馬御棠,束洪春,程筱旭,馬 儀,耿 浩,曹璞璘,汪思念

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217;2.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院,昆明 650093;3.昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院,昆明 650093;4.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司紅河供電局,云南 紅河,661199)

0 引言

鋼化玻璃絕緣子具有零值自曝、自曝率低、早期自曝多、自曝后易發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn),在電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)絕緣子識(shí)別、故障原因進(jìn)行了較多的研究,其中影響絕緣子污閃電壓的因素很多,文獻(xiàn)[4]分析了絕緣子表面的等值鹽密(Equivalent Salt Deposit Density,ESDD)對(duì)污閃電壓的影響,論文進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究,得出污閃電壓的變化與等值鹽密密切相關(guān),當(dāng)?shù)戎蝶}密增大時(shí),污閃電壓會(huì)減小,且其規(guī)律滿足冪函數(shù)的相關(guān)規(guī)律,同時(shí)該論文發(fā)現(xiàn)絕緣子污閃電壓同樣會(huì)受到絕緣子上下表面污穢不均勻的影響,文獻(xiàn)[5]針對(duì)復(fù)合絕緣子的表面電場(chǎng)的影響因素進(jìn)行研究,研究表明:憎水性的有無、污液的電導(dǎo)率等都會(huì)對(duì)絕緣子的表面電場(chǎng)有一定影響;文獻(xiàn)[5-6]的研究表明:在保證相同污穢程度下,污閃電壓會(huì)隨著表面污穢不均勻程度的增加而增加;文獻(xiàn)[7-8]研究表明,污穢成分的不同會(huì)對(duì)污閃電壓影響不同;文獻(xiàn)[9-10]對(duì)復(fù)雜情況下,如酸雨等情況發(fā)生時(shí),對(duì)絕緣子污閃電壓的影響進(jìn)行了研究,結(jié)果表明當(dāng)酸雨的酸性越大,其污閃電壓越小;文獻(xiàn)[11-12]具體介紹了瓷絕緣子和復(fù)合絕緣子發(fā)熱的情況。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究表明,絕緣子的閃絡(luò)存在許多原因,其中影響污閃電壓的因素不僅有絕緣子本身的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等,還有環(huán)境參數(shù)等。對(duì)絕緣子故障原因精準(zhǔn)分析是保證輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。對(duì)瓷絕緣子和復(fù)合絕緣子發(fā)熱原因分析較多,但基本沒有玻璃絕緣子發(fā)熱原因分析;文獻(xiàn)[13-20]通過對(duì)發(fā)熱機(jī)理、污穢試驗(yàn)等方法的探究,得出絕緣子自爆的主要原因是積污嚴(yán)重而產(chǎn)生在工頻過電壓下局部放電,使得表面電弧破壞,絕緣能力下降而產(chǎn)生零值自爆;濕污絕緣子的表面發(fā)熱機(jī)理也被陸續(xù)研究[21-25];文獻(xiàn)[26-29]通過研究絕緣子表面的積污特性,提高絕緣子的絕緣性能,為改變絕緣子的結(jié)構(gòu)特性奠定了基礎(chǔ)。本研究旨在通過對(duì)云南電網(wǎng)某110 kV輸電線路玻璃絕緣子的發(fā)熱故障原因進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,找出故障原因所在。

1 某110 kV線路玻璃絕緣子發(fā)熱情況

云南電網(wǎng)某供電局運(yùn)維人員在110 kV某線路巡視過程中,發(fā)現(xiàn)16號(hào)、17號(hào)、50號(hào)桿塔上玻璃絕緣子出現(xiàn)人耳可分辨的異常響聲,通過紅外進(jìn)一步對(duì)絕緣子開展測(cè)溫工作,測(cè)溫結(jié)果發(fā)現(xiàn):16號(hào)桿中相導(dǎo)線開始數(shù)第3片溫度48 ℃,17號(hào)桿中相導(dǎo)線開始數(shù)第2片溫度37 ℃,第6、7片都發(fā)熱,50號(hào)桿絕緣子發(fā)熱不是很嚴(yán)重,為25 ℃,當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度為21 ℃～22 ℃。絕緣子紅外測(cè)溫結(jié)果見圖1。

