近海地区输电线路瓷绝缘子异常放电现象分析

刘 辉，漆 照，沈 浩，张 洋，周 超

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250003）

0 引言

山东省是我国10 个近海省市之一，地处黄河下游，位于我国中纬度地带的东部近海。南北最宽处距离约420 km，东西最长处距离约700 km，使山东自然地理的东西差异远比南北差异明显，同时近海地区和内陆地区也有较大的不同。青岛、东营、威海、烟台等地距海近，在每年的干燥季节时多海雾［1］，而海雾中含有大量的氯化钠凝结核和其他盐类，对输变电设备外绝缘影响很大。此外，山东的近海地区的大风日数明显多于内陆，大风将海雾吹向输电线路和外绝缘设备，为近海地区外绝缘配置提出了更加高的要求。

依照现有经验和标准［2-4］，无论是海洋性积污，还是临海的盐雾，均被划为B 类污秽。B 类污秽是指高电导率的一种污染物，这种污染物快速沉积在绝缘子表面，使绝缘子的状态在一个很短的时间（＜1 h）内从一种可允许的清洁、低电导率状态改变直至放电，并且当这一时间过去时再返回低电导状态。

B 类污秽导致的放电首先具有瞬时性，从污秽积累到发生事故速度极快，难以察觉，危害较大；同时它还具有可逆性。因此在实际工作中近海地区的外绝缘设计和配置往往需要比同样污秽等级的内陆地区高出许多，带来了一定的难度。

同时，我国在近海地区海洋性积污以及盐雾上的研究成果和相关经验较内陆地区均较少。因此有必要对近海地区积污和各类异常放电现象做进一步研究和提出解决方案。

通过分析某500 kV输电线路杆塔上出现的瓷绝缘子异常放电现象，通过现场检测，抽样调查等方式得出了异常放电现象发生的原因，为今后类似放电现象和近海地区外绝缘配置和设计工作提供了参考。

1 异常放电现象介绍

线路运维人员巡视发现山东某近海地区500 kV输电线路Ⅰ、Ⅱ线1 号、2 号、4 号、6 号、9 号、14 号、16号共7 座耐张塔瓷绝缘子串整串爬电现象（放电情况如图1所示），放电间隔时间最短为20 s，声音明显。

该500 kV 输电线路处于山东省东营市河口区，紧邻海边，1 号塔距海岸线不足100 m。异常放电现象发生时，现场为大雾天气，气温-3～2 ℃，空气相对湿度＞85%，西北风3～4 级。异常放电发生后，运维单位紧急申请线路临时停电，相关线路Ⅰ、Ⅱ线由运行转为检修。该500 kV 输电线路Ⅰ线4 号塔中相大号侧绝缘子外观照片如图2所示。

2 现场检测

异常放电发生后，为了掌握现场污秽情况和绝缘子劣化状况，首先开展塔上污秽度测试和绝缘电阻检测［5-6］。

2.1 塔上污秽度测试

对该线路绝缘子进行了塔上污秽度测试，将该线路Ⅰ线杆塔上瓷绝缘子拆卸下来，按相关标准［5］对其进行取样，采用激光盐灰密仪进行电导率检测，折合到20 ℃等值盐密，测试结果如表1所示。从表1中可以看出，1 号塔绝缘子（编号为1—6）等值盐密为0.021～0.038 mg/cm2，55 号塔绝缘子（编号为7—10）等值盐密为0.016～0.028 mg/cm2，83 号塔绝缘子（编号为11—15）等值盐密为0.003～0.015 mg/cm2。结果表明绝缘子等值盐密均低于0.04 mg/cm2，盐灰比为5∶1情况下，该等值盐密值对应的现场污秽度为a—b级，属于轻度污秽。

