姜 輝，段世杰

(遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003)

復合絕緣子由于其重量輕、強度高、耐污閃能力強、便于制造維護等優(yōu)點，在我國110～750 kV輸電線路及變電站得到廣泛應用。20世紀80年代中期應用到電力系統(tǒng)使用時間近25年，在運絕緣子數(shù)量約500萬只。復合絕緣子在運行中發(fā)生的主要故障為運行中閃絡 (雷擊、污閃、鳥害、外力等)和運行中損壞 (界面擊穿、芯棒斷裂和脆斷、芯棒脫出等)。當芯棒斷裂和脫串導致導線墜地時，將發(fā)生嚴重事故，搶修費時費力，造成重大損失。

遼寧省電力有限公司檢修分公司有多條500 kV輸電線路使用復合絕緣子，連續(xù)運行年限最長接近15年，已臨近開始頻發(fā)事故的年限，有必要采取措施，防止事故于未然。

芯棒斷裂事故直接和絕緣子高壓端的高場強和分布電壓相關，過高的場強導致界面局部放電，與之相關的化學腐蝕和電腐蝕導致芯棒碳化和脆斷。目前國內外對此已進行了大量研究［1－5］，并進行了數(shù)學模擬和計算［6－8］。有關單位曾對330 kV復合絕緣子進行實測［9］，但對500 kV復合絕緣子而言，目前尚未在實際運行線路上進行過沿面場強和電壓分布的精確實測，缺少定量數(shù)據(jù)。

因此，針對以上情況，在遼寧省電力有限公司檢修分公司500 kV輸電線路上，進行了500 kV復合絕緣子沿面場強和電壓分布的實測，根據(jù)實測結果，提出提高其運行可靠性的改進措施，防止在今后運行中出現(xiàn)惡性事故，亦可作為線路設計和新產品制造、訂貨的參考。

1 實測方法

1.1 絕緣子及桿型

在500 kV沙蒲1號線34號鐵塔上進行測量，該塔塔型為貓頭ZB2型 (如圖1所示)，塔高35 m，邊相導線懸掛點高度25 m，導線為4×LGJ－400 mm2導線。復合絕緣子型號為FXBW4－500/210，結構高度4 450 mm，爬電距離13 750 mm。傘裙型式為一大兩小，共有大傘30個，小傘59個，大傘間距130 mm，上下均壓環(huán)，絕緣距離3 980 mm。均壓環(huán)的抬高距Δh≈0(如圖2所示)。

1.2 測量方法

使用GDC200光纖傳感場強/分布電壓測試儀進行帶電測量。探頭為基于泡克爾 (Pockels)電光效應的晶體傳感器［10－11］，該傳感器體積小 (20 mm×26 mm×60 mm)、沒有金屬附件，不會畸變被測空間電場的分布，僅把探頭置于空間測量點即可進行測量。傳感器和儀器機箱 (置于地面上)之間由光纜隔離，可避免高壓電磁場干擾，并充分保證安全，測量精度為±2.5%。

測量人員登塔，利用絕緣操作桿將探頭自下而上分別置于復合絕緣子各傘裙裙緣處，測量各點的軸向電場 (如圖3所示)，再按軸向電場積分可求出復合絕緣子的軸向電位分布。

圖3 測點位置

2 測量結果

500 kV復合絕緣子沿面工頻軸向場強實測結果如圖4所示。

根據(jù)沿面工頻軸向場強實測結果，可得500 kV復合絕緣子軸向電壓分布曲線如圖5所示。

3 測量結果分析

a.由圖4可知，高壓端部的場強最大 (Emax=6.5 kV/cm)，為復合絕緣子平均場強 (Ecp=0.73 kV/cm)的8.9倍。不均勻系數(shù)δE= (Emax－Ecp) /Ecp為 7.9。