圖1 紅外測(cè)溫圖Fig.1 Infrared thermograph

該線路于2013年投運(yùn),玻璃絕緣子發(fā)熱的三基桿塔均為直線桿,因玻璃絕緣子發(fā)熱較少,對(duì)玻璃絕緣子進(jìn)行拆除開展試驗(yàn)分析。

2 發(fā)熱原因分析

2.1 外觀檢查

通過外觀檢查發(fā)現(xiàn),玻璃絕緣子無破損情況,玻璃絕緣子下表面污穢分布不均勻情況非常明顯,見圖2。由圖中可以看出,16號(hào)塔采用的普通型絕緣子污穢分布絕緣子面積不超過1/3;17號(hào)塔防污型絕緣子積污嚴(yán)重區(qū)域大約1/2。

圖2 16號(hào)和17號(hào)桿塔絕緣子外觀污穢分布情況Fig.2 Pollution distribution of No.16 and No.17 insulator

2.2 絕緣電阻試驗(yàn)

對(duì)發(fā)熱嚴(yán)重的16號(hào)和17號(hào)基桿塔玻璃絕緣子進(jìn)行了3次絕緣電阻測(cè)試,在更換時(shí)就地進(jìn)行了一次測(cè)試,后續(xù)將玻璃絕緣子進(jìn)行了兩次測(cè)試,后兩次測(cè)試在云南電科院交直流試驗(yàn)大廳,相隔24 h。在測(cè)試得到的絕緣電阻結(jié)果見表1和表2,編號(hào)順序以導(dǎo)線側(cè)為起始到橫檔側(cè)結(jié)束。

表1 16號(hào)塔絕緣子電阻檢測(cè)情況Table 1 Resistance detection of No.16 tower insulator MΩ

表2 17號(hào)絕緣子電阻檢測(cè)情況Table 2 Resistance detection of No.17 tower insulator MΩ

表1和表2可以看出, 16號(hào)和17號(hào)塔絕緣子在更換時(shí)大部分絕緣電阻小于規(guī)程規(guī)定的300 MΩ,送檢時(shí)有5片絕緣電阻小于300 MΩ,放置兩天后仍有4片絕緣電阻小于300 MΩ?？傮w絕緣電阻在增加,絕緣電阻增加的幅度不同。

2.3 工頻耐壓試驗(yàn)

根據(jù)絕緣電阻測(cè)試情況,挑選16號(hào)桿塔第6片和第7片,以及17號(hào)塔第6片和第7片絕緣子進(jìn)行耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)電壓60 kV,3片絕緣均未通過耐壓試驗(yàn)。對(duì)4片絕緣子進(jìn)行清晰,清洗后絕緣子的絕緣電阻達(dá)到吉?dú)W級(jí),滿足規(guī)程規(guī)定的大于300 MΩ的要求,清洗后4片絕緣子干狀態(tài)下均通過1 min耐壓試驗(yàn)。

2.4 污穢試驗(yàn)

依據(jù)DL/T 374-2010《電力系統(tǒng)污區(qū)分布圖繪制方法》中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試,從所有的絕緣子中選取了3片進(jìn)行表面污穢度測(cè)試。根據(jù)外觀檢測(cè)結(jié)果,對(duì)積污嚴(yán)重和不嚴(yán)重的兩部分進(jìn)行了分別取樣和測(cè)試(約1/2面積),去離子水電導(dǎo)率為1.7 μS/cm,測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 污穢測(cè)試結(jié)果Table 3 Contamination test results

