輸變電設(shè)備的污閃問題分析

自20世紀90年代以來，我國輸變電設(shè)備防污閃工作取得了很大進展。各地不同程度地調(diào)整了輸變電設(shè)備的爬電距離，相繼繪制完成了電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖并得到執(zhí)行，全國防污閃工作逐漸步人了規(guī)范化的軌道。正是由于這些工作的開展，才使得我國在多次周期性的污閃事故中未造成重大經(jīng)濟損失和社會影響。但是，我國防污閃工作未能達到完全杜絕大面積污閃事故的發(fā)生，其根本原因何在?如何才能防止和杜絕大面積污閃事故的發(fā)生?值得大家探討。

1大面積污閃事故的主要特點和原因

自20世紀90年代以來，東北、西北、華北、華中、華東和華南都相繼發(fā)生過大面積污閃事故，其主要特點和原因可歸納為部分線路絕緣配置偏低、天氣惡劣、大環(huán)境污染降低了外絕緣強度、清掃質(zhì)量不高。不同時間和地點發(fā)生污閃的設(shè)備也有很大差別。如1990年華北大面積污閃事故，輸電線路主要發(fā)生在懸垂串上。變電設(shè)備故障多發(fā)生在母線、隔離開關(guān)、阻波器等支柱絕緣子上，或未涂RTV和未安裝增爬裙或未及時進行水沖洗的設(shè)備上。2001年大面積污閃事故中遼沈地區(qū)主要集中在I-Ⅱ級污區(qū);華北、河南主要分布在Ⅱ-Ⅲ級污區(qū);京津唐、河北、河南和遼寧電網(wǎng)凡全線使用復(fù)合絕緣子的線路幾乎都沒有發(fā)生污閃。線路污閃與1990年華北大面積污閃比較耐張串較多。變電設(shè)備的污閃主要發(fā)生在支柱絕緣子上(占閃絡(luò)總數(shù)的78.0%)特別是重污區(qū)雙聯(lián)支柱絕緣子。

2問題的提出

2.1清掃的局限性

隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造、三峽工程、西電東送以及全國跨地域電網(wǎng)的建設(shè)，必須正視這樣的事實，對目前運行線路每年進行清掃越來越困難，對于穿越山區(qū)線路，特別是500kV線路更是如此。問題是現(xiàn)行標準GB/T16434-1996、JB/T5895-1991和GB5582-1993對污穢等級的劃分和外絕緣選擇皆是建立在清掃的基礎(chǔ)上。雖然清掃是絕緣子串恢復(fù)絕緣強度最有效的防污閃措施，但是客觀事實要求不應(yīng)再將污絕緣設(shè)計建立在清掃的基礎(chǔ)上，尤其是新建或待建的工程。

2.2原污區(qū)分布圖存在的問題

現(xiàn)行污區(qū)分布圖中劃分污級的鹽密是指由普通懸式絕緣子XP-70(X-4.5)及XP-160型所組成的懸垂串上的測得值。我國現(xiàn)運行線路已使用了玻璃絕緣子約4500萬只(其中，南京國產(chǎn)線生產(chǎn)了900萬片)、復(fù)合絕緣子約400萬支。不同材質(zhì)和型式的絕緣子自然積污特性與XP-70和XP-160不同，串型結(jié)構(gòu)不同其積污特性也不同，且無系統(tǒng)的研究，這顯然會對污級的確定產(chǎn)生較大偏差。另外，所測的鹽密值大多是運行1年的最大鹽密。以上問題可能會導(dǎo)致實際絕緣配置往往不到位。在今后的防污管理工作中，必須從根本上調(diào)整鹽密測量和污穢等級的劃分方法，重新制定污區(qū)分布圖的繪制原則。

