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高壓輸電線路絕緣子的選用

作者: 時(shí)間:2012-04-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 緒論

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201626.htm

伴隨著大慶油田的發(fā)展,油田電網(wǎng)也已經(jīng)走過了四十幾年的歷程,從剛開始的幾公里輸電發(fā)展至現(xiàn)在的幾千公里輸電。作為輸電的一個(gè)重要組成部分,也分為瓷質(zhì)、合成及新開發(fā)研制的玻璃鋼型絕緣子。絕緣子的可靠性評價(jià)和合理選用直接關(guān)系到輸電線路的安全運(yùn)行,哪種型式的絕緣子更適合油田電網(wǎng)線路呢?

2 對絕緣子可靠性評價(jià)的五項(xiàng)準(zhǔn)則

運(yùn)行的可靠性是決定絕緣子生命力的關(guān)鍵。最好的評價(jià)應(yīng)是大量絕緣子在輸電線路上長期運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和可靠性試驗(yàn)所反映出來的性能水平。因此,評價(jià)絕緣子應(yīng)遵循下述準(zhǔn)則:

2.1 壽命周期

產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用條件下,能夠保持其性能不低于出廠標(biāo)準(zhǔn)的最低使用年限為“壽命周期”。此項(xiàng)指標(biāo)不僅反映絕緣子的安全使用期,也能反映輸電線路投資的經(jīng)濟(jì)性。我國曾先后多次對運(yùn)行5~30 年的玻璃鋼和瓷絕緣子進(jìn)行機(jī)電性能跟蹤對比試驗(yàn)。結(jié)果表明:玻璃絕緣子的使用壽命取決于金屬附件,瓷絕緣子的使用壽命取決于絕 緣件。玻璃鋼絕緣子的壽命周期可達(dá) 40 年,而瓷絕緣子除全面采用 國外先進(jìn)制造技術(shù)后有可能較大幅度地延長其壽命周期外,其平均壽命周期僅為15~25 年;合成絕緣子經(jīng)歷了“三代”的發(fā)展,但從迄今世界范圍內(nèi)的試驗(yàn)及運(yùn)行結(jié)果分析來看,其平均壽命周期只有 7 年。

2.2 失效率

運(yùn)行中年失效絕緣子件數(shù)與運(yùn)行絕緣子總件數(shù)之比稱為年失效率。對于國產(chǎn)玻璃鋼絕緣子,其壽命周期內(nèi)平均失效率為(1~4)×,對于國產(chǎn)瓷絕緣子的失效率,除個(gè)別合資企業(yè)產(chǎn)品將有可能降低外,比玻璃絕緣子約高 1~2 個(gè)數(shù)量級;對于合成絕緣子,由于壽命周期不能預(yù)測、合成材料配方和制造工藝還不能完全定型,其失效率很難預(yù)測。

2.3 失效檢出率

絕緣子失效后能否檢測出來的檢出率對線路安全運(yùn)行的影響是比失效率本身更為重要的因素。檢出率取決于絕緣子失效的表現(xiàn)形式 和失效的原因。玻璃鋼絕緣子失效的表現(xiàn)形式是“自動破碎”和“零 值自破”。“自破”不是老化,而是玻璃鋼絕緣子失效的唯一表現(xiàn)形 式,所以只需憑借目測就可方便地檢測出失效的絕緣子,其失效檢出率可達(dá)百分之百;瓷絕緣子失效的表現(xiàn)形式為頭部隱蔽“零值”或“低值”,合成絕緣子失效的主要表現(xiàn)形式為傘裙蝕損以及隱蔽的合成“界面擊穿”。此外,瓷和合成絕緣子失效的原因是材料的老化,而老化程度是時(shí)間的函數(shù)。老化是隱蔽的,因此給檢測帶來極大的困難,造成檢出率極低;對于合成絕緣子,實(shí)際上根本無法檢測。

2.4 事故率

年因絕緣子故障線路跳閘次數(shù)與運(yùn)行絕緣子件數(shù)之比稱為年事故率。因絕緣子掉串、污閃、零值等原因?qū)е戮€路跳閘是架空輸電線 路最為嚴(yán)重的事故之一。對于油田輸電輸電線路,若造成大面積、長 時(shí)間停電,所造成的影響極其嚴(yán)重。

統(tǒng)計(jì)油田電網(wǎng)近十年來各類型絕緣子的事故率,發(fā)現(xiàn)事故率發(fā)生 最高的是合成絕緣子,其次是瓷質(zhì)絕緣子,玻璃鋼絕緣子事故率最低。而且由于合成絕緣子為長棒式,內(nèi)絕緣擊穿、芯棒斷裂和強(qiáng)度下降的潛在因素始終存在,一旦失效,事故概率會高于由多個(gè)元件組成的絕 緣子串。

2.5 可靠性試驗(yàn)

