关于±500kV换流站直流场设备外绝缘故障的分析

曹生辉

中国南方电网超高压输电公司大理局



关于±500kV换流站直流场设备外绝缘故障的分析

曹生辉

中国南方电网超高压输电公司大理局

本文对换流站的概念、组成及优点进行了简单说明，并就±500kV换流站直流场主设备外绝缘故障进行了分析，同时根据造成故障的原因提出一些针对性的防范措施，以供参考。

±500kV换流站；直流场；主设备；外绝缘故障

1 研究背景

直流输电有着输送容量大，输送距离远，线路损耗低等优势，因此直流输电是我国电力工业发展的必然趋势。从1989年第1条±500kV葛南直流输电工程成功送电到2010年向家坝—上海和楚雄—穗东2条±800kV特高压直流输电线路的相继建成投运，我国直流骨干网架已经初具规模。截至2011年底，我国已建成±800kV直流输电线路2回，±660kV直流输电线路1回，±500kV直流输电线路10回，±400kV直流输电线路1回，直流背靠背联网工程3个，在建和拟建直流输电线路电压等级更达到±1100kV。对于±500kV及以下高压直流换流站及线路，除个别设备及技术以外，我国基本实现了此类项目的全国产化。伴随着我国±500kV直流输电项目的发展，直流场主设备外绝缘也经历了从事故多发期，至减少期，直到平稳运行期的过程。

2 换流站简述

2.1 换流站的概念

在电力系统中，换流站指的是在高压直流输电系统中，为了将交流电转换为直流电，或是将直流电转换为交流电，并在转换完成后能够满足电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。

2.2 换流站的组成

在换流站中，主要的电气设备包括：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、直流开关设备、直流滤波器、控制与保护装置、站外接地极以及远程通信系统等。换流站内设备要想长期持续稳定运行，其外绝缘的设计配置起到至关重要的决定作用。

2.3 与交流输电相比具有的优点

（1）相同的输送功率，直流输电节省材料，造价低。

（2）电能输送过程中，有功损耗小，且电晕损耗和无线电干扰都较小。

（3）直流输电不会受到输电距离的限制，线路中不存在电抗，稳定性更高。

（4）可靠性更高，调节速度更快。

3 换流站主设备外绝缘故障原因分析

3.1 爬电比距不足

爬电比距指的是电力设备外绝缘的爬电距离与设备最高工作电压有效值之比。造成爬电的原因是绝缘部分表面污秽，使绝缘部分绝缘强度下降，在空气潮湿时发生爬电，爬电会在潮湿的环境中持续进行，会降低设备外绝缘强度。在设备外绝缘设计过程中，由于对于运行过程中各种特殊情况考虑不足，所设计的爬电比距严重不足，当遇到雨雾等潮湿天气时，外绝缘表面持续受潮。爬电现象持续发生，使得设备外绝缘性能逐步下降，最终导致事故的发生。

3.2 复合绝缘憎水性下降

复合绝缘是以高分子聚合物硅橡胶为基体，辅以阻燃剂，抗老化剂等填料经高温高压硫化而成，具有良好的憎水性和迁移性，及良好的耐腐蚀，耐老化，电绝缘等性能，并且具有很高的污闪电压和耐碎性能。当设备运行在雨、雾潮湿天气情况下时，如果复合绝缘的憎水性良好，则在绝缘表面不会形成连续的水膜，这样绝缘表面的污秽层不会均匀受潮，而且在达到饱和受潮前，水会在重力作用下自行滑落，还会对污秽进行了一定程度的清洗；但是如果复合绝缘憎水性降低，会在绝缘表面形成连续的水膜，在使得污秽均匀受潮的同时，同时也降低了绝缘性能。

