绝缘子的综合性分析

绝缘子的综合性分析（共9篇）

绝缘子的综合性分析 篇1

0 引言

电力工业是国民经济发展的基础。 随着经济社会的快速发展,自然环境状况发生很大变化,各种类型污染物不断增多,雾霾、沙尘暴等恶劣天气也越来越严重。 电力线路和设备污闪事故时有发生,对电力系统所造成的危害越来越大[1-3]。 由历史数据得出,线路绝缘污闪事故数仅次于雷击,然而由于污闪造成的停电损失却是雷击事故的10 倍以上[4]。

长期以来,绝缘子污闪研究是电网安全运行的重要课题,一直受到业界广泛关注。 文献[5]提出利用快速傅里叶变换和功率谱估计结合的方法计算泄漏电流的2 个频谱特征量,比单一时序分析更准确,但需要进行大量试验以判别污闪状态;文献[6]提出基于最小二乘支持向量机的绝缘子污秽评定方法,以泄漏电流有效值、泄漏电流峰值、泄漏电流脉冲频度、环境湿度、温度5 个影响因素为输入变量,评定结果比多项式核函数准确率更高,但是在确定输入变量时没有考虑污闪因素的不确定性和模糊性;文献[7-8]提出利用智能算法对绝缘子污秽进行预测评价,以泄漏电流和盐密为特征量,通过模糊神经网络进行污闪电压评估,为污闪状态模糊评价提供一种新思路,但需要大量数据作为训练样本;文献[9]运用图像处理算法提取平稳紫外光斑面积、间歇性紫外光斑面积、间歇性紫外光斑重复次数3 个参数,考虑到视频和图像分析结果的模糊性,建立基于模糊逻辑推理的绝缘子污秽状态评估模型,但测量数据主要基于实验室数据,对现场运行绝缘子需进一步研究;文献[10-11]运用模糊数学方法进行绝缘子污闪状态评价,有效地解决了污闪影响因素和评价知识的模糊性问题,但权重确定时受到主观因素影响;文献[12-13]运用熵权法确定指标权重,根据评价对象之间的差异程度,充分利用客观信息增强评价结果的客观性,在电网规划等领域取得了良好的效果,为确定评价指标权重提供一种新思路。

基于上述分析,本文采用基于熵权法的模糊综合评判模型对绝缘子污闪状态进行评价,运用熵权法确定指标权重,解决模糊评价过程中权重确定主观性强的问题。

1 模糊综合评价及熵权法相关理论

1.1 模糊综合评价

模糊综合评价方法是运用模糊数学中线性变换原理及最大隶属度原则,考虑多种不确定因素影响,运用模糊数学工具对事物做出综合评价[14]。 通过隶属度函数把定性因素定量化,依据各指标权重对各因素进行综合评价,从而对多因素影响对象做出相对客观的评价。

模糊综合评价的基本步骤[14]如下:

a. 考虑评价目的和实际需要,确定评价目标;

b. 依据评价目标的影响因素,给出模糊评判项目层及评价指标层,建立评价对象的评价指标体系;

c.按照模糊评判理论,给出评语集;

d.确定评价指标的权重分配向量;

e. 建立各评价指标的模糊隶属度函数,通过各评价指标的模糊评价以及模糊隶属度函数,计算各指标隶属度,建立模糊关系矩阵;

f. 进行模糊合成并做出决策, 对权重向量与模糊关系矩阵运用模糊运算求解最终的评价结果。

模糊综合评价方法有2 个关键点:寻找合适的方法确定各指标的权重向量;选择合适的模糊隶属度函数。 其流程如图1 所示。

1.2 评价指标的熵权

权重反映各个指标在综合评价过程中所占的地位和所起的作用,权重的大小直接影响评价结果[15]。为了使评价结果更加客观,应当充分利用所掌握的客观信息。 按照熵的思想,在评价过程中充分利用已知信息,按照指标信息的多少和质量决定各评价指标的权重,使评价结果更加科学、精度更高。 因此,熵权法是确定多指标综合评价问题中各指标权重的有效方法[15]。

熵权法是按照评价体系中各指标的差异程度,利用信息熵的方法计算出各指标的熵权,通过熵权对评价指标的权重进行修正,得到客观的指标权重。熵权值反映该指标在不同评价方案中的差异度,揭示了客观数据所蕴含的有效信息[15]。

2 绝缘子污闪状态模糊综合评判模型的建立

2.1 模糊评判指标的选取

根据输电线路基础数据和绝缘子污闪试验的相关资料,基于绝缘子固有因素和运行环境因素,建立绝缘子污闪状态模糊综合评价指标体系如图2所示。

图2 中目标层绝缘子污闪状态可分解成项目层中的2 个评判项目,即A={B1,B2},然后建立各项目层下的指标体系,例如B1={C11,C12,C13}。

2.2 评语集及其各层评价矩阵的建立及标准化

按照模糊数学理论,5 级制能对被评价事物做出较准确的描述。 本文将绝缘子污闪状态分为“优秀”、“良好”、“合格”、“注意”、“严重”这5 级,评价指标集如下。

L = {优秀,良好,合格,注意,严重}={l1,l2,l3,l4,l5}

针对评价体系中的指标,由评语集可得到待评价对象的评价矩阵:

由于评价指标分为越大越优型与越小越优型2类,对于不同类型的指标有不同的标准化处理方法。

对于越大越优型指标,标准化处理方法为:

对于越小越优型指标,标准化处理方法为:

经过标准化处理后,得到标准化的评价矩阵为:

2.3 评价指标权重的确定

本文利用熵权法确定指标权重,通过由M个专家对N个评价指标的评价结果,形成M×N阶评价矩阵R′=[r′kg]M× N,其中r′kg表示第k个专家对第g个评价指标的评价结果。 评价矩阵经过标准化处理后为R=[rkg]M×N。 第g个评价指标的熵定义为:

其中,Hg∈[0,1],且规定当fkg= 0 时,fkgln fkg= 0。 相应地,第g个指标的熵权定义为:

最后得到权重A=[ω1,ω2,…,ωN]。

2.4 评判指标隶属度函数及模糊评价矩阵的构造

隶属度函数表征属于模糊集合L的程度或等级,即模糊特征函数。 本文的绝缘子污闪状态模糊综合评价模型中,评语因素既有定性因素也有定量因素,根据因素集的数据特点,选择三角形和半梯形组合的分布函数形式[11],如图3 所示。

隶属度函数的具体确定方法:根据相关的设计数据、实验结果以及监测数据,确定如图3 所示三角形和半梯形的分布函数,给出5 种状态等级的模糊分界区间,最后建立各状态等级的隶属度函数。 如对于气象条件C22评判指标,对应的各状态隶属度函数分别为:

其中,l1(x)—l5(x)分别是绝缘子运行环境气象条件为x时,对应l1—l5的隶属度函数。 同理也可以得到其他评判指标的隶属度函数。

用第i个项目层的第j个评判指标Cij对绝缘子污闪状态进行评估,评语集中的状态l1j、l2j、l3j、l4j、l5j的隶属度分别为vj1、vj2、vj3、vj4、vj5,则可用隶属度集

表示对指标Cij进行评估的结果。 于是,该子项目层的所有评判指标就构成了其评价矩阵。 如以项目层中固有因素B1为例,其评价矩阵为:

2.5 模糊计算模型和模糊评价矩阵处理

为了保证模糊综合评价结果的客观性与真实性,不仅要考虑主要评判指标对绝缘子污闪状态的影响,还要保留单个评判指标的所有信息,故本文选择加权平均型模糊综合评判模型[14],即:

最后得到的模糊综合评判结果为:

这种运算是界限和运算,同时考虑了主要因素和非主要因素的影响,适合于系统综合指标的评判。向量C是综合评判结果,根据隶属度最大原则,最大的cj即为相应的li的评估结果。

在模糊综合评判模型建立过程中,指标层各指标隶属度函数与各层评判指标权重是模型建立的关键。

3 算例分析

本文应用基于熵权法的模糊综合评判模型,对某省500 k V输电线路绝缘子冬季积污期进行为期31 d跟踪评价,评价结果与实际污闪状态比较接近,表明评价结果具有较高准确度。 同时,与层次分析法中0-10 标度法确定指标权重评价结果进行对比,结果如图4 所示。 可以看出,采用熵权法确定权重得到的评价结果更准确,而采用层次分析法由于受主观因素的影响,其评价结果出现偏差。

以3 月20 日发生污闪事故为例进行对比计算,线路基础数据及运行情况如表1 所示。 按照气象条件与污闪概率的关系(如表2、3 所示)以及输电线路设计规范,分别对各评价指标作出评价,并按照式(2)—(3)进行标准化处理后结果如表4 所示。

注:污闪概率合计为100%。

利用本文介绍的隶属度函数确定方法,分别确定在5 种不同状态下的隶属度函数,求得各评价指标的隶属度,即可得到评判矩阵。 例如,气象状况为大雾无风,按照表2 所示污闪与气象条件关系,对此项指标的标准化值为0.23,按照l1—l5得到评判结果:

同理,可以得到其他评价指标的评判结果,最后可形成评价矩阵:

利用熵权法确定权重,按照式(5)、(6)得到各评价指标的权重,如表5 所示。

采用加权平均型模糊综合评判模型,按照式(8)将评价矩阵与权重向量进行计算,得到项目层评价结果。

同理,最后计算得到绝缘子污闪状态模糊综合评判结果为:

max cj=0.390, 根据最大隶属度原则, 绝缘子处于污闪“严重”状态,与实际发生污闪事故结果相符。

而采用层次分析法确定权重,得到计算结果如下:

可以看出,max c′j= 0.347,评价结果表明绝缘子状态为“注意”,与实际发生污闪事故有一定偏差。

4 结论

本文将熵权法和模糊理论应用于绝缘子污闪状态评价中,针对污闪影响因素和评价知识具有模糊性的特点,利用隶属度理论把定性评价转化为定量评价;为了减少主观因素对评价结果的影响,引入熵权法,通过熵权对评价指标权重进行修正,增强了评价结果的客观性。 通过算例对比表明,熵权法确定权重与用0-10 标度法比较,评价结果更准确。 本文所建模型评价结果,可为电力运行部门进行外绝缘校核和制订维修计划提供科学依据。 本文已较好地解决了绝缘子污闪评价的模糊性问题,在下一步研究中,考虑引入粗糙集理论解决影响因素的不一致、不完备性问题,以进一步提高评价结果的精确性。

