浅谈合成绝缘子与玻璃绝缘子在清远电网的运行比较

浅谈合成绝缘子与玻璃绝缘子在清远电网的运行比较

蔡龙飞

蔡龙飞

（广东电网有限责任公司清远供电局广东清远511500）

摘要：文章通过对合成绝缘子和玻璃绝缘子在清远地区的运行情况进行分析比较，即从电气性能包括运行维护、使用寿命、防污特性、耐雷水平以及机械性能等方面，分别指出了合成绝缘子和玻璃绝缘子在运行使用中各自的优缺点，然后根据各自的优缺点指出了在今后运行中应注意的问题，并根据运行经验找出了相应的对策及预防措施，使合成绝缘子和玻璃绝缘子更加安全地在电网中运行，从而进一步确保电网的安全稳定运行。

关键词：输电线路；玻璃绝缘子；合成绝缘子；电气性能；机械性能

1.前言

绝缘子在架空输电线路上是用作支持导线和使导线与杆塔保持绝缘的设备，既要承受工作电压和各种过电压，又要承受各种机械力的作用，而且还要经受各种气候条件和环境条件的考验。因此，绝缘子性能的优劣直接关系到线路供电的安全性和可靠性。瓷质绝缘子由于自身的缺点问题，从90年代开始，已逐渐被性能更优异的玻璃绝缘子和合成绝缘子所取替。由于玻璃绝缘子和合成绝缘子各具特点，可迎合不同的使用条件，究竟哪种绝缘子的性能更优，在业界有不同的说法。根据该两种绝缘子多年来在清远电网的运行经验，作简单的比较。

2.电气性能

2.1运行维护

合成绝缘子具有重量轻、免测零值、免清扫和免维护等优点，而玻璃绝缘子亦具有零值自爆、免测零值的优点，年自爆率一般在0.02%~0.3%之间（含生产初期的产品），并且运行时间越长，年自爆率越低，维护工作量和维护费用不高，并且有较强的自洁能力。玻璃绝缘子有效库存期不得少于3个月，以降低自爆率。自2000年以来，由于电力工业的高速发展，基建及改造工程较多，造成生产厂家供货紧张，以致储存期不够，造成自爆率高，如2004年投产的110kV蓝北线，全线38基杆塔共玻璃绝缘子2399片，一年后自爆16个，年自爆达0.6%。但是由于清远地区近年经济高速发展，工业、交通生活废气向低空大气排放的增多，污染源不断增加时环境不断变坏，因此运行时间较长时，玻璃绝缘子表面均将有不同程度的积污，尤其是悬垂串，遇到大雾或毛毛雨天气时，通常能听到沿面放电的电流声甚至发出光线，需定期清扫才能保持表面洁净，否则线路极易发生污闪跳闸，严重影响着输电线路的安全运行。2010年3月，我们在夜巡中发现110kV浩龙线N1-N16塔（跨过源潭陶瓷城）部分悬垂串有“挂灯笼”现象。经过停电清抹及对110kV浩龙线N1-N16塔的玻璃绝缘子实施喷涂PRTV防污闪涂料，至今年雨雾天气未发现“挂灯笼”现象。因此，从运行维护角度来看，使用合成绝缘子，则更节省人力资源，运行更方便。

