外绝缘优化（精选6篇）
外绝缘优化 篇1
0前言
绝缘子是输电线路的重要组成部分, 是唯一的电气绝缘件和重要的结构支撑件, 绝缘子性能及其配置的合理性直接影响线路的安全稳定运行[1]。目前广州供电局输电线路采用的绝缘子主要分两大类, 一类为应用于耐张串的盘型悬式玻璃绝缘子, 另一类为应用于悬垂串和跳线串的棒型悬式复合绝缘子。在长期的运行中, 两种类型绝缘子表现出不同的运行性能及特点。以下对线路绝缘子选型和外绝缘优化配置提出优化建议。
1 线路外绝缘现状
使得雷电频繁、污秽对电网的安全稳定运行造成显著影响。
目前广州电网新建线路绝缘设计水平一般, 耐张串110 k V时每联配置8片结构高度146 mm的普通玻璃绝缘子, 爬电距离满足d级污区上限的要求;220 k V时每联配置14~15片结构高度146 mm的普通玻璃绝缘子, 爬电距离满足d级污区下限的要求;500 k V时每联配置28~29片结构高度155 mm的普通玻璃绝缘子, 爬电距离满足d级污区上限的要求。悬垂串和跳线串则采用复合绝缘子, 且直线杆塔大部分采用单联串, 重要交叉跨越处采用双联悬垂串。
线路外绝缘问题主要集中在掉串、污闪和雷击等几个方面, 直接影响着线路正常运行。其中玻璃绝缘子除自爆问题, 整体运行情况良好;复合绝缘子则随着运行时间的增长, 使用数量的增加, 发生了多起绝缘子闪络和损坏事故, 且运行中不断暴露复合绝缘子运行温度异常问题, 使得复合绝缘子健康状况成为影响运行策略的重要因素。此外, 由于广州地区污区变化以及运行线路绝缘配置水平不一, 线路调爬工作繁重且频繁, 严重影响线路运行效率。
2 绝缘子技术经济分析
2.1 绝缘子LCC成本模型
根据IEC60300-3-3标准规定, 电气设备的全寿命周期成本是指包括设备购置、安装、运行、检修、改造直至报废的全过程发生的费用[2]。因此构建输电线路绝缘子全寿命周期LCC成本模型如下[2,3,4,5]:
式中LCC———指绝缘子的全寿命周期成本。
CI———指投资成本, 主要包括绝缘子的购置费、安装调试费和其他费用。
CO———指运行成本, 主要包括绝缘子运行维护费用。
CM———指检修维护成本, 主要包括绝缘子裂化更换施工费用及材料费组成。CM=绝缘子总数量×绝缘子年裂化率× (绝缘子单价+更换绝缘子施工单价) +绝缘子串数×绝缘子检修单价。
CF———指故障成本, 主要包括故障检修费、故障电量损失费。
CD———指退役处置成本, 包括绝缘子拆除处置人工、设备费用以及运输费, 并应减去绝缘子在退役时的回收利润。
由于公式1中各成本发生在不同的年份, 为了进行比较分析, 所有成本需要用费用现值或年费用法折算到同一个时间基准后才能比较。本文以输电线路投入运行的时间作为所有成本计算的参考时间, 相当于把运行成本、维修成本、退役处置成本等都折算成建设成本, 便于进行方案比较。
2.2 线路模型构建
在广泛收集广州电网架空线路运行资料的情况下, 结合系统规划特点, 确定广州电网典型架空线路模型如下:
1) 110 k V架空线路:根据广州电网规划, 110 k V电网逐渐采用3T接线方式, 本文110 k V架空线路选取3T接线第一段作为分析模型, 其线路截面按3台容量为63 MVA的主变计算, 其要求的最大负载电流为937 A。
线路模型主要参数:同塔双回线路, 导线采用JL/G1A-630/45, 线路长度5 km。全线直线塔12基, 耐张塔7基。基本风速29 m/s, 无冰。
2) 220 k V架空线路:根据系统目前对广州电网220 k V线路输送容量的要求 (单回线路要求为690 MVA, 500 k V变电站出线段为900 MVA) , 本文220 k V架空线路按单回输送容量690 MVA作为分析模型。
线路模型主要参数:同塔双回线路, 导线采用2×JL/G1A-630/45, 线路长度10 km。全线直线塔22基, 耐张塔12基。基本风速29 m/s, 无冰。
3) 500 k V架空线路:根据系统目前对广州电网500 k V线路输送容量的要求, 本文500 k V架空线路按单回输送容量3135 MVA作为分析模型。
线路模型主要参数:单回路线路, 导线采用4×JL/G1A-630/45, 线路长度20 km。全线直线塔35基, 耐张塔15基。基本风速31 m/s, 无冰。
2.3 边界条件
为便于输电线路不同悬垂串方案经济性比选, 对输电线路全寿命周期LCC成本模型作如下假设:
1) CI费用为整个输电线路全生命周期绝缘子的投资成本。参考运行资料数据, 玻璃绝缘子运行寿命取30年;复合绝缘子运行寿命取10年, 即每十年要复合绝缘子需全部更换1次。新建线路运行寿命为30年, 老旧线路 (剩余) 运行寿命为20年。
2) 玻璃绝缘子运行期间清扫费按2 000元/ (100 km·a) 计, 更换自爆玻璃绝缘子按1.5万元/ (100 km·a) 计[5]。
复合绝缘子在运行期间无需清扫和零值检测, 故无清扫、检测费。此外复合绝缘子的红外测温列入工人日常巡检中, 参照我局运维标准取费, 即按照300元/人/天计算, 复合绝缘子抽检数量按照20%×复合绝缘子总数/年, 每人检测复合绝缘子数为50支/天。
3) 参考国内相关资料, 玻璃绝缘子年裂化率取2×10-4[6], 复合绝缘子年裂化率取5×10-5[7]。