為對絕緣子進(jìn)行可靠性評價(jià),國內(nèi)外曾對玻璃鋼絕緣子和瓷絕緣子作過各種方式的加速壽命試驗(yàn)和強(qiáng)制老化試驗(yàn)。如:陡波試驗(yàn)、熱機(jī)試驗(yàn)、耐電弧強(qiáng)度試驗(yàn)、1500 萬次低頻(18.5Hz)和 200 萬次高頻 (185~200Hz)振動疲勞試驗(yàn)及內(nèi)水壓試驗(yàn),都從不同角度得出結(jié)論: 與玻璃鋼絕緣子相反,絕大多數(shù)瓷絕緣子都不能通過這些試驗(yàn)。對于 合成絕緣子,可靠性試驗(yàn)則還是一個(gè)有待于繼續(xù)探索的課題。

3 油田電網(wǎng)絕緣子的使用及運(yùn)行情況

大慶油田電力集團(tuán)供電公司龍南工區(qū)現(xiàn)在所管轄線路中使用的絕緣子包括瓷質(zhì)絕緣子、合成絕緣子和玻璃鋼絕緣子三種類型,其中瓷質(zhì)絕緣子有172128 片占絕緣子總數(shù)的80%、合成絕緣子16394 支占絕緣子總數(shù)的 7.0%、玻璃絕緣子37076 片占絕緣子總數(shù)的 13%。

3.1 瓷質(zhì)絕緣子

瓷質(zhì)絕緣子是最早的絕緣子類型也是油田電網(wǎng)最先使用的絕緣子,到現(xiàn)在這種絕緣子在油田電網(wǎng)已使用運(yùn)行四十多年了,占電網(wǎng)絕緣子總數(shù)的80%左右。最初使用的瓷質(zhì)絕緣子是深褐色瓷釉 LX-4.5 型絕緣子,通過幾年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)這種絕緣子在發(fā)生閃絡(luò)和落雷的時(shí)候 由于顏色原因極不容易被發(fā)現(xiàn),基于這種原因后來改用1987 年統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)后的X-4.5 型和XP-7 型乳白色瓷釉絕緣子。從近三十年的運(yùn)行 情況發(fā)現(xiàn)瓷質(zhì)絕緣子積污情況比較嚴(yán)重,尤其是在化工區(qū)等重污染地區(qū)情況比較嚴(yán)重(1997 年化工區(qū)輸電線路發(fā)生過瓷質(zhì)絕緣子大面積污閃事故) ,每年的檢修工作擦拭絕緣子占去檢修時(shí)間的 60%左右,使擦拭絕緣子成為檢修工作中一項(xiàng)既耗時(shí)又耗力的工作,又由于油田穩(wěn)產(chǎn)對停電時(shí)間嚴(yán)格控制,這樣容易導(dǎo)致檢修工作不徹底或不到位,給線路安全運(yùn)行留下隱患,積污嚴(yán)重也容易造成絕緣子污閃導(dǎo)致輸電線路故障。

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3.2 合成絕緣子

由于污閃和絕緣子擦拭工作的耗時(shí)耗力等原因,特別是1997 年化工區(qū)輸電線路發(fā)生瓷質(zhì)絕緣子大面積污閃事故后, 經(jīng)技術(shù)部門研究 決定將化工區(qū)等污染比較嚴(yán)重地區(qū)線路的瓷質(zhì)絕緣子全部更換為合 成絕緣子,在此之后合成絕緣子開始逐漸在油田電網(wǎng)改造中使用。合成絕緣子具有重量輕、機(jī)電強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),因而可用于城網(wǎng)改造,用來架設(shè)緊湊型架空線路。特別是合成絕緣子具有良好的抗污閃性能,尤其適應(yīng)于化工區(qū)等污穢特別嚴(yán)重的地區(qū)使用,以有效地提高線路運(yùn)行可靠性,減少線路維護(hù)工作量。與瓷絕緣子相比,合成絕緣子優(yōu)良的防污性能是不可置疑的,在耐雷性能方面它不會發(fā)生瓷絕緣子那樣 的零值現(xiàn)象。

