電力網(wǎng)輸配電線路絕緣子可靠性分析

王永平

摘要：電力需求在不斷增加，為了有效調(diào)節(jié)郊區(qū)甚至是野外的電力運(yùn)轉(zhuǎn)，大多數(shù)的電力網(wǎng)輸配電線就因此而建，而高負(fù)荷、惡劣環(huán)境下的長期運(yùn)轉(zhuǎn)使得輸配電絕緣子的可靠性與安全性得不到切實(shí)的保障。文章結(jié)合輸配電線路絕緣子的不同種類、應(yīng)用狀況與評價(jià)輸配電線路絕緣子可靠性的基本因素，對如何提高輸配電線路絕緣子的可靠性提出建議。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電力網(wǎng)；輸配電線路；絕緣子；可靠性；電力需求 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM755 文章編號：1009-2374（2016）10-0122-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.060

根據(jù)我國的電力需求，市場上的絕緣子共分為三種不同種類，分別是玻璃絕緣子、瓷絕緣子與復(fù)合絕緣子。在對其進(jìn)行五種不同方面的實(shí)驗(yàn)與評價(jià)后，筆者得出一個(gè)結(jié)論：玻璃絕緣子較其他兩種絕緣子來說具備良好的質(zhì)量保障，使用周期也很長，失效檢測率與事故排查率也較高，這從根本上切實(shí)地保障了電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，值得采用。

1 輸配電線路絕緣子的種類分析與應(yīng)用狀況

1.1 輸配電線路絕緣子的種類分析

縱觀市場上的輸配電線路絕緣子的類型，目前來說應(yīng)用范圍最廣的共有兩種，分別是質(zhì)量優(yōu)良的絕緣子與類型適宜的絕緣子。

1.1.1 質(zhì)量合格，性能優(yōu)良的絕緣子。一般質(zhì)量較好的復(fù)合絕緣子所符合的標(biāo)準(zhǔn)是其的抗壓性、抗沖性以及抗腐蝕性都是良好的，其次在內(nèi)部的構(gòu)造方面，也是要在一般絕緣子構(gòu)成的基礎(chǔ)上加入具備良好抗張強(qiáng)度的環(huán)氧引拔棒。而在其端頭與芯棒的組裝上也要采取新型的壓接式技術(shù)，這樣才能確保絕緣子保持良好的強(qiáng)度。另外將內(nèi)部的環(huán)氧引拔棒與硅橡膠材料結(jié)合使用，不僅可以將硅橡膠材料良好的抗腐蝕、抗電壓以及耐熱性能充分展示出來，也可以使得絕緣子內(nèi)部不易受外界潮濕影響，產(chǎn)生故障，同時(shí)也便于對其的日常維護(hù)與定期清理。

1.1.2 類型適宜，合理調(diào)配的絕緣子。一般來說，復(fù)合絕緣子的形狀與安裝其的基本方式會對其運(yùn)行中的積污量產(chǎn)生一定的影響，因此在考慮安裝時(shí)，需認(rèn)真選擇類型適宜的絕緣子。

第一，根據(jù)絕緣子外層的傘裙形狀。在市場上最常見的絕緣子外層的傘裙形狀共分為兩種，分別如圖1與圖2所示：

圖1中的無滴水沿式結(jié)構(gòu)為多選擇性的傘裙形狀，其上表面為角度較小的傾斜，下表面則是水平的板塊裝置，實(shí)踐證明其能夠很好地利用上表面的傾斜角度減少污垢的沉積量，同時(shí)還能夠良好地防止傘裙的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。而圖2有滴水沿式結(jié)構(gòu)多暗藏凹槽褶皺，極易積累污垢。另外，圖1中的絕緣子傘裙形狀也較圖2中的傘裙大，這間接地保障了絕緣子外部的絕緣特性。

第二，根據(jù)安裝絕緣子串的基本方式。一般來說，市場上安裝絕緣子串的基本方式共有三種，分別為水平串、V形串與懸垂串，最佳選擇的應(yīng)為水平串絕緣子，其的多方位表層都能夠清理到位，其次選擇的是V形串，最后再考慮選擇的是懸垂串，但是其的積污能力較強(qiáng)，一般不被采納。

1.2 輸配電線路絕緣子的應(yīng)用狀況

在輸配電線路中所用的絕緣子又稱復(fù)合絕緣子，其性能優(yōu)良、安裝簡便、操作良好等特性促使其在我國的電力系統(tǒng)中應(yīng)用性較廣。根據(jù)近幾年來的電力數(shù)據(jù)表明，我國大部分地區(qū)已廣泛使用這種絕緣子，東部及中部地區(qū)的應(yīng)用數(shù)量明顯高于西部地區(qū)，具體示意如圖3所示：

