輸變電設備的污閃問(wèn)題分析

自20世紀90年代以來(lái)，我國輸變電設備防污閃工作取得了很大進(jìn)展。各地不同程度地調整了輸變電設備的爬電距離，相繼繪制完成了電力系統污區分布圖并得到執行，全國防污閃工作逐漸步人了規范化的軌道。正是由于這些工作的開(kāi)展，才使得我國在多次周期性的污閃事故中未造成重大經(jīng)濟損失和社會(huì )影響。但是，我國防污閃工作未能達到完全杜絕大面積污閃事故的發(fā)生，其根本原因何在?如何才能防止和杜絕大面積污閃事故的發(fā)生?值得大家探討。

1大面積污閃事故的主要特點(diǎn)和原因

自20世紀90年代以來(lái)，東北、西北、華北、華中、華東和華南都相繼發(fā)生過(guò)大面積污閃事故，其主要特點(diǎn)和原因可歸納為部分線(xiàn)路絕緣配置偏低、天氣惡劣、大環(huán)境污染降低了外絕緣強度、清掃質(zhì)量不高。不同時(shí)間和地點(diǎn)發(fā)生污閃的設備也有很大差別。如1990年華北大面積污閃事故，輸電線(xiàn)路主要發(fā)生在懸垂串上。變電設備故障多發(fā)生在母線(xiàn)、隔離開(kāi)關(guān)、阻波器等支柱絕緣子上，或未涂RTV和未安裝增爬裙或未及時(shí)進(jìn)行水沖洗的設備上。2001年大面積污閃事故中遼沈地區主要集中在I-Ⅱ級污區;華北、河南主要分布在Ⅱ-Ⅲ級污區;京津唐、河北、河南和遼寧電網(wǎng)凡全線(xiàn)使用復合絕緣子的線(xiàn)路幾乎都沒(méi)有發(fā)生污閃。線(xiàn)路污閃與1990年華北大面積污閃比較耐張串較多。變電設備的污閃主要發(fā)生在支柱絕緣子上(占閃絡(luò )總數的78.0%)特別是重污區雙聯(lián)支柱絕緣子。

2問(wèn)題的提出

2.1清掃的局限性

隨著(zhù)城鄉電網(wǎng)建設和改造、三峽工程、西電東送以及全國跨地域電網(wǎng)的建設，必須正視這樣的事實(shí)，對目前運行線(xiàn)路每年進(jìn)行清掃越來(lái)越困難，對于穿越山區線(xiàn)路，特別是500kV線(xiàn)路更是如此。問(wèn)題是現行標準GB/T16434-1996、JB/T5895-1991和GB5582-1993對污穢等級的劃分和外絕緣選擇皆是建立在清掃的基礎上。雖然清掃是絕緣子串恢復絕緣強度最有效的防污閃措施，但是客觀(guān)事實(shí)要求不應再將污絕緣設計建立在清掃的基礎上，尤其是新建或待建的工程。

2.2原污區分布圖存在的問(wèn)題

現行污區分布圖中劃分污級的鹽密是指由普通懸式絕緣子X(jué)P-70(X-4.5)及XP-160型所組成的懸垂串上的測得值。我國現運行線(xiàn)路已使用了玻璃絕緣子約4500萬(wàn)只(其中，南京國產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)了900萬(wàn)片)、復合絕緣子約400萬(wàn)支。不同材質(zhì)和型式的絕緣子自然積污特性與XP-70和XP-160不同，串型結構不同其積污特性也不同，且無(wú)系統的研究，這顯然會(huì )對污級的確定產(chǎn)生較大偏差。另外，所測的鹽密值大多是運行1年的最大鹽密。以上問(wèn)題可能會(huì )導致實(shí)際絕緣配置往往不到位。在今后的防污管理工作中，必須從根本上調整鹽密測量和污穢等級的劃分方法，重新制定污區分布圖的繪制原則。