在合成絕緣子應(yīng)用之初起到了很好的效果,但隨著合成絕緣子的多年運(yùn)行,其缺點(diǎn)和不足也逐漸暴露。一是由于其傘裙直徑較小,干弧距離小于瓷(或玻璃)絕緣子,亦即耐雷水平小于同長度的瓷(或玻 璃)絕緣子的耐雷水平,統(tǒng)計(jì)近十年線路的絕緣子落雷跳閘情況發(fā)現(xiàn),合成絕緣子占據(jù)最高的比例。例如 35kV 龍古線全線使用合成絕緣子,2010 年就發(fā)生了3 起因絕緣子落雷跳閘的事故。二是由于絕緣子主要材料是硅橡膠,耐磨水平比較低,在輸電線路下串檢修時(shí)很容易造 成絕緣子損壞,尤其是在 110kV 線路,由于其絕緣子較長,導(dǎo)線距橫擔(dān)距離遠(yuǎn), 工作人員下串檢修在沒有專用工具的情況下很容易造成絕 緣子由于蹬踩損壞。并且合成絕緣子芯棒的抗拉可靠性比較低,可能 造成線路在施工緊線過程中耐張型合成絕緣子串發(fā)生抽芯拉斷事故。例如在1997 年110kV 興馬甲線瓷質(zhì)絕緣子更換為合成絕緣子施工過 程中就發(fā)生了由于緊線造成合成絕緣子抽芯拉斷的事故。三是雖然合 成絕緣子經(jīng)歷了“三代”的發(fā)展,但從迄今世界范圍內(nèi)的試驗(yàn)及運(yùn)行 結(jié)果分析來看,其平均壽命周期只有 7 年,而油田電網(wǎng)的合成絕緣子 68.79%已經(jīng)投入使用十年以上,29.94%已經(jīng)投入使用五至十年左右, 基本都已經(jīng)到了壽命周期,出現(xiàn)了不同程度的老化情況,各種特性都 大大降低甚至喪失。四是合成絕緣子的失效率無法檢測,可靠性試驗(yàn) 目前還處在探索階段,沒有系統(tǒng)的可以依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

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3.3 玻璃鋼絕緣子

玻璃鋼絕緣子是在2002 年至2003 年開始在油田電網(wǎng)試用的一種新型絕緣子,2007 年油田電網(wǎng)改造新建線路中正式開始大量使用。在玻璃絕緣子在運(yùn)行過程中有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):第一,玻璃鋼絕緣子最突 出優(yōu)點(diǎn)是“零值自爆” ,主要表現(xiàn)形式是在絕緣子出現(xiàn)污閃或零值的 情況時(shí)“自動破碎”,可以有效降低線路安全運(yùn)行隱患。第二,玻璃 鋼絕緣子玻璃的“熱鋼化”技術(shù),賦予玻璃表層一個(gè)高達(dá)100~ 250MPa 的永久預(yù)應(yīng)力。這就使“鋼化玻璃”強(qiáng)度鋼鐵化,熱穩(wěn)定性 高,較瓷不易老化和壽命長,為“打造永恒電力,助力百年油田”提供保證。第三,玻璃鋼絕緣子采用圓柱頭結(jié)構(gòu),承力組件受力均勻。較之國內(nèi)傳統(tǒng)瓷絕緣子數(shù)十年一貫制的圓錐頭結(jié)構(gòu),具有尺寸小、重量輕、強(qiáng)度高和電性能優(yōu)良的特點(diǎn)。由于玻璃的線膨脹系數(shù)較瓷大得多,外型尺寸較合成絕緣材料小得多,且與金屬附件和水泥易連接,因而受力組件材質(zhì)匹配良好。在各種氣候條件下,不會象瓷絕緣子和 合成絕緣子那樣容易產(chǎn)生危險(xiǎn)應(yīng)力而導(dǎo)致老化。且合成絕緣子很難解 決合成界面的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。第四,經(jīng)過這些年的發(fā)展國產(chǎn)玻璃鋼絕緣子 通過技術(shù)引進(jìn)和自己開發(fā), 生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)條件都已具備并趨于成熟。從油田電網(wǎng)玻璃絕緣子運(yùn)行 7 年左右的情況來看,玻璃鋼絕緣子的特性從本體運(yùn)行、故障巡視維護(hù)到工藝要求再到美觀程度來講都優(yōu) 越于瓷質(zhì)絕緣子和合成絕緣子,統(tǒng)計(jì)近四年來因絕緣子故障造成線路 跳閘的線路故障巡視情況,玻璃鋼絕緣子故障發(fā)現(xiàn)的效率高出瓷質(zhì)和合成絕緣子 2~3 倍。

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4 結(jié)束語

通過以上對絕緣子可靠性的綜合評價(jià)和油田電網(wǎng)絕緣子的運(yùn)行情況,未來油田電網(wǎng)的發(fā)展在絕緣子選用時(shí)可以參考以下方案。方案 一:在沒有特殊要求地區(qū)由于玻璃鋼絕緣子的長壽命周期和“零值自 爆”等特性,在未來的油田發(fā)展中可以大量投入使用,符合“打造永恒電力,助力百年油田”的宗旨。方案二:在化工區(qū)等污染比較嚴(yán)重 地區(qū)可以選用防污型玻璃鋼絕緣子替換現(xiàn)在使用的合成絕緣子。合成 絕緣子在使用周期、易老化、防雷性差和出現(xiàn)故障需整支進(jìn)行更換等 問題上就不如玻璃絕緣子更有優(yōu)勢,再加上合成絕緣子檢測和試驗(yàn)技術(shù)都還不成熟,所以從其綜合性能和長期發(fā)展來考慮,合成絕緣子的性價(jià)比就遠(yuǎn)不如防污型玻璃鋼絕緣子更適合油田電網(wǎng)未來的發(fā)展。



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