绝缘子的综合性分析 篇2

低压架空绝缘电缆的选型分析

目前低压电网改造工程已经启动，低压架空绝缘电缆可选用五种电缆料，选择哪一种好，看法不一。针对这种情况，从稳定提高电网工程质量，使之经得起历史考验原则出发，通过总结长期研究经验，进行经济技术综合分析，提出在低压架空绝缘电缆中选用的聚乙烯如果不交联还不如选用耐候型聚氯乙烯好的结论。

1.引言

1kV及以下架空绝缘电缆用电缆料一般有三种：耐侯型聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。选用哪种电缆合适，是当今电网改造和建设中值得研究的问题。这三种电缆料，如果单纯从技术性能看，最优者当属交联聚乙烯，其次是耐候型聚氯乙烯，再次是聚乙烯。由于交联聚乙烯价格高，它只能用在特殊要求场合，所以，最常用的场合应首选耐候型聚氯乙烯。如果用普通型（非交联）聚乙烯还不如采用耐候型聚氯乙烯，对于这种认识形成的缘由，我想先回顾亲身研制经历再进行经济技术综合分析，本着实事求是认真负责的态度与同行们进行讨论。

2.低压电网绝缘化的历史回顾

2.1国外早期开发情况

日本是在1961年开始开发架空绝缘电缆的，据1976年日本九家电力公司统计，低压架空绝缘线缆已敷设101800km，电网绝缘化率达到76%。低压架空电缆料多采用耐候型聚氯乙烯（OW型），也有采用聚乙烯的，但多是交联聚乙烯。

美国在1971年就制定了70℃～90℃600V的架空绝缘线缆国家标准，低压网多数使用耐候型聚氯乙烯电缆。

瑞典、法国、芬兰、德国等欧洲发达国家早在60年代初就开始研究生产架空绝缘电缆，并且在金具研究方面积累了丰富经验，使组装件逐渐系列化。对我国架空绝缘电缆的金具开发起到了重要借鉴作用。

2.2国内低压架空绝缘电缆的开发

辽宁沈阳地区对低压架空绝缘电缆的开发在全国是比较早的。1983年我随同沈阳市科委组织的技术考察团去日本考察，在日本城乡看到电网绝缘化程度很高，低压电网见不到裸电线，多半是黑色耐候型聚氯乙烯绝缘电缆。日本专家说，在低压架空绝缘电缆中，聚乙烯如果不交联还是耐候型聚氯乙烯电缆好。我们到日本吉野川电线株式会社聚氯乙烯绝缘电缆料生产车间参观，我特意带回电缆料样品回国。经剖析后，会同哈尔滨电工学院及抚顺塑料一厂等三家联合研制。用近两年时间于1986年研制成功。由抚顺塑料一厂生产耐候型聚氯乙烯电缆料，沈阳电线厂生产架空聚氯乙烯绝缘电缆，经省级鉴定认为达到了国际同类产品水平（日本JIS3340－1980（OW）型，德国DIN47720－1970NFYW型）。从1986年开始，沈阳电业局及辽宁省城乡低压电网开始大量敷设耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆，为我国电网绝缘化工作起到了率先垂范作用。与此同时，这项工作也受到东北电管局、省农电局

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领导及有关同志的重视，积极在低压网推广应用耐候型聚氯乙烯绝缘线缆。所以辽宁是全国较早开发较多应用架空聚氯乙烯绝缘电缆省份之一。到了80年代末，全国电线电缆行业形成了架空绝缘电缆生产热。上海电缆研究所于1990年参考各地企业标准，编写了国家标准GB12527－90。根据实践，作者先后在1986年和1988年的《电线电缆》杂志上发表论文，重点阐述了耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆的研制与应用情况。1986年～1998年12年期间低压架空绝缘电缆技术虽然逐步成熟并推向全国，但由于在重发电轻用电思想指导下，电力资金很少用到电网改造上，电网绝缘化水平仍然很低，电网改造工作任重而道远。1998年夏秋之交，国家才把电力资金使用重点转移到电网改造和建设上，从而迎来了电网改造工程和建设的巨大发展，牵动了电线电缆行业等相关配套行业的大发展，积累了十多年制造低压架空绝电缆经验和能力的各生产企业得以有用武之地。

3.低压架空绝缘电缆目前应首选耐侯型聚氯乙烯绝缘

三种低压架空绝缘电缆料从经济技术全面分析来看，交联聚乙烯在目前经济条件不十分宽裕情况下，用在特别重要场合比较合适。关于其它两种电缆料：耐候型聚氯乙烯和聚乙烯，建议目前应首选耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料，其主要理由如下。

3.1耐侯型聚氯乙烯绝缘电线电缆已有30年架空运行的历史

架空绝缘电缆与其它电缆电缆相比最突出的特点是耐大气老化，这一点是一般电线电缆不具备的。大气老化因素很苛刻，最主要因素是太阳光紫外线，其它因素有雨、雪、冰雹、风沙、高温、低温、烟雾、鸟粪、化学物质、树干枝叶摩擦、风力摇摆等机械外力。长期暴露在太阳光下，紫外线对高分子材料破坏力很强，易出现分子链断开、表面变色和龟裂等现象。如不采取有效措施，高分子材料是很难抵抗大气因素常年累月侵袭破坏的。

耐大气老化性能如何，除了实验室内人工气候老化试验外，最有信服力的是长期架空敷设运行实践验证。在我国只有耐候型聚氯乙烯绝缘电缆架空敷设历史最长，并且没有发现变色和龟裂现象，所以可放心使用。

机械工业部上海电缆研究所李养珠高级工程师早在60年代就从事电线电缆大气老化性能试验研究工作。她于1968年在哈尔滨太阳岛、齐齐哈尔市和海南岛等具有代表性地方，把各种颜色的聚氯乙烯绝缘电线电缆敷设在太阳光下，并一直定期观察测试，发现黑色聚氯乙烯绝缘电线耐候性最好，没有变色龟裂，敷设16年后的1984年，她编写了一份极有价值的“橡塑布电线定点运行试验研究报告”，并在《电线电缆》杂志上发表，为我国架空绝缘电缆正确选择材料提供了十分重要的实践根据。我们所从事的架空绝缘电缆的研究工作是在上述的试验研究工作成果的启发下进行的，特别是通过1983年去日本技术考察后了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯绝缘电缆的实际应用情况，使我们对耐候型聚氯乙烯绝缘电缆更增强了信心。我们在过去所开发的耐候型聚氯乙烯电缆料在配方上做了两点重大改进，都是针对提高耐大气老化性能而采取的，比文献到中所述的聚氯乙烯绝缘电线电缆耐大气老化性能更好。这种性能的提高标志着时代在进步。

抚顺塑料一厂自1986年以来，已累计生产耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料18000t，用户遍及东北、华北。其中包括黑龙江省最北部边境地区、青岛沿海地带、山西内陆等多风沙地区。通过十多年使用实践证明从未发生老化变色龟裂等质量问题。

聚乙烯存在着环境应力开裂问题，这是因为聚乙烯存在内应力，会随着使用环境条件变化而产生

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开裂现象。当采用熔融指数为2.0的聚乙烯作电缆护套时，在电缆弯曲半径较小，并接触到一些诸如洗涤剂、化学试剂、肥皂水等化学物质时，常会使护套发生开裂。为改善聚乙烯耐环境应力开裂性能，应采用熔融指数O.3以下，分子量分布不太宽的中密度聚乙烯。聚乙烯还有一个特点：在挤出时，熔融指数越大越易挤出，工艺温度宽，但不耐环境应力开裂；相反，熔融指数越小越不好挤出，表面易粗糙，但耐环境应力开裂性能优。所以，在选料时一定要严格按标准选用熔融指数小的聚乙烯，不能为了顺利挤出而选用熔融指数偏大的聚乙烯料，万一聚乙烯绝缘架空电缆表面出现环境应力开裂现象，将会严重损坏电网工程质量，影响极坏。

交联聚乙烯耐大气老化性能好。这是由于它的分子结构所决定的。由于交联过程把聚乙烯分子的线性状态通过交联剂搭桥变成了网状结构，大分子链间上下左右紧密联结在一起，增强了抵抗外力破坏的能力，再加上光屏蔽剂和抗氧剂等作用，我们就不再担心交联聚乙烯耐大气老化能力。

有人认为中高压电缆用交联聚乙烯，那么低压电缆最好用聚乙烯，这种认识是不妥的。因为高压电缆用的聚乙烯是交联聚乙烯，与聚乙烯有本质区别。聚乙烯除了存在耐环境应力开裂问题外，还存在不可忽视的机械强度低、软化温度低、受热易变形、阻燃性能不好等问题。

3.2聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好

低压电线电缆绝缘设计原则主要考虑绝缘的机械性能。我们所研究的对象是低压电网用电线电缆，机械性能好坏应是绝缘料性能的重点。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好，从这点出发应首选聚氯乙烯。GB12527－90标准中规定，聚氯乙烯张强度为12.5MPa。抚顺塑料一厂聚氯乙烯电缆料抗张强度实测值达到20MPa左右。聚乙烯抗张强度在标准中规定10MPa，低于聚氯乙烯，实测值只有14MPa左右，比聚氯乙烯实测值低很多。在实际使用中电工都有明显感觉。在架设线路中．电缆在地上托时，聚氯乙烯电缆不易被托破和起毛，而聚乙烯则相反，容易被托破和起毛。在与金具接触承受压力以及树干枝叶接触摩擦时，聚氯乙烯由于机械强度高而不易被压坏和磨坏。平时我们用指甲在聚氯乙烯电缆表面不易划出沟痕，而聚乙烯由于强度低，很容易用指甲划出沟痕，这足以说明聚乙烯机械强度低。