2.2 绝缘电阻测试

对异常放电现象出现线路1 号塔瓷绝缘子进行塔上绝缘电阻检测，绝缘电阻相关测试依据规程，首先采用5 000 V绝缘电阻测试仪对该线路Ⅰ线1号塔A相大号侧双联绝缘子串进行检测［6］，左右代表面向大号侧的双联绝缘子左串和右串，数字编号从横担侧开始检测，结果如表2 所示。从表2 中可以看出两串绝缘子所有瓷瓶绝缘电阻值均在10 MΩ 左右，远低于标准中规定的500 MΩ［6］。

之后，还采用瓷绝缘子快速检零装置［7］对绝缘子串进行检测，结果显示均为低（零）值，与使用5 000 V绝缘电阻测试仪检测的结果一致。

天气转晴后，空气湿度降至50%以下，在相对干燥条件下，利用屏蔽法减小表面泄漏电流影响，对该绝缘子串进行了塔上复检，结果基本一致，该串绝缘子须立即更换。

随后在充分干燥条件下，再次对该绝缘子串部分绝缘子进行塔下绝缘电阻检测，基本排除了干扰因素，检测结果仍然一致，并观察到部分绝缘子绝缘电阻出现升高现象。原因是温湿度的变化影响了绝缘子上污秽层的分布和受潮情况，引起沿面绝缘强度的改变［8-10］。

综合污秽和绝缘电阻测试结果，可以看出绝缘子表面等值盐密低，污秽轻，但绝缘电阻低，绝缘性能不合格，推断该绝缘子在非极限运行中出现了性能急剧下降直至放电的情况。根据如图1 所示的放电现场照片，以及多杆塔绝缘子串同时发生放电的特点来看，认为该次异常放电属于典型的沿面放电现象。

3 沿面放电成因分析

沿面放电的原因有两种，第1 种是污秽重，盐密大，导致绝缘子易吸湿，导致沿面放电［11］，第2 种则是盐雾（雾水电导率升高）的影响。盐雾对于绝缘子沿面放电的影响极为显著，华北电力科学研究院使用水雾和电导率不同盐雾进行模拟实验，结果表明高电导率盐雾使气体间隙的击穿电压降低较少，但绝缘子放电电压显著降低，并观测到了沿面放电现象，证明盐雾下绝缘子主要放电形式是沿面放电，而不是空气击穿［12］。

根据前文测试结果，绝缘子等值盐密最高值为0.04 mg/cm2，属于a 级轻度污秽，而该输电线路外绝缘配置则按照e级重度污秽设计，因此可以排除是第一种原因即污秽重导致本次异常放电现象地发生。

根据现场气象调研结果，异常放电现象发生时，当地空气相对湿度高于85%、现场有雾，且当时风向是由海边吹向杆塔，完全符合盐雾形成，区域雾水电导率升高的条件。因此该异常放电现象发生应该归为盐雾的影响。

目前我国在近海地区关于如何应对盐雾引起的异常放电现象研究成果较少，但类似的异常放电现象研究较多，如直流特高压杆塔放电，鸟粪闪络等。这些异常放电现象发生的共同特点是积污速度快，瞬时污秽重，放电形式以沿面放电为主。因此可以参照相关文献［13-15］提出的增大爬电比距，改变绝缘子形状等方法应对近海地区盐雾引起的异常放电现象。

为防止近海地区因盐雾造成放电的进一步发生，首先应提高外绝缘配置标准，使用形状特殊、爬电比距大［16］、伞面大难以积污的绝缘子［17-18］，针对性增强近海地区外绝缘可靠性；此外在相关研究和实验数据缺少的情况下应加强对近海地区污秽与绝缘子绝缘性能的监测，采取多种观测方法如红外成像、可见光测量、化学观测法等及时识别盐雾的生成情况［19-21］和绝缘子的绝缘性能变化情况［22］，对类似异常放电现象做出预防和反应。