由表3可以看出,兩種型號(hào)絕緣子上表面污穢等級(jí)均為a級(jí), 16號(hào)塔玻璃絕緣子下表面污穢等級(jí)達(dá)到c級(jí),50號(hào)塔玻璃絕緣子下表面污穢達(dá)到d級(jí),17號(hào)塔下表面污穢嚴(yán)重的區(qū)域達(dá)到了e級(jí),不嚴(yán)重區(qū)域達(dá)到c級(jí),由此可見玻璃絕緣子上下表面污穢等級(jí)相差較大,下表面污穢分布嚴(yán)重不均。

2.5 玻璃絕緣子表面發(fā)熱模擬試驗(yàn)分析

在溫度9.1 ℃,濕度60.1%RH的環(huán)境下,對(duì)整串絕緣子施加額定相電壓63.7 kV,持續(xù)時(shí)間2 h進(jìn)行紅外測(cè)溫,未見發(fā)熱現(xiàn)象,因此采用對(duì)單片絕緣子進(jìn)行單片試驗(yàn)。根據(jù)絕緣電阻、耐壓試驗(yàn)和污穢分布情況,結(jié)合電科院以往經(jīng)驗(yàn),初步分析絕緣子需要在濕潤(rùn)狀態(tài)下才可能產(chǎn)生放電或者發(fā)熱現(xiàn)象。受到試驗(yàn)條件限制,對(duì)玻璃絕緣子進(jìn)行了上表面噴水濕潤(rùn)、上下表面同時(shí)噴水濕潤(rùn)兩種工況的模擬。根據(jù)工頻耐壓試驗(yàn)結(jié)果,模擬試驗(yàn)時(shí),工頻電壓升到50 kV,工況情況模擬結(jié)果見表4。

表4 模擬放電情況Table 4 Simulated discharge test

上下表面同時(shí)噴水濕潤(rùn)的絕緣子放電現(xiàn)象明顯,直接在絕緣子兩端可見明顯的電弧,放電現(xiàn)象見圖3。

圖3 絕緣子電弧放電Fig.3 Insulator arc discharge

絕緣子的泄漏電流波形見圖4。

圖4 絕緣子泄漏電流情況Fig.4 Leakage current of insulators

圖5 某線路16號(hào)塔運(yùn)行環(huán)境Fig.5 Operating environment of a line No.16 tower

在沒有起弧前,絕緣子泄漏電流沒有明顯的隨著電壓升高而升高,有效值約1.298 mA,在起弧后的電流達(dá)到21.192 mA,起弧后電流增加為正常工況的16倍。單片絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)承受電壓沒有這么大,但在電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行情況下,存在發(fā)熱的可能性。

2.6 發(fā)熱原因分析

三基桿塔絕緣子位置位于上山坡側(cè),位于山區(qū)公路旁邊,且附近有一條河流,16號(hào)塔運(yùn)行環(huán)境如圖所示。其余兩基礎(chǔ)桿塔絕環(huán)境與此類似。絕緣子位于公路旁的山坡上,車輛的駛?cè)雽?dǎo)致空氣中灰塵在玻璃絕緣子下表明積累,且分布不均。桿塔在附近存在河流,空氣中濕度較大,積累在玻璃絕緣子上的污穢容易受潮,受潮的絕緣子在長(zhǎng)期運(yùn)行電壓下局部放電,從而引起絕緣子發(fā)熱和產(chǎn)生異響。

3 結(jié)論

通過外觀檢查、絕緣電阻、污穢檢測(cè)以及運(yùn)行環(huán)境及模型試驗(yàn),得出以下結(jié)論:

1)110 kV玻璃絕緣子發(fā)熱的主要原因?yàn)榄h(huán)境導(dǎo)致玻璃絕緣子下表面污穢分布不均勻,在附近河流大面積水體情況下濕度較高,污穢容易處于濕潤(rùn)狀態(tài),在長(zhǎng)期的局部放電下形成的污層發(fā)熱。

2)玻璃絕緣子本身質(zhì)量沒有問題,運(yùn)行單位加強(qiáng)此類特殊區(qū)段加強(qiáng)玻璃絕緣子的清洗工作,降低絕緣子積污后導(dǎo)致發(fā)熱以及進(jìn)一步發(fā)展為集中自爆的可能性。