架空输电线路绝缘子结构设计研究

江西恒能电力工程有限公司 洪 焘

在整个架空输电线路当中绝缘子是最重要的零部件，绝缘子机械性能与电气性能选择与输电线路运行故障密切相关。因此，在对架空输电线路绝缘子结构进行设计的时候一定要充分的重视起来，根据高压输电线路正常运行情况下常年荷载、最大使用荷载、断线、断联等情况合理选择这绝缘子的机械坏荷载。另外根据输电线路工频电压、操作过电压、雷电过电压，及线路所经区域的污秽等级，合理选择绝缘子电气性能，这样才可以有效的确保绝缘子在架空输电线路当中发挥更加良好的作用。

1 绝缘子的表述

实际上，高压输电线路中绝缘子串主要是用于输电导线的机械支撑和固定，绝缘子串承载导线自重、覆冰条件下导线上的冰重、绝缘子串自重等垂直方向荷载，导线、绝缘子串上风荷载及顺线路方向导线张力。同时绝缘子串通过串联多片绝缘子，来保增加导线和杆塔之间的爬电距离，保证两者间的绝缘性能。一般而言，绝缘子分为可击穿型和不可击穿型，在不同的场合当中所运用的绝缘子是不一样的。绝缘子的基本性能主要包括电气性能、机械性能、热机性能和耐污性能，也正是由于这些性能使得绝缘子能够更加良好的运用在电压环境当中，并且对整个线路起到一定的保护作用[1]。准确来说，当绝缘子电压等级提高时，其尺寸和重量也相应增加，但电气和机械性能并不按比例提高，耐热急变性能下降。由此可以看出，电压等级高的绝缘子制造起来比较困难，制造企业在对各种绝缘子进行生产制造时一定要注意其质量。绝缘子作为输电线路安全运行当中最为重要的一项设备，对于设备的各种技术性能必须要严格的控制起来，保证其技术性能能够符合输电线路的运行安全需要，这样在整个运行过程当中才不会出现问题。由此可以看出，绝缘子的结构设计状况在一定程度上会直接影响到电力系统的正常运行，相关的设计研究部门必须要重视起来。

2 绝缘子类型介绍

现如今高压输电线路涉及到的绝缘子类型主要有三种，即盘式悬式瓷绝缘子、盘式悬式玻璃绝缘子、合成绝缘子。第一种是盘形悬式瓷绝缘子，该种绝缘子强度等级在70kN～550kN 之间，可分为普通型和耐污秽型，耐污型又可分为双伞型、三伞型、草帽型、钟罩型。运行单位需对运行中的瓷绝缘子定期测零，对运行维护工作提出很高的要求。第二种盘型悬式玻璃绝缘子，强度等级与瓷绝缘子一致，可分为标准型、耐污型。与瓷绝缘子不同，玻璃绝缘子具有零值自爆，便于绝缘子的维护检修，可节省大量人力及物力，而被广泛的使用在架空输电线路当中。第三种合成绝缘子主要是由芯棒、粘接层和连接金具等几个部分组成的，在该种绝缘子当中芯棒和金属端头具有很强的抗压能力，因此是十分适合高压输电线路的，尤其是对于一些环境较差的地区，使用合成绝缘子能够很好地承载各种机械荷载及恶劣的自然环境并且不容易出现安全问题具有抗污闪、电气性能优越、重量轻等特点。实际上，无论是瓷质还是玻璃质的所使用的环境都是相对来说比较稳定的，不会有较大的自然灾害。而对于合成绝缘子来说，通常会使用在环境较差的地区，它能够很好的承载恶劣自然环境的影响，从而降低各种安全问题出现的风险。

3 绝缘串虚拟装配

随着计算机技术的不断普及，虚拟装配已经被广泛的重视起来，其应用对象也扩展到绝缘子串当中。通过虚拟装配的方式能够在一定程度上去验证整个工程使用绝缘子串的效果，人机交换的方式实现了虚拟环境下的绝缘子装配，这在较大程度上的可以确保安装绝缘子之后，工程的整体运行状况不会受到影响。虚拟装配能够使得设计人员对绝缘串的连接及受力情况深入了解，从而更好的将其运用在恰当的环境当中，满足输电线路的运行要求。通过使用虚拟装配可以对绝缘子的运行情况有一个初步的了解，后期再具体安装的时候会更加的游刃有余。

4 现存问题及建议

绝缘子在具体使用的时候会存在有一些方面的问题，而对这些问题也应该具有相应的解决策略。无论任何问题只要找到解决的方法，都能够更进一步的确保绝缘子的运行稳定，以下将对绝缘子运行过程当中所存在的问题进行分析，并且提出一些建议来保证绝缘子的安全稳定运行。