2.2防污特性及憎水性

防污能力强是合成绝缘子的最大优点，但并不能认为使用合成绝缘子就可以杜绝污闪事故。在同样的爬距及污秽条件下，其污闪电压明显高于玻璃绝缘子。近来有研究机构采用考虑绝缘子积污特性差异的污秽循环试验方法对玻璃绝缘子污耐压水平进行对比。实验结果表明，爬距为450mm的小钟罩玻璃绝缘子的污耐压水平仅比爬距为325mm的普通型绝缘子略优；爬距为545mm的大钟罩玻璃绝缘子的污耐压水平甚至比爬距为450mm的双伞型绝缘子还略差，说明钟罩型绝缘子的爬距有效利用系数较低。而防污型玻璃绝缘子为取得较大的爬距，只有在伞裙下表面增加数个深棱来实现（由于工艺的原因，无法通过双伞或三伞增加爬距）。这种钟罩深棱的伞型自洁能力差、清扫不便，下表面结垢严重，耐污闪能力大大降低，作为悬垂绝缘子串时不适合在粉尘污染为主、污染较重的地区使用。合成绝缘子表面具有憎水性，且附着在伞裙表面的污染层也具有憎水性（即硅橡胶的憎水性迁移），这大大提高了合成绝缘子的抗污能力。原因是硅橡胶伞裙表面为低能面，它具有良好的憎水性，而且硅橡胶材料的憎水性还具有迁移性。通过迁移，到污秽层表面使其也具有了憎水性，污秽层表面的水分以小水珠的形式出现，难以形成连续的水膜，在持续电压的作用下不会像玻璃绝缘子那样形成集中而强烈的电弧，表面不易形成集中的放电通道，从而具有较高的污闪电压。此外，与玻璃绝缘子下表面伞棱式结构不同，合成绝缘子伞裙的结构和形状也不利于污秽的吸附及积累，而且合成绝缘子不需要清扫积污，有利于线路的运行维护。一般情况下，满足2级污区泄漏比距的合成绝缘子相当于满足3级污区泄漏比距的玻璃绝缘子串的防污能力，但是长期运行中的合成绝缘子一旦积污，后果将非常严重，其憎水性难以迁移到污层表面，其表面的憎水性在长时间的潮湿条件下呈现逐渐减弱甚至暂时消失的现象，这样便会导致外绝缘性能大大降低，同时并加速合成绝缘子的老化。因此，合成绝缘子比玻璃绝缘子的防污能力强，应该是指正常运行的条件下。从全国线路污秽统计数据来看，与玻璃绝缘子相比，合成绝缘子由污闪造成的故障次数要明显低得多。

2.3耐雷水平

在采用玻璃绝缘子的输电线路中，雷击故障约占故障总数的50%左右；在全国合成绝缘子的故障统计中，雷击故障约占55%左右。雷击故障次数与雷电活动次数成正比，主要发生在雷电活动频繁的地区。根据运行情况有些人认为，与玻璃绝缘子相比较，合成绝缘子的耐雷性能较差。自1998年起，清远电网大面积将直线杆塔的瓷绝缘子串更换为合成绝缘子，把非标产品更换成国标产品，到目前为止未发生过污闪跳闸事故，确保了电网的安全稳定运行，从而收到了良好的经济效益和社会效益。而雷击跳闸事故却有所增加，值得庆幸的是均能重合成功而未造成供电损失。根据运行经验，在发生雷电闪络后，凡合成绝缘子两端均配置有均压环的，绝缘子表面仍保持完好，仅有局部伞裙发白，上下均压环有放电烧的斑点或小洞；而仅只在导线端安装了均压环的，有的伞裙烧损严重，塔侧的金具也被烧蚀；而两端均没装均压环的，则两端金具及伞裙均有烧蚀现象，需要更换。上下均压环安装距离满足大气过电压的要求：110kV线路为1米、220kV线路为1.9米、500kV线路为3.7米。我们最初安装在110kV源黎线上的合成绝缘子，由于认识上的差距，仅在导线端安装了均压环，以致雷击跳闸故障巡视时，发现复合绝缘子的伞裙、芯棒烧损严重。后来，安装上下2个均压环后，发生雷击闪络后，大多仅在上下均压环有放电烧灼的痕迹或小洞。

经过我们的认真研究分析，以均压环电压等级为例，同结构高度的合成绝缘子与玻璃绝缘子串相比，合成绝缘子干弧距离短15%左右，即耐雷水平亦降低了15%左右。因此，要达到玻璃绝缘子串的耐雷水平，必须加长合成绝缘子，加长的结果可能会改变杆塔头部的电气设计，使杆塔的整体高度增加，从而增加了线路的投资。另外，当杆塔较高需要加长绝缘子的长度时，合成绝缘子需定做，玻璃绝缘子串直接增加片数即可，比较灵活。因此，在全高超过40米的杆塔上通常使用玻璃绝缘子。由此可见，合成绝缘子的耐雷水平较同高度的玻璃绝缘子串的低，但是我们可以采用在合成绝缘子的导线端或接地端加挂一片玻璃绝缘子的方法来解决。清远地区采用的是安装线路避雷器及防绕击避雷针。避雷器一般常用的是带串联间隙型，由于其间隙的隔离作用，避雷器本体部分（装有电阻片的部分）基本上不承担系统运行电压，不必考虑长期运行电压下的老化问题，且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。这样就可以解决合成绝缘子的防雷问题。