3.3聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好

聚氯乙烯燃烧时去掉火源后很快会自熄，而聚乙烯则不能，会继续燃烧下去，这是因为聚氯乙烯分子中含有卤族氯原子，所以能阻燃。据介绍东北某一农村低压电网不慎起火。火源扑灭后，绝缘电缆却继续漫延燃烧，烧坏了不少塑料大棚，引起了民事纠纷，经查绝缘电缆材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃剂是有一定难度的：一是提高成本，二是相容性差，降低绝缘性能。在GB12527－90标准中只对阻燃性能好的聚氯乙烯绝缘电缆规定了不延燃性要求，而对另两种阻燃性能不好的电缆（聚乙烯、交联聚乙烯）没有此项要求。这一点在修订标准时应予以考虑。

3.4聚氯乙烯比聚乙烯软化温度不，过教能力强

聚氯乙烯软化温度：160℃～180℃，过载能力比聚乙烯要强很多，聚乙烯软化温度：110℃～125℃。当电路过载时温度上升，聚乙烯首先软化变形，导致绝缘破坏，特别是在与金具接触以及其它受到压力的地方更容易蠕变而发生事故。

3.5关于绝缘性能

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聚乙烯用到10kV以上中高压电缆中可更大发挥绝缘性能好的优点，而在1kV及以下低压电线电缆中聚氯乙烯绝缘能力是足够的，国内外1kV及以下低压电线电缆绝缘材料除橡皮外绝大多数是聚氯乙烯，而聚乙烯多用于通信电缆和中高压电缆。

3.6关于耐水性能

从塑料材料总体看，耐水性能（即不吸水性）都很好。但塑料分类中聚乙烯耐水性是一流的。聚氯乙烯耐水性能虽然很好，但相比之下，不如聚乙烯。然而在几百伏的低压电网中聚氯乙烯的耐水性是足够的。这是因为低压架空绝缘电缆使用在空中，接触水的机会不多，就连经常接触潮湿和水的农用理地电缆（JB2171－85标准NLVV型）系列中都有聚氯乙烯绝缘电缆。难道用于低压架空的绝缘电缆还能怀疑聚氯乙烯绝缘的耐水性能吗？

3.7关于耐低温性能

聚乙烯的耐低温能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯绝缘电缆在实际使用十多年过程中被证明能适应我国低温地区环境，在黑龙江省边境地区使用多年，很受欢迎，据反映从未发生低温脆裂现象。这是因为耐候型聚氯乙烯配方设计中已考虑到低温问题。采取技术措施后，它已不同于一般聚氯乙烯，而是经过外增塑改性的聚氯乙烯，所以能够适应我国北方低温环境需要，北方多年敷设实践也充分证明了这一点。

3.8关于电缆料价格分析

生产电缆企业选购电缆料以重量计价进厂，而卖出电缆是以长度计价出厂，所以评价不同电缆料价格应该采用体积价格法进行比较才有可比性。所谓体积价格就是用电缆料的重量价格乘以其密度之积，乘积低者，说明电缆料体积价格低。按上述方法计算出的目前市场两种电缆料体积价格相近。

3.9对于低压电网，聚氯乙烯的绝缘能力是足够的应该指出1kV及以下电网聚氯乙烯绝缘能力是足够的。自50年代塑料线被逐步普及推广以来，日常用电线除了橡皮线外几乎都是聚氯乙烯电线，国内外行业专家对低压电缆选择绝缘材料时从未怀疑过聚氯乙烯的绝缘能力。因为10kV以上中高压架空电缆采用的是交联聚乙烯绝缘而要求低压电网一定要用聚乙烯绝缘是缺乏全面分析的。

4.结论

（1）低压架空聚氯乙烯绝缘电缆通过理论分析和30多年长期敷设实践证明，具有耐大气老化性能好、机械强度高、耐托、耐磨、阻燃性好等优点，绝缘能力及耐水性能等都能满足低压电网要求。因此，应成为低压电网改造用首选产品。

（2）低压架空交联聚乙烯绝缘电缆具有优异的绝缘性能、机械性能、耐热不变形性能。但由于价格高，建议在当前经济条件下，用在特殊要求场合下较为合适。

绝缘子的综合性分析 篇3

【摘要】盆式绝缘子是GIS的重要组成元件，本文通过有限元分析方法，对800kV盆式绝缘子绝缘性能和机械性能进行分析计算，计算结果表明其具有良好的绝缘性能及机械性能，并通过型式试验验证了这一结论。

【关键词】盆式绝缘子；绝缘性能；机械性能；型式试验

1.前言

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）是本世纪60年代出现的电器装置，由于其具有占地面积小，运行不受外界不利环境的影响，安装周期短，检修周期长等优点，它的发展已经越来越受到国内外电力部门的重视[1]。盆式绝缘子是GIS的重要组成元件，具有隔离气室，支撑导体等作用。盆式绝缘子的设计要通过对沿面形状的优化来满足其绝缘性能和机械性能的要求。本文运用有限元分析方法，对800kV盆式绝缘子绝缘性能及机械性能进行了详细地分析计算。

2.800kV盆式绝缘子绝缘性能分析

GIS系统中通常使用由环氧或浇注树脂构成的绝缘子，沿绝缘子表面的击穿电压通常比高压气体中的低，因此，盆式绝缘子需要通过优化设计来实现沿面电场分布的均匀性。

式中K为总刚度矩阵；φ为节点电位矩阵。考虑到绝缘子长期运行电压为工频耐受电压，因此，计算时高电位侧计算电压取工频耐受电压峰值kV。

2.2SF6气体间隙及沿面绝缘的工程击穿场强基准值。SF6电器设备中主要为稍不均匀电场，当间隙内最大场强达到某一击穿场强Ebt时，间隙即被击穿，类似地，当SF6沿面绝缘结构中最大场强达到某一数值Eft时发生沿面闪络[2]。800kV母线用盆式绝缘子额定压力为0.36MPa，综合很多试验数据得出该压力工频电压下SF6气体间隙及沿面绝缘的工程击穿场强基准值见表1所示。

2.3800kV盆式绝缘子绝缘性能计算结果。800kV盆式绝缘子结构最大电场强度值为157.4kV/cm，出现在盆式绝缘子凹侧沿面对应的屏蔽罩上，小于场强基准值198kV/cm。盆子凸侧沿面电场强度最大值为104.5kV/cm，凹侧沿面电场强度最大值为94.73kV/cm，均小于119.5kV/cm。因此，800kV盆式绝缘子满足其绝缘性能的要求。

2.4绝缘性能型式试验验证。800kV盆式绝缘子在机械工业高压电器产品质量检测中心（沈阳）顺利通过了标准要求的相应的绝缘型式试验（包括1分钟工频耐受电压试验、操作冲击耐受电压试验及雷电冲击耐受电压试验等项目）。800kV盆式绝缘子绝缘型式试验的顺利通过，进一步验证了其绝缘性能的可靠性。

3.800kV盆式绝缘子机械性能分析

800kV盆式绝缘子由金属嵌件（铝材）、环氧树脂及金属法兰环（铝材）所组成，其在实际安装、运行及维修中有三种承受气压的方式：分别为凸面受压、凹面受压和双面受压。本文对较为苛刻的凸面受压和凹面受压两种受压方式进行分析计算。

3.1计算模型及材料性能。800kV盆式绝缘子机械性能分析模型计算时涉及到铝材和环氧树脂两种材料，其弹性模量和泊松比见表2所示。

3.2计算结果。800kV盆式绝缘子要求盆子凸沿面及凹沿面均能承受2.4MPa以上的压力，因此计算时在盆式绝缘子凸面和凹面分别施加2.4MPa的压力负荷，在盆子外边缘施加约束。用ANSYS分析软件计算应力分布，在集中力及约束处极易产生应力奇异，本文计算模型中没涉及到集中力，但有约束位置，所以存在应力奇异点。凸面受压时，最大应力为41.425MPa；凹面受压时，最大应力为52.728MPa，均小于环氧树脂的许用强度65MPa，所以800kV盆式绝缘子的机械性能安全可靠，并具有一定的裕度。

3.3机械性能型式试验验证。800kV盆式绝缘子在机械工业高压电器产品质量检测中心（沈阳）顺利通过了水压爆破试验，破坏压力大于2.4MPa。

4.结论

⑴对800kV盆式绝缘子在工频耐受电压下绝缘性能进行了分析计算，从计算结果可以看出，盆子凸侧沿面电场强度最大值为104.5kV/cm，凹侧沿面电场强度最大值为94.73kV/cm，均小于场强基准值198kV/cm，并具有较大的安全裕度。⑵对800kV盆式绝缘子在2.4MPa压力下机械性能进行了分析计算，从计算结果可以看出，凸面受压时，最大应力为41.425MPa；凹面受压时，最大应力為52.728MPa，均小于环氧树脂的许用强度65MPa，并具有一定的安全裕度。⑶800kV盆式绝缘子在机械工业高压电器产品质量检测中心（沈阳）顺利通过绝缘试验及水压试验，验证了其绝缘性能及机械性能的可靠性。

参考文献

[1]邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M].北京：水利电力出版社，1994.