4) 绝缘子故障主要有污闪、雷击重合闸失败等故障。玻璃绝缘子故障率按规程推荐的各电压等级线路污闪事故率考虑, 具体详见表1所示。参考相关运行数据[7], 复合绝缘子故障率取同电压等级玻璃绝缘子故障率的2倍。
绝缘子故障停电时间按5 h计, 电力负荷损失详见表2所示。电价按0.5元/ (k W·h) 计。计划内清扫、检测不计停电损失费。
5) 绝缘子污耐压试验曾证实:双联I串绝缘子的污耐压值要比单联I串绝缘子污耐压值降低6%~10%。但当联间距在600 mm及以上时, 邻近效应基本消除。此外实际设计中双联串绝缘配合还可要求绝缘子增加相应污区10%的有效爬距。因此, 可忽略双联串和单联串CF故障成本费用差异。
6) 不考虑通货膨胀影响。
2.4 绝缘子LCC成本经济分析
根据绝缘子全寿命周期LCC成本模型和文献[1]的输电线路LCC模型, 针对玻璃绝缘子和复合绝缘子, 以直线塔采用悬垂复合单联串为基准方案, 对广州电网典型架空线路采取双联悬垂串和单联悬垂串进行经济分析。
对于新建线路, 采用不同悬垂串型线路的本体投资差异和LCC年费用详见表3~表5所示。其中LCC年费用为年最大负荷利用小时数4 000h、电力工程回收率8%、30年, 电价0.5元/度情况下计算数据。
110 k V~500 k V新建线路相同悬垂串型下玻璃绝缘子的本体总投资略优, 复合绝缘子则本体一次基建投资略优。其中在线路全生命周期中, 计及线路后期技改费用, 采用悬垂玻璃单联串方案最优, 其本体一次基建投资提高了0.24%~0.56%, 本体总投资降低了0.05%~0.29%, LCC年费用降低了0.01%~0.08%。
对于老旧线路改造, 采用不同悬垂串型时的LCC年费用计算如表4所示。
老旧线路悬垂串改造年费用均较低。对于110 k V、220 k V老旧架空线路, 相同悬垂串型复合绝缘子LCC年费用略优, 其中悬垂复合单联串LCC年费用最优, 悬垂玻璃单联串LCC年费用略次之。对于500 k V老旧架空线路, 悬垂玻璃单联串LCC年费用最优。
3 输电线路外绝缘配置建议
1) 新 (扩、改) 建输电线路耐张串应选用玻璃绝缘子;悬垂串 (包括跳线串) 宜根据污区等级选用玻璃绝缘子或复合绝缘子:110 k V、220k V、500 k V输电线路a、b、c级污区宜优先选用玻璃绝缘子, 110 k V、220 k V、500 k V输电线路d、e级污区宜优先选择复合绝缘子。
2) 为避免重复调爬, 减少污闪风险, 新 (扩、改) 建输电线路外绝缘配置宜尽可能考虑配置一步到位, 耐张串绝缘子统一按e级污区爬电比距的上限来配置, 悬垂串 (包含跳线串) 绝缘子串在考虑塔窗距离的前提下按现有绝缘子可满足最高爬电比距要求配置。
3) 为加强线路绝缘, 提高线路防雷性能, 在满足风偏和导线对塔身距离要求的前提下, 应适当增加绝缘子片数或采用干弧距离较长的复合绝缘子。
4) 为确保线路运行可靠, 不发生掉串事件, 110 k V~500 k V架空线路复合绝缘子均应采用双联配置 (跳线串除外) 。500 k V架空线路和承担重要负荷的110 k V/220 k V核心骨干网架、重要用户供电线路, 全线悬垂串可酌情考虑采用玻璃双联配置。
5) 玻璃绝缘子宜选用普通型玻璃绝缘子, 减少使用钟罩型或深棱型绝缘子;通过技术经济论证, 可选用外伞型玻璃绝缘子。
6) 运行中的输电线路进行外绝缘水平调整时, 应尽可能按 (1) ~ (5) 要求一步调整到位。同时为避免运行线路设备的不必要浪费, 在调爬技术条件允许情况下, 应尽可能避免整串更换绝缘子型式。
4 结束语
通过对广州地理气候特点和输电线路外绝缘现状的分析, 从全生命周期角度对悬垂串型进行技术分析, 同时结合南方电网杆塔典型设计, 提出输电线路外绝缘宜综合考虑防风偏、防污和防雷等技术要求, 并提出相关建议, 以提高广州电网输电线路的安全稳定运行水平。
摘要：分析广州电网线路外绝缘现状, 结合广州气候特点和线路安全稳定运行需要, 根据全生命周期成本理论, 对架空线路悬垂串型进行技术经济分析, 并按照综合考虑输电线路防风偏、防污和防雷的性能要求, 提出适于广州电网线路绝缘子选型及外绝缘优化的建议。
关键词：全生命周期成本 (LCC) ,绝缘子选型,外绝缘优化
参考文献
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产品外绝缘分析 篇2
关键词：固体介质,产品,绝缘设计
1 气体中沿固体介质表面的放电
(1)固体介质处于均匀电场中,固、气体介质分界面平行于电力线。工程上很少遇到这种情况,但常会遇到介质处于稍不均匀电场中的情况,两者有很多相似处。(2)固体介质处于极不均匀电场中,且电场强度垂直于介质表面的分量要比平行于表面的分量大很多。套管就属于这种情况。(3)固体介质处于极不均匀电场中,但在介质表面大部分地方,电场强度平行于介质表面的分量要比垂直分量大。支柱绝缘子就属于这种情况。
2产品绝缘设计
2.1 污秽等级的确定
2.2 海拔高度对外绝缘的影响
随着海拔高度增加,大气压力下降。从而其相对密度也下降,因此外绝缘的放电电压也将随之下降。
海拔高度对外绝缘放电电压的影响可根据一些经验公式估计。我国国家标准GB311.1-1997《高压输电设备的绝缘配合》规定:对于拟用于海拔高于1000m,但不超过4000m处的设备的外绝缘及干式变压器的绝缘,海拔每升高100m,绝缘强度约降低1%;在海拔不高于1000m的地点试验时,其试验电压应按本标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正系数Ka。
