曹生輝

中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司大理局

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關于±500kV換流站直流場設備外絕緣故障的分析

曹生輝

中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司大理局

本文對換流站的概念、組成及優(yōu)點進行了簡單說明，并就±500kV換流站直流場主設備外絕緣故障進行了分析，同時根據(jù)造成故障的原因提出一些針對性的防范措施，以供參考。

±500kV換流站；直流場；主設備；外絕緣故障

1 研究背景

直流輸電有著輸送容量大，輸送距離遠，線路損耗低等優(yōu)勢，因此直流輸電是我國電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。從1989年第1條±500kV葛南直流輸電工程成功送電到2010年向家壩—上海和楚雄—穗東2條±800kV特高壓直流輸電線路的相繼建成投運，我國直流骨干網(wǎng)架已經(jīng)初具規(guī)模。截至2011年底，我國已建成±800kV直流輸電線路2回，±660kV直流輸電線路1回，±500kV直流輸電線路10回，±400kV直流輸電線路1回，直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程3個，在建和擬建直流輸電線路電壓等級更達到±1100kV。對于±500kV及以下高壓直流換流站及線路，除個別設備及技術以外，我國基本實現(xiàn)了此類項目的全國產(chǎn)化。伴隨著我國±500kV直流輸電項目的發(fā)展，直流場主設備外絕緣也經(jīng)歷了從事故多發(fā)期，至減少期，直到平穩(wěn)運行期的過程。

2 換流站簡述

2.1 換流站的概念

在電力系統(tǒng)中，換流站指的是在高壓直流輸電系統(tǒng)中，為了將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并在轉(zhuǎn)換完成后能夠滿足電力系統(tǒng)對于安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量的要求而建立的站點。

2.2 換流站的組成

在換流站中，主要的電氣設備包括：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流開關設備、交流濾波器及交流無功補償裝置、直流開關設備、直流濾波器、控制與保護裝置、站外接地極以及遠程通信系統(tǒng)等。換流站內(nèi)設備要想長期持續(xù)穩(wěn)定運行，其外絕緣的設計配置起到至關重要的決定作用。

2.3 與交流輸電相比具有的優(yōu)點

（1）相同的輸送功率，直流輸電節(jié)省材料，造價低。

（2）電能輸送過程中，有功損耗小，且電暈損耗和無線電干擾都較小。

（3）直流輸電不會受到輸電距離的限制，線路中不存在電抗，穩(wěn)定性更高。

（4）可靠性更高，調(diào)節(jié)速度更快。

3 換流站主設備外絕緣故障原因分析

3.1 爬電比距不足

爬電比距指的是電力設備外絕緣的爬電距離與設備最高工作電壓有效值之比。造成爬電的原因是絕緣部分表面污穢，使絕緣部分絕緣強度下降，在空氣潮濕時發(fā)生爬電，爬電會在潮濕的環(huán)境中持續(xù)進行，會降低設備外絕緣強度。在設備外絕緣設計過程中，由于對于運行過程中各種特殊情況考慮不足，所設計的爬電比距嚴重不足，當遇到雨霧等潮濕天氣時，外絕緣表面持續(xù)受潮。爬電現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生，使得設備外絕緣性能逐步下降，最終導致事故的發(fā)生。

3.2 復合絕緣憎水性下降

復合絕緣是以高分子聚合物硅橡膠為基體，輔以阻燃劑，抗老化劑等填料經(jīng)高溫高壓硫化而成，具有良好的憎水性和遷移性，及良好的耐腐蝕，耐老化，電絕緣等性能，并且具有很高的污閃電壓和耐碎性能。當設備運行在雨、霧潮濕天氣情況下時，如果復合絕緣的憎水性良好，則在絕緣表面不會形成連續(xù)的水膜，這樣絕緣表面的污穢層不會均勻受潮，而且在達到飽和受潮前，水會在重力作用下自行滑落，還會對污穢進行了一定程度的清洗；但是如果復合絕緣憎水性降低，會在絕緣表面形成連續(xù)的水膜，在使得污穢均勻受潮的同時，同時也降低了絕緣性能。