4.1 长期运行可靠性

实际上，对于盘型悬式瓷绝缘子在长期运行时，由于受到长期电场、机械荷载和自然环境的侵蚀，会逐渐劣化，而发生闪络对电网运行安全带来威胁。因此输电线路维护人员需要定期排查劣化绝缘子并及时更换。对于盘型悬式玻璃绝缘子，长期运行时仍能保持足够的绝缘性能和机械强度，相对于瓷绝缘子老化速度更为缓慢，但其具有零值自爆的特性，虽能降低运行维护的工作强度，但玻璃绝缘子在运用场景需严格控制，避免自爆后的绝缘子残渣跌落造成人员伤亡或设备损坏。合成绝缘子虽然电气性能优越，但硅橡胶长期使用会出现老化的现象，这样在一定程度上会使得线路的正常运行受到影响。因此在提高上述三种绝缘子长期运行可靠性，首先要督促制造企业在制造绝缘子的时候，不断的改进自身的工艺和质量，从而提高产品的可靠性，降低劣质化水平。其次加强运行维护和巡视力度及时更换有缺陷的绝缘子，再次设计要根据电网公司要求严格控制各类绝缘子使用场景[2]。这样才能够确保输电线路的运行不会受到影响，同时不会出现较大的安全问题，充分的保障人们的用电需求。

4.2 使用环境

实际上，三种绝缘子类型都有自己的优点所在，在使用的时候要根据每个地区的不同情况选择不同种类的绝缘子，这样才能够确保该地区的架空输电线路在运行的时候能够具有较强的保护力，提高该地区架空输电线路运行寿命。合成绝缘子自身具有较强的机械性能，并且在运行的时候十分的稳定，也能够根据环境的不同来抵抗各种环境造成的不利因素，使用于一些环境污染较为严重的地区，同时对于合成绝缘子来说，电压等级越高，它的经济优势就越能得到凸显。

4.3 选用原则

绝缘子在选择的时候，一定要根据其本身的应用参数，结合工程的具体实际情况来选择恰当的绝缘子。相关的工作人员也要从经济和技术等多个方面综合考虑来确定最为恰当的绝缘子结构。实际上，对于一些轻污染地区一般可以选择采用瓷或玻璃制成的绝缘子，而对于一些重污染地区就应该采用合成绝缘子；反过来说，对于一些空气质量较好的林区就不推荐使用复合绝缘子结构。无论如何电力工作人员在对架空输电线路绝缘子结构选择的时候，一定要充分的考虑各方面的影响因素，这样才能够保证其绝缘子结构的设计足够合理。

5 架空输电线路绝缘子掉串故障

架空输电线路在对绝缘子进行设计的时候，还要将绝缘子串的掉落故障问题考虑进去，这样才能够保证绝缘子在运行的时候不会出现故障，即使出现故障也能够快速准确地将其解决，从而确保输电线路运行稳定。绝缘子在正常的架空输电线路运行的时候会出现掉串的现象，这主要是指架空输电线路由于一些自然环境等影响因素，或一些人为因素的原因出现的绝缘子串脱落现象，这将对输电线路运行安全照成严重影响，甚至造成重大的经济损失，直接影响到人们的日常生活。

6 架空输电线路绝缘子掉串事故产生的原因分析

实际上，绝缘子在架空输电线路运行的过程当中会出现掉串事故，这种事故所产生的原因有很多方面，以下对可能会导致这种事故产生的原因进行分析。

6.1 自然原因

由于架空输电线路基本上都是架设在野外，各种恶劣的自然环境会对其造成直接影响，从而出现的绝缘子串掉落事故发生。自然环境之下由于大风、雷电等各种天气的影响，会使得绝缘子串的U 型挂环螺母出现松动的现象，从而脱离螺栓而出现的掉串问题。在众多的影响因素当中自然原因是最不可控的，只有选择恰当的绝缘子部件，才能够更好地抵御恶劣自然环境的影响。这时候就要求相应的设计人员必须要在设计之前对自然环境有充分的调查研究，选择绝缘子的时候也要根据调查结果综合考虑分析再确定使用的类型，这样才可以有效的保证最终所选择的绝缘子使用时受到自然环境影响的因素比较小，避免掉串问题的出现。

