支柱絕緣子閃絡跳閘事件分析與防治措施

陳海登，龐圣養(yǎng)

(廣東電網(wǎng)有限責任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

0 引言

在空氣絕緣和固體絕緣設備中，都有沿固體絕緣表面放電的問題，因為高壓導體總是需要用固體絕緣材料來支撐或懸掛，這種固體絕緣稱為絕緣子。對于絕緣空間有限的，如狹小的電房，用到的絕緣子主要是支柱絕緣子和套管兩類。通過分析電房支柱絕緣子的故障演變機理，能更有效地防止絕緣子表面閃絡故障，提高線路運行的可靠性。

1 故障跳閘信息及查找過程

1.1 故障信息

35 kV硇洲線2020-04-21T02:22時跳閘，距離二段保護動作，故障電流1 054 A，但故障相不明確(繼保動作信息不能準確得出單獨A相故障，亦或是多相故障)，重合閘常退，故障造成硇洲站全站失壓。

1.2 故障線路電氣結構及相關技術參數(shù)

35 kV硇洲線是架空與電纜混合線路，從35 kV東南變電站的35 kV出線構架起，至35 kV硇洲變電站的35 kV進線構架止，其中N1—N6、N7—N13為架空導線，N6—N7之間為跨海電纜，東南側(cè)變電站和硇洲側(cè)變電站分別建有電房作為海纜的終端登陸場，海纜終端兩頭分別通過電房的刀閘再跳通到架空線路，全長6.819 km(其中海纜4.513 km)。其中電房刀閘采用的是系列戶內(nèi)交流高壓隔離開關，相關技術參數(shù)見表1，出廠絕緣電阻要求是每只不少于500 MΩ。

表1 隔離開關電氣參數(shù)

1.3 故障查找及處理過程

由距離保護2段動作可以推斷故障點在線路尾端，靠近硇洲站側(cè)。在排除了架空線路的故障可能性后，拉開兩側(cè)電房的刀閘，使用兆歐表對電纜進行絕緣測量?？紤]到海纜電容較大，采用5 kV量程，測量時間5min，分別測量了三種情況下的絕緣數(shù)值：第一種是海纜帶刀閘測量；第二種是海纜斷開刀閘測量；第三種是單獨測量刀閘及其支柱絕緣子絕緣。具體測量數(shù)值見表2。

表2 絕緣電阻測量

從絕緣試驗數(shù)值判斷可知故障不在海纜本體，而是在硇洲側(cè)電房刀閘的支柱絕緣子上。現(xiàn)場查看電房刀閘支柱絕緣子，外觀上A相的最上方支柱絕緣子表面有閃絡放電的痕跡，其他支柱絕緣子復合橡膠傘裙上沒有放電痕跡，但瓷質(zhì)絕緣子表面噴涂PRTV的地方有電蝕發(fā)白痕跡；B相和C相的支柱絕緣子復合橡膠傘裙上均沒有放電痕跡，但瓷質(zhì)絕緣子表面噴涂PRTV的地方也有明顯電蝕發(fā)白痕跡?，F(xiàn)場使用無水酒精紙清抹干凈支柱絕緣子，再次測試支柱絕緣子數(shù)值，三相均沒有明顯變化。

現(xiàn)場剖開支柱絕緣子的復合橡膠傘裙，發(fā)現(xiàn)部分橡膠傘裙與瓷質(zhì)絕緣子的粘連并不密實，有縫隙，并且切開橡膠傘裙可以發(fā)現(xiàn)在傘裙的根部有明顯的電蝕擊穿的放電通道。

2 支柱絕緣子的運維記錄

按照《廣東電網(wǎng)有限責任公司輸電線路運維策略及管控機制實施細則》中有關海纜的日常運維要求是“每月兩巡”，預試定檢要求的環(huán)流檢測和紅外測溫周期是“每半年一次”。

