高壓輸電線(xiàn)路絕緣子的選用

1 緒論

伴隨著(zhù)大慶油田的發(fā)展，油田電網(wǎng)也已經(jīng)走過(guò)了四十幾年的歷程，從剛開(kāi)始的幾公里輸電線(xiàn)路發(fā)展至現在的幾千公里輸電線(xiàn)路。絕緣子作為輸電線(xiàn)路的一個(gè)重要組成部分，也分為瓷質(zhì)絕緣子、合成絕緣子及新開(kāi)發(fā)研制的玻璃鋼型絕緣子。絕緣子的可靠性評價(jià)和合理選用直接關(guān)系到輸電線(xiàn)路的安全運行，哪種型式的絕緣子更適合油田電網(wǎng)高壓輸電線(xiàn)路呢?

2 對絕緣子可靠性評價(jià)的五項準則

運行的可靠性是決定絕緣子生命力的關(guān)鍵。最好的評價(jià)應是大量絕緣子在輸電線(xiàn)路上長(cháng)期運行的統計結果和可靠性試驗所反映出來(lái)的性能水平。因此，評價(jià)絕緣子應遵循下述準則：

2.1 壽命周期

產(chǎn)品在標準規定的使用條件下，能夠保持其性能不低于出廠(chǎng)標準的最低使用年限為“壽命周期”。此項指標不僅反映絕緣子的安全使用期，也能反映輸電線(xiàn)路投資的經(jīng)濟性。我國曾先后多次對運行5～30 年的玻璃鋼和瓷絕緣子進(jìn)行機電性能跟蹤對比試驗。結果表明:玻璃絕緣子的使用壽命取決于金屬附件，瓷絕緣子的使用壽命取決于絕 緣件。玻璃鋼絕緣子的壽命周期可達 40 年，而瓷絕緣子除全面采用 國外先進(jìn)制造技術(shù)后有可能較大幅度地延長(cháng)其壽命周期外，其平均壽命周期僅為15～25 年;合成絕緣子經(jīng)歷了“三代”的發(fā)展，但從迄今世界范圍內的試驗及運行結果分析來(lái)看，其平均壽命周期只有 7 年。

2.2 失效率

運行中年失效絕緣子件數與運行絕緣子總件數之比稱(chēng)為年失效率。對于國產(chǎn)玻璃鋼絕緣子,其壽命周期內平均失效率為(1～4)×，對于國產(chǎn)瓷絕緣子的失效率，除個(gè)別合資企業(yè)產(chǎn)品將有可能降低外，比玻璃絕緣子約高 1～2 個(gè)數量級;對于合成絕緣子，由于壽命周期不能預測、合成材料配方和制造工藝還不能完全定型，其失效率很難預測。

2.3 失效檢出率

絕緣子失效后能否檢測出來(lái)的檢出率對線(xiàn)路安全運行的影響是比失效率本身更為重要的因素。檢出率取決于絕緣子失效的表現形式 和失效的原因。玻璃鋼絕緣子失效的表現形式是“自動(dòng)破碎”和“零 值自破”。“自破”不是老化，而是玻璃鋼絕緣子失效的唯一表現形 式，所以只需憑借目測就可方便地檢測出失效的絕緣子，其失效檢出率可達百分之百;瓷絕緣子失效的表現形式為頭部隱蔽“零值”或“低值”，合成絕緣子失效的主要表現形式為傘裙蝕損以及隱蔽的合成“界面擊穿”。此外，瓷和合成絕緣子失效的原因是材料的老化，而老化程度是時(shí)間的函數。老化是隱蔽的，因此給檢測帶來(lái)極大的困難，造成檢出率極低;對于合成絕緣子，實(shí)際上根本無(wú)法檢測。

2.4 事故率

年因絕緣子故障線(xiàn)路跳閘次數與運行絕緣子件數之比稱(chēng)為年事故率。因絕緣子掉串、污閃、零值等原因導致線(xiàn)路跳閘是架空輸電線(xiàn) 路最為嚴重的事故之一。對于油田輸電輸電線(xiàn)路，若造成大面積、長(cháng) 時(shí)間停電，所造成的影響極其嚴重。

統計油田電網(wǎng)近十年來(lái)各類(lèi)型絕緣子的事故率，發(fā)現事故率發(fā)生 最高的是合成絕緣子，其次是瓷質(zhì)絕緣子，玻璃鋼絕緣子事故率最低。而且由于合成絕緣子為長(cháng)棒式，內絕緣擊穿、芯棒斷裂和強度下降的潛在因素始終存在，一旦失效，事故概率會(huì )高于由多個(gè)元件組成的絕 緣子串。