绝缘子的综合性分析 篇4

关键词：架空配电线路,绝缘化,雷击特点,防雷建议

1 引言

自20世纪80年代开始, 我国关于城市架空配电网绝缘化实施改造工程正式展开, 架空绝缘配电线路不仅有效减少了积雪、鸟类和树木问题造成的配电线路故障, 保证了城市供电的可靠性, 同时在城市景观美化方面也有积极促进意义。本世纪初期我国城市绝缘配电线路的覆盖率已达到40%, 甚至有些城市绝缘化率高达90%。值得注意的是, 架空配电线路绝缘化率的不断提升所带来的雷击断线问题也频频发生。据权威资料统计, 全国年均雷击绝缘导线断线事故竟高达千余起, 这对于群众生命安全及配电网运行显然是极其严重的威胁。从配电线路运行的稳定性分析, 从根本上提高架空绝缘配电线路综合防雷的有效性意义重大。

2 雷击架空配电线路的主要特点

从雷击架空配电线路的分类来看, 主要包括直击雷和感应雷两个方面, 其中直击雷是指雷直接击至配电线路, 而感应雷则是雷击至线路邻近地区时对配电线路产生的感应。由于雷击绝缘导向忽视裸导线时电弧发展方向存在差异性, 因此所造成的损害也不尽相同。

(1) 裸导线遭遇雷击时电弧的发展。当裸导线遭遇直击雷或是感应雷时会导致绝缘子闪络, 在电磁力的影响下, 连续的工频电流电弧会沿着导线移动至负荷一侧, 而其弧根在导线上固定运动, 与弧腹一同向前运行的过程中在热应力的影响下会持续做向上漂浮运动。由于电弧弧根温度最高因此对于导线烧伤也最为严重, 而弧腹部位由于温度较低通常对导线的损伤不会太严重。因为电弧弧根主要沿着导线运动, 并非固定针对一点燃烧, 因此并不会在导线上持续集中燃烧, 其断线几率亦相对较低。

(2) 绝缘导线遭遇雷击时电弧的发展。当绝缘导向遭遇直击雷或是感应雷时, 雷电过电压的幅值相对较高, 这势必将导致导线绝缘层与绝缘子被同时击穿发生闪络。由于绝缘导线中的绝缘层被击穿时呈现出针孔状, 加之在周围绝缘层的阻凝作用下接续工频续流电弧并不能够运动, 其弧根位置只能在针孔处集中燃烧, 因此导线在极短时间内就会燃烧断裂。

3 架空绝缘配电线路综合防雷的建议

通常架空绝缘配电线路的绝缘性能都较好, 加之线路有较强的耐蚀性, 外界环境对其影响极其有限, 因此它在配电网中的应用是极其广泛的。从架空结缘配电线路的运行实践我们也不难看出, 这一线路不仅有效控制了配电事故的发展概率, 保障配电网运行的稳定性, 同时线路所占空间也被缩小, 维护管理工作的开展显得更加便捷, 这对于经济效益而言至关重要。然而, 由于架空绝缘线路独特的电磁机理与结构特征, 导致雷击断线成为一种必然, 伴随绝缘线路应用范围的不断扩展, 这一断线事故发生率也处于不断攀升的趋势, 采取必要的防雷措施来保证架空绝缘配电线路运行的稳定和安全显得尤为迫切。

3.1 架空地线的方式

架空地线安装旨在更好地防止雷电直击导线, 除此之外对于雷电流也有分流作用, 这能够有效地控制雷电流流入杆塔之内, 从而降低杆塔顶电位。架空地线对于导线也有耦合作用, 这能够显著降低导线处的感应过电压。通过在空旷地区屏蔽配电线路接地避雷线的方式一般导线位置的感应过电压会降为1-k倍, 其中k是导线和避雷线冲击系数与耦合系统之积。架空地线的方式尽管能够有效控制感应过电压幅值, 然而由于中压配电网的绝缘化程度并不高, 架空地线在遭遇雷击之后还会导致反击闪络, 其中的工频续流还是会将绝缘导线烧断。由此可见, 架空地线的方式在防止雷击断线方面效果并不显著, 仅仅是直击雷较为频繁的区域采用地线架设的方式才能对雷击断线产生较好的控制效果。

3.2 跌落式无串联间隙金属氧化物避雷器的使用

在配电变压器、电缆线路过电压保护以及柱上断路器当中无串联间隙金属氧化物避雷器的安装已经较为普遍, 然而由于这一类型的避雷器实际保护范围较小, 在状态监测方面存在困难, 因此绝缘配电线路防雷并不适用。相较于固定安装无串联间隙金属氧化物避雷器而言, 新型跌落式无串联间隙金属氧化物避雷器的优势在于它能够在线路带电的同时利用绝缘棒于支架位置安全取下, 这一类型避雷器不仅易于监测, 且拆装方便, 对于防止导线雷击燃弧有着显著作用, 被广泛应用于架空绝缘配电线路防雷方面。需要注意的是, 由于长期承受额定电压, 跌落式无串联间隙金属氧化物避雷器的阀片老化问题也相对严重, 尽管能够通过拆卸对其进行监测, 然而因为配电线路的数量问题, 也很难从根本上保证避雷器的整体使用状况。若是避雷器使用状况出现问题, 则势必会导致线路跳闸甚至是避雷器爆炸事故, 对于变压器安全而言是不容忽视的因素。

3.3 线路过电压保护器的应用

当前美国、日本、澳大利亚等地广泛采用限流消弧角的方式, 通过限流元件快速切断工频续流的方式来降低雷电对线路过电压的影响, 这一类型的线路过电压保护器既不会导致供电中断而降低供电质量, 同时也无需断路器跳闸灭弧, 这对于减少雷击开关跳闸和控制绝缘子损坏事故都有积极的促进作用。线路过电压保护器的运行并不需要承受运行电压, 且安装较为便捷, 导线的使用寿命更长。然而线路过电压保护器的防护范围仅仅局限于绝缘配电线路中的雷电过电压, 对于其他类型过电压的防护能力则较弱, 因此其运行过程的局限性也是较为明显的。

3.4 防弧金具的使用

通常架空绝缘配电线路中放雷击断线的防弧金具被分为剥线型与穿刺型两个方面, 防弧金具的构成主要包括低压电极、高压电极与绝缘罩三个部分。在绝缘导线线芯和高压电极接触之后便会引出高电位, 低压电极的安装位置一般在绝缘子的底部。其中高压电极和低压电极之间的雷电放电间隙被称为G1, 而二者之间的工频电弧燃烧间隙则被标记为G2。一般绝缘子干弧放电距离要大于雷电放电间隙, 这就使得电磁力作用之下雷电冲击放电之后工频电弧从G1快速向G2位置移动, 这就实现了对绝缘导线的断线保护。高压电极被绝缘罩罩住之后有着较为显著的绝缘作用, 与此同时也为工频电弧的弧根运动留下足够空间。防弧金具的使用在对雷击放电路径进行准确定位的同时也实现了对工频电弧弧根的有效疏导, 以避免绝缘导线在雷击作用下发生断线。

3.5 限流消弧角的安装

限流消弧角主要是由环形角、安装支架以及氧化锌限流元件构成, 其放电电流一般选择2500A。雷击闪络发生时击穿环形角外的空气间隙, 而雷电流则是经过氧化锌限流元件到达地面, 之后工频续流被阻断, 这就解决了绝缘线的燃烧断裂问题。若是雷击电流强度过大, 则也会击穿安装支架和环形角间的空气间隙, 避免元件爆炸问题的产生。需要注意的是, 限流消弧角的安装无需对绝缘层进行剥离, 线路改造过程并不接触带电线路, 因此其带电作业流程也显得更为便捷。

3.6 架空绝缘配电线路防雷的注意事项

由于配电线路抗雷击能力有限, 因此遭遇雷击时极有可能造成绝缘配电线路的闪络事故, 而雷击过电压导致的工频续流是雷击断线问题发生的重要原因之一, 因此我们通常会采用线路过电压保护器雷电能量的释放来对工频续流产生抑制作用从而实现对绝缘导线的保护。这一设备不仅安装方便, 不影响线路的绝缘效果, 在降低雷击损坏率方面也有突出作用。值得注意的是, 雷雨期过后应当及时对线路进行全面巡视, 及时更换存在异常问题的过电压保护器。

4 结束语

不同于普通架空裸导线, 架空绝缘导线有着突出的应用价值, 其使用范围正处于逐步扩展之中。在架空绝缘导线应用和推广过程当中, 架空配电线路的绝缘化率不断提升, 供电可靠性得到了有效保障, 配电线路的故障率明显降低, 其经济效益优势极为突出。然而近年来架空绝缘配电线路的雷击断线问题也日趋严重, 雷击灾害导致绝缘线路进水氧化, 对人民群众生命财产安全造成了重大威胁。从配电线路运行的安全性和可靠性角度分析, 积极采取切实有效的防雷措施解决雷击断线问题有着不容忽视的现实意义。

参考文献

[1]罗俊华, 聂定珍, 张锦秀, 等.35kV及以下架空绝缘电缆过电压保护技术[J].高电压技术, 2012 (03) :40~41.

[2]曹宏裕, 王凯睿, 罗彦, 等.架空绝缘导线雷击断线和雷击跳闸的防治[J].高电压技术, 2011 (30) :37~38.

绝缘子的综合性分析 篇5

摘 要 基于提高架空绝缘线路设计及施工水平的重要性和必要性，从设计不周密所带来的问题等两反面对绝缘导线应用“利”与“弊”的分析与对策进行了较为深入的分析和探讨。

关键词 绝缘导线;存在问题;分析;对策

中图分类号TM757 文献标识码A 文章编号 1674-6708100-0084-02

0 引言

众所周知，架空绝缘导线的优越性远远超过架空裸导线;为促使供电安全可靠性的持续提高，这种具有多方面优点的架空绝缘导线，早在上世纪60年代就在很多西方国家中得到广泛应用。为与国际接轨，走位国内一家较大型供电企业――北仑供电局，也在上世纪末开始应用绝缘化来对现有的架空配电网进行改造，并从新千年伊始，就有意识地加强这项工作力度，并且取得了较为显著的实施效果;其中，FKLYJ这种系列，是北仑供电局所应用的10kV绝缘导线。但是，最近一个阶段以来，陆续出现架空绝缘导线因受雷击而极易折断，致使绝缘导线极易因进水而氧化，这对于线路的安全运行，带来了极大的威胁。这种绝缘导线因断线而带来的严重事故，在小港供电所也层多次出现，引起了相关部门的高度重视。架空绝缘线一旦因折断而落地，若无法及时进行跳闸或线路保护，这不仅会对设备的安全构成极大的威胁，而且还会极大地威胁着人们的生命安全。在实际施工过程中，对于架空绝缘导线的相关使用经验比较缺乏，再加上在实施设计和施工中，未能结合架空绝缘导线自身特点来操作，这就不可避免地给线路的安全运行埋下了极大的安全隐患。基于此，以下就绝缘导线应用“利”与“弊”进行一些分析，在此基础，并提出一些有针对性的对策，以促使设计及施工架空绝缘线路水平的大幅度提高。

1 设计不周密所带来的问题分析

1.1 存在着较差的防雷击能力

1.1.1因雷击而产生断线的原因分析

架空绝缘导线一旦被雷击以后，则导线将因被作用于感应雷的过电压而导致绝缘层被绝缘子闪络所击穿，通常，遭受击穿的绝缘层呈现出针孔状;因绝缘把持续的工频短路电流电弧进行阻隔，致使弧根燃烧于针孔处，在霎间就可整齐地烧断导线;至于裸导线而言，若被作用于感应雷过电压，则将带来绝缘子闪络，致使电磁力直接作用于电弧，高温弧根不断滑移于导线表面，在此过程，因电弧自身能量的持续释放而不在某点集中灼烧，故裸导线通常不会受到严重烧伤;因而绝缘子在被损坏或导线在被工频续流烧断之前，电弧将被断路器动作跳闸所切断。所以，架空绝缘导线断线故障率明显高于裸体线;