Ka=em(H-1000)/8150
式中H-设备安装地点的海拔高度,m-对于工频、雷电冲击和相间操作冲击取1。
2.3 绝缘爬距计算
根据JB/T5895-1991《污秽地区绝缘子使用规则》,计算爬距公式:
爬距=电压等级*污秽等级*直径系数*高度系数
例如252k V电压等级的灭弧室瓷套,运行海拔1500m,防污等级Ⅲ级:爬距=252*25*1.1*1.05=7277mm,考虑到高度比实际爬距大3%,折合后为7500mm。
2.4 湿闪络电压
湿闪络电压是户外绝缘子最重要的性能指标,绝缘子在雨天应仍能承受住操作过电压的作用。湿闪络电压是决定户外绝缘子外形结构的最主要因素。
垂直安装有伞的棒形绝缘子在标准雨下的工频湿闪络电压(有效值)可用如下经验公式计算
Uf=E1L1+E2L2k V
式中:E1——淋雨表面的闪络场强(有效值),k V/cm;
E2——空气间隙的闪络场强(有效值),k V/cm;
L1——湿闪路径中的淋雨表面长度,cm;
L2——湿闪路径中的空气间隙部分长度,cm;
上式适用的L1、L2范围为7~125cm。L2是指湿闪路径中各空气间隙最短距离之和。例如图中,L2=AD+A'D'+A''F,而L2=EA+DA'+D'A''+FG。E1可由图3-24查的,E2(有效值)可取为3k V/cm。
3 影响表面放电的因素
脏污表面沿面放电过程中,表面泄漏电流是起主导作用的因素。泄漏电流与污秽层的电导、大气湿度、电源和加电压的方式以及介质表面形状和极间距离有关。以下简单讨论影响污闪电压的主要因素。
3.1 污秽物质性与污染程度
绝缘子表面的污秽沉积物多种多样,使闪络电压降低最显著的是含有可容性盐类或酸、碱的积尘。一般来说,绝缘子的污闪电压随污染程度的增加而降低,污染严重时这种下降已很缓慢,但此时其污闪电压常常已经低于工作电压力。
3.2 大气湿度
干燥污秽的电阻很大,通常它不降低绝缘子的闪络电压,但当它空气相对湿度超过50%~70%时,随湿度增加,闪络电压迅速下降。实际运行表明,绝缘子污闪事故都发生在雾、露、融雪和毛毛雨等高湿度天气。
3.3 绝缘子伞裙形状、直径对耐污性能的影响
对绝缘子耐污性能有影响的几个有关伞裙形状、直径等参数简述如下,在选用绝缘子时推荐考虑这些参数,绝缘子耐污性能的优劣要经过污秽试验及实际运行的检验才能确定。(1)表示伞裙形状的参数。伞间最小距离(c)。具有相同伞径的相邻伞之间最小距离,由上一个伞滴水缘的最低点到下一个伞表面垂线的长度,该值反映了淋雨情况下相邻两伞放电桥接情况,一般c应大于30mm。伞间距和伞伸出之比(s/p)。s——伞间距,指相邻两伞间同位点间距离;p——伞伸出;s/p——反映了自洁性能,该值一般不小于0.8,对于无棱光伞一般不小于0.65。
大小伞。两伞伸出之差(P1-P2)应不小于15mm,以免淋雨条件下两相邻伞间桥络。同样的污染和受潮条件下,介质表面形状、两极间的沿面最短距离即爬电距离是影响污层电阻,因而也是影响污闪电压的重要影响。爬电距离增加时污闪电压也增加,两者近似成正比关系。(2)直径的影响。支柱绝缘子或绝缘套随平均直径(Dm)增加,耐污秽性能要下降,推荐直径系数(Kn)如下:平均直径Dm<300mm,Kd=1;300mm≤Dm≤500mm;Kd=1.1;Dm>500mm,Kd=1.2。平均直径可简单计算如下:Dm=0.5*(D1+De);Dm=0.25*(De1+De2+2D1);按污区级别选定的爬电比距值与相应直径系数(Kd)的乘积,作为考虑直径影响应选用的爬电比距值。
3.4 灭弧室两端电极结构对外绝缘影响
静、动端电极处场强一般不大于3k V/mm,可保证产品在运行时,有一定的裕度,满足使用要求,根据计算结果,有时需优化电极结构。
参考文献
[1]JB/T5895-1991污秽地区绝缘子使用导则[S].
外绝缘优化 篇3
高压电力设备的外绝缘放电状况恶化造成事故的危害非常严重,对其外绝缘放电状况及时做出准确的评估是预防事故的必要手段,对电力系统的稳定运行有重要意义[1]。检测设备的局部放电是对外绝缘放电状况做出评估的主要手段,目前检测局部放电的手段主要有红外成像法,紫外成像法、脉冲电流法、超声法、超高频法,以及本研究室提出的紫外脉冲法[2,3,4]。这些检测法解决了信号采集的问题,获得了绝缘子放电强度,但是并没有考虑到温湿度等环境因素对放电的影响,因此,并不能直接由放电得到绝缘子的外绝缘放电状况。
在此,采用紫外脉冲法对绝缘子放电量进行检测,提出了一种基于模糊推理的外绝缘放电状况评估方法。首先,采用非电量的检测手段检测设备放电的紫外脉冲数量,再结合环境因素影响进行模糊推理对绝缘子的外绝缘放电状况做出评估。避免了单纯根据放电强度的简单数学统计规律来判断外绝缘放电状况,采用模糊集理论对检测到的信号进行综合分析,有效解决了输入信号相互影响和影响程度的不确定性的问题。
1 紫外检测装置
设备放电时辐射出来的紫外光反映了其局部放电的强度,测量电晕放电中的紫外光脉冲可以判断局部放电的强度。太阳光中由于臭氧层的过滤不含UV-C波段紫外光,故将UV-C波段紫外光作为检测特征量。装置采用只对185~260nm范围内的紫外光响应的传感器,对设备实现全天候监测[5]。
