复合绝缘横担技术在500 kV 架空输电线路上的应用

李俊游，周志文，侯子龙，薛思雨，邢延超

（国网冀北检修公司，北京 102488）

0 引言

复合绝缘横担技术能够有效节约架空走廊距离，近年来在110 kV 和220 kV 等电压等级的架空输电线路中频繁应用，然而，在更高的500 kV电压等级中，尤其是在同塔并架的窄基塔塔型上，由于其各项要求更加严格，始终未在实际线路中应用。本文就国内首基500 kV 复合绝缘横担塔在运行近一年半以来的运行情况，结合基塔验收、运维期间所做各项数据测量及对于该复合横担塔的运维规程制定，对该基塔在运行过程中的表现进行总结，并对存在问题进行梳理，以便复合绝缘横担技术在500 kV 架空输电线路上的进一步推广应用。

1 复合绝缘横担技术介绍

绝缘杆塔是指采用具有良好绝缘性能的复合绝缘材料制成的采用一定的杆塔结构型式[1]，在电气性能、机械性能以及流体力学性能等方面达到输电线路杆塔的要求，且其稳定性、安全性以及经济性优于普通杆塔的一种架空输电线路杆塔[3]。绝缘横担杆塔是绝缘杆塔的一种，是指将杆塔塔头部分的普通横担替换为具有良好绝缘性能横担的输电杆塔。

中国复合材料的研究始于1958 年，当时的材料性能和制造工艺不能满足输电杆塔所要求的性能指标，这一问题未能得到重视[7]。近年来，随着技术研发的突破,国内外已经对复合绝缘横担的硅橡胶护套和芯棒以及芯棒与芯棒内部填充物的界面问题进行了大量卓有成效的研究[8]。电压等级在110 kV 及以下线路杆塔的绝缘横担研究已经逐步成熟，解决了环境复杂、居民密集地区杆塔的跨距不足问题。此外，中国相关企业也陆续开展了绝缘杆塔的研究工作，目前，已有部分厂家研制出自主知识产权的220 kV 及以下电压等级的绝缘横担塔并挂网试运行[9]。

2 500 kV 架空输电线路复合绝缘横担塔

2.1 塔基情况简介

500 kV 南昌一线0239 号（南昌三线0234 号）塔，是国内首基超高压500 kV 架空线路复合绝缘横担窄基塔，该塔位于北京市昌平区崔村镇真顺村，地处平原，属D 级污区，海拔98.01 m，由国网冀北检修公司北京输电运维二班负责日常运维工作。该塔基础根开2 913 mm×2 918 mm，呼高36 m。

2.2 复合绝缘横担构成

复合绝缘横担主要由复合横担用柱式绝缘子（如图1、2 中①所示）、拉杆绝缘子（如图1、2 中②所示）、各类金具等部件组成。由于不需要采用悬式绝缘子，线路宽度可以大幅降低，有效节约了线路走廊。在复合绝缘横担安装时，采用“两拉两压”的安装结构，总装图如图1、图2 所示。

图1 上（下）横担总装

图2 中横担总装

上下横担可以用同一种法兰金具进行装配，中横担则需要独立的法兰金具进行安装。

每一相的绝缘横担都可以拆解为呈V 字形水平放置的复合横担用柱式绝缘子和斜向上吊立的拉杆绝缘子部分。

2.2.1 复合横担用柱式绝缘子

水平放置的为复合横担用柱式绝缘子。上相、中相、下相的复合横担用柱式绝缘子部分的技术参数如表1 所示，示意图如图3 所示。

表1 复合横担用柱式绝缘子部分技术参数

除了表1 中列出的技术参数外，在进行电气试验后，得出复合横担用柱式绝缘子的干雷电冲击耐受电压（kV/cm）≥+100，干工频耐受电压试验（kV）在80%干工频闪络电压下耐受30 min 后温升不超过5K，耐受过程中无击穿、闪络，并且交流击穿强度（kV/cm）≥30，符合500 kV 交流电压等级标准。此外，对复合横担用柱式绝缘子的可踩踏部分进行机械试验，得出其拉伸强度不小于57 MPa，材料邵氏硬度大于90 HA，满足作业人员作业时站在上面的承力标准。