2.5 可靠性試驗

為對絕緣子進(jìn)行可靠性評價(jià)，國內外曾對玻璃鋼絕緣子和瓷絕緣子作過(guò)各種方式的加速壽命試驗和強制老化試驗。如:陡波試驗、熱機試驗、耐電弧強度試驗、1500 萬(wàn)次低頻(18.5Hz)和 200 萬(wàn)次高頻 (185～200Hz)振動(dòng)疲勞試驗及內水壓試驗，都從不同角度得出結論: 與玻璃鋼絕緣子相反，絕大多數瓷絕緣子都不能通過(guò)這些試驗。對于 合成絕緣子，可靠性試驗則還是一個(gè)有待于繼續探索的課題。

3 油田電網(wǎng)絕緣子的使用及運行情況

大慶油田電力集團供電公司龍南工區現在所管轄線(xiàn)路中使用的絕緣子包括瓷質(zhì)絕緣子、合成絕緣子和玻璃鋼絕緣子三種類(lèi)型，其中瓷質(zhì)絕緣子有172128 片占絕緣子總數的80%、合成絕緣子16394 支占絕緣子總數的 7.0%、玻璃絕緣子37076 片占絕緣子總數的 13%。

3.1 瓷質(zhì)絕緣子

瓷質(zhì)絕緣子是最早的絕緣子類(lèi)型也是油田電網(wǎng)最先使用的絕緣子，到現在這種絕緣子在油田電網(wǎng)已使用運行四十多年了，占電網(wǎng)絕緣子總數的80%左右。最初使用的瓷質(zhì)絕緣子是深褐色瓷釉 LX-4.5 型絕緣子，通過(guò)幾年的運行發(fā)現這種絕緣子在發(fā)生閃絡(luò )和落雷的時(shí)候 由于顏色原因極不容易被發(fā)現，基于這種原因后來(lái)改用1987 年統一 標準后的X-4.5 型和XP-7 型乳白色瓷釉絕緣子。從近三十年的運行 情況發(fā)現瓷質(zhì)絕緣子積污情況比較嚴重，尤其是在化工區等重污染地區情況比較嚴重(1997 年化工區輸電線(xiàn)路發(fā)生過(guò)瓷質(zhì)絕緣子大面積污閃事故) ，每年的檢修工作擦拭絕緣子占去檢修時(shí)間的 60%左右，使擦拭絕緣子成為檢修工作中一項既耗時(shí)又耗力的工作，又由于油田穩產(chǎn)對停電時(shí)間嚴格控制，這樣容易導致檢修工作不徹底或不到位，給線(xiàn)路安全運行留下隱患，積污嚴重也容易造成絕緣子污閃導致輸電線(xiàn)路故障。

3.2 合成絕緣子

由于污閃和絕緣子擦拭工作的耗時(shí)耗力等原因，特別是1997 年化工區輸電線(xiàn)路發(fā)生瓷質(zhì)絕緣子大面積污閃事故后， 經(jīng)技術(shù)部門(mén)研究 決定將化工區等污染比較嚴重地區線(xiàn)路的瓷質(zhì)絕緣子全部更換為合 成絕緣子，在此之后合成絕緣子開(kāi)始逐漸在油田電網(wǎng)改造中使用。合成絕緣子具有重量輕、機電強度高等優(yōu)點(diǎn)，因而可用于城網(wǎng)改造，用來(lái)架設緊湊型架空線(xiàn)路。特別是合成絕緣子具有良好的抗污閃性能，尤其適應于化工區等污穢特別嚴重的地區使用，以有效地提高線(xiàn)路運行可靠性，減少線(xiàn)路維護工作量。與瓷絕緣子相比，合成絕緣子優(yōu)良的防污性能是不可置疑的，在耐雷性能方面它不會(huì )發(fā)生瓷絕緣子那樣 的零值現象。

