省电力公司试验研究院.复合绝缘子运行状况分析及检测方法研究〔R〕.2009.

〔2〕蒋兴良.10 kV合成绝缘子覆冰交流闪络特性及冰闪过程研究〔J〕.中国电机工程学报，2002，22(8):58-61.

〔3〕湖南省电力公司试验研究院.人工除冰方法研究〔R〕.2008.

〔4〕湖南省电力公司试验研究院.输变电设备防冰技术应用研究〔R〕.2009.

Study on influence of ice disaster on properties of composite insulator

HUANG Fu-yong，ZHOU Wei-hua，ZHOU Ting，WANG Cheng
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Hunan is in a severe ice disaster area and it had produced serious harm to the safe and stable operation of power grid，such as power line breakage and insulator strings dropping.The mechanical properties test result shows that electrical and mechanical properties of composite insulators did not change significantly before and after freezing and there is no hidden trouble left after tests.It is strongly recommended that the anti-ice composite insulator with special shed should be adopted in the heavy frozen area.

frozen disaster;composite insulator;electrical and mechanical properties

TM852

A

1008-0198(2011)03-0001-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.001

2010-10-11