2 評價(jià)輸配電線路絕緣子可靠性的基本因素

從上述有關(guān)復(fù)合絕緣子的種類分析與應(yīng)用狀況來看，只有在輸配電線路中復(fù)合絕緣子的安全性能優(yōu)良、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，那么其才能在電力系統(tǒng)中發(fā)揮出巨大的傳輸電能、調(diào)節(jié)電力的作用。那么如何評價(jià)該輸配電線路中的絕緣子性能是否良好與可靠，下面筆者將從其包含的五個(gè)評價(jià)基本準(zhǔn)則分別介紹：

2.1 使用壽命與年限

這是評價(jià)絕緣子可靠性的最基本準(zhǔn)則之一，只有確保在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，其的性能不低于出廠以及國家所標(biāo)準(zhǔn)的使用年限，那么該絕緣子的安全可靠性就相比于其他種類的來說是符合規(guī)定的。同時(shí)，工作人員也能有效地從復(fù)合絕緣子在電路中的使用壽命與年限參考出該絕緣子的經(jīng)濟(jì)適用價(jià)值。我國著名專家曾多次試驗(yàn)調(diào)查玻璃絕緣子與瓷絕緣子的機(jī)電性能差異后發(fā)現(xiàn)，玻璃絕緣子主要是由其內(nèi)部的金屬插件所控制的，而瓷絕緣子則主要受絕緣體性能的影響。但是綜合來看，玻璃絕緣子的使用壽命與年限比瓷絕緣子要高，一般為35～40年，而瓷絕緣子最多也只能運(yùn)轉(zhuǎn)25年左右。新型的復(fù)合絕緣子的使用壽命還較低，這還需日后科技的進(jìn)步來彌補(bǔ)缺陷。

2.2 性能失效概率

在輸配電線路中，常常會產(chǎn)生絕緣子部分零件甚至是全部結(jié)構(gòu)性能失效的現(xiàn)象，而在工作人員的檢測中，常常把運(yùn)行中性能失效的絕緣子個(gè)數(shù)與投入使用總絕緣子的個(gè)數(shù)作分?jǐn)?shù)比，這就是失效率的計(jì)算方式。不同類型的絕緣子失效率都有所不同，玻璃絕緣子在一般使用條件下的失效率為（1～4）×10-4/a，而瓷絕緣子的失效率比玻璃絕緣子高一些，復(fù)合絕緣子的失效率目前還不能夠完全檢測出。

2.3 性能失效后的檢測概率

失效檢測率主要是由絕緣子性能失效后的表現(xiàn)狀態(tài)與失效原因所決定的，而一般絕緣子的失效現(xiàn)象可以目測看出，這被稱為絕緣子的“自破”現(xiàn)象，而失效檢測率也較其他檢測方式較高，這主要適用于玻璃絕緣子。如果工作人員深入分析絕緣子內(nèi)部結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)其傘裙被腐蝕以及產(chǎn)生隱蔽的“界面擊穿”現(xiàn)象，那么也極有可能表示該絕緣子已經(jīng)產(chǎn)生實(shí)效現(xiàn)象，這種情況主要發(fā)生在復(fù)合絕緣子身上。而瓷絕緣子的失效方式較為隱蔽，工作人員光靠肉眼目測還是不夠的，這就是老化現(xiàn)象，其也是一種會隨著時(shí)間增長不斷惡化的實(shí)效表現(xiàn)形式，當(dāng)然對于老化現(xiàn)象的實(shí)效檢測率也較低，不易被發(fā)現(xiàn)。

2.4 掉線事故產(chǎn)生概率

掉線事故也是嚴(yán)重影響到絕緣子在輸配電線路中運(yùn)行的主要原因之一，其嚴(yán)重時(shí)更會導(dǎo)致電網(wǎng)的大面積停電，電力系統(tǒng)的部分區(qū)域癱瘓，因此需要工作人員的強(qiáng)加關(guān)注。而工作人員也對掉線事故進(jìn)行了概率的統(tǒng)計(jì)與分析，并將之稱為掉線事故產(chǎn)生率，即在一年中絕緣子掉線事故的數(shù)量與使用絕緣子件數(shù)的分?jǐn)?shù)比。根據(jù)所調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示：玻璃絕緣子所產(chǎn)生的掉線事故幾乎沒有，其還是具有很好的安全可靠性，而瓷絕緣子的掉線事故就高達(dá)2×10-5。

2.5 可靠性的實(shí)驗(yàn)評價(jià)