1.1.2关于有效防止雷击断线的措施分析

基于传统裸导线的施工技术，总结出以下技术措施来防止雷击断线。1)加装氧化锌避雷器;主要俺终于每一个耐张干绝缘子及首、末两端的跳线处，安装之前必须把其绝缘层剥离掉;并把绝缘子螺杆相连接于避雷器支架，至于杆塔的接地电阻，通常要小于30Ω。感应过电压幅值大小将受到氧化锌避雷器的有效限制，可有效吸收雷电闪络后的放电能量，对工频续流起弧起到阻止作用，从而对导线起到了保护作用;当然这种方法也存在着缺陷，其不足主要表现为：(1)主缘线(绝缘导线)将受到破坏，多数情况下因密封较差而使水进入绝缘导线线芯;极易使水分积聚于线路弧垂最低处，最终致使电化腐蚀的发生;(2)所使用的氧化锌避雷器，因长时间被作用于工频电压，若因意外而损坏，将引起线路接地故障的发生。2)促使线路绝缘水平的提高;要促使线路绝缘水平的提高，当前主要应用上一种新型绝缘子，这种绝缘子可增大因雷击所带来工频续流的爬距，从而破坏了建弧的可能性。通常把硅橡胶绝缘横担应用于直线杆;在重雷区对断连杆处，把两片悬式绝缘子串增加到三片，并把导线对杆塔的空气间隙进行相应的`增大，从而把线路耐雷水平进一步提高起来;(3)加装线路过电压保护器;这种保护器主要加装于线路耐张段内，这种氧化锌避雷器(带有外间隙)就是线路过电压保护器能够进行防雷的主要依据;至于二者的差异在于这种过电压保护器不需与导线进行直接连接;故在平时，并不受到运行电压的作用，故具有更长的使用时间，而且在进行安装过程中也极为便利，不需破皮安装导线，有关密封防水这个棘手问题也不复存在;但它只起作用于击穿绝缘导线的雷电过电压，无法保护平时产生于线路的其他过电压，故需配合上氧化锌避雷器(处于电力设备附近)。对于线路过电压保护器，实践表明，非常适宜安装于耐张段内;基于每隔一基就安装一组过电压，这可显著提高10kV线路防护感应雷击过电压的水平。要把雷击跳闸和雷击断线(10kV架空绝缘导线)进行安全消除，还需把过电压保护器这种方式应用于每个基杆塔处。

1.2 未把绝缘导线配套金具应用上

1)需把绝缘层剥离再进行安装。这主要是因为耐张线夹还是继续使用裸导线型号的缘故;故其施工较为复杂，具有比较大的安装难度;而且易把导线损伤，致使发热现象产生局部部位，从而对雷电波起到了阻隔作用，大大降低 机械强度;导线因长时间振动，致使该处导线极易断线;此外，也极易破坏防水密封措施，大大增加了可能的进水点以及绝缘薄弱点，最终大大降低了绝缘强度。针对上述所存在的问题，应采取以下措施加以应对：最为主要把绝缘层不受破坏、绝缘线不剥皮这个问题解决好;在施工过程中，要保护好 绝缘层，尽可能不让导线绝缘层与杆塔附件及地面进行直接摩擦;例如，对于NEJ系列的耐张线夹，在其线路接续点，一定要把导线外皮与耐张线夹一块夹紧，这样可有效制止架空绝缘导线产生退皮，并提高其绝缘性能和机械性能;

2)必须挂接地线。在进行停电检修线路及进行配电线路施工中，对于突然来电这种情况必须引起高度重视;为有效保障人身安全，对于停电线路工作地段，只要有可能送电能给到达，就一定要进行挂接地线。对于某些单位，因未预留停电工作接地点于其线路绝缘导线上，其施工人员直接以电工刀来对架空绝缘导线绝缘层进行切除，再对地线进行连接，这种操作是极为危险的;即使线路已处于停电状态，但进行挂接地线是要花费较长时间，若此时不管何种原因突然来电，对操作人员的人身安全都将构成极大的威胁。还有，线路虽然已停电，但仍有部分残余电荷存在于导线上，且残余电荷将随着线路长度的加大而增多;故必须导线上残余电荷提早向大地引入，否则，施工人员也极易出现触电事故。针对上述所存在问题，为对维护检修线路提供方便，可采取以下对策加以应对：对于这些有可能存在反送电的分支线路点的导线上：(1)联络开关两侧;(2)分支杆;(3)耐张杆接头处;(4)绝缘导线首末两端;一定要把检修工作用的接地线挂环安装于架空绝缘导线上。 2施工工艺不规范所带来的问题分析

2.1 所用施工工器具不合理

1)以普通电工刀来对绝缘导线的绝缘进行剥离，这对导线极易带来损伤。对导线绝缘层进行剥离，应以专用切削工具为主，而且一定要根据相关工艺要求来进行操作，在剥开绝缘层时，一定不能让导线受到损伤，对于线芯与切口处绝缘层，这二者之间最好有个450的倒角;

2)在进行放紧线过程中，以金属轮来完成操作，因具有较大的摩擦力，极易对导线带来损伤;故为保护导线，应以塑料滑轮来操作较为合理;

3)把用于裸导线的普通卡线器用于绝缘导线的弧垂调整或者紧线，致使导线极易产生滑脱;故必须应用专用的网套的卡线器，并把塑料缠绕与绝缘导线上，以保证绝缘层不受到卡伤;在紧线时，不许把绝缘线过渡牵引。为避免因导线产生过大拉力而带来绝缘层的退皮或者出现裂纹，通常规定绝缘导线的最大使用应力为40N/mm2左右较适宜。

2.2 施工不当对绝缘造成严重破坏

在施工过程中，对于绝缘导线绝缘层的随意剥离，致使绝缘受到较为严重的损伤。在进行安装和运行绝缘导线过程中可以知道，因受影响于架空裸线安装方法和工艺，致使很多不当之处不可避免地存在着，诸如带来进水、在线夹中滑出导线、导线因过度振动而疲劳等等，从而对绝缘导线的安全运行带来极大的不利影响，并大大减短导线使用时间;总之，因施工不合理而带来的问题主要表现在这几方面：1)安装、选用耐张线夹不合理;2)对于T接塔头及安装剥去绝缘层时，未采取防水、绝缘及屏蔽等措施;3)所选择并购线夹规格不合理。

针对上述存在问题，应采取这些对策：在放线过程中要保护好绝缘层，尽量不要在地面、杆塔等其他物体上来拖拉绝缘线。若绝缘层的损伤深度超过绝缘层厚度的1/10，则一定要及时修补绝缘;可以绝缘自粘带进行补修，补修后绝缘的自粘带，其厚度不得小于绝缘层的损伤深度，且要多于两层。

3结论

总之，在进行配电架空线路绝缘化过程中，对于其所存在的问题，在工程设计阶段就哟啊予以高度重视，在严格根据操作要求来进行施工的基础上，选用质量高、符合所规定要求的设备来完成配电架空线路的绝缘化。这对于最大限度发挥绝缘导体的优越性及提高供电的安全可靠均具有极为重要的意义。

参考文献

[1]李柯.架空绝缘导线在10kV配电网络改造中的应用[J].西北电力技术，，11.

合成绝缘子的性能分析与应用维护 篇6

1 合成绝缘子的结构及其性能

合成绝缘子是由伞盘、芯棒、金属端头、均压环四部分组成, 而组成的部件具有以下性能:

1.1 伞盘:

也称伞裙, 是合成绝缘子的外绝缘。伞盘是由硅橡胶为基本的高分子聚合物制成。具有良好的憎水性, 水在伞盘表面呈小珠状, 不会形成放电道路, 另外, 合成绝缘子的伞盘还具有优良的耐电腐蚀性和良好的抗臭氧及搞老化性能。

1.2 芯棒:

合成绝缘子的芯棒采用环氧玻璃纤维制成, 具有很高的抗张强度, 拉伸强度达7000m Pa, 约为普通钢的1.5~2倍。为高强度瓷的3~5倍。芯棒还具有良好的绝缘性能及良好的减振性, 抗蠕变性和搞疲劳断裂性能。

1.3 金属端头:

它是特别的碗头和球头, 利用内外楔结合成螺旋式连接在合成绝缘子的芯棒两端, 连接牢固, 可靠, 具有不破坏芯棒的完整性。

1.4 均压环:

随着电压的增高, 合成绝缘子的电场分布不均, 程度也将增加。为改善其电压分布, 在合成绝缘子的一端或两端安装均压环。使电压分布均匀, 并使电弧在两环之间发生, 从而保护合成绝缘子的伞盘在强电弧发生时不被烧伤。

2 运行维护方便

由于合成绝缘子具有很高的憎水性, 那么, 相对来说, 它还具有很高的污耐压性。这是因为合成绝缘子的杆径及伞裙都比瓷绝缘子、玻璃绝缘子小得多。形状系数大, 因而表面电阻大, 泄漏电流小。相应的污闪电压增大。正因如此, 合成绝缘子的污耐压高于其它绝缘子25%, 因此, 一般的污秽区可免清扫。减少了运行维护的工作量。其次, 合成绝缘子的质量轻, 施工方便。这是因为合成绝缘子由硅橡胶为基本的高分子聚合物及环氧玻璃纤维棒制成, 一般的110千伏~220千伏的合成绝缘子的重量一般在3.5~11.2kg。而瓷绝缘子串的重量为13.8kg~59.8kg间。重量比为1:4。这就大大的方便了合成绝缘子在运行时的更换安装。减少了工作量, 提高了工作效率。

3 端部金属腐蚀与分析

3.1 通过对腐蚀物产物的分析, 我们知道,

在金属部件表面氧化铁的含量最高, 其次为氯化钠。最低为硫酸酐和氧化锌。因为合成绝缘子金属表面是锌保护层。因此腐蚀物中含有少量的氧化锌, 当保护层被腐蚀完后, 绝缘子的金属体开始发生腐蚀。腐蚀物中的大部分为氧化铁, 这表明此时金属氧化严重。这时如果测检不及时, 易造成合成绝缘子因腐蚀严重造成机械强度降低, 进而发生脱落事故, 造成停电事故。因此所安装使用的合成绝缘子要定期检查, 必要时进行更换。

