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绝缘子的选型问题

日期:2019-10-23

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  1 各类绝缘子特性

  国内架空送电线路通常采用下列三种形式的绝缘子,即瓷制盘型绝缘子、钢化玻璃盘型绝缘子、棒式复合绝缘子。西方一些国家如德国、日本和美国等还采用不可击穿结构和深爬裙及中大爬距的棒式瓷绝缘子,国内目前也已开始生产,在我国部分500kV线路上已有使用。另外国内又新研制开发出有机复合耐污盘形悬式绝缘子,已在500kV线路上挂网运行。

  1.1 盘形瓷绝缘子

  目前,瓷绝缘子仍是电力系统中使用最广泛的绝缘子。超特高压绝缘子用高强瓷是由石英、长石、粘土和氧化铝焙烧而成。瓷的内部是结晶相、少量气孔和不均匀玻璃相构成的复合体瓷的理化特性主要由构成其微观结构组织的结晶相及玻璃相的种类与数量来决定。颗粒细腻,则相互间的结合力强,形成的瓷介质均匀,机械强度高,性能稳定。但是,颗粒细腻意味着干燥、成形和烧结等制造技术的难度加大。瓷是一种脆性材料,它的抗压强度比抗拉强度大得多。为了使电瓷有较高的机械强度,设计时应尽可能使瓷承受压应力。瓷件表面通常以瓷釉(glaze)覆盖,以提高其机械强度,防水浸润,增加表面光滑度。为提高瓷绝缘子的耐污闪性能,还开发了一种覆盖半导体釉的绝缘子。当绝缘子表面泄漏电流增大时,釉面发热使表面水分蒸发,从而阻止表面局部电弧的产生与发展,遏制污闪的发生。

  盘形瓷绝缘子具有良好的绝缘性能、耐气候性、耐热性和组装灵活等特点,被广泛应用于各级电压线路上。盘形瓷绝缘子属于可击穿型,随着运行时间的延长,其绝缘性能会逐渐降低,即通常所说的瓷绝缘子“老化”现象,尤其当瓷配方不完善、结构设计未尽可能优化和生产工艺控制不严时,该问题比较突出。目前国产瓷绝缘子的平均年老化率低于0.005%。

  瓷绝缘子的一大优点是当需要采用防污产品时,可设计成伞盘下表面光滑的双伞形或三伞型,这种形式由于其良好的空气动力学特性,十分有利于刮风条件下的自洁,积污率低,有效地提高了防污能力,特别适合于干旱、少雨和风沙多的污秽场合。

  1.2 钢化玻璃绝缘子

  玻璃绝缘子具有与瓷绝缘子同样的环境稳定性,生产工艺简单,易实现机械化,生产效率高。玻璃绝缘子主要成分是由SiO2、B2O3、Al2O3等酸性氧化物与Na2O、K2O等碱性氧化物组成,原料为包括这些成分的硅砂、长石、硼砂、碳酸钙,还有其他许多天然原料和工业药品。还要加少量辅助材料作为澄清剂和还原剂。在1300℃以上的高温下熔融成型后进行退火处理。急冷钢化使玻璃表层得到钢化。经过退火和钢化处理后,玻璃表面形成永久性的压应力,阻止其表面微裂纹的形成和扩散,使玻璃件机械强度显著提高。

  钢化玻璃绝缘子具有优良的机电性能及抗拉强度高、耐振动疲劳、耐冷热冲击、耐电弧烧伤、耐电击穿性能。还具有零值自爆的特性,因而无需对其进行绝缘测试。国内外的运行实践证明,钢化玻璃绝缘子具有长期稳定的机电性能,即具有较长的使用寿命。

  钢化玻璃绝缘子的缺点是因制造工艺所限,防污型只能做成钟罩式。若要提高防污性能,就必须增加棱的数量和高度。因此导致棱槽深、易积污、难清扫、自洁性能差。比较适合于灰尘少、雾天多的沿海污秽地区。对于少雨水地区,不容易浸入湿润,其局部干区,可阻碍泄漏电流和电弧的发展。

  另外,由于玻璃绝缘子自爆特点,有经过牧区工程反映,有些牧民将玻璃绝缘子当作投石取乐的对象。这种情况在美国也有类似说法,据AEP工程师介绍,由于有人喜欢枪击玻璃绝缘子,该公司线路一概不采用玻璃绝缘子。另外由于玻璃绝缘子自爆,其碎片散落地面有时会引起当地居民的投诉。

  1.3 复合绝缘子

  复合绝缘子的主要结构一般由伞裙护套、玻璃钢芯棒和端部金具三部分组成。其中伞裙护套一般由高温硫化硅橡胶、乙丙橡胶等有机合成材料制成;FRP芯棒一般是玻璃纤维作增强材料、环氧树脂作基体的玻璃钢复合材料;端部金具一般是外表面镀有热镀锌层的碳素铸钢或碳素结构钢。芯棒与伞裙护套分别承担机械与电气负荷,从而综合了伞裙护套材料耐大气老化性能优越及芯棒材料拉伸机械性能好的优点。

  复合绝缘子是一种新型的防污绝缘子,其具有强度高、重量轻、耐污性能好、易于安装和维护工作量小等优点。

  复合绝缘子在国际上已有30年的运行经验,经过长期的发展,材料配方不断改善,产品设计逐步完善,生产工艺趋于成熟。据2000年国际大电网会议公布的调查报告表明,复合绝缘子的损坏率为0.035%。

  国产复合绝缘子目前存在的主要问题是运行以后的机械强度下降,主要表现为运行2~3年后取下进行机械强度试验时发现,有的端头在低于额定机械负荷下芯棒出现较大的滑移或者从端部金具中脱出。这种情况在各种连接方式的端头中都发生过,采用外楔式的产品尤甚,甚至国外个别采用压接式端头的产品也发生过。此外还存在如伞裙老化、憎水性下降、不明原因的闪络、覆冰和积雪对复合绝缘子安全运行的影响等问题。特别在风沙大、紫外线强、干旱少雨的气候恶劣地区,在复合绝缘子的使用上应慎重考虑,并进一步深入研究。

  1.4 长棒形瓷绝缘子

  长棒形瓷绝缘子具有不可击穿、机械强度高、可靠性高、使用寿命长、耐污性能好、易于安装和维护工作量小等优点。

  长棒形瓷绝缘子已在30多个国家和地区有30年以上的运行经验,有记录的年损坏率在百万分之三以下。

  棒形瓷绝缘子90年代后期开始进入我国,首先试用的是华东的江苏和安徽电网(江苏500kV线路用598串,安徽110kV线路用198串)。目前,江苏使用的棒形瓷绝缘子比距为3.2cm/kV,安徽使用的比距为2.5cm/kV,均为德国CERAM公司产品,用于Ⅱ~Ⅲ级污区,运行约5900只,除重水泥污秽地区外都取得了良好效果。

  1.5 有机复合耐污盘形悬式绝缘子

  有机复合耐污盘形悬式绝缘子吸取了瓷绝缘子和复合绝缘子的优点,保持了瓷绝缘子稳定可靠的机械强度,并具备复合绝缘子的耐污性能好、重量轻的特点。已在500kV线路上挂网运行。

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