由表1 可以看出，中横担总长为6 900 mm，相较于上、下横担4 921 mm 及5 045 mm 长出近2 000 mm，这是因为该基复合横担塔为双回路同塔并架塔，为了使得上、中、下三相线路有序排布且满足距离要求，从而对中横担长度进行了加长。这种加长操作使得中横担的绝缘距离也增加了许多，并且，中横担在安装中用到的金具也与上、下横担略有不同，但均满足500 kV 架空输电线路运行标准。

图3 复合横担用柱式绝缘子（上横担用）

复合横担用柱式绝缘子示意图如图3 所示，以上横担示意图为例进行介绍。

由图3 可以看出，复合横担用柱式绝缘子部分采用了3 种不同大小，2 种不同硬度材质的合成伞裙。大伞直径336 mm，小伞直径300 mm，材质均为硅橡胶；可踩踏部分的硬伞直径280 mm，材质为环氧树脂。硅橡胶伞裙和可踩踏部分的硬质伞裙排布为：在每560 mm 长的硅橡胶伞裙中间设计一段长300 mm 的可踩踏硬质环氧伞裙，这样一段接一段排列设计，是为了使作业人员在出串时不伤及硅橡胶。

2.2.2 拉杆绝缘子

拉杆绝缘子每相由两个斜向上的V 形绝缘子串构成，其技术参数如表2 所示，示意图如图4 所示。

表2 拉杆绝缘子技术参数

在进行电气试验后，得出绝缘横担的干雷电冲击耐受电压为+1 950 kV，工频1 min 湿耐受电压为740 kV，湿操作冲击耐受电压为+1 150 kV。

2.3 复合绝缘横担的安装

图4 拉杆绝缘子

在该基铁塔的复合绝缘横担安装组立过程中，安装示意图如图5 所示，采用在图中①所示位置地线顶架上放置导向滑车，在地面适当位置架设绞磨，在复合绝缘子串的硬质伞裙部分绑扎牢固后进行吊装的方法保障复合绝缘横担到达指定位置且最大程度的不伤及伞裙，施工人员在图中②、③、④对应的上、中、下横担位置进行复合绝缘横担与塔材连接作业。在安装时，复合横担用柱式绝缘子（含中横担法兰金具）通过M20×90 螺栓与中间挂线板、铁塔连接；拉杆绝缘子、长度调节金具通过M48×230 螺栓与中间挂线板、铁塔连接；盖板通过M16×65 螺栓与中间挂线板连接；长度调节金具通过螺纹胶及内六角锥端紧定螺钉M12×16 限位，保障长期载荷条件下的稳定性；均压（屏蔽）环通过M10×45 螺栓与复合横担用柱式绝缘子及拉杆绝缘子连接。

图5 复合绝缘横担安装示意及实际安装

在施工需要出串作业时，为保障作业人员安全、同时尽可能不伤及复合绝缘横担，施工人员采用了坐姿蹭行的方式进行出串，即施工人员坐在复合横担用柱式绝缘子可踩踏硬质伞裙部分，手扶身前的一段可踩踏硬质伞裙部分用力将身体向前拉，这样只需要短暂滑过硅橡胶伞裙，不会影响其绝缘性能，也不会对其造成损伤。采用这种出串方式，施工人员在出串时消耗的体力和精力要数倍于常规玻璃绝缘子出串方式，且由于复合绝缘横担塔的挂线方式与常规塔型不同，在施工时的难度也成倍增加。在复合横担安装完成后，塔头照片如图6 所示。