2.4绝缘子的劣化及检测

目前，从运行情况来看，合成绝缘子的运行可靠性较玻璃绝缘子好，但随着运行时间的增长，有机材料的老化劣势将逐步突出。其原因：一是伞裙材料的老化将会降低防污性能及电气绝缘性能。二是芯棒多年运行后因其蠕变特性将降低机械强度并暴露出端部金具连接中的问题，而且由于国内不少前期产品是楔接式，在长期的运行中可能出现微量滑移，使密封胶开缝，在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。此外，玻璃绝缘子具有零值自爆的特性。自爆原因：一是来自制造过程中玻璃中的杂质和结瘤。二是运行中玻璃绝缘子的污秽层表面受潮后，在工频电压作用下会发生局部放电。所以，在污秽严重地区运行的玻璃绝缘子其自爆率会有所增高。但是，玻璃绝缘子的

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自爆率不同于合成绝缘子的老化率。玻璃绝缘子的自爆率属早期暴露，随着运行时间的延长，自爆率呈逐年下降趋势；合成绝缘子由于有机材料本身的老化特性，其老化率及劣化率随着时间会增大。但是，玻璃绝缘子有缺陷时伞裙自爆，只要坚持周期性的巡检，就能及时发现和更换。目前，有机合成绝缘子的在线检测还缺乏适当的检测装置及方法，我们采用抽检，就是利用停电机会对运行年限长、污秽严重、老化快的合成绝缘子更换几串下来，送厂家试验，判断其机械性能和电气性能，防患于未燃。由于有机合成绝缘子是棒型结构，一旦失效，对线路的影响将大于由多个绝缘子组成的绝缘子串。

3.机械性能

玻璃绝缘子具有较强的破坏负荷保证值，可以在各种悬挂方式下使用，且残留机械强度高，分散性小，当绝缘体在运行中损坏后，钢帽与钢脚之间的碎玻璃的体积膨胀，产生了新的压应力，因而不会产生钢帽爆裂和钢脚抽心等现象。合成绝缘子的长期可靠性主要依靠：芯棒的质量和截面尺寸、金属端部附件特性以及附件与芯棒的连接质量。伞套为芯棒提供保护，并提供必要的爬电距离，要求它有长期的憎水性、较好的抗气候变化的性能、较高的撕裂强度等，常采用一些试验（如5000h加速老化试验），可检验伞套的长期性能。在清远地区，各种气候和环境条件下运行的玻璃绝缘子，均未出现过因质量不好而发生线路掉线事故。从合成绝缘子在清远电网的运行情况来看，目前也没有出现过因为质量问题而发生电气或机械事故，但由于合成绝缘子自身的特点问题，始终存在着一个隐患，就是“脆断”，即它在导线应力的作用下，端部金具与芯棒产生相对位移，密封受到破坏，芯棒受到潮气和酸雾的侵蚀，导致芯棒的机械强度和电气性能大幅下降，最终将导致“脆断”发生，这种事故在其他地方已发生过几次，随着运行时间的增长，此类事故可能还会增加，不得不引起我们的重视。

另外，合成绝缘子抗弯能力较差，硅橡胶受压时还是容易损坏，因此在安装、检修导线或防震锤时不能踩在合成绝缘子上，需使用辅助爬梯，增加了施工的难度；而玻璃绝缘子则不存在这种情况，人可踩在其上面工作，可借助其上落，当使用玻璃绝缘子时，安装和检修更为方便。

4.结束语

合成绝缘子作为新一代的线路绝缘子已得到广泛的应用，宜使用在悬垂串中，大大减轻了输电线路的维护工作量，尤其是良好的外绝缘性能，亦是其最大的优点，有效地减少污闪事故的发生，收到了较好的经济效益和社会效益。同合成绝缘子的防污能力比较，玻璃绝缘子虽有较强的自洁能力，但仍有较大的差距，需定期清扫，否则存在发生污闪跳闸事故的隐患。但是玻璃绝缘子独有的零值自破、不掉串、耐雷水平高和长寿命的优点，以及长时间运行的高稳定性，亦越来越受到重视，尤其在稳定性方面要求较高的线路上使用的也是越来越多，特别在清远北部易覆冰山区应广泛应用。

参考文献：

[1]闵定富.钢化玻璃绝缘子的特性及其可靠性.南瓷报，1995.4.5

[2]崔江流，宿志一，易辉.我国硅橡胶合成绝缘子的应用与展望.南瓷报，1996.7.5

[3]秦锋明，送电线路绝缘子设计选型.广东输电与变电技术，2007.1