浅析输变电设备综合性防污闪措施.docx

输变电设备综合性防污闪措施
李宝泉，王伟
（河北省电力试验研究所，河北石家庄050021）
    摘  要：通过对河北省南部电网2001年2月大面积污闪事故的分析，肯定了合成绝缘子、RTV涂料、硅橡胶伞裙的防污闪效果。建议修订河北省南部电网输变电设备外绝缘配置。
    关键词：输变电设备；污闪；措施
   河北省南部电网2001年2月发生大面积污闪跳闸事故,经济损失巨大,事故教训极其深刻。既有环境大气污染严重、长时间浓雾恶劣气象条件的客观原因,也有各种防污闪技术措施落实不得力的管理原因。为了搞好今后电网的防污闪工作，应重视电网电瓷设备在各类污秽区的实际运行经验，因地制宜地采取综合性防污闪技术措施,认真执行《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》（GB/T/6434 －1996） 。导致电瓷设备发生污闪事故的因素很多，这些因素都随时间而不断发生变化。在选择和调换电瓷设备外绝缘、以预防潜在的污闪事故的危险时，要进行经济技术分析，给运行维护部门留有适当的绝缘安全裕度。
1本次污闪跳闸的特点
a. 2000年冬季河北省南部地区降雪较多，地表面湿度很大，在适当的温度下容易产生大雾。2001年2月的大雾涉及面广，能见度低，最低1 m左右，空气相对湿度达100％。
b. 大雾从南面开始形成，逐渐向北方运动，南面的线路和变电站电瓷设备先受潮达到饱和，所以线路和变电站电瓷设备外绝缘薄弱点从南向北陆续发生污闪跳闸。
c. 跨公路或铁路、河流悬挂防污瓷瓶的双串直线塔12基发生污闪跳闸,见表1。在相同条件下，双串瓷瓶比单串瓷瓶的污闪电压低8％左右。在大雾天气，空气湿度大，双串瓷瓶容易发生互相跳闪。这12基塔比较高，积污秽相对多一些，尤其是双串瓷瓶内侧积污秽较重，所以跨越高塔双串瓷瓶容易发生污闪跳闸。
d. 这次污闪跳闸杆塔统计124基，耐张串杆塔占58基，占总数的46％，是历年最多的一次。由于耐张杆塔爬电比距太低，缺少雨水的冲刷，积污秽较严重，在大雾天气发生跳闪，直至最后闪络跳闸。
e. 在相同的大雾天气和严重的工业大气污染条件下，电厂升压站基本上没有发生大的污闪事故，说明电厂升压站根据本地区实际情况，采取了有效的防污闪措施，经受住了这次大面积污闪事故的考验。
    f. 由于多种客观原因，4座220 kV变电站防污闪措施留下外绝缘薄弱的隐患,在这次大雾天气下相继发生污闪跳闸，表明变电站采取防污闪措施不能留下死角，所有电瓷设备措施同污区要求应一致。
g. 合成绝缘子线路也发生几次污闪跳闸，220 kV合成绝缘子线路发生2条跳闸，重合成功未查出原因。110 kV线路（直线串为合成绝缘子、耐张串涂RTV涂料）5条发生污闪跳闸，只有1条线路发现2基直线杆2支合成绝缘子有闪络痕迹。
  h. 发现2处涂RTV涂料的设备发生闪络：110kV线路1基耐张串（7片防污瓶加1片普通瓷瓶），电厂升压站主变压器110 kV套管引线吊瓶A相串（8片防污瓶）。以上2处均是2000年新涂的RTV涂料。
i. 清扫和水冲洗是防污闪的一种有效辅助手段，但是不能从根本上避免大面积污闪跳闸事故的发生。

2本次大面积污闪事故主要原因