在相同的外绝缘放电状况下,由于环境因素的影响,会产生不同的放电强度。要对外绝缘放电状况做出评估,单凭电晕放电脉冲一概而论是很武断的,应该考虑环境因素的影响。影响放电强度的因素很多,其中温度和湿度是主要因素[1,2]。另外,雨雪霜雾、鸟粪、人为破坏等某些偶然性因素也会对局部放电强度产生影响,但是这些因素存在随机性,大多是不可预测的,其对放电强度产生的影响也是不可预测的[1]。另外,海拔的影响也不予考虑。下面的研究中将不考虑上述因素的干扰,以温度和湿度作为影响放电强度的主要因素。
图1所示为紫外检测装置示意图,首先需要对单位时间内的局部放电脉冲数P、现场温度T和现场湿度H等三个量进行检测,将检测数据送给监测服务器处理,采用模糊推理方法获得设备的外绝缘放电状况[5]。检测仪器安装在壁山田家湾变电站天壁线的杆塔上,对准A相绝缘子,绝缘子为瓷质绝缘子,进行全天候放电监测,监测数据每两小时由GSM网络传输到监测服务器。
2 模糊推理模型
由于上述三个量之间关系的复杂性,要根据这三个量来对外绝缘放电状况做出评估,已经超出了经典数学所能处理的范围。在此采用了模糊集理论中的多段复合模糊蕴涵推理[6]方法进行分析。
要应用模糊推理,需要进行数据分析,然后根据数据分析的结果进行隶属度函数的求取和模糊推理规则的建立,最后对模型进行一些测试。而隶属度函数的求取和模糊推理规则应该建立在一定的经验上[6,7]。针对隶属度函数的求取和模糊推理规则的建立过程,以几个杆塔一段时间内的监测数据作为现有的经验,数据包括单位时间内的局部放电脉冲数P、现场温度T和现场湿度H。
2.1 数据分析
同一个设备在相同的外部环境下(H、T相同),测量得到的紫外脉冲数目大小P反映了设备的外绝缘放电状况J的好坏,P与J之间的关系为线性的,P-J关系为:
根据壁山变电站接收到的数据采用描点的方法绘出数据中H、T分别与P之间的关系,如图2所示。数据传输、仪器断电所产生的异常数据剔除异常数据后,从数据分布可以得到温度T对局部放电的影响是呈线性关系的;同样湿度H对局部放电的影响呈指数关系,湿度H在70%左右时会发生较大的转折,对数据进行描点后,采用曲线逼近的办法,可以得出在外绝缘放电状况J相同的情况下,T、H分别与P之间的关系为
从数据可以看出,温度和湿度对局部放电的影响与先前的相关研究结论相符,于是可以描绘出不同的外绝缘放电状况下的H-P与T-P关系图,如图3所示。
通过两图中三角形ABC中的几何关系与式(2),可以分别得出
可假定T、H分别与J的关系为
2.2 模糊集合和相应的隶属度函数
有了P、T、H与J的关系作为依据,接下来就可以建立起模糊集合和相应的隶属度函数。定义P、T、H和J的论域及其上的模糊集合分别如下所示:
P—论域:[0,4500]模糊集合:{PLL,PLM,PLH,PML,PMM,PM,PMH,PHL,PHM,PHH};
T—论域:[0,45]模糊集合:{TLL,TLM,TLH,TML,TMM,TM,TMH,THL,THM,THH};
H—论域:[0,100]模糊集合:{HLL,HLM,HLH,HML,HMM,HM,HMH,HHL,HHM,HHH};
J—论域:[0,1]模糊集合:{JLL,JLM,JLH,JML,JMM,JM,JMH,JHL,JHM,JHH};
定义隶属度函数的曲线为三角形,确定出模糊集合的隶属度函数[8],其曲线如图4所示:
2.3 模糊推理规则
按照前面得出的经验,将各模糊集合对应的模糊概念代入P、H、T分别与J的关系,就可以得出一系列模糊推理规则。以从H入手为例,当P=PLM,T=TLM时,根据此条件下的H-J关系,可得出如下模糊推理规则:
将这些模糊概念对应的值描在图5中,可以看出,上述模糊推理规则很好地表现出了H与J之间的关系,表明由此建立的模糊推理模型应该具有一定的准确度。
按照上述方法,分别改变P或T后,可以得到其他各种情况下的一系列模糊推理规则,在穷尽所有P、T和H的组合后,就得到了所有的模糊推理规则[6,7,8]。鉴于篇幅问题,具体的规则就不再赘述。
2.4 建立模型
模型计算具有较大的计算量,采用Matlab中的FIS编辑器协助处理。在FIS编辑器中输入各个输入、输出量的模糊集合与隶属函数曲线以及模糊推理规则后,FIS编辑器就可以自动生成所需的模糊推理模型[7,8],在FIS编辑器的曲面观测器中可以看到各输入、输出量的关系曲面,如图6所示。
可以看到,曲面观测器中输出的函数关系与我们所预期的完全一致,P-J关系、T-J关系和H-J关系都与2.1节中讨论的结果吻合。
3 模型测试与试验数据分析
为了检测上述模糊推理模型,在simulink工具箱中采用模糊逻辑控制器模块,将FIS编辑器生成的模糊推理模型导入后,输入T、H和P三个输入量,进行仿真模拟[6,7,8],验证结果是否与理论分析和试验情况一致。
将监测数据进行统计,可以得到绝缘子外绝缘放电状况的变化趋势,对研究和了解绝缘子的外绝缘放电状况很有帮助。取壁山田家湾变电站监测数据逐一进行评估,图7为某三天数据分布,可知绝缘子外绝缘放电状况评估值始终稳定在0.1与0.2之间。
仪器每两个小时采集一组数据,一个月将产生360组数据,将具有完整监测数据的某三个月进行统计,统计结果如图8所示,从图中可以看出,数据集中在0.12~0.17之间。
