500 kV复合绝缘子现场实测及提高运行可靠性研究

姜 辉，段世杰

(辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003)

复合绝缘子由于其重量轻、强度高、耐污闪能力强、便于制造维护等优点，在我国110～750 kV输电线路及变电站得到广泛应用。20世纪80年代中期应用到电力系统使用时间近25年，在运绝缘子数量约500万只。复合绝缘子在运行中发生的主要故障为运行中闪络 (雷击、污闪、鸟害、外力等)和运行中损坏 (界面击穿、芯棒断裂和脆断、芯棒脱出等)。当芯棒断裂和脱串导致导线坠地时，将发生严重事故，抢修费时费力，造成重大损失。

辽宁省电力有限公司检修分公司有多条500 kV输电线路使用复合绝缘子，连续运行年限最长接近15年，已临近开始频发事故的年限，有必要采取措施，防止事故于未然。

芯棒断裂事故直接和绝缘子高压端的高场强和分布电压相关，过高的场强导致界面局部放电，与之相关的化学腐蚀和电腐蚀导致芯棒碳化和脆断。目前国内外对此已进行了大量研究［1－5］，并进行了数学模拟和计算［6－8］。有关单位曾对330 kV复合绝缘子进行实测［9］，但对500 kV复合绝缘子而言，目前尚未在实际运行线路上进行过沿面场强和电压分布的精确实测，缺少定量数据。

因此，针对以上情况，在辽宁省电力有限公司检修分公司500 kV输电线路上，进行了500 kV复合绝缘子沿面场强和电压分布的实测，根据实测结果，提出提高其运行可靠性的改进措施，防止在今后运行中出现恶性事故，亦可作为线路设计和新产品制造、订货的参考。

1 实测方法

1.1 绝缘子及杆型

在500 kV沙蒲1号线34号铁塔上进行测量，该塔塔型为猫头ZB2型 (如图1所示)，塔高35 m，边相导线悬挂点高度25 m，导线为4×LGJ－400 mm2导线。复合绝缘子型号为FXBW4－500/210，结构高度4 450 mm，爬电距离13 750 mm。伞裙型式为一大两小，共有大伞30个，小伞59个，大伞间距130 mm，上下均压环，绝缘距离3 980 mm。均压环的抬高距Δh≈0(如图2所示)。

1.2 测量方法

使用GDC200光纤传感场强/分布电压测试仪进行带电测量。探头为基于泡克尔 (Pockels)电光效应的晶体传感器［10－11］，该传感器体积小 (20 mm×26 mm×60 mm)、没有金属附件，不会畸变被测空间电场的分布，仅把探头置于空间测量点即可进行测量。传感器和仪器机箱 (置于地面上)之间由光缆隔离，可避免高压电磁场干扰，并充分保证安全，测量精度为±2.5%。

测量人员登塔，利用绝缘操作杆将探头自下而上分别置于复合绝缘子各伞裙裙缘处，测量各点的轴向电场 (如图3所示)，再按轴向电场积分可求出复合绝缘子的轴向电位分布。

图3 测点位置

2 测量结果

500 kV复合绝缘子沿面工频轴向场强实测结果如图4所示。

根据沿面工频轴向场强实测结果，可得500 kV复合绝缘子轴向电压分布曲线如图5所示。

3 测量结果分析

a.由图4可知，高压端部的场强最大 (Emax=6.5 kV/cm)，为复合绝缘子平均场强 (Ecp=0.73 kV/cm)的8.9倍。不均匀系数δE= (Emax－Ecp) /Ecp为 7.9。

整个复合绝缘子上钢帽部位的芯棒承受最大工频场强。高场强在以下两方面将加速芯棒的劣化:一是在端部密封不尽理想或端部RTV粘胶剂受电晕腐蚀发生老化，过高场强加快水分和起因于电晕的NO2与水反应生成的硝酸类物质沿护套与芯棒间界面的细微气隙向高场强区迁移和渗透，加剧了芯棒的酸性腐蚀;二是用环氧玻璃纤维引拔棒制成的芯棒，因内部仅有纵向纤维而无横向缠绕纤维，能承受很大拉力但不能承受过大的扭力等应力。由于制造缺陷及外部应力作用，内部易生成纵向微裂纹。按微裂纹形状的不同，微裂纹两端的场强可达外施场强的5～10倍。在高场强作用下，微裂纹加速发展，导致芯棒的电老化。运行经验亦表明，芯棒脆断多发生在这一部位。因此，应尽可能降低此部位芯棒上的最大场强值。

b.由图5可知，电压主要分布在合成绝缘子的高压侧。500 kV复合绝缘子高压侧电压分布如表1所示。

表1 高压端不同长度电压分布 (相电压291 kV)

由表1可见，500 kV复合绝缘子电压分布很不均匀，近1/4相电压分布在高压侧约1/20长度上，近1/3相电压分布在高压侧约1/10长度上，近60%相电压分布在高压侧约1/3长度上，近70%的相电压分在1/2长度上。

将1组伞裙 (1大伞和2小伞)的分布电压称之为伞裙分布电压ΔU，则其最大值ΔUmax为靠近导线的第一组伞裙，ΔUmax=49.3 kV，为平均值(9.7 kV)的5倍。因此，在第一组伞裙上长期作用了5倍的过电压。

因每组伞裙组的泄漏距离为45.7 cm，第1组伞裙的泄漏比距仅为0.92 cm/kV。因此，第1组伞裙很容易发生沿面局放及污秽放电，将影响整只绝缘子的污闪放电特性，同时也加速了硅橡胶材料的电蚀和老化。

4 提高运行可靠性的改进措施

a.沙蒲1号线所用复合绝缘子的均压环结构不尽合理，高度偏低、抬高距Δh≈0，由实测结果可知，均压环未起到均压作用，导致高压端最大轴向场强达6.5 kV/cm，5%长度上的分布电压达67 kV(23.1%)。成为绝缘子高压端老化、芯棒脆断等故障的主要原因和隐患。考虑到该线路投运已经超过10年，复合绝缘子的老化故障逐渐显露，结合本地区和国内复合绝缘子的运行经验，需采取可靠措施防止因复合绝缘子故障引发线路重大事故［12］。

b.在校核导线对铁塔空气间隙距离的基础上，建议给全线复合绝缘子或至少在重点地区(重污区、多雷区、重冰区等)的复合绝缘子的高压端各加挂1片玻璃绝缘子。

c.对空气间隙受限制的杆塔，在绝缘子两均压环之间的空气间隙放电距离满足要求的基础上，将现有均压环更换为抬高距Δh= (1～2)伞间距的新均压环。

d.对运行中的复合绝缘子每年进行1次积污特性、憎水性能及机械特性的抽查和检测，以便适时对绝缘子性能进行评估。

e.对新建线路使用的复合绝缘子提出严格要求，高压端不得使用扁平状均环压，应当使用抬高距Δh= (2～3)伞间距的均压环。

5 结论

a.可用基于泡克尔效应的光纤传感场强/分布电压测试仪在运行线路上进行500 kV复合绝缘子沿面场强和电压分布的带电测量。

b.被测500 kV复合绝缘子沿面场强和电压分布极不均匀。高压端轴向场强Emax=6.5 kV/cm，为平均场强 (Ecp=0.73 kV/cm)的8.9倍。高压端第1组伞裙上的分布电压ΔUmax=49.3 kV，为平均值9.7 kV的5倍。

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