3.2 合成绝缘子疲劳分析。

在合成绝缘子的生产过程中, 两端的钢锚是压在芯棒上的, 虽然由玻璃纤维和环氧树脂固化而成的芯棒搞拉强度很高, 但它势必造成对芯棒的压伤, 破坏了芯棒原有的强度。当导线的振动传递到合成绝缘子上时, 承担振动的主要是芯棒, 这时它所承担的振动主要是由风引起的, 这时的风速为0.5~4米/秒, 这样的微风最引起振动, 如果合成绝缘子始终处在振动下运行, 那么, 合成绝缘子在复合交变应力作用下会产生疲劳现象, 交变应力强度和次数达到某一数值时, 合成绝缘子就会发生脆性断裂, 所以应周期性的对合成绝缘子进行锚接握着力强度和疲劳强度的抽查工作。

3.3 污秽对合成绝缘子的影响。

绝缘子表面的污秽物质, 按来源可以分为自然污秽和工业污秽两种。按污秽物的形态又可分为颗粒性污秽及气体性污秽。绝缘子表面污秽物的性质不同, 对其绝缘水平也不相同。一般的灰尘容易被雨水冲刷, 而企业的污秽就比较严重了, 象化工厂、焦化厂、火力发电厂、水厂、冶金厂等排出的烟尘以及废气在绝缘子表面形成的污秽物就较难被雨水冲刷。2007年, 我局就100千伏佳汤线41塔做了抽查, 发现水泥污秽严重。对运行了12年C相的合成绝缘子做了干湿闪电压实验, 湿闪电压平均值为4532V (湿润淋雨时间为35min) 而秋天对同塔的A、B相做了湿润实验, 平均值大于670KV。这与一般污秽区段合成绝缘子的湿润电压值基本相当。可见合成绝缘子的外绝缘性能受水泥污秽的影响较大。所以建议运行四年以后的合成绝缘子做抽样检测。运行10年以上的合成绝缘子要登塔检查。若发现有电蚀损现象严重的, 要及时更换。而对一般污秽的合成绝缘子以目前的变化趋势, 运行10年内的可不做电气性能抽查试验。

4 合成绝缘子的安装及维护

合成绝缘子在运输及安装的进程中, 应小心拿放, 不得抛掷, 避免与各类尖硬物碰撞摩擦。严禁用脚踩蹋合成绝缘子。上下时应应用软梯。严禁用合成绝缘了做展放导线的辅助工具。

运行单位应建立健全合成绝缘子档案, 合成绝缘子安装完毕后, 应验收合格后方可投入使用, 合成绝缘子属不可击穿型, 故不必做零值检测, 但是迅视周期与普通绝缘子相同, 合成绝缘子通常不作清扫, 但电晕声异常或电蚀损现象严重时, 应加强重视。必要时应登杆塔迅视。发现金属端头腐蚀严重的, 伞裙被损严重可能危及芯棒者, 应予以更换。以保证输电线路供电的可靠性。

5 结论

试验发现, 合成绝缘子的配方, 污源性质、雨淋的自清洁作用等, 对运行中的合成绝缘子有一定的影响。特别是焦油、水泥粘附性强的污秽对其影响较大, 运行单位应予以高度重视。合理的运用和适当地维护对污秽地点合成绝缘子的安全运行至关重要, 对镀锌金具来说大气中的CL应是产生严重腐蚀的关键因素。硅橡胶合成绝缘子作为新一代线路的绝缘子, 已在我国进入大面积的推广应用, 目前已达到85%以上, 特别是新建的线路除耐张杆塔以外, 已全部使用合成绝缘子, 这大大减轻了输电线路的维护工作量, 减少了污闪事故, 提高了工作效率。但因其制作的工艺水平不等, 因此, 还应严格控制新产品的质量。随着科技的发展和其制造工艺的不断完善, 其质量和性能必将得到进一步的提高, 将有利于我国电网的建设, 保障输电线路安全可靠的运行。

摘要：合成绝缘子与传统的瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子比较, 具有质量轻, 体积小, 便于运输及安装, 机械强度高, 耐污秽生能好, 免预防性测试。

关键词：合成绝缘子,机械强度,性能分析

参考文献

[1]王景朝.合成绝缘子疲劳的实验研究[J].电力建设, 2001, 12.

[2]李敬雄.浅谈合成绝缘子[J].四川电力技术, 2003, 4.

绝缘子的综合性分析 篇7

关键词：绝缘子,硅橡胶合成绝缘子

硅橡胶合成绝缘子优良性分析

硅橡胶材料具有良好的耐污闪性、机械性、硅橡胶憎水性及憎水迁移性和抗老化性能等特性。本文只对硅橡胶绝缘子憎水性及憎水迁移性进行重点研究。

1.1、硅橡胶憎水性、憎水迁移性及憎水性使用寿命。

1.1.1、硅橡胶材料的性质

硅橡胶作为合成绝缘子外部绝缘的主要材料，硅橡胶具有强憎水性及憎水性迁移性和憎水恢复的特点，与其分子结构有密切的关系。由于分子结构特点使其具有热氧化物稳定性、耐臭氧、耐气侯、电气性能。

1.1.2、硅橡胶的憎水性

绝缘子是否能够耐受系统电压主要于水分和污秽是否在绝缘子表面形成导电通道（或水份能否侵入到绝缘子内部破坏内部绝缘）。硅橡胶充当绝缘子外部绝缘材料，所谓憎水性是指绝缘子表面不易受潮，吸附的水分以不连续的孤立小水珠的形成存在，不形成连续水膜，从而限制表面泄露电流，提高闪络电压。这种性质的材料不仅可以保护绝缘子内部不被水解击穿，同时保证外部绝缘的良好。环氧树脂、聚四氟乙烯、乙丙橡胶和硅橡胶等材料拥有憎水性，但硅橡胶是几种伞套材料中运行效果最好的。

以瓷式与硅橡胶绝缘子进行实验表明，瓷式绝缘子表面为亲水性，而硅橡胶表面则是憎水性。在硅橡胶进行实验过程中喷落在硅橡胶表面的水份呈现出不连续的小水滴，并在倾斜是水滴掉落且在硅橡胶表面而没有水膜，这一点充分表明硅橡胶的憎水性。

1.1.3、硅橡胶的憎水迁移性

憎水迁移性是硅橡胶独有的特性，使之在电力行业绝缘子独占熬头。对硅橡胶的憎水性迁移性大致有两种说法：一种是大分子链理论，另一种是小分子理论。对这两种说法都有各自不同的见解。通过以下实验证明硅橡胶憎水迁移性的机理。

实验1：在一块硅橡胶板上涂一层干燥的硅藻土污层，该污层盐密为0，灰密为2㎎/㎝2再将硅橡胶板置于20℃的环境中，当环境相对湿度为95℅时仅经过四小时污层就具有强憎水性, 水滴的静态接触角达110℃-120℃，而当相对湿度为50%时，经过12小时，污层才能达到相对的憎水性水平。

憎水性小分子聚合物具有挥发性，在高湿度条件下，只需要较短是时间，硅藻土污层就是可以获得较高的憎水性。

实验2：在玻璃容器底部涂以硅藻土污层，无污层盐密度为0，灰密度为2㎎/㎝2，再将一个硅橡胶圈放置在容器底部，然后将容器放置在100℃的环境中。当容器加盖时，仅经过三天，整个污层就具有高憎水性0：当容器敞开时经过20天除邻近的硅橡胶圈的一片5mm宽的环污层具有憎水性外，中间大部分污层完全无憎水性。又将未加盖的容器于50℃的环境中，在室温下（约25℃），放置了三十天，污层憎水性未见增强。

由于小分子聚合物具有挥发性，在敞开的容器中从硅谷橡胶本体中挥发出来的小分子聚合物大部分进入了空间，留在容器中的较少，被污层吸附的更少，因此污层难以获得憎水性。在加盖的容器中从硅橡胶本体挥发出的小分子聚合物全部留在容器内，因此有较多的小分子聚合物被灰尘吸附，使灰尘在短时间内获得憎水性。

实验3：将环氧板一置于容器外，环氧板二置于容器内，用几根细铁条支撑并连接板一板二几容器，其尺寸为：容量20×12CM×6CM；板一及板二16CM×7CM；容量口直径为15CM。在板一板二的上下表面均涂以硅藻土污层，污层盐密为0，灰密为2㎎/㎏2。又在容器底部放置一块硅橡胶板，然后将容器置于100℃的环境中。经过3天，板二下表面的污层具有强憎水性，接触角达100℃-120℃，板二上表面的污层具有较弱的憎水性 (滴在上面的水滴经5-10s渗入污层) 板一的污层完全无憎水性, 即污层获得憎水性次序为：板二下表层，板二上表层，板一。

如果憎水性小分子聚合物沿面迁移，既沿图中虚线迁移，则污层获得憎水性的先后次序为：板一，板二上表面。但实际测得的次序恰好相反。可见，憎水性小分子聚合物是挥发性的，挥发途径沿图中实线所示。

实验4：选用不同厂家的两种RTV材料和1种HTV材料，分别记为RTV1、RTV2、和HTV。每种材料为1组，每组都由5个试品组成，试品均为7CM、厚3CM的圆盘。实验前，先将试品放入50℃的真空室中进行干燥，从真空室取出后，在室温下放置3天，然后，确定其初始重量（使用精度为0.1MG的电子秤）。为能较准确的确定试品中的LMW含量，对每组试品做如下4次循环。每一个循环包括：（1）、在1L CH2CL2溶液中浸泡4天；（2）取出后，室温下放置3天；（3）确定重量。试品在1L CH2CL2溶液中浸泡4天, 其中大部分LMW含量将脱离试品进入CH2CL2溶液。将试品取出后，在室温下放置3天，目的是使浸入试品中的CH2CL2能全部蒸发。本文采用两种方法确定3组材料中LMW含量。第一种是试品重量差法：试品浸入CH2CL2前的重量与取出后在室温下放置3天后的重量差即为LMW含量；第二种是蒸馏法：试品取出后将含有LMW的CH2CL2溶液蒸馏，CH2CL2将被蒸发，残留物的重量是LMW和1LCH2CL2溶液所含杂重量之和，该杂质重量可通过蒸馏等容量的CH2CL2溶液所含杂质重量减去杂质的重量来确定LMW重量。