正常情况下,绝缘子在一个较短的时间内外绝缘放电状况不会发生较大的变化,从这个角度来讲该方法是准确可靠的。从试验结果可以看出,综合了放电的影响因素,可以直观地获得绝缘子的放电状况,为设备检修提供数据参考。从原始数据得知,温湿度对放电的影响比较大,而在统计数据中放电状况数据之间的相对差异还比较大,这可能是模型建立中忽略了污秽、雨雪天气等外界影响因素造成的。
在前面讨论中并没有采用精确的函数关系,而是用接近的函数关系去模拟,可以做到比较准确,但是仍然存在一定的误差,这是不可避免的。为了进一步减小这些误差,应当在实际的检测和运行中不断地根据误差对参数进行必要的修正,以使系统参数不断逼近最精确的值。
4 结论与展望
采用紫外脉冲法检测设备放电强度,利用模糊推理进行信号分析,建立了一套可以用于对绝缘子进行外绝缘放电状况评估的系统,根据单位时间内的紫外光脉冲数,结合环境因素对外绝缘放电状况做出理性的判断。该系统不仅能够指明外绝缘放电状况——较好、正常、较差——更能对该外绝缘放电状况给出一个确定的值,进一步可以得到外绝缘放电状况的变化过程,对电力设备的运行维护具有极其重要的实际意义。
有了放电强度和温、湿度,可以为分析绝缘子的外绝缘放电状况提供参考。下一步工作应着手于降低数据分析的工作量,提高工作效率;另外在各地增加监测点,获得足够的数据来统计分析,进行参数修正工作,完善算法,使其得到推广应用。
参考文献
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外绝缘优化 篇4
雾霾是我们比较熟悉的常见物,也是近几年常见的一种大气污染物。雾霾这种气体中含有很多的对人们健康有害的危险成分,可想而知,在人们吸入后有很大的危害。在一些发达地区,人口密集处,雾霾出现的频率更高,而且延续时间长,不仅危害了人们的健康和生活,而且对和人们生活息息相关的输变电设备的外绝缘性也造成了严重的影响。它可以降低输电和变电设备的绝缘性,增加输变电设备的湿度和污秽度,导致输变电设备会出现污闪事故,造成大量断电的现象。这种事例在我国范围内已经频繁发生,每年的统计都可达几百次,不仅严重的影响了人们的日常生活[1],还给一些工业生产造成了大量的损失。因此,我们要制止这种现象的发生,但是我们首先要明白什么是雾霾。
1 雾霾的大致介绍
雾霾这个词,我们也可能会首先会想到“雾”这个词,但是他们却有着截然不同的含义。雾它是有一些微小的水分子构成的,这些微小的水分子漂浮在空中,然后和空气混合在一起,就造成了空气的浑浊。但是雾的水平能见度是小于1千米的一种现象,它的湿度一般在百分之九十以上才会达到饱和的状态;而霾的组成部分不再是一些微小的水分子,而是一些细小的干尘粒,而且是大量的,均匀的漂浮在空气中,它的水平能见度是小于10千米,使天气的浑浊度增强的一种天气现象,而它的湿度却是在百分之八十一下就达到了饱和度。这就是雾和霾的最明显的区别,一般有大雾的时候,会伴随着霾的产生,但是霾的产生却比大雾出现的频率高,因此我们经常会用雾霾来描述这种天气现象。雾霾现在已经成为一种污染率高的天气现象。
2 雾霾天气对输变电设备外绝缘的影响分析
我们知道,雾霾天气会对输变电设备的外绝缘设备的影响主要存在两方面,第一方面,雾霾天气的湿度可以使输变电设备的表面的湿度增加,会导致污闪事故的发生,这里面主要的影响因素是雾水的电导率;第二方面,雾霾会对输变电设备外绝缘的污秽度增加,这就会导致漏电现象的产生。这两种影响都会对人们的正常生活构成了威胁[2]。
2.1 对雾水导电率因素的分析
雾水导电率在雾霾天气对输变电设备中是作为主要的影响因素。在这个影响因素中,雾水电导率会随着输变电设备外绝缘表层湿度的增加而会变得越高,反之,输电变电设备外绝缘表层的湿度降低的时候,雾水导电率的值会变小。但是这个输变电设备外绝缘表层的湿度主要取决于雾霾的相对湿度的饱和度,如果,雾霾的相对湿度的饱和度高的时候,这时候雾就有相对高的湿度,这时候输变电设备外绝缘表层的湿度也会增加,然后雾水电导率的值也会增加。
最重要的是输变电设备外绝缘的这种特性会由于雾水电导率的值而降低,这就直接影响了输变电设备外绝缘的性能,外绝缘的性能被降低,这使输变电设备在正常电压下都无法正常工作,而最终导致大范围的停电现象,这就是我们所说的污闪事故。而且现在工业化生产日益迅速,环境遭受到了重大的污染,那种含有纯雾的天气已经罕见,而越来越多的雾霾天气大范围的产生,直接导致了频繁的污闪事故发生。
2.2 雾霾对输变电设备外绝缘表层的污秽度的影响
由于雾霾天气的频繁发生,这种天气使外绝缘表层的性能会因为雾水电导率的升高,绝缘的性能就会变低,而且同时外绝缘表层的污秽度也是和雾水电导率的值成正比,电导率高,污秽度也会增加。因为,雾水电导率高,说明雾霾的湿度重,然后说明雾霾中的污染物含有的重量大,而这些颗粒的污染物会由于重力的影响,导致输变电设备外绝缘的污染范围会增大,然后久而久之,外绝缘表层的污秽度会增加[3],产生大量的漏电、放电现象,给工业的生产,和人们的生活都产生的不良的影响。
3 雾霾天气对输变电设备外绝缘的一些措施研究
雾霾天气发生的频率越来越高,对输变电设备产生越来越大的影响,导致一些污闪事故频繁发生,试想在人们正常工作的时候,发生这些大面积的停电现象,这时人们的生活就无法正常运行;对于企业来说,企业正在进行着正常的工业生产,然后在没有任何预防的情况下,就出现了大范围的停电,这时正常的工业生产就无法进行,这就可能会给企业带来无法想象的损失,无疑给人们和社会都带来了严重的影响,影响了社会的发展战略目标。