4 抽样试验

在绝缘电阻测量后，对绝缘子进行了劣化情况抽样试验，按照标准规定对该批次绝缘子开展了温度循环、机电破坏负荷、击穿耐受等抽样试验［23］（其中，所有样品均进行温度循环试验，机电破坏负荷试验每批次12片，击穿耐受试验每批次6片，每批次剩余2 片备用），试验结果如表3 所示。从表3 中可以看出，该批次绝缘子机电负荷试验基本不符合要求，耐压水平低于测试标准［24］，劣化严重，存在质量问题。初步判断瓷件或水泥胶合剂整体不满足要求。今后需要加强对相关设备的抽检强度和技术监督工作。

表3 抽样试验结果

此外，由于该500 kV 输电线路设计时满足当时外绝缘水平要求，因此在建设阶段该批绝缘子未涂覆防污闪涂料。盐雾导致的瞬时污秽积累和绝缘电阻急剧下降的情况仅出现在亲水表面［4］，防污闪涂料可以有效应对上述问题。因此在今后的近海地区外绝缘配置和绝缘子设计中还应对瓷绝缘子涂覆防污闪涂料，或采用复合绝缘子［24-27］。

5 原因分析

综上所述，本次瓷绝缘子异常放电现象有绝缘子质量问题和近海盐雾（雾水电导率升高）两个原因。根据该线路投运已有一段时间，线路总体运行正常，异常放电现象发生在湿度大，大雾天气的气象情况下，雾水电导率升高应是导致该异常放电现象的主要原因。

中国电力科学研究院使用无质量问题的XWP-300型号悬式瓷绝缘子开展了在不同雾水电导率下瓷绝缘子的交流耐压特性研究［28］，测定了不同雾水电导率下染污绝缘子的50%耐受电压曲线，试验结果如图3 所示。从图3 中可以看出随雾水电导率升高，50%耐受电压呈幂指数关系下降。按照前文测定的塔上污秽度最高为0.04 mg/cm2的相关数据，对照图3中接近0.06 mg/cm2的曲线，可以看出随雾水电导率升高，50%耐受电压下降近一半，即异常放电概率提升一倍；同时可以看出，绝缘子污秽越轻，盐雾对50%耐受电压的削弱就越严重，相对于无盐雾情况发生异常放电的概率就越大，因此雾水电导率升高很好地解释了本次放电现象中污秽轻却放电显著地异常情况，应为该异常放电现象的主要原因。

图3 不同雾水电导率下染污绝缘子的50%耐受电压曲线

6 建议

目前，沿海地区500 kV 线路已有的外绝缘配置虽然已经加强，但依然是把盐雾的影响直接换算到现场污秽度进行外绝缘配置计算，忽略了盐雾瞬时污秽重，积污速度快的特性。华中科技大学在针对热带海岛盐雾放电问题的研究中提出应测定当地距海25 km 处盐雾浓度值Sa，结合当地现场污秽度，使用的绝缘子型号，现场测定并绘制盐雾盐度-闪络电压曲线，得到式（1）。

式中：Uf为闪络电压；B和-b均为计算出的常数值［29］。并采用该式进行外绝缘配置的进一步计算。

同时还应适当增大绝缘子的伞裙，对其参数进行优化。华北电力大学、兰州交通大学等［30-32］对盐雾中绝缘子开展的电场仿真和风洞模拟研究中，采用超大—大—小伞绝缘子，超大伞裙直径为229 mm，在增大有效爬电距离的基础上，能够有效地改善不同风向下绝缘子的防污能力和伞裙上电场分布情况，增强绝缘子的主动防污特性，防止盐雾中污秽粒子在绝缘子表面的积累。

7 结语

对山东省近海地区某500 kV输电线路瓷绝缘子异常放电现象进行了分析。分析表明近海地区的盐雾是导致该异常放电现象的主要原因，近海地区因海风及气候影响生成的盐雾导致异常雾水电导率升高，绝缘电阻急剧降低，导致异常放电现象发生。此外还通过抽样试验证明绝缘子本身存在质量和未涂敷防污闪涂料的问题，并提出使用大伞裙、增大爬电比距、涂敷防污闪涂料等方法对近海地区外绝缘配置和维护工作进行改进，为今后类似异常放电现象的分析和解决提供了相关参考。