在對不同類型的絕緣子進(jìn)行可靠性的安全實(shí)驗(yàn)前，先要對玻璃絕緣子、瓷絕緣子以及復(fù)合絕緣子的基本性能與優(yōu)劣勢做全面的了解，再采取加速壽命實(shí)驗(yàn)與強(qiáng)制老化實(shí)驗(yàn)來深入檢測并做好實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)搜集與評價(jià)工作。常見的實(shí)驗(yàn)方式有熱機(jī)實(shí)驗(yàn)、陡坡實(shí)驗(yàn)、200萬次的高強(qiáng)度頻率與1500萬次的低強(qiáng)度頻率相互交替振動的抗疲勞實(shí)驗(yàn)以及對絕緣子內(nèi)部抗水壓性能的檢測實(shí)驗(yàn)等。每次采取不同的實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，都會得出不同的結(jié)論，但是綜合各種數(shù)據(jù)與結(jié)論，我們得出玻璃絕緣子的安全可靠性較瓷絕緣子與新型的復(fù)合絕緣子來說較高，值得我們?nèi)ナ褂谩?/p>

3 如何提高輸配電線路絕緣子的可靠性

3.1 采用合適的材料制作而成的絕緣子

在絕緣子的構(gòu)成中，材料是最基礎(chǔ)且最重要的一步。市面上大多數(shù)的絕緣子都是由玻璃與硅酸瓷組成。從其的物質(zhì)屬性上分析，玻璃屬于均質(zhì)體，包含了液態(tài)與玻璃態(tài)的雙重性質(zhì)，而硅酸瓷則屬于不均質(zhì)體，是三相體的形成。除去對材料表面及力學(xué)形態(tài)方面的嚴(yán)格要求之外，還需對材料的內(nèi)部缺陷作深入研究，這也是為什么鋼化玻璃優(yōu)勝于其他材質(zhì)的絕緣子的主要原因之一。而玻璃絕緣子中的玻璃材料主要是經(jīng)過了高超的“玻璃熱鋼化”技術(shù)，這使得其玻璃表層附上了一層可以承載高達(dá)100～250MPa的保護(hù)膜，不利于其產(chǎn)生老化現(xiàn)象，絕緣性能良好，具有一定的穩(wěn)定性。

3.2 采用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)良好的絕緣子

玻璃絕緣子的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屬于罕見的圓柱頭結(jié)構(gòu)，因此其各個(gè)零部件的承載受力都很均勻。而瓷絕緣子采取的仍是傳統(tǒng)的圓錐頭結(jié)構(gòu)，相比于圓柱頭結(jié)構(gòu)具有尺寸小、操作簡便、高強(qiáng)度的特性。同時(shí)玻璃絕緣子的線膨脹系數(shù)比瓷絕緣子的要大，但是卻又處于復(fù)合絕緣子與瓷絕緣子之間，與金屬或者是水泥的線膨脹系數(shù)相當(dāng)，不具備一定的安全威脅性，受力狀況也是良好的，也不會在惡劣的環(huán)境條件下產(chǎn)生緩慢的老化現(xiàn)象。

3.3 采用制作水平精湛的絕緣子

國外例如西歐地區(qū)或者是俄羅斯地區(qū)的玻璃絕緣子的制作工藝與水平都是中上游的，而在國內(nèi)的制作廠家中很難達(dá)到這種技藝的水準(zhǔn)，因此在國外市場，玻璃絕緣子的使用范圍是最廣的。但是國內(nèi)制作廠家對玻璃絕緣子的性能研究與開發(fā)也正逐步取得成功，通過開放引進(jìn)與自主研發(fā)的方式，使得中國的玻璃絕緣子的性能優(yōu)良，安全可靠性也很高，因此工作人員在選擇使用絕緣子時(shí)要注意選取制造水平精良的絕緣子投入電路的使用。

4 結(jié)語

綜上所述，絕緣子的五個(gè)基本方面成為了檢測其安全可靠性的重要評價(jià)因素，因此工作人員在實(shí)際的選擇與操作中，就要嚴(yán)格遵循以上所提到的方法來合理地配置輸配電線路中的絕緣子，當(dāng)然玻璃絕緣子的安全性能相比其他兩種絕緣子來說是最佳的。除此之外，工作人員還需積極地利用各種類型絕緣子的優(yōu)勢，采取取長補(bǔ)短的方式，不斷加強(qiáng)對于絕緣子的性能研發(fā)與創(chuàng)新，只有這樣才能更好地促進(jìn)絕緣子性能的發(fā)展，促進(jìn)我國電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 晏慶祝.試論強(qiáng)化輸電網(wǎng)絕緣子可靠性的必要性[J].科協(xié)論壇（下半月），2013，11（25）.

[2] 何書華，蘇梓銘，劉庭.配電線路旁路作業(yè)負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性的分析研究[J].電氣應(yīng)用，2015，9（20）.

[3] 周益新，黃政宇.關(guān)于電力配電線路故障原因分析

[J].科技與企業(yè)，2015，11（6）.

（責(zé)任編輯：周 瓊）