整個復合絕緣子上鋼帽部位的芯棒承受最大工頻場強。高場強在以下兩方面將加速芯棒的劣化:一是在端部密封不盡理想或端部RTV粘膠劑受電暈腐蝕發(fā)生老化，過高場強加快水分和起因于電暈的NO2與水反應生成的硝酸類物質沿護套與芯棒間界面的細微氣隙向高場強區(qū)遷移和滲透，加劇了芯棒的酸性腐蝕;二是用環(huán)氧玻璃纖維引拔棒制成的芯棒，因內部僅有縱向纖維而無橫向纏繞纖維，能承受很大拉力但不能承受過大的扭力等應力。由于制造缺陷及外部應力作用，內部易生成縱向微裂紋。按微裂紋形狀的不同，微裂紋兩端的場強可達外施場強的5～10倍。在高場強作用下，微裂紋加速發(fā)展，導致芯棒的電老化。運行經驗亦表明，芯棒脆斷多發(fā)生在這一部位。因此，應盡可能降低此部位芯棒上的最大場強值。

b.由圖5可知，電壓主要分布在合成絕緣子的高壓側。500 kV復合絕緣子高壓側電壓分布如表1所示。

表1 高壓端不同長度電壓分布 (相電壓291 kV)

由表1可見，500 kV復合絕緣子電壓分布很不均勻，近1/4相電壓分布在高壓側約1/20長度上，近1/3相電壓分布在高壓側約1/10長度上，近60%相電壓分布在高壓側約1/3長度上，近70%的相電壓分在1/2長度上。

將1組傘裙 (1大傘和2小傘)的分布電壓稱之為傘裙分布電壓ΔU，則其最大值ΔUmax為靠近導線的第一組傘裙，ΔUmax=49.3 kV，為平均值(9.7 kV)的5倍。因此，在第一組傘裙上長期作用了5倍的過電壓。

因每組傘裙組的泄漏距離為45.7 cm，第1組傘裙的泄漏比距僅為0.92 cm/kV。因此，第1組傘裙很容易發(fā)生沿面局放及污穢放電，將影響整只絕緣子的污閃放電特性，同時也加速了硅橡膠材料的電蝕和老化。

4 提高運行可靠性的改進措施

a.沙蒲1號線所用復合絕緣子的均壓環(huán)結構不盡合理，高度偏低、抬高距Δh≈0，由實測結果可知，均壓環(huán)未起到均壓作用，導致高壓端最大軸向場強達6.5 kV/cm，5%長度上的分布電壓達67 kV(23.1%)。成為絕緣子高壓端老化、芯棒脆斷等故障的主要原因和隱患?？紤]到該線路投運已經超過10年，復合絕緣子的老化故障逐漸顯露，結合本地區(qū)和國內復合絕緣子的運行經驗，需采取可靠措施防止因復合絕緣子故障引發(fā)線路重大事故［12］。

b.在校核導線對鐵塔空氣間隙距離的基礎上，建議給全線復合絕緣子或至少在重點地區(qū)(重污區(qū)、多雷區(qū)、重冰區(qū)等)的復合絕緣子的高壓端各加掛1片玻璃絕緣子。

c.對空氣間隙受限制的桿塔，在絕緣子兩均壓環(huán)之間的空氣間隙放電距離滿足要求的基礎上，將現(xiàn)有均壓環(huán)更換為抬高距Δh= (1～2)傘間距的新均壓環(huán)。

d.對運行中的復合絕緣子每年進行1次積污特性、憎水性能及機械特性的抽查和檢測，以便適時對絕緣子性能進行評估。

e.對新建線路使用的復合絕緣子提出嚴格要求，高壓端不得使用扁平狀均環(huán)壓，應當使用抬高距Δh= (2～3)傘間距的均壓環(huán)。

5 結論

a.可用基于泡克爾效應的光纖傳感場強/分布電壓測試儀在運行線路上進行500 kV復合絕緣子沿面場強和電壓分布的帶電測量。

b.被測500 kV復合絕緣子沿面場強和電壓分布極不均勻。高壓端軸向場強Emax=6.5 kV/cm，為平均場強 (Ecp=0.73 kV/cm)的8.9倍。高壓端第1組傘裙上的分布電壓ΔUmax=49.3 kV，為平均值9.7 kV的5倍。

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