图6 复合绝缘横担塔塔头

3 复合绝缘横担塔运维情况分析

500 kV 复合绝缘横担塔于2019 年1 月30日正式投运，至今已经安全运行1 年6 个月，杆塔运行以来，经过了完整的春夏秋冬四季。杆塔所在塔位行政区域最低温度为-11 ℃，最高温度为39 ℃，线路运行以来降雪后覆冰小于5 mm，最高阵风达到8 级以上。在运行过程中，未发生任何危急线路运行的隐患及缺陷，因此未进行检修作业。该基杆塔所在的南昌一线、南昌三线运行良好，未有跳闸情况发生。

3.1 复合绝缘横担塔运维标准

为使得国内首基500 kV 复合绝缘横担塔保障运行正常，针对该基塔的特殊性，制定了相应的运维标准。标准制定时参考了生产厂家提供的《500 kV 可踩踏复合绝缘横担产品说明书》和GB/T 19519—2014《架空线路绝缘子 标称电压高于1 000 V 交流系统用悬垂和耐张复合绝缘子定义、试验方法及接收准则》[15]等国家、行业和企业相关规程规范，结合线路实际情况，编制了复合绝缘横担塔的运维规程，作为线路运行维护工作依据。

在制定运维标准时，仅针对复合绝缘横担部分进行了单独介绍，塔基的其他部分按照常规线路段运行规程执行。

3.1.1 复合绝缘横担塔日常巡视标准

复合绝缘横担杆塔的巡视应作为线路巡视的重要内容，应及时掌握复合绝缘横担的运行状况，及时发现设备缺陷，并为复合绝缘横担的维护提供数据。巡视标准如下：

（1）常规日常巡视周期为1 个月。巡视时相关人员应携带望远镜或无人机等必要工具，必须仔细记录现场信息。

（2）复合绝缘横担杆塔的巡视可以地面巡视为基本手段，并辅以带电登杆塔检查、视频在线监测、红外测温等检测手段。

（3）复合绝缘横担杆塔的正常巡视应实行立体式巡视，不得出现漏点，巡视内容包括对复合横担本体及运行工况的检查。在投运初期宜增加巡视次数，以熟悉和掌握复合绝缘横担杆塔的运行状态，每次巡视后应及时进行巡视内容汇总，以便进行纵向对比，发现任何异常情况要及时记录并上报。

（4）在大风、大雪、雾凇、覆冰等恶劣天气和地震、泥石流、洪水等自然灾害后应及时对复合绝缘横担杆塔进行特殊巡视。

重点巡视部位如表3 中所列，无人机日常巡视视角如图7 所示。

表3 日常巡视检查内容

图7 复合绝缘横担塔无人机巡视视角

3.1.2 复合绝缘横担塔检测标准

在日常巡视之余，定期对杆塔进行检测工作也是十分重要的。鉴于该复合横担塔的特殊性，没有标准数据或经验来对检测结果进行参考，在运维时只能进行定期的红外、紫外检测，以便得到更准确的运行数据，从而进行更好的运维工作。

每个季度或每次经历极端、恶劣天气后，都会开展一次红外测温工作，并将数据收集起来建立图谱库，以便后期进行纵向数据对比判断运行工况。在测温时，主要针对复合横担伞套及密封和连接金具、附属部件的连接情况。与此同时，会在相近区域找一基常规形式角钢塔进行测量，同样记录在案做横向对比。

在每个季节的典型天气情况出现时，同时安排两组对同一区域的复合绝缘横担塔与常规角钢塔进行测温，测温结果如表4 所示。由表4 可以看出，复合绝缘横担塔与常规角钢塔在正常运行时金具温度相近，与当时环境温度相差不大，因此判断复合绝缘横担塔在运行一年期间未出现金具发热情况，塔基运行情况良好，复合绝缘横担塔的红外测温照片如图8 所示。除利用红外进行测温之外，还利用紫外成像设备对复合绝缘横担部分进行测量，以判断其电晕情况有无异常，复合绝缘横担塔的紫外测量照片如图9 所示。每隔一个月对复合绝缘横担塔进行一次紫外测量，在照片上可以看出，在紫外成像中并未有很多白点（即电晕异常点），紫外成像结果显示电晕情况正常，杆塔带电运行情况良好。