在设备运行过程中，造成绝缘憎水性下降的原因主要是由于复合绝缘长期处于紫外线照射、热胀冷缩、潮湿等不良环境下，发生的局部放电、电晕放电、树枝状放电等现象会造成设备绝缘表面的电弧灼伤、电蚀损、漏电起痕等。在这些因素的综合作用下，设备的伞裙及护套硅橡胶绝缘材料会逐步老化，最终导致负荷外绝缘性能无法满足正常运行需求，造成事故的发生。

3.3 污闪

直流场室外设备在运行过程中，绝缘表面由于受静电影响容易积灰、附着污秽物，在天气干燥的情况下还好，但是当遇到雨、雾等潮湿天气时，污秽物中的可溶性物质会发生潮解，在外绝缘表面形成了一层可导电的薄膜，增大了绝缘表面的泄露电流，降低了外绝缘的绝缘强度，最终会在电场力的作用下出现强烈的放电现象。随着设备运行电压等级的提高，这一问题会更加明显。

外绝缘污秽情况与换流站当地大气环境污染水平、气候情况及外绝缘的形状、尺寸、安装方式及表面光洁情况都有着直接的关系。

3.4 设备自身缺陷

在直流场设备运行过程中，设备自身存在缺陷也是造成外绝缘故障发生的原因之一。如在实际的运行过程中由于直流分压器的均压环及复合外套伞裙在最初设计时存在缺陷，导致在遇到雨雾天气时多次发生外绝缘闪络事故。

4 主设备外绝缘故障的防治措施

4.1 爬电距离不足的解决措施

针对主设备外绝缘爬电距离不足这一现象，可通过技术改造，加装增爬裙或在外绝缘表面涂覆RTV（RTV也被称为室温硫化硅橡胶，它本身具有良好的憎水性和憎水迁移性，所以其防污闪性及其它特性都非常能优良，目前是解决户外瓷绝缘设备污闪问题的最佳方案。但是其在户外环境中会受到气候条件的浸蚀，且随着强电磁场环境的影响，其防污闪能力会逐渐下降）的方法。

4.2 憎水性下降的解决措施

针对设备外绝缘憎水性下降这一问题，在实际的运行过程中，即使设备没有出现污秽外绝缘闪络或严重的放电现象，也应加强对设备的观察，必要是应通过在外绝缘表面涂覆RTV的方法来改善绝缘表面憎水性，提高耐污能力；同时对于直流场中重要的采用复合绝缘的设备，应定期进行预防性试验，对其憎水性变化进行跟踪。

4.3 污闪的解决措施

（1）增大爬距或更换性能更好的合成绝缘。通过增大爬距能够有效的提高绝缘性能，可增加绝缘子片数或更换为防污闪绝缘子；合成绝缘具有很好的憎水性和憎水迁移能力，且在一般的污秽区域可以免清扫，降低维护成本。

（2）清扫和水冲洗。

通过结合检修计划，对设备外绝缘进行细致合理的清扫和水冲洗，能够保证绝缘表面污秽情况得到很好的控制。

（3）使用防污闪涂料。

目前防污闪涂料技术已经发展的非常成熟，如RTV（室温硫化硅橡胶）、PRTV（硅氟橡胶）等，其具有突出的优点，很好的避免了以往应用的硅油、地蜡存在的缺点。

4.4 设备自身存在缺陷的解决措施

针对设备自身存在缺陷而导致绝缘故障这一问题，在解决过程中应根据设备的缺陷特点针对性的制定措施。如针对伞裙间距过小的直流设备可通过加装硅橡胶增爬裙来提高设备的耐污闪、雨闪性能。增爬裙除了能够很好的抑制相邻伞间的飞弧短接，同时由于其良好的憎水性，还可改善设备在雨雾天气情况下的受潮情况，增强了爬距的功效。

5 结束语

综上所述，在直流输电的各个发展阶段，主设备外绝缘发生故障的原因存在一定的差异，通过对造成故障的原因进行深入分析，才能科学的采取措施，防止故障的再次发生。

［1］田茂熙.换流站500kV换流变压器故障保护动作分析［J］.通讯世界，2015（19）：185.