2.3污閃的主要原因

現(xiàn)今使用的絕緣子污耐壓基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是從短串的污穢試驗得到的，由于人工污穢電壓閃絡(luò)梯度與絕緣子串長呈不嚴格的線性關(guān)系。因此，以污耐壓法進行污穢設(shè)計時，由短串結(jié)果推算至長串會帶來很大偏差。長串試驗結(jié)果表明，單片污耐壓值低于由短串所確定值的40%。不同型式瓷、玻璃絕緣子的耐污穢特性并不隨爬電距離的增加而成線性改善。對傘型不佳的絕緣子，雖爬電距離增加較大，但污耐壓并未明顯提高，有的反而降低。雖然爬電距離增加較大,但局部爬電距離在污穢和受潮2個條件作用下易被空氣間隙放電短路，這充分說明爬電距離的有效性對污耐壓的影響很大。GB/T16434--1996附錄D和JB/T5895-1991第6條皆明確指出在利用爬電比距法來進行污穢絕緣設(shè)計時一定要考慮爬電距離有效系數(shù)。國內(nèi)至今尚未系統(tǒng)研究爬電距離的有效性。以上這些原因無疑會導(dǎo)致污穢絕緣配置偏低或裕度偏小。

3解決污閃問題的思路

解決污閃問題主要是重新認識污穢絕緣設(shè)計。

3.1按爬電比距確定絕緣子串片數(shù)所存在的問題.

目前，各國均按污穢水平劃分污級，并規(guī)定各污級對應(yīng)的爬電比距，僅前蘇聯(lián)和我國按爬電比距的方法確定絕緣子串片數(shù)。前蘇聯(lián)與我國的設(shè)計又不同，不僅系統(tǒng)地考慮了爬電比距有效系數(shù)(一般取1.1-1.2)，還規(guī)定了不同污穢等級下50%人工污穢耐受電壓值，即220kV及以下電壓等級為對應(yīng)額定電壓值，330kV和500kV分別規(guī)定為315kV和410kV，僅按GB/T16434-1996來進行外絕緣設(shè)計，與前蘇聯(lián)相比無疑偏低。

3.2按污耐壓確定絕緣子串片數(shù)所存在的問題

美國、日本和我國武漢高壓研究所等主要是以污耐壓進行外絕緣設(shè)計，污耐壓皆以長串真型試驗來確定。不同國家污穢絕緣設(shè)計原則相同，僅是設(shè)計參數(shù)取值不同。

由文獻[1]知，絕緣子串片數(shù)N為污穢設(shè)計目標電壓值UΦmax與單片絕緣子最大耐受電壓Umax的比值，而單片絕緣子最大耐受電壓Umax是σ、k的函數(shù)，σ、k越大，Umax越小，N越小，反之N越大。σ、k取定值后，按系統(tǒng)重要性考慮的修正系數(shù)k1，越大，N越大，即絕緣子串的污穢裕度越大。σ值一般由50%人工污穢耐受電壓試驗確定。由表1可知，不同國家污穢絕緣設(shè)計參數(shù)取值不同。σ值不同主要是由不同污穢試驗室等價性造成，而k值主要由線路設(shè)計閃絡(luò)概率戶值確定。若單串閃絡(luò)概率戶取值偏高，無疑k偏低，Umax偏高;若k1取值偏低，則UΦmax偏低，若p和k1值同時偏低，則N偏低。而我國p、k1取值相對前蘇聯(lián)、美國和日本而言皆偏低，可見N值較小，絕緣子串的絕緣配置偏低，或者說裕度偏小。隨著大環(huán)境的污染，若污穢等級從I級(0.025mg/平方厘米)發(fā)展到Ⅲ級(0.1mg/平方厘米)，不同型式絕緣子的Umax值下降幅度可達32.2%-44.0%。XP-160型絕緣子長串真型試驗結(jié)果表明，I級(0.03mg/平方厘米)Umax值(11.81kV)相對于Ⅲ級(0.1mg/平方厘米)Umax值(8.36kV)下降幅度為29.2%，無疑絕緣子串片數(shù)相應(yīng)會增加31.1%-22.7%或34.2%，受桿塔高度限制，必然無法調(diào)爬，應(yīng)在設(shè)計基建時將裕度留給運行部門。