2.1长时间污雾和严重的大气污染
  这次大雾涉及面广，南起河南新乡，北至辽宁沈阳，大雾所经之处发生多起污闪跳闸事故，大雾的能见度小于5 m，相对湿度高达100％。在这种长时间又脏又湿的大雾作用下，减少了绝缘子串的有效爬电距离，使绝缘子串产生局部跳闪，导致部分110～220 kV线路8～15片防污瓷瓶串发生污闪跳闸。据有关报告指出：雾在近地表面生成，可直接吸收大量近地面大气颗粒物。雾水的主要含量为硫酸盐类粒子，约占80％左右。在大气污染严重地区雾水一般有着较高电导率（称为自然污雾），电导率越高，说明雾的脏污程度越严重。受工业大气污染影响，一般工业边缘区和村庄邻近区的雾水电导率可达1 000μS/cm以上。在污（脏）雾长时间作用下，绝缘子表面污秽程度逐渐增大。试验表明，绝缘子串污闪电压比在清水雾（电导率≤10 μS/cm）时下降约10％，绝缘子串污闪电压随着雾水电导率增大而下降。对绝缘子串沿面放电，雾水电导率是其主要影响因素。由于人工污秽试验的分散性，在自然污雾的作用下，自然污秽绝缘子串污闪电压会更低。说明这次大雾和大气污染是发生大面积污闪跳闸事故的外部原因。
2.2污秽区耐张绝缘子串爬电比距偏低
  对电瓷设备运行环境的污染程度普遍有了认识，河北省南部电网大部分输变电设备所处的污秽等级比几年前（1～3级）都提高了一级。在全国污闪事故统计中耐张串发生污闪的相当少，1997年以前河北省南部电网耐张绝缘子串没有发生污闪事故。输电线路经过几年的不断调爬，直线串110 kV为7～8片防污瓷瓶，220 kV为14～15片防污瓷瓶。大部分线路耐张串没调爬，110 kV为8片普通瓷瓶，220 kV为14～15片普通瓷瓶。随着时间的推移，大气污染日益严重，污秽季节少雨水冲刷，耐张串积污也很严重，耐张串爬电比距110 kV偏低1.83 cm/kV，220 kV偏低1.60 cm/kV，在恶劣的大雾天气下，发生了多起耐张瓷瓶串污闪跳闸事故。
2.3变电站部分电瓷设备外绝缘水平与所处污区不匹配
  变电站处于相当严重的工业污源包围之中，确定了较高的污秽等级，由于资金不到位、停电困难、人力物力不足等多种原因，仍有一部分电瓷设备爬电比距低于所在污秽区标准。如4级污区的变电站110 kV软母线水平串8片普通瓷瓶，220 kV软母线水平串15片普通瓷瓶，爬电比距比国标要求低40％多；3级污区的变电站全站涂RTV涂料，由于停电困难，只剩下几组刀闸支柱瓷瓶没涂；三级污区的变电站，刀闸支柱瓷瓶、软母线瓷瓶串爬电比距不够，靠清扫或水冲洗（水冲洗后积污105 d）只是一种辅助防污手段。在这次大雾中，4个变电站的外绝缘薄弱点，110～220 kV软母线水平串2处、110 kV刀闸支柱瓷瓶3处、220 kV刀闸支柱瓷瓶4处，发生了污闪事故。
2.4瓷瓶质量较差是断串的内因，污闪则是引发断串的外因
  运行中瓷瓶在多种温度下承受各种应力，虽然按规程要求2 a检测一次零值瓷瓶，根据绝缘子劣化程度，可适当延长或缩短检测周期。由于线路逐年增多，带电作业人员不足，很难保证按周期检测零值瓷瓶。另外带电检测准确度受大气湿度、人工调整火花间隙距离、工作人员经验等因素影响，很难保证检测准确率达到100％，容易产生少数误判或漏检，或不到检测周期，逐渐发展使瓷瓶绝缘电阻下降，直到出现低阻值瓷瓶或零值瓷瓶，给瓷瓶串因污闪引起掉串留下隐患。长时间的大雾、脏雾水使瓷瓶表面上的污秽受潮湿润后形成导电层，泄漏电流开始加热污层并产生干区，当泄漏电流通过绝缘电阻为零的瓷瓶，在电流热效应