采用重量差法和蒸馏法测量硅橡胶中的LMW含量，结果一致的，每个循环的最大误差约为试品的0.04%总含量的最大误差约为试品的0.1%。由实验可知LMW含量比硅橡胶中实际的LMW含量偏低一些。

实验5:1）新、旧试品的憎水性迁移实验：“旧”试品是用CH2CL2溶液提取试品重量4.5%的LMW后的试品，将采用人工污秽层（SIO2）细砂，粒平均直径为16厘米，砂层厚度为0.5㎜）实验现象：新、旧两种试品，在人工污秽后马上将来30ul水滴滴到试品上，马上消失，即为亲水性；新试品在24h后，滴上30ul水滴，达到半憎水性，74h后可以完全达到憎水性；而“旧”试品直到50h后才达到直到半憎水性，260h后依然为半憎性。（2) RTV、HTV的憎水性迁移性实验：尽管RTV比HTV中的LMW含量多一倍以上，实验表明，两者达到完全憎水性所需要的时间相差无几。用上述实验方法，得知LSR比RTV中的LMW含量少，但憎水迁移比RTV快得多，只需求24H可达到憎水性状态。

结论：（1）、硅橡胶的憎水迁移性速度的快慢与周围环境湿度和温度有很大关系，与污层的成份也有直接关系。（2）、硅橡胶的憎水迁移性主要是以憎水性分子聚合物挥发全途径使绝缘子表面污层获得憎水性，也可能含水大分子。（3）、不同硫化的硅橡胶中LMW含量也不同。（4）、对相同材料，LMW含量高，则憎水迁移性速度快，效果好。（5）、不同材料，LMW含量不能是决定憎水性迁移性的，只唯一标准。

1.1.4、硅橡胶绝缘子使命寿命

合成绝缘子的运行期间，硅橡胶材料中材料的憎水性物质在不断丧失，因此硅橡胶合成绝缘子存在老化问题，其使用寿命通过清华大学的实验可以了解到使用寿命远远大于17年。

经过17年实际运行的老化试验，硅橡胶表面现象面获得憎水性的速度有所减慢，合成绝缘子的憎水性老化是一个十分缓慢的过程从憎水性的角度讲，合成绝缘子使用寿命远大于17年。

结论：硅橡胶合成绝缘子中的憎水性小分一聚合物的挥发性说明合成绝缘的老化问量题，通过加速老化实验，验证了这种憎水性老化过程十分缓慢，对合成绝缘子的安全运行不构成威胁。

参考文献

[1]、周泽存主编、高电压技术北京:水利电力出版社1988

绝缘子的综合性分析 篇8

绝缘子在电力系统中是最常见的一种绝缘体, 凡有电路的地方就有绝缘子的存在。根据作用的不同, 线路绝缘子又可细分为几种不同的类型:架空导线的线路绝缘子称为悬式绝缘子;需承受导线张力的绝缘子称做耐张绝缘子;在横担安装6-10千伏的绝缘子一般称为针式绝缘子。按采用的绝缘材料划分, 绝缘子又可分为电瓷、玻璃和复合绝缘子三大类。复合绝缘子又名合成绝缘子, 也称为有机绝缘子或非瓷绝缘子。电瓷和玻璃绝缘子大部分绝缘子抗污闪能力决定了绝缘子的击穿强度。因此绝缘子能否安全运行是保证电网可靠供电的关键。

1电瓷、玻璃和复合绝缘子的性能评价

1.1电瓷和玻璃绝缘子的绝缘部件都是无机材料, 它们都有非常优异的对自然因素的抗老化能力。通过几十年的实践证明, 它们具有非常好的化学稳定性。据有关资料数据表明, 电瓷和玻璃的熔点都超过15000C。因此电瓷和玻璃绝缘子在运行过程中具有优良的耐电晕和电弧烧蚀的能力以及耐化学腐蚀的能力。电瓷和玻璃的稳定性能非常好, 这也意味着电瓷和玻璃这两种材料有较高的表面能和热动能, 因此材料表面有较强的吸附水分的能力。换句话说, 电瓷和玻璃表面容易受潮湿润。对电瓷和玻璃而言, 要在潮湿脏污的环境条件下仍能保持较高的表面电阻, 绝缘子就要有比较大的泄露距离和复杂的结构形状。

电瓷和玻璃都是很致密的材料, 比重较大, 因此电瓷和玻璃绝缘子都很笨重, 这两种材料的抗压强度都高于抗拉强度。但这两种材料都是脆弱材料, 在运输和安装中要小心轻放, 避免破碎。

1.2复合绝缘子的伞裙护套材料是采用有机材料。与电瓷和玻璃等无机材料相比, 有机材料分子中各元素是通过共价键相结合的。元素之间的键合力比较弱, 构成有机材料的大部分较容易断裂, 因此在电晕放电、紫外线辐射、潮气、温度变化以及化学因素等作用下, 有机绝缘材料比较容易老化, 特别是当前的市场经济的发展, 有些小厂家使用的原材料、生产工艺、设计、质量得不到保证管理体系环节的要求, 加之使用前验收试验手段不完善, 造成复合绝缘子的电气性能和机械性能都会随着运行时间逐步下降, 而且这种性能下降是不可能恢复的。

所有的绝缘材料都有老化问题, 但不同材料的老化速度有很大差别。虽然电瓷和玻璃也有老化问题, 但由于老化的速度很慢, 并不成为运行中的严重问题。因此在相关资料中, 很少有讨论电瓷或玻璃绝缘子的老化问题。复合绝缘子在电压和外界因素的作用下, 老化是一个比较严重的问题。因此在对复合绝缘子使用问题的讨论中, 老化是一个经常提到的问题, 特别是应在试验手段上加强验收, 确保质量体系等各个环节的实施, 避免或减少非正规生产企业的产品进入电网。

在绝缘子电气性能的方面应保证三个方面:绝缘子在工作条件下不发生污闪、在淋雨条件下受操作过电压作用下不发生湿闪、在雷电过电压下不发生闪络。综上所述, 并不是说复合绝缘子不可采用, 它还是有很好的发展前景的。

采用良好的复合有机材料, 满足生产设计、质量的要求, 它还有很多优点。如重量轻、体积小、不易破碎、运输安装方便。与传统的瓷绝缘子和玻璃绝缘子相比较, 复合绝缘子的优点归纳起来, 包括以下几个方面:a.重量轻, 强度高。在相同电压等级下, 复合绝缘子的重量仅为瓷绝缘子的1/7-1/10, 复合绝缘子的强度重量比很高。其高机械强度源于玻璃钢芯棒优良的机械性能。有关资料表明, 玻璃钢引拨棒的拉伸强度可达1000MPa以上, 而芯棒密度2g/cm2左右。因此其比强度很高, 约为优质碳素钢的5-10倍。相比之下, 钢化玻璃及瓷的抗拉强度仅为90MPa和40MPa。b.湿闪电压高。有机复合材料低能表面的憎水性是复合绝缘子优异耐湿污性能的主要原因。在大雾、小雨、露、溶雪、溶冰等恶劣气象条件下, 复合绝缘子表面形成分离的水珠而不是连续的水膜, 污层电导很低, 因此泄露电流也很小, 不易发生强烈的局部电弧, 局部电弧也难以进一步发展导致外绝缘闪络。c.运行维护简便, 不存在普通悬式瓷绝缘子零值检测等问题。不易破碎, 防止意外事故, 大大降低了绝缘子的运行维护费用。d.复合绝缘子不会发生瓷绝缘子难以避免的零值、低值和玻璃绝缘子的伞裙自爆, 因而不致因零值或低值绝缘子降低整串绝缘子的耐雷水平。

2影响绝缘子的运行因素及损坏的原因

由于受原材料、生产工艺、设计、质量等各个环节的限制, 加之绝缘子的运行性能有不同的影响。例如, 温度影响几乎所有材料的绝缘性能, 因为随着温度的升高, 材料的电导率增加。阳光中的紫外线可使有机绝缘材料降解, 使绝缘材料表面出现龟裂、粉化等现象。雨、露、雾、溶雪、溶冰等多种气象条件都能使绝缘表面受潮湿润。相对于干燥状态, 潮湿状态下绝缘子的表面电阻大大降低。如果绝缘子的表面已经脏污, 表面电阻的降低则更为急剧。在较严重的潮湿脏污状态下, 绝缘子可能无法耐受运行电压的作用, 从而发生污闪事故。

2.1瓷绝缘子、玻璃绝缘子在运输安装过程中遭到的轻微损坏, 如瓷介质表面的发丝般的裂纹或悬式绝缘子头部开裂, 不易被检测到。这些绝缘子成为事故的隐患。这类隐患常常由于工人的非规范操作而损坏, 如将绝缘子在地上拖行等。另外, 生产用的硅酸盐水泥低于500号, 其硬化工艺时间比较长, 伸长性较差, 有体积膨胀和收缩变干现象, 能渗油和渗水。经过热膨胀裂纹受潮后, 零植击穿。附照片为例 (见图1) 。

良好绝缘子的击穿电压值一般高30%-50%。因此, 当绝缘子的两端出现过电压时, 只会引起表面闪络, 而不会造成内部击穿, 也不会影响其内部的绝缘强度。而绝缘子的老化造成瓷绝缘子内部发生质的变化, 其绝缘性能大大降低。当绝缘子的击穿电压到小于表面闪络 (干闪) 电压时, 一旦外部出现过电压, 将造成绝缘子内部击穿, 瓷质完全丧失绝缘能力。显然, 绝缘子老化的主要特征就是其击穿电压降低。如一串瓷绝缘子中失去绝缘性能的片数较多, 绝缘子串发生的闪络的工频续流将流过老化的内部, 工频续流的电弧放电会导致绝缘子铁帽炸裂, 既所谓炸帽现象。而且前绝大多数情况是绝缘子串中存在少数零值或低绝缘子, 这类老化绝缘子两端所承受的电压被分配到其他良好的绝缘子上。只要良好绝缘子承担得起两端的运行电压或过电压, 送电线路、电站母线就能正常运行。而零值或低值绝缘子就被隐藏起来, 形成事故隐患。