2.1 近10年的跳閘記錄

此處只提取有關硇洲電房閃絡跳閘的記錄。根據(jù)35 kV硇洲線運維記錄得知，該線路是在1998-03-02投運的，以往的跳閘記錄上顯示，硇洲側(cè)電房支柱絕緣子閃絡跳閘共計2次，分別是2014年3月和2016年11月。

2.2 近5年的大修技改及停電檢修記錄

此處只提取有關支柱絕緣子的改造記錄，如表3所示。

表3 近5年大修技改及停電檢修工作

2.3 近5年的測溫工作記錄

此處只提取支柱絕緣子有關的測溫記錄。根據(jù)測溫工作記錄可知，硇洲電房的支柱絕緣子發(fā)熱情況一直都有，2016—2017年的測溫記錄顯示支柱絕緣子普遍比刀閘電氣連接點的溫度高出2～3 ℃。尤其是2018年以來的紅外測溫工作顯示，部分支柱絕緣子發(fā)熱，溫差超過10 ℃，隨著帶重負荷明顯上升。

根據(jù)硇洲線運維班組人員反饋，平常硇洲側(cè)電房由于靠近海邊，巡視電房的工作人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電房內(nèi)部比較潮濕，圍墻上有潮氣，并且電暈放電的噪音比較大。

3 故障原因分析

3.1 特殊地理環(huán)境及電氣影響

硇洲電房位于硇洲島東南側(cè)，距離海岸線不到1 km，常年濕度大，屬于重霧和重鹽地區(qū)，按照污穢性質(zhì)、污源距離、氣象條件及等值附鹽密度(鹽密)，35 kV硇洲線屬于Ⅳ級污區(qū)，所以通常用單位爬電距離(爬電比距)，也即絕緣子每千伏額定線電壓的爬電距離來估計臟污條件下絕緣子的污閃性能。

在Ⅳ級污區(qū)內(nèi)，支柱絕緣子表面容易積污，在干燥的情況下，絕緣子表面污層的電阻很大，對閃絡電壓沒多大影響，但當大氣濕度很高時，絕緣子表面的污層被濕潤，其表面電導劇增使絕緣子泄露電流急劇增加，將導致絕緣子的閃絡電壓大大降低。

3.2 瓷質(zhì)絕緣子和復合絕緣子的特點

3.2.1 瓷質(zhì)絕緣子

(1) 優(yōu)點：具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，抗老化能力強，并具有良好的電氣和機械性能。

(2) 缺點：缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)，污穢閃絡引起事故幾率大。

3.2.2 復合絕緣子

(1) 優(yōu)點：體積小，質(zhì)量輕，便于安裝；抗震性能優(yōu)異，耐污性能好；機械性能高，不易破碎。

(2) 缺點：抗老化能力不如瓷質(zhì)絕緣子，生產(chǎn)制作成本高。

3.3 支柱絕緣子的設計和施工不合理性

(1) 刀閘配置的支柱絕緣子在設計選型上不合理。刀閘的支柱絕緣子選用的是普通型室內(nèi)瓷質(zhì)絕緣子，型號ZL-35，這種絕緣子廣泛適用于Ⅰ級污區(qū)的電氣設備上。而硇洲電房的運行環(huán)境是Ⅳ級污區(qū)，這樣會導致ZL-35支柱絕緣子容易表面積污，發(fā)生閃絡故障引起線路跳閘。

(2) 支柱絕緣子增加橡膠傘裙的做法表面可行，但在實際設計絕緣子傘寬和傘距比的取值存在不合理。絕緣子傘裙突出主干的寬度和傘間距離之比，通常取為1∶2。傘裙寬度進一步增加不會使污閃電壓提高，因為這種情況下放電已離開瓷表面而在傘邊緣的空氣間隙中發(fā)生。但如絕緣子運行地區(qū)受到一定的污染，則為了適當增大泄露距離，可將傘寬和傘距之比增加，即在0.5～1的范圍內(nèi)選取。而現(xiàn)場測量到實際安裝的傘寬是5.5mm，傘距是14.5mm，傘寬和傘距之比是0.38，不在推薦取值范圍內(nèi)。在現(xiàn)場測量對還發(fā)現(xiàn)，部分的傘寬和傘距差別比較大，說明當時寬度和傘間距離之比的取值存在隨意性。