或电弧局部放电的作用下，使钢帽内缓冲层、绝缘胶分解，浇注的水泥松散剥落。此时大电流流过零值瓷瓶中央，使胶装在铁帽内的瓷件头部被炸碎，将铁帽炸裂，导致瓷瓶铁帽和钢脚分离而断串。
3合成绝缘子应用状况
合成绝缘子具有重量轻、强度高、耐污闪能力强、无零值，价格比相同防污瓷瓶串低，安装维护方便等特点，被世界27个国家和地区使用，在我国1990～1994年是合成绝缘子工业性试验运行阶段，主要应用在污闪多发地区，挂网运行5万支。河北省南部电网挂网合成绝缘子4 082支。从1995年开始，合成绝缘子进入大规模实用阶段，由于合成绝缘子挂网运行，污闪事故明显下降，得到供电运行部门的广泛好评，合成绝缘子入网数量成倍增长，1995年10万支，1996年20万支，1997年40万支，1998年60万支河北省南部电网从1995～1998年已挂网7 781支，至今超过3万支。在挂网运行期间没有发生掉线、损坏等重大事故，仅发生几起闪络掉闸，但均重合成功。在这次大面积污闪事故中只有石家庄电业局、保定电业局发现几条合成绝缘子线路（直线为合成绝缘子、耐张串涂涂料）发生闪络跳闸，但重合成功，没有查出故障点，说明合成绝缘子在这次大面积污闪事故中经受住了大雾天气的考验，表现出良好的抗污闪、抗湿闪的能力。合成绝缘子挂网给河北省南部电网防污闪工作带来巨大的安全经济效益。
  合成绝缘子挂网运行后也存在一定的问题。截止1998年合成绝缘子事故统计，雷击闪络占47.2％，不明原因闪络占23.9％，鸟粪闪络占16.6％，污闪占5.5％，机械事故占6.8％。合成绝缘子主要用于各类3～4级重污秽区，但年事故率仅0.018％。只要合成绝缘子的绝缘距离不明显低于瓷绝缘子，其耐雷击水平就不会低于瓷绝缘子。1999年河北省南部电网抽取27支合成绝缘子（1990年产品2支、1991年产品9支、1992年3支、1994年5支、1995年7支、1996年1支）按照《合成绝缘子使用指导性意见》（调网〔1997〕93号文）要求进行各项试验，其试验结果为：电气性能基本良好；硅橡胶伞裙出现不同程度的老化，其表面憎水性有所下降；在2 m跌落试验中，6支合成绝缘子伞裙破损，1994年以前早期配方产品伞裙较硬、易撕裂，说明早期产品配方存在一定问题；在额定机械负荷1 min耐受试验时，有12支通过，有15支分别在67.6～94.2 kN时拉脱，而拉脱的合成绝缘子全部是1994年以前产品，金属端头与芯棒采用外楔式连接（现在采用内压式连接，机械强度满足要求）。因此建议对河北省南部电网运行合成绝缘子每2 a有针对性地做50％额定机械负荷10 s拉伸试验，尤其是重点抽查1994年产品，有条件应逐年更换新产品。
4RTV防污闪憎水性长效涂料的应用