对于漏电放电现象,我们更不能小觑,尤其是在阴雨的天气下,人们正在正常的行走,而这时输变电设备却产生了漏电或放电现象,可想而知,会对人们的生命构成一种威胁。所以,为了人们的健康和保证正常的工业生产,我们必须制止这种现象发生。但是前提是我们要采取科学合理的措施才可以,用这些措施去进行预防,防止不好的现象产生,而且同时要保证输变电设备正常运行。
3.1 根据盐密度的大小去进行清污处理
我们在前面知道[4],污闪现象的发生主要是由于输变电设备外绝缘表层的污秽度增加,而污秽度的导致是由于雾霾中含有的污染物所影响的,而这种污染物主要是雾水中的盐离子所构成,因此我们在对输变电设备外绝缘表层的污秽度进行清理的时候,需要根据盐密度的大小去清理污秽。但是这需要做到以下三点,首先,在进行清理污秽的时候,同时还要去调整输变电设备绝缘子之间的距离,进而提高外绝缘的绝缘性。其次,线路有很多种,对于不同的输变电线路,也要对他们进行不同的对待,因为线路之间他们所受的污染的污秽度也是不一样的,而且他们的绝缘性能也不同。最后,如果在检查的过程中,如果发现输变电设备外绝缘的污秽度比较重,盐密度高,那么它其中的绝缘子就要去采用专门的防污的一种以玻璃为原材料的绝缘子,然后提高外绝缘的性能。
3.2 在进行清理污秽的时候,还有去考虑其他的因素
在进行清理输变电设备外绝缘表层污秽的时候,不能只去调整外绝缘设备的爬电比距,同时还要考虑绝缘子它自身的高度,然后还有决定爬电比距的一些因素去决定的。一般情况下,外绝缘有一种对污秽有自身的承受力,而这种承受力和爬电比距之间的关系是呈一种线性的关系当绝缘子所具有的结构高度的到达一定适宜值的时候,这时候绝缘子所承受的污秽度的能力和绝缘子之间的爬电比距都达到了饱和度,然后又由于绝缘子的污秽承受力与爬电比距又有很大的关系,这时候绝缘子的污秽度也会随之变化。由此可以看出,我们在安装一些输电设备的时候,还要考虑到绝缘子的爬电比距,和它所具有的结构的高度,如果在有的绝缘子会安装一些防污类型的一些伞裙造型的绝缘子,这时候伞裙造型的高度也是我们要考虑的对象。因此,我们在进行对输电设备的外绝缘进行清污处理的时候,不能只单一的考虑一种因素,要把这几种因素结合起来才可以。
3.3 输变电设备伞间的距离需要注意
因为在选择输变电设备的时候,有的时候输变电的爬电比距在增大的时候,它会引起输变电设备伞间的距离变小,在这种情况下,输变电设备也会出现污闪事故。所以这点我们在选择输变电设备的时候,这点是需要注意的[5]。还有一点就是,在对输变电设备外绝缘进行防污措施处理的时候,我们还可以在输变电外绝缘设备上涂抹具有一些防污性质的涂料,但是我们在选择这些防污性质的涂料的时候,一定要注意这些涂料的性能和质量,才能保证这些涂料在输变电设备外绝缘上的防污效果,也同时要注意不要出现其他的问题,这些都是需要注意的。
4 结语
综上所述,雾霾天气对输变电设备外绝缘特性上有着重要的影响,造成了污闪事故的频繁发生,给人们的生活和生产带来了不便。为了制止这种现象的发生,需要我们采取一些防治措施,但是要注意保证其效果,这样不仅可以保护输变电设备外绝缘的绝缘性,和减少污秽度,更重要的是保证输变电设备健康良好的运行。
参考文献
[1]宿志一.雾霾天气对输变电设备外绝缘的影响[J].电网技术,2013(08).
[2]任苗壮,李泉涛.论雾霾天气对输变电设备外绝缘的影响[J].电子技术与软件工程,2014(22).
[3]苏勤,隋明超,杨旭龙.浅析雾霾天气对输变电设备外绝缘的影响[J].科技经济市场,2015(07).
[4]胡长猛,谢从珍,袁超,李立浧.雾霾对输变电设备外绝缘特性影响机理综述[J].电力系统保护与控制,2015(16).
外绝缘优化 篇5
高压电缆护套缺陷，根据被发现的时段分为两大类，敷设中的损伤及运行后形成的缺陷，分别由竣工试验及预防性试验发现。目前，外护层大多采用HDPE护套料，在工厂内已通过直流25kV/5min的耐压试验，泄漏电流低至几十μA, 因此，竣工试验暴露的缺陷大多由敷设过程中，包括填土及盖板过程中外力损伤所至。运行后的缺陷通常有：
1)外力损伤电缆护套或接地线绝缘;
2)原有缺陷点的劣化;
3)白蚁咬伤;
4)接地箱进水接地线分叉部分透潮使绝缘电阻下降。
高压电缆护套缺陷造成后，有时因为电缆埋设过深，或周围情况复杂，使定位十分困难，有些缺陷点历经多年不能解决，给运行留下了隐患。本文总结了110kV及以下交联电缆外护套绝缘缺陷定位方法。
2 原理与设备
定位一般由粗测定位和精测定点两个步骤完成：
1)粗测定位
粗测定位可采用二种方法：
(1)电桥法，定位准确，操作方便，但易受干扰。电桥法定位，如图1所示：
B相电缆全长为L，距测量点L1处有护层故障点P，对地电阻为Rp。金属护套材料为铅或铝，甚至不锈钢，与电缆线芯相比，电阻稍大，均匀分布。因此，XP及PM间的电阻之比，等于其长度之比。图中ZGH为高压恒流源，r为比例臂电阻。
其电路原理如图2，上述接法通常称为Murray电桥，XP间的金属屏蔽层电阻为
R1, PYNM间的金属屏蔽层电阻R2。
接入电桥后，构成如图2电路图中r1+r2=r0
通常，故障点绝缘电阻由塑料护套，土壤等因素决定。大小从几十Ω至几MΩ，随电压上升下降明显，但不稳定。电桥的灵敏度正比于流经电桥的电流，并且要求电流稳定，电桥才能平衡，因此，设计高压电源，强制稳定电流通过故障点电阻是电桥法成败的关键