(3) 支柱絕緣子加裝橡膠傘裙的施工工藝不合格。使用熱縮成型的復合傘裙與瓷質(zhì)支柱絕緣子的界面應該是永久性粘接。粘接部分應該牢固密實，沒有氣泡和縫隙，以防止污穢物和水氣進入，且粘接強度應大于硅橡膠材料自身的撕裂程度。但現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)大部分加裝的傘裙并沒有與瓷質(zhì)絕緣子的表面很好地粘接，存在一定縫隙，導致傘裙根部容易老化，發(fā)生電蝕擊穿，傘裙失去增加爬距的作用。

(4) PRTV防污閃涂料施工質(zhì)量不合格?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)支柱絕緣子發(fā)生電蝕發(fā)白的痕跡基本上也是防污閃涂料涂抹不均勻的地方。由于涂層厚度不均，不完整，存在破損，且有滴流掛絲的痕跡，涂層失去憎水遷移性。不合格的涂層使得電場不均勻，更導致部分滯留的水氣進入傘裙，加劇了傘裙老化，降低支柱絕緣子表面閃絡電壓。

綜上分析可知，由于設計沒有很好地考慮到硇洲電房運行環(huán)境在Ⅳ級污區(qū)內(nèi)，最初選用的2L-35普通型室內(nèi)支柱絕緣子并不能很好地滿足運行需要，因此在2014年和2016年沒能及時開展絕緣子清掃的情況下發(fā)生了絕緣子閃絡跳閘。在2017年，對支柱絕緣子進行了加裝橡膠傘裙的做法，但由于傘裙的傘寬和傘距取值不合理，沒能很好地增加爬距，并且由于施工工藝和施工質(zhì)量的不合格，傘裙不能與絕緣子表面緊密貼合，存在的縫隙進入水氣之后不斷地老化并發(fā)生電蝕，這也很好地解釋了測溫工作記錄中的溫差不斷變大的現(xiàn)象。隨著傘裙與支柱絕緣子貼合面的電蝕擊穿，逐步降低了絕緣子表面閃絡電壓，最終導致了整個支柱絕緣子的沿面閃絡，線路跳閘。

4 防治措施及建議

為了防止硇洲電房再發(fā)生支柱絕緣子閃絡導致線路跳閘故障，可以從以下幾個方面進行改進。

(1) 根據(jù)硇洲電房運行在Ⅳ級污區(qū)，可選用型號ZSW的耐污型支柱絕緣子。耐污型支柱絕緣子與普通型支柱絕緣子的區(qū)別主要是絕緣子加長了，傘裙也變大了，通過增加爬電距離，從而提高支柱絕緣子表面的閃絡電壓。

(2) 定期或者不定期開展絕緣子清掃工作。在容易發(fā)生污閃的季節(jié)前進行清掃，及時清理干凈絕緣子表面的污層，能有效減少閃絡電壓的下降。

(3) 如果刀閘配套的支柱絕緣子不好更換，也可以采取加裝橡膠傘裙的做法。選取最優(yōu)的傘寬和傘距比值，可以通過對不同傘伸出模型的沿面電場分布曲線進行仿真模擬，找出電場包絡線處于最低位置時的傘寬和傘距比值，能最有效地增加爬距。同時把關好施工工藝質(zhì)量，確保使用熱縮成型的復合傘裙與瓷質(zhì)支柱絕緣子的界面永久性粘接，粘接部分牢固密實，沒有氣泡和縫隙。

(4) 使用污閃涂料或進行表面處理。在絕緣子表面涂一層憎水性的涂料，這樣在潮濕氣候下表面會形成水滴，但不易形成連續(xù)的水膜，因此絕緣子泄漏電流小，污閃電壓也不會下降太多。同時要做好施工質(zhì)量驗收工作，確保涂層厚度均勻、完整性，避免出現(xiàn)滴流掛絲現(xiàn)象。