表4 红外测温统计 ℃

图8 复合绝缘横担塔红外测温

图9 复合绝缘横担塔紫外测量

3.2 复合绝缘横担塔运维情况小结

复合绝缘横担塔投运以来，共进行正常巡视18 次，其中无人机巡视10 次；在正常巡视过程中，未发现复合绝缘横担、金具等运行出现异常情况。此外，对复合绝缘横担塔特殊巡视83 次，测量导、地线弧垂2 次（分别在最低温度和最高温度时），弧垂均在正常范围内。运行以来，复合绝缘横担塔未出现悬挂异物、鸟类筑巢等情况，线路走廊情况良好，未出现树木、房屋等违建发生。对绝缘横担关键部位进行红外测温17 次、紫外检测4 次，均未发现缺陷隐患，杆塔运行情况良好。

虽然其运行一年多以来未发生任何隐患或事故，但复合绝缘横担塔仍然存在诸多问题。首先，在其设计层面上，如图6 视角可以看出，其横担绝缘子和拉杆绝缘子为符合500 kV 绝缘距离的规定，两种绝缘子间距很大，水平绝缘横担之间的最大距离在下横担处为3 385 mm，绝缘横担与拉杆之间的最大垂直距离在中横担处为3 978 mm。这就使得在出串时作业人员采取何种姿势十分为难，无法有效抓住牢固部件即进行出串作业十分危险，而复合绝缘横担的可踩踏部分是分段分布且每一段长度很小，对作业人员限制增加，大大增加了作业人员出串作业的难度。其次，在春季、秋季等大风多发季节，线路容易悬挂塑料布、风筝等异物，在异物处理过程中需要用到激光清障器，而对于复合绝缘横担材料来说，某一点连续被超过80 ℃的激光束进行灼烧，会加速老化从而失去作用，而整个绝缘横担塔的某部分复合绝缘横担材料如出现老化或者裂纹时，需要对整串进行更换，更换难度、工作量等都远超普通塔。第三，现有该基复合横担塔位于平原地区，运维工作较好展开，而一旦该塔型规模化应用，在运维过程中需要特别关注的问题大量增加，对运维人员来说工作量也会大幅增加。最重要的是，复合绝缘横担塔随着使用年限的增长，是否能够很好的维持绝缘水平和机械强度，仍需要在后续运维工作中进一步验证。

4 总结与展望

复合横担本身集承载与绝缘功能为一体，无需采用悬式绝缘子，应用在输电线路后，可有效降低塔高及线路走廊宽度；并且在一定程度上提高线路的防雷水平；复合绝缘横担外绝缘采用伞裙结构，根据具体的结构、功能设计将可踩踏伞裙和硅橡胶伞裙（不可踩踏）两部分用于同一横担制品实现可踩踏的功能，便于人员进行检修维护；且横担设计紧凑，结构简单轻便，安装相对便捷。

通过采取一系列检测、日常巡视、特殊巡视等手段，复合绝缘横担能够很好的保障500 kV电压等级的线路安全运行。经过对复合绝缘横担塔的长期运维，制定了500 kV 超高压复合绝缘横担塔的运维规程，为未来复合绝缘横担技术在500 kV 及以上超、特高压架空输电线路上的广泛应用提供了有力的实例支撑。而在检修方面，班组经过临近带电实际测量以及无人机巡视等多视角实测，发现人员在检修时，尤其是需要出串在复合绝缘横担上作业时，需要新研制一种可伸缩便携式绝缘梯进行辅助，绝缘梯一头固定在杆塔上，一头挂于导线挂点处，便于作业人员脚踩绝缘梯，手扶绝缘横担进行出串作业，这种辅助绝缘梯的研制仍需要多番试验。未来，500 kV 电压等级的复合绝缘横担塔仍有许多问题亟待解决。