P为指示比例臂电阻的刻度盘读数。
因此L1=2·P‰·L
电桥法定位准确，操作方便。要求短路线电阻低，在已竣工的电缆线路上容易实现。如利用终端尾管上的接地端，或在交叉互联箱内，用铜排短路接地线端子。
但电桥法易受干扰。构成桥路的两根电缆包含很大的面积，附近正在运行的电缆，汽车火花塞的干扰，化学电势等等，使电桥无法平衡，此时，用电阻(电压)比较法粗测定位更为实用。
(2)电阻(电压)比较法，精测定点采用跨步电压法。HDK-1跨步电压指示器。电阻(电压)比较法定位，如图3所示。
图3中，XP及PY间的电阻之比，等于其长度之比。若在X点与地之间加高压，电流经Rp流入地。通常Rp值较大，与所加电压有关，电流往往不稳定，专门设计的高压定位电源，强制电流稳定，且在20～100mA范围可调。电流越大，信噪比越高，测量精度越好，但过大的电流引起护层故障点创口扩大，难于维修。因此，电流满足需要即可。相同电流值下，测量XP段的电压降U1, PY段的电压降U2, 得到
基于上述原理, 可以引申出许多不同接线方式，图3是一种典型的接线。
定位电源强制电流稳定并可调节，稳定在需要的电流值，是保证定位精度的关键，我们专门设计的定位电源，电气性能如下：
(1) 试验电压：0～15kV连续可调，负极性;
(2) 输出电流：10kV时30mA;
(3) 最大短路电流连续方式下100mA，脉冲方式下1A。
上述测量中，利用了B相线芯为电压测量回线，A相线芯将电流加至Y端。但有时线芯不能引出，如电缆尚未开头。有时线芯无法引出，如在中间接头处。只好利用另两相的金属屏蔽层为测量回线，如图4。
为方便连线，特别设计了连接套环，如图5。套环上均匀设置了固定端、电流端及电压端。粗测定位时，电流端加恒流高压，电压端测量电压，避免了引线电阻及接线电阻引起的误差。应将套环所在位置的外护套半导电层刮干净。6只套环分别安装在3根电缆两端，用力顺时针旋转电压、电流端旋钮，直到探针穿透外护套为止。图4的抗干扰能力更强，应优先采用。
2)精测定点
电压测量误差，电缆总长度误差，及电缆蛇形敷设引起的偏差等，使定位不准。通过跨步电压法定点最有效，如图6。
从护套不良点流入土壤的电流，如图6中所示，电源电压为负极性，土壤表面电位呈漏斗状分布，跨步电压法正是通过探棒寻找土壤中电势最低点或跨步电压零点，精确定点。
跨步电压指示器与探棒相连，能指示脉动型跨步电压的大小与方向。
土壤表面跨步电压最大值，与注入电流成正比，与土壤导电率、电缆埋设深度，电缆与土壤接触程度(如部分悬空、电缆槽盒、盖板)等等因素有关。通常为几mV至几十V。能否测得真实的跨步电压是定点的关键。实际中mV级的跨步电压往往淹没在上百mV的背景干扰中，HDK-1跨步电压指示器专门设计了滤波线路，将脉动型的有效电压从缓慢变化的背景干扰中提取出来。合理的跨步电压电源也是成功的关键，通常有3种形式：
(1)脉动型，通过断续加压，可区分信号电压及干扰，短路电流越大，信号越强，电流的选择应以满足要求但不烧坏电缆为宜。
(2)脉冲型，脉冲时间较脉动时间更短，峰值电压可高压数kV，灵敏度更高，通常用于埋设很深的护套定位。
(3)音频源，其稳定的交流信号可穿透绝缘管、水。选频放大利于提高灵敏度，通常用于水底定点，大面积水泥广场下的电缆及绝缘管内电缆的定点。
与主绝缘定位相比，查找护套缺陷时丰富的经验更为主要，因为情况复杂，干扰繁多，查明原因比采购昂贵的仪器更为关键。有时过于自动化的设备反而得出不合逻辑的结论，无法定位。特殊情况处理办法：
(1)若电缆正上方为水泥路面，无法插入探棒，可在与电缆平行的土壤中插入探棒，进行定点，如图7。
(2)桥架电缆，通常加20mA电流便可使护套烧蚀冒烟雾，加持续电流，沿隧道巡查。有时缺陷点正好位于固定夹箍内，看不到烟雾，只能逐段测量电缆表面电位。
(3)绝缘穿管内的护套缺陷，无法采用跨步电压法。可测量管子端部电缆表面的电位分布, 若两端电位分布方向相反，可断定护套缺陷在穿管内。若穿管浸没于水中，可测量水中电压分布。
(4)多个缺陷点定位。通常无法判断是否有多个缺陷点。粗测估计点一般靠近最严重的缺陷点。先排除该点，再定下一个。
3 定位实例
1)外护套刮伤。牵引电缆过程中易刮伤护套。
2)覆土时的砸伤。电缆正上方有一个小凹孔，可能为覆土时损伤的护套。
3)接地线损伤。在运行线路中占有相当比重，一类为单芯接地线外护套划伤，应避免在玻璃钢盒外面分叉连线，迫不得已时应局部灌胶密封。
4)接地箱不良。接地箱不良时往往渗水，造成绝缘电阻偏低，也观察到过绝缘撑板夹层受潮击穿引起电阻下降。
5)半导电层没有刮干净。曾遇到附件安装时石墨层清除不彻底，造成接头盒内绝缘电阻偏低。
4 结论
4.1 原因
影响高压电缆系统金属护套绝缘的4个部分：
1)电缆本体护套绝缘;
2)接地线绝缘;
3)接地箱内部绝缘;
4)电缆附件内护套绝缘;
这次修复的10个点，属1) 类的有3个，属2)类的有7个。接地箱密封可靠，内部干燥，表现很好。电缆附件内护套绝缘也无问题。第1) 类中的3个点，均为电缆本体护套绝缘损伤，运行后经长期浸泡，导致绝缘电阻下降。第2) 类中的7个点，4处是因为单芯接地线绝缘直埋敷设时被压坏。另3处为绝缘中间接头的同轴接地电缆分叉处绝缘不良。
4.2 建议