6.2 架空输电工程设计或安装不合理

绝缘子之所以出现掉串现象，除了有自然环境的影响因素之外，还存在有工程设计或安装不合理的因素，这方面的因素对于绝缘子的正常工作影响是最大的。这可能是因为相关的设计人员没有按照相关的规程规范选择正确的绝缘子及金具型号，安装人员没用严格按照设计图纸进行组装，这些问题都会导致绝缘子出线掉串现象。我国现在所存在的架空输电技术已经比较完善，但是在设计和安装等方面还存在有较大的不足。在设计的过程当中不能够根据实际情况去分析架空输电线路工程的实际需求，采用的绝缘子型号并没有完全的符合整个线路需求，并且由于地势特殊，会导致绝缘子受到外力的影响而出现掉串现象，从而产生安全隐患。另外，在安装的时候没有将绝缘子固定到位，使用型号不正确等各种原因都会导致绝缘子出现掉串故障。

6.3 运行维护人员工作不积极

绝缘子串出现掉落现象，也会存在有维护人员对绝缘子的维护不及时而出现这种问题。在这种情况下，绝缘子都是带着问题运行的，这是直接导致绝缘子掉串的原因，在一些工程当中出现绝缘子串掉串事故，通过排查之后发现，的确是维护人员的工作没有做到位，从而导致的这种问题的发生。因此，相关工作人员在对绝缘子进行维护的时候一定要定期的进行排查，要确保绝缘子的运行状况足够稳定，这样才不会出现掉串等较为严重的问题。

6.4 架空输电线路部件老化

一般来说，架空输电线路会长期受到各种环境因数的影响，这在无形之中也给绝缘子的部件提出的更高的要求。绝缘子作为输电线路的重要组成部分，在使用的时候一定要注重外部环境导致部件出现老化的因素，避免出现绝缘子掉串事故。因此，要定期的对绝缘子进行更换，这样可以有效的避免高负荷运行情况下绝缘子出现掉串现象。

7 防治架空输电线路绝缘子掉串事故发生的具体措施

架空输电线路当中出现绝缘子掉串事故是很常见的，只要采用良好的解决措施来进行防护，就能够有效的避免掉串事故的发生，从而确保整个输电线路可以正常的运行。下文将对一些具体的解决措施进行阐述，从而为防治工作提供一定的帮助。

7.1 寻找合适的绝缘子，积极开发更高性能的绝缘子材料

钢化玻璃绝缘子自身具有很强的抗压能力，并且也比较稳定，使用周期长是它最明显的优点之一。合成绝缘子是最为普遍使用的绝缘子类型，拥有较强的抗击性和防水性，这两种绝缘子都有自身的优点和缺点。在对输电线路设计的时候，必须要根据实际情况，选择恰当的绝缘子类型。另外，随着空气污染越来越严重，要想更好的防止绝缘子掉串事故的发生，就应该保证绝缘子的制作达到标准，这样才能够使得输电线路更加良好的运行。

7.2 优化设计方案，增强方案的可行性

对于架空输电线路工程在设计的时候，优良的设计方案对工程的影响力是很大的，这个时候就必须要求设计单位提出优化的设计方案，在设计之前要对现场进行详细的考察，并对方案进行反复的审核和评估，这样才能够让方案的可行性得以提升。在具体进行方案设计的时候，对于一些南方地区针对其降水情况选择恰当的绝缘子结构，而对于一些较为寒冷的东北地区，选择绝缘子就必须要保证其抗压性和稳定性强一点[3]。其次，也要在输电线路中加入一定的防雷措施，从而降低雷电天气对绝缘子所造成的损害。

7.3 加强运行维护工作的落实，实行“责任到人”的责任制度

在整个输电线路运行的过程当中，有关的日常维护一定要落实到位，并且要将每个人的责位明确。这样在后期出现维护方面问题的时候能够责任到人。相关的维护人员应该提高自身的意识，日常应该加强对设备的维护，从而控制相应的维护成本。在具体进行维护的时候，每天都应该对输电线路进行巡查，从而确保输电线路稳定运行。另外在巡查的过程当中，如果发现有老化的绝缘子部件要及时的进行更换。相关部门也应该制定相应的责任制度，从而约束部门当中的维护人员，使得他们自身的责任意识得到提升，在对部件进行排查的时候可以更加的认真细致，从而确保绝缘子可以得到很好地维护，降低各种故障的出现而带来的维护成本。

总而言之，架空输电线路在进行设计的时候，一定要充分的考虑绝缘子的整体情况，并对绝缘子的设计进行充分的研究，要确保所使用的绝缘子符合实际的工程和环境需要。另外也要充分的将绝缘子串可能会掉落的情况考虑到整个设计过程当中，规避风险，这样才可以有效的确保绝缘子在后期安全、稳定的运行，进而整体提升输电线路的运行稳定性，更好的保障人们的日常生活所需。