在設備運行過程中，造成絕緣憎水性下降的原因主要是由于復合絕緣長期處于紫外線照射、熱脹冷縮、潮濕等不良環(huán)境下，發(fā)生的局部放電、電暈放電、樹枝狀放電等現(xiàn)象會造成設備絕緣表面的電弧灼傷、電蝕損、漏電起痕等。在這些因素的綜合作用下，設備的傘裙及護套硅橡膠絕緣材料會逐步老化，最終導致負荷外絕緣性能無法滿足正常運行需求，造成事故的發(fā)生。

3.3 污閃

直流場室外設備在運行過程中，絕緣表面由于受靜電影響容易積灰、附著污穢物，在天氣干燥的情況下還好，但是當遇到雨、霧等潮濕天氣時，污穢物中的可溶性物質(zhì)會發(fā)生潮解，在外絕緣表面形成了一層可導電的薄膜，增大了絕緣表面的泄露電流，降低了外絕緣的絕緣強度，最終會在電場力的作用下出現(xiàn)強烈的放電現(xiàn)象。隨著設備運行電壓等級的提高，這一問題會更加明顯。

外絕緣污穢情況與換流站當?shù)卮髿猸h(huán)境污染水平、氣候情況及外絕緣的形狀、尺寸、安裝方式及表面光潔情況都有著直接的關系。

3.4 設備自身缺陷

在直流場設備運行過程中，設備自身存在缺陷也是造成外絕緣故障發(fā)生的原因之一。如在實際的運行過程中由于直流分壓器的均壓環(huán)及復合外套傘裙在最初設計時存在缺陷，導致在遇到雨霧天氣時多次發(fā)生外絕緣閃絡事故。

4 主設備外絕緣故障的防治措施

4.1 爬電距離不足的解決措施

針對主設備外絕緣爬電距離不足這一現(xiàn)象，可通過技術改造，加裝增爬裙或在外絕緣表面涂覆RTV（RTV也被稱為室溫硫化硅橡膠，它本身具有良好的憎水性和憎水遷移性，所以其防污閃性及其它特性都非常能優(yōu)良，目前是解決戶外瓷絕緣設備污閃問題的最佳方案。但是其在戶外環(huán)境中會受到氣候條件的浸蝕，且隨著強電磁場環(huán)境的影響，其防污閃能力會逐漸下降）的方法。

4.2 憎水性下降的解決措施

針對設備外絕緣憎水性下降這一問題，在實際的運行過程中，即使設備沒有出現(xiàn)污穢外絕緣閃絡或嚴重的放電現(xiàn)象，也應加強對設備的觀察，必要是應通過在外絕緣表面涂覆RTV的方法來改善絕緣表面憎水性，提高耐污能力；同時對于直流場中重要的采用復合絕緣的設備，應定期進行預防性試驗，對其憎水性變化進行跟蹤。

4.3 污閃的解決措施

（1）增大爬距或更換性能更好的合成絕緣。通過增大爬距能夠有效的提高絕緣性能，可增加絕緣子片數(shù)或更換為防污閃絕緣子；合成絕緣具有很好的憎水性和憎水遷移能力，且在一般的污穢區(qū)域可以免清掃，降低維護成本。

（2）清掃和水沖洗。

通過結(jié)合檢修計劃，對設備外絕緣進行細致合理的清掃和水沖洗，能夠保證絕緣表面污穢情況得到很好的控制。

（3）使用防污閃涂料。

目前防污閃涂料技術已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，如RTV（室溫硫化硅橡膠）、PRTV（硅氟橡膠）等，其具有突出的優(yōu)點，很好的避免了以往應用的硅油、地蠟存在的缺點。

4.4 設備自身存在缺陷的解決措施

針對設備自身存在缺陷而導致絕緣故障這一問題，在解決過程中應根據(jù)設備的缺陷特點針對性的制定措施。如針對傘裙間距過小的直流設備可通過加裝硅橡膠增爬裙來提高設備的耐污閃、雨閃性能。增爬裙除了能夠很好的抑制相鄰傘間的飛弧短接，同時由于其良好的憎水性，還可改善設備在雨霧天氣情況下的受潮情況，增強了爬距的功效。

5 結(jié)束語

綜上所述，在直流輸電的各個發(fā)展階段，主設備外絕緣發(fā)生故障的原因存在一定的差異，通過對造成故障的原因進行深入分析，才能科學的采取措施，防止故障的再次發(fā)生。

［1］田茂熙.換流站500kV換流變壓器故障保護動作分析［J］.通訊世界，2015（19）：185.