RTV涂料与合成绝缘子一样，具有优良的耐污闪性能，主要特点是：憎水性和憎水迁移性好、长效可靠、适应性强、少维护、施涂工艺简单等。RTV涂料主要用于变电站电瓷设备上，也用于线路绝缘子和玻璃绝缘子上，在我国有15 a成功运行经验。天津电力局80％变电站和60％输电线路使用自产的RTV涂料，起到了防止污闪事故发生的作用。河北省南部电网从1991年试用，到1994年以后开始大量应用，在许多变电站、电厂升压站电瓷设备上，取得令人满意的防污闪效果。但是在这次污闪事故中发现涂RTV涂料的电瓷设备也有闪络的，如保定热电厂升压站刀闸引线吊瓶、石家庄电业局线路耐张瓷瓶串，分析原因系涂刷质量不高，积污太多造成。
但由于生产RTV涂料的厂家很多，产品质量差别较大，缺乏严格施涂工艺规范，容易出现质量问题。此外RTV涂料的有效使用寿命尚无定论，但是使用寿命已经超过出厂规定的5 a。运行经验表明：在严重水泥污秽、有氯气排放的化工污秽地区，一般不宜采用RTV涂料。目前邯郸电业局和天津电力科学研究院生产的RTV涂料在河北省南部电网使用量最多，总体应用情况良好。购买RTV涂料时，一定要选择有多年挂网应用经验及入网证的生产厂家。
5硅橡胶伞裙应用情况
变电站设备加装硅橡胶伞裙是一种既有效又经济的防污闪、防雨闪辅助补救措施，硅橡胶伞裙能增加电瓷设备的爬电距离，有效地阻断电瓷设备上流淌的污水，硅橡胶良好的憎水性能抑制瓷件表面的泄漏电流，表面电弧不易发展。总的爬电距离增加，其污闪电压得到一定程度提高。按规定要求安装硅橡胶伞裙数量和合理部位，平均提高污闪电压30％左右。变电站设备瓷套加装硅橡胶伞裙是防雨闪的有效方法。
  硅橡胶伞裙存在的问题有：规格较少，难以满足变电站电瓷设备各种尺寸要求，现场剪切会影响粘接质量；与瓷件表面连接需要高质量的粘接剂，由于现场手工操作，施工质量无法检测；长期运行发现，个别产品有塌边变形现象，有的搭口部位或连接处有脱胶、开胶的。安装硅橡胶伞裙的电瓷设备给清扫、预防性试验带来一定困难。
  以上3种防污产品在国内都有10 a以上的挂网运行经验，取得了令人满意的防污闪效果，河北省南部电网的运行经验表明，它们能够经受住恶劣大雾天气和严重污秽污染的考验，耐污闪电压能力超过了防污型瓷绝缘子，是行之有效的防污闪技术措施。
6建议
  根据河北省南部电网的实际运行经验，应对各种防污闪措施进行经济技术比较，采取有效的综合性防污闪技术措施，给运行维护部门留有适当的绝缘裕度。
6.1输电线路外绝缘配制
a. 1～2级污秽区直线串、耐张串全部采用防污型瓷瓶110 kV采用8片、220 kV采用16片、500 kV采用32片NGK产的防污瓷瓶。
b. 3～4级污秽区110～500 kV直线串全部采用合成绝缘子，耐张串采用双串（吨位高于直线串）合成绝缘子。
c.运行中的耐张瓷瓶串无法调爬，采取涂长效防污闪涂料。
6.2变电站（包括电厂升压站）设备电瓷外绝缘配制
a. 1～2级污秽区，爬电比距小于1.60～2.00 cm/kV的电瓷设备采用RTV涂料，爬电比距超过1.60～2.00 cm/kV的电瓷设备在每年11～12月进行清扫或水冲洗。
b. 3～4级污秽区，电瓷设备爬电比距一般都小于2.50～3.10 cm/kV，由于环境污染严重、降尘量较大、积污速度较快，为了防止雨闪事故，应采取涂RTV涂料和加装硅橡胶伞裙的手段。在每年雨季到来前对无法加装硅橡胶伞裙的电瓷设备进行水冲洗或清扫。
c. 根据各地实际情况，结合运行经验，对变电站软母线耐张串留有适当绝缘裕度，并采取防污瓷瓶、更换合成绝缘子或涂RTV涂料等措施。