2.3污閃的主要原因

現今使用的絕緣子污耐壓基礎數據是從短串的污穢試驗得到的，由于人工污穢電壓閃絡(luò )梯度與絕緣子串長(cháng)呈不嚴格的線(xiàn)性關(guān)系。因此，以污耐壓法進(jìn)行污穢設計時(shí)，由短串結果推算至長(cháng)串會(huì )帶來(lái)很大偏差。長(cháng)串試驗結果表明，單片污耐壓值低于由短串所確定值的40%。不同型式瓷、玻璃絕緣子的耐污穢特性并不隨爬電距離的增加而成線(xiàn)性改善。對傘型不佳的絕緣子，雖爬電距離增加較大，但污耐壓并未明顯提高，有的反而降低。雖然爬電距離增加較大,但局部爬電距離在污穢和受潮2個(gè)條件作用下易被空氣間隙放電短路，這充分說(shuō)明爬電距離的有效性對污耐壓的影響很大。GB/T16434--1996附錄D和JB/T5895-1991第6條皆明確指出在利用爬電比距法來(lái)進(jìn)行污穢絕緣設計時(shí)一定要考慮爬電距離有效系數。國內至今尚未系統研究爬電距離的有效性。以上這些原因無(wú)疑會(huì )導致污穢絕緣配置偏低或裕度偏小。

3解決污閃問(wèn)題的思路

解決污閃問(wèn)題主要是重新認識污穢絕緣設計。

3.1按爬電比距確定絕緣子串片數所存在的問(wèn)題.

目前，各國均按污穢水平劃分污級，并規定各污級對應的爬電比距，僅前蘇聯(lián)和我國按爬電比距的方法確定絕緣子串片數。前蘇聯(lián)與我國的設計又不同，不僅系統地考慮了爬電比距有效系數(一般取1.1-1.2)，還規定了不同污穢等級下50%人工污穢耐受電壓值，即220kV及以下電壓等級為對應額定電壓值，330kV和500kV分別規定為315kV和410kV，僅按GB/T16434-1996來(lái)進(jìn)行外絕緣設計，與前蘇聯(lián)相比無(wú)疑偏低。

3.2按污耐壓確定絕緣子串片數所存在的問(wèn)題

美國、日本和我國武漢高壓研究所等主要是以污耐壓進(jìn)行外絕緣設計，污耐壓皆以長(cháng)串真型試驗來(lái)確定。不同國家污穢絕緣設計原則相同，僅是設計參數取值不同。

由文獻[1]知，絕緣子串片數N為污穢設計目標電壓值UΦmax與單片絕緣子最大耐受電壓Umax的比值，而單片絕緣子最大耐受電壓Umax是σ、k的函數，σ、k越大，Umax越小，N越小，反之N越大。σ、k取定值后，按系統重要性考慮的修正系數k1，越大，N越大，即絕緣子串的污穢裕度越大。σ值一般由50%人工污穢耐受電壓試驗確定。由表1可知，不同國家污穢絕緣設計參數取值不同。σ值不同主要是由不同污穢試驗室等價(jià)性造成，而k值主要由線(xiàn)路設計閃絡(luò )概率戶(hù)值確定。若單串閃絡(luò )概率戶(hù)取值偏高，無(wú)疑k偏低，Umax偏高;若k1取值偏低，則UΦmax偏低，若p和k1值同時(shí)偏低，則N偏低。而我國p、k1取值相對前蘇聯(lián)、美國和日本而言皆偏低，可見(jiàn)N值較小，絕緣子串的絕緣配置偏低，或者說(shuō)裕度偏小。隨著(zhù)大環(huán)境的污染，若污穢等級從I級(0.025mg/平方厘米)發(fā)展到Ⅲ級(0.1mg/平方厘米)，不同型式絕緣子的Umax值下降幅度可達32.2%-44.0%。XP-160型絕緣子長(cháng)串真型試驗結果表明，I級(0.03mg/平方厘米)Umax值(11.81kV)相對于Ⅲ級(0.1mg/平方厘米)Umax值(8.36kV)下降幅度為29.2%，無(wú)疑絕緣子串片數相應會(huì )增加31.1%-22.7%或34.2%，受桿塔高度限制，必然無(wú)法調爬，應在設計基建時(shí)將裕度留給運行部門(mén)。