加强电缆敷设中护套绝缘的中间检测。如电缆敷设完成覆土后，未安装附件前的耐压试验，通常能检查出敷设过程的护套损伤，特别是穿管敷设时，如附件已安装完成，管内缺陷很难修复。当然，也会有一些缺陷需要长期浸水后才能暴露出来，因此，合理的线路设计，敷设时的精心施工，防患于未然，才是真正的解决之道。
单芯接地线不能直埋敷设，应采用穿管敷设，或用同轴接地电缆代用，其抗压能力较好。同轴电缆的分叉口应在中间接头的之内，因为分叉口处用绕包方式无法可靠密封，长期浸水，绝缘电阻肯定会明显下降。
外绝缘优化 篇6
关键词：雾霆天气,输变电设备,外绝缘,污闪现象
在生态环境污染指数上升的形势下, 雾霾天气污染逐渐成为人们关注的焦点, 随着雾霾天气的出现, 电网运行中输变电设备常常出现调闸现象, 给电网的安全高效运行提出了新的挑战。根据相关资料显示, 雾霾天气中其电导率高达数百西门子, 产生的相对湿度平均在80%左右。在雾霾形成初期, 空气中的含水量不断增大, 在重力的作用下逐渐接近地面, 如果雾霾污染越严重, 则与废弃烟雨层物质发生电离和氧化反应越激烈。在雾霾形成中, 浓度与细粒子平均直径成反比例关系, 在雾霾沉降的过程中, 严重污染输变电设备外绝缘的表面, 并且雾霾持续时间越长, 其对输变电设备外绝缘表面的污染越严重, 如果绝缘子爬电比距配置较小时, 将大幅度增加了输变电设备发生污闪跳闸事故的概率, 这在一定程度上将严重威胁着电网工作中的安全运行。
1 污闪机理
绝缘子污闪放电是指污秽表面层发热, 表面气体发生电离和烘干以及局部发生电弧的一种与热、电、化学因素有关的热动力平衡过程, 在一定程度上, 重度的雾霾大气污染降低了输变电设备外绝缘的耐受电压, 加之, 地面上飞起的扬尘以及汽车尾气中的电导率和盐含量, 致使绝缘子表面污秽层盐密度增大, 在适宜的湿度下, 将会形成导电层, 从而产生强烈的放电和漏电现象。
(一) 雾水电导率
绝缘子表面污秽的盐离子含量严重影响着输变电设备的外绝缘特性, 其中雾水电导率是影响绝缘子的主要指标, 如果雾霾污染严重, 高湿度的雾致使绝缘子表面污层更加湿润, 从而使电导率达到最大, 随着电导率的逐渐增大, 外绝缘特性呈现出降低的趋势, 此外, 雾霾也增加了绝缘子表面的污秽度。
(二) 雾霾对绝缘子表面污秽度的影响
在雾霾重力和雾霾颗粒大小的作用下, 绝缘子表面污染程度上端明显高于下端, 并且随着雾水电导率的变化而发生变化, 例如, 高电导率雾霾在带电绝缘子污秽度和绝缘子表面的沉积过程的作用下, 随着雾霾时间的持续以及雾霾中高含量的盐离子, 绝缘子表面沉淀了一些可溶盐, 使漏电放电现象频繁发生。
(三) 绝缘子污闪电压与雾霾
雾霾中富含有NH4、Ca2+、Na+、Mg2+、NO3-等离子, 在雾水电导率的逐渐增加的情况下, 其污闪电压逐渐降低, 绝缘子表面污秽度也不断增加, 当污秽度相同时, 污闪电压的高低是由绝缘子表面污秽中盐离子的含量直接决定的, 并且随着盐离子含量的增加, 污闪电压逐渐增高, 与绝缘子人工污秽相比, 雾霾污秽产生的表面污层更加牢固, 污层附着力更强, 这就是雾霾污秽比人工污秽更易导致污闪电压升高的原因。
在雾霾天气中, 绝缘子污闪电压与表面污秽度呈反比例关系, 当污秽度相同时, 绝缘子污闪电压主要与表面污层可溶盐的成份有关, 例如, 表面污层可溶盐成份为Na Cl时, 污闪电压最低。
(四) 绝缘子沿面放电与雾霾
在输变电设备长期运行中, 外绝缘表面沉积了大量的污秽层, 在干燥的大气中, 由于阻值非常大, 因此, 对绝缘子的外绝缘性能影响较小, 但是如果在雾霾天气中, 由于空气相对湿度较大, 绝缘子外表面电导率大幅度增加, 因此, 降低了绝缘性能, 在湿度达到一定程度时, 产生放电现象, 导致电线线路跳闸。
2 防污闪策略
输变电设备发生污闪常常导致大范围的停电, 给人们的生产生活带来了诸多不便, 甚至是一些灾难, 为了保证电网正常安全运行, 务必从爬电距离和清扫绝缘表面积污两个方面进行设备运行后预防污闪的发生。
(一) 根据盐密度和污秽等级对污闪现象的影响, 在输变电设备运行后, 及时对绝缘表面积污的清扫, 同时, 科学调整绝缘子的爬电比距, 在实际操作中, 分别采用不同的方法区别对待不同类型的线路。例如, 对于污秽严重的外绝缘线路, 通过将其绝缘子串更换为加装硅橡胶伞裙或防污型玻璃绝缘子串预防污闪现象的发生。
(二) 绝缘子的污秽耐受水平主要受爬电距离、绝缘子的结构高度以及爬距等因素的影响, 在一般情况下, 爬电距离与绝缘子的污秽耐受力成线性关系, 但是, 在结构高度一定的情况下, 爬电距离与绝缘子的污秽耐受水平趋向饱和。所以, 科学选择防污输电设备, 务必考虑伞裙造型、爬电比距以及结构高度等因素。
(三) 加强盐密值测量工作, 合理划分污秽等级。随着工业经济的快速发展, 一些新型污染源不断出现, 污秽等级也处于不断变化中, 务必及时更新污区分布图, 与此同时, 利用先进设备进行检测记录, 加强日常运维工作。
3 结语
综上所述, 雾霾天气能够改变输变电设备外绝缘性能, 在众多影响绝缘特性的因素中雾水电导率是关键。因此, 在输变电设备中, 务必根据实际情况, 合理设计绝缘配合, 绘制污区分布图并按照等级分类, 最大限度地将污闪事故降到最低。同时, 针对不同设备和自然环境条件, 加强新技术, 新材料的推广运用, 全面提高电网运行中的输变电设备抗污闪性能。
参考文献