2.2复合绝缘子厂家为了推销产品、显示复合绝缘子弹性好、不怕摔、不怕碰、重量轻等优点。往往允许使用者“随便拿”、“随便放”。实际上, 有不少复合绝缘子的事故是在运输安装过程中过分随意造成的损伤埋下的祸根。复合绝缘子的芯棒是玻璃纤维浸渍环氧树脂制成的。玻璃纤维不耐酸, 遇酸雨会发生化学反应而变质、变脆。质量不合格或安装不当有可能使芯棒在载荷作用下出现滑移。轻则密封胶开裂, 重则芯棒从金具端部脱出。当复合绝缘子芯棒接头密封不良或硅橡胶护套开裂而存在裂缝伤口时, 芯棒在硅液长期作用下, 就会出现酸蚀发脆, 失去承受载荷的能力, 最后将造成芯棒被拉断的恶性事故。因此, 在复合绝缘子安装时要特别小心, 保证其正常运营。

复合绝缘子的质量问题主要是由于生产工艺和所选材料的质量问题所引起的, 具体表现在以下几个方面:a.机械强度下降;b.界面击穿和芯棒脆断;c.硅橡胶表面性能的劣化。复合绝缘子从运行情况看, 雷击闪络大多可重合闸成功。这是因为复合绝缘子属于不可击穿的结构。当放电在空气中发生时, 不会对绝缘性能产生不可逆转的影响, 属可恢复性绝缘。而瓷绝缘子在雷击放电时可能发生内击穿, 严重时可能在强大的工频电弧电流作用下发生爆炸。这种情况属不可恢复性绝缘。

如图2照片所示, 为复合绝缘子受较强的电弧电流作用下产生瞬间过电压击穿。 (通过工频交流耐压试验, 均为耐压合格产品。)

3瓷绝缘子质量问题引起的损坏

料方中含有一定的有机物、碳素、硫化物及硫酸盐之类高温分解的杂质。这些杂质在高温熔融时, 体积显著膨胀并产生气体。由于烧成气氛和保温时间未控制恰当。在釉玻化之前, 未能完全排除, 被釉表面封闭。随着温度升高, 杂质进一步排除, 则形成气泡。气泡破裂后冲击釉层, 留下的痕迹不能被填满拉平, 似橘皮状。而在釉内不能冲出釉层的则会形成凸起, 看起来类似橘皮状。当瓷绝缘子表面的污秽存在一个逐渐吸潮或表面似鸟粪残迹, 、电解质逐渐溶解导电过程, 在降雨量足够大时受大气过电压的情况下, 导致该绝缘子击穿闪络使产品破坏, 造成事故。如图3所示照片为例。

经验表明, 当绝缘子串有不良绝缘子, 且不良绝缘子的绝缘电阻小于300MΩ时, 将明显影响绝缘子串的电压分布, 其表现是不良绝缘子的分担电压明显下降, 低于正常分担的电压值, 也低于相邻的良好的分担电压。

结束语

绝缘子是架空输电线的重要组成部分。当受到闪络击穿或因产品质量出现断裂、掉线等时都会中断电源、跳闸事故, 造成大面积停电, 给企业带来不可估量的损失。所以探讨绝缘子如何保证可靠运行、减少电网最大需量是我们当前工作的重要课题。

摘要：绝缘子在电力系统中是最常见的一种绝缘体, 凡有电路的地方就有绝缘子的存在。针对绝缘子在电力系统的运行进行分析。

关键词：绝缘子,电力系统,运行

参考文献

[1]GB772-77电瓷件技术条件.

[2]硅橡胶与电力系统外绝缘.电工商新技术丛书.

[3]关志成.向新世纪高压技术学科发展的几点思考[J].中国电力.

绝缘子的综合性分析 篇9

关键词：鸟粪下落,COMSOL Multiphysics,电场分布,仿真分析

随着电网规模的不断发展, 输电线路的安全稳定运行对于电网的整体性能评估以及人们的日常生活具有着十分重要的意义[1]。近年来由于国家更加重视环境保护, 生态环境不断改善, 人们保护鸟类的意识也不断增强, 使得鸟类的活动日益频繁, 同时电网输电规模的不断攀升, 都加剧了鸟害在电网的输电线路中引起的线路跳闸次数, 鸟害已成为仅次于雷害、外力破坏、山火的第四大线路跳闸原因。鸟害造成跳闸的主要原因有鸟粪闪络、鸟巢材料短路、鸟类身体短路、鸟啄复合绝缘子。其中鸟粪闪络引起的跳闸是鸟害故障跳闸的主要原因。因此研究鸟粪下落过程中绝缘子周围电场变化情况在防范和减少因鸟类活动引起的线路故障次数, 确保电网安全稳定运行上具有十分重要的意义。

1 COMSOL Multiphysics简介

COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。它以有限元法为基础, 通过求解偏微分方程 (单场) 或偏微分方程组 (多场) 来求解真实世界的物理现象, COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真, 被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。采用COMSOL Mult Iphysics建立鸟粪下落对绝缘子周围电场分布进行模拟分析, 为减少因鸟类活动引起的线路故障次数, 确保电网安全稳定运行提供有效依据。

2 建模与仿真分析

根据文献[2—5]分析, 考虑鸟粪具有一定的黏度和电导率, 因此计算过程中将鸟粪下落形成的通道近似认为是导体 (电导率约为4 000μS/cm) 。并默认为鸟粪下落通道近似圆柱体, 其半径约为3.5mm, 下落形成的总长度约为400 mm, 图1所示为鸟害复合绝缘子计算模型, 考虑无穷远处电势为零, 模型中求解区域最外层为无穷远单元。高压端施加110 k V电压, 低压端及无穷远处接地。

为了进行有无鸟粪的分析, 首先计算分析了无鸟粪情况的复合绝缘子电场强度和电势分布规律。无鸟粪时, 复合绝缘子在上述计算条件下的表面电场分布规律如图2和图3所示。从图3可看出, 靠近复合绝缘子附近电场分布不均匀, 电场强度的最大值出现在高、低压两端, 在复合绝缘子中间部分电场强度较小, 随着距离大伞径向距离增大, 轴向电势和电场强度逐渐减小[如图3 (a) 和图3 (c) 所示], 当距离大伞径向d>5 cm时[如图3 (b) 所示], 伞裙结构对轴向电场强度的影响逐渐减小, 此时复合绝缘子串可以近似认为是无伞裙的圆柱体。当距离大伞径向d>20 cm时高低压端电场强度和电势与中间电场强度和电势的差距减小[如图3 (a) 和图3 (c) 所示]。由于计算模型中采用无限单元, 在无穷远处电势和电场强度都趋向于零。

在绝缘子附近无鸟粪下落时, 绝缘子表面电场强度最大值分别为高压端365 k V/m、355 k V/m, 而空气中棒-板间隙最小击穿场强约为480 k V/m, 即在无鸟粪情况下, 绝缘子表面空气未被击穿。

图4~图7所示为鸟粪长度l=5, 10, 20, 40 cm时的低压端电势和电场强度, 由于鸟粪的出现使低压端电场发生了畸变。在计算模型中鸟粪等效于金属, 因此随着鸟粪下落零电势点逐渐向高压端推移, 当鸟粪长度达到l=40 cm时鸟粪将短接前三个大伞, 使得复合绝缘子的长度大大缩短, 减小了复合绝缘子的爬电距离, 高电压端空气间逐渐减小, 继续发展将引起绝缘子击穿。

图4鸟粪长度l=5 cm时的低压端电势和电场强度Fig.4 Low end electric potential and the electric field intensity when Guano length=5 cm

图7鸟粪长度l=40 cm时的低压端电势和电场强度Fig.7 Low end electric potential and the electric field intensity when Guano length=40 cm

图8为鸟粪长度l=5, 10, 20, 40 cm时的轴向电势和电场强度, 由图8可以看出:鸟粪内部电势和电场强度为零, 这是因为鸟粪等效为金属导体, 且和低压端连接在一起, 因此鸟粪的内部电势和电场强度均为零。

由图8 (c) 可以看出:随着鸟粪长度的逐渐增加, 鸟粪下落前端的电场强度逐渐增加, 当电场强度达到一定程度时将导致前端形成针尖放电, 并形成流注放电, 流注放电可能发展为先导放电, 先导放电的发展将可能导致复合绝缘子沿面击穿。

在鸟粪从低压端向下延长的过程中, 首先会使得低压端附近的电场强度发生畸变, 其次为鸟粪前端及鸟粪表面电场发生畸变, 使高压端电场强度畸变不严重。

图9 d=0.1 cm时电场强度畸变随鸟粪长度变化情况Fig.9 When the electric field strength distortion 0.1 cm length changes with Guano

当鸟粪沿着绝缘子伞裙下落时, 鸟粪前端和低压端的电场强度均达到空气击穿的场强, 特别是鸟粪前端电场强度最大值达4 200 k V/m。

3 结论

通过对输电线路鸟害跳闸机理进行分析, 得出以下结论。

(1) 引起输电线路鸟害跳闸的基本形式为鸟粪闪络, 而鸟巢材料短路、鸟类身体短路、鸟啄复合绝缘子引起的跳闸所占比例很小。

(2) 鸟粪闪络的机理基本上是鸟粪倾泻的瞬间畸变了绝缘子串附近的电场分布, 鸟粪通道与绝缘子高压端之间发生了空气击穿而导致闪络。

(3) 仿真计算表明, 在鸟粪下落过程中, 鸟粪前端和低压端的电场强度均会超过空气击穿电压值, 且随着鸟粪下落通道与绝缘子伞裙距离变大, 电场强度逐渐变小。

(4) 防止鸟害跳闸的重点为阻止鸟粪在绝缘子周围形成下落通道。

参考文献

[1] 李乃一, 彭宗仁, 杜进桥, 等.特高压变电站工频电场模拟计算及其分布规律.高电压技术, 2012; (09) :2178—2188Li N Y, Peng Z R, Du J Q, et al.UHV substation power frequency and distribution of electric field simulation.High Voltage Engineering, 2012; (09) :2178—2188

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