在合成絕緣子應用之初起到了很好的效果，但隨著(zhù)合成絕緣子的多年運行，其缺點(diǎn)和不足也逐漸暴露。一是由于其傘裙直徑較小，干弧距離小于瓷(或玻璃)絕緣子，亦即耐雷水平小于同長(cháng)度的瓷(或玻 璃)絕緣子的耐雷水平，統計近十年線(xiàn)路的絕緣子落雷跳閘情況發(fā)現，合成絕緣子占據最高的比例。例如 35kV 龍古線(xiàn)全線(xiàn)使用合成絕緣子，2010 年就發(fā)生了3 起因絕緣子落雷跳閘的事故。二是由于絕緣子主要材料是硅橡膠，耐磨水平比較低，在輸電線(xiàn)路下串檢修時(shí)很容易造 成絕緣子損壞，尤其是在 110kV 線(xiàn)路，由于其絕緣子較長(cháng)，導線(xiàn)距橫擔距離遠， 工作人員下串檢修在沒(méi)有專(zhuān)用工具的情況下很容易造成絕 緣子由于蹬踩損壞。并且合成絕緣子芯棒的抗拉可靠性比較低，可能 造成線(xiàn)路在施工緊線(xiàn)過(guò)程中耐張型合成絕緣子串發(fā)生抽芯拉斷事故。例如在1997 年110kV 興馬甲線(xiàn)瓷質(zhì)絕緣子更換為合成絕緣子施工過(guò) 程中就發(fā)生了由于緊線(xiàn)造成合成絕緣子抽芯拉斷的事故。三是雖然合 成絕緣子經(jīng)歷了“三代”的發(fā)展，但從迄今世界范圍內的試驗及運行 結果分析來(lái)看，其平均壽命周期只有 7 年，而油田電網(wǎng)的合成絕緣子 68.79%已經(jīng)投入使用十年以上，29.94%已經(jīng)投入使用五至十年左右， 基本都已經(jīng)到了壽命周期，出現了不同程度的老化情況，各種特性都 大大降低甚至喪失。四是合成絕緣子的失效率無(wú)法檢測，可靠性試驗 目前還處在探索階段，沒(méi)有系統的可以依據試驗標準。

3.3 玻璃鋼絕緣子

玻璃鋼絕緣子是在2002 年至2003 年開(kāi)始在油田電網(wǎng)試用的一種新型絕緣子，2007 年油田電網(wǎng)改造新建線(xiàn)路中正式開(kāi)始大量使用。在玻璃絕緣子在運行過(guò)程中有其獨特的優(yōu)點(diǎn)：第一，玻璃鋼絕緣子最突 出優(yōu)點(diǎn)是“零值自爆” ，主要表現形式是在絕緣子出現污閃或零值的 情況時(shí)“自動(dòng)破碎”，可以有效降低線(xiàn)路安全運行隱患。第二，玻璃 鋼絕緣子玻璃的“熱鋼化”技術(shù)，賦予玻璃表層一個(gè)高達100～ 250MPa 的永久預應力。這就使“鋼化玻璃”強度鋼鐵化，熱穩定性 高，較瓷不易老化和壽命長(cháng)，為“打造永恒電力，助力百年油田”提供保證。第三，玻璃鋼絕緣子采用圓柱頭結構，承力組件受力均勻。較之國內傳統瓷絕緣子數十年一貫制的圓錐頭結構，具有尺寸小、重量輕、強度高和電性能優(yōu)良的特點(diǎn)。由于玻璃的線(xiàn)膨脹系數較瓷大得多，外型尺寸較合成絕緣材料小得多，且與金屬附件和水泥易連接，因而受力組件材質(zhì)匹配良好。在各種氣候條件下，不會(huì )象瓷絕緣子和 合成絕緣子那樣容易產(chǎn)生危險應力而導致老化。且合成絕緣子很難解 決合成界面的結構質(zhì)量。第四，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展國產(chǎn)玻璃鋼絕緣子 通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和自己開(kāi)發(fā)， 生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)條件都已具備并趨于成熟。從油田電網(wǎng)玻璃絕緣子運行 7 年左右的情況來(lái)看，玻璃鋼絕緣子的特性從本體運行、故障巡視維護到工藝要求再到美觀(guān)程度來(lái)講都優(yōu) 越于瓷質(zhì)絕緣子和合成絕緣子，統計近四年來(lái)因絕緣子故障造成線(xiàn)路 跳閘的線(xiàn)路故障巡視情況，玻璃鋼絕緣子故障發(fā)現的效率高出瓷質(zhì)和合成絕緣子 2～3 倍。

4 結束語(yǔ)

通過(guò)以上對絕緣子可靠性的綜合評價(jià)和油田電網(wǎng)絕緣子的運行情況，未來(lái)油田電網(wǎng)的發(fā)展在絕緣子選用時(shí)可以參考以下方案。方案 一：在沒(méi)有特殊要求地區由于玻璃鋼絕緣子的長(cháng)壽命周期和“零值自 爆”等特性，在未來(lái)的油田發(fā)展中可以大量投入使用，符合“打造永恒電力，助力百年油田”的宗旨。方案二：在化工區等污染比較嚴重 地區可以選用防污型玻璃鋼絕緣子替換現在使用的合成絕緣子。合成 絕緣子在使用周期、易老化、防雷性差和出現故障需整支進(jìn)行更換等 問(wèn)題上就不如玻璃絕緣子更有優(yōu)勢，再加上合成絕緣子檢測和試驗技術(shù)都還不成熟，所以從其綜合性能和長(cháng)期發(fā)展來(lái)考慮，合成絕緣子的性?xún)r(jià)比就遠不如防污型玻璃鋼絕緣子更適合油田電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展。