架空輸電線路絕緣子結構設計研究

江西恒能電力工程有限公司 洪 燾

在整個架空輸電線路當中絕緣子是最重要的零部件，絕緣子機械性能與電氣性能選擇與輸電線路運行故障密切相關。因此，在對架空輸電線路絕緣子結構進行設計的時候一定要充分的重視起來，根據高壓輸電線路正常運行情況下常年荷載、最大使用荷載、斷線、斷聯等情況合理選擇這絕緣子的機械壞荷載。另外根據輸電線路工頻電壓、操作過電壓、雷電過電壓，及線路所經區(qū)域的污穢等級，合理選擇絕緣子電氣性能，這樣才可以有效的確保絕緣子在架空輸電線路當中發(fā)揮更加良好的作用。

1 絕緣子的表述

實際上，高壓輸電線路中絕緣子串主要是用于輸電導線的機械支撐和固定，絕緣子串承載導線自重、覆冰條件下導線上的冰重、絕緣子串自重等垂直方向荷載，導線、絕緣子串上風荷載及順線路方向導線張力。同時絕緣子串通過串聯多片絕緣子，來保增加導線和桿塔之間的爬電距離，保證兩者間的絕緣性能。一般而言，絕緣子分為可擊穿型和不可擊穿型，在不同的場合當中所運用的絕緣子是不一樣的。絕緣子的基本性能主要包括電氣性能、機械性能、熱機性能和耐污性能，也正是由于這些性能使得絕緣子能夠更加良好的運用在電壓環(huán)境當中，并且對整個線路起到一定的保護作用[1]。準確來說，當絕緣子電壓等級提高時，其尺寸和重量也相應增加，但電氣和機械性能并不按比例提高，耐熱急變性能下降。由此可以看出，電壓等級高的絕緣子制造起來比較困難，制造企業(yè)在對各種絕緣子進行生產制造時一定要注意其質量。絕緣子作為輸電線路安全運行當中最為重要的一項設備，對于設備的各種技術性能必須要嚴格的控制起來，保證其技術性能能夠符合輸電線路的運行安全需要，這樣在整個運行過程當中才不會出現問題。由此可以看出，絕緣子的結構設計狀況在一定程度上會直接影響到電力系統的正常運行，相關的設計研究部門必須要重視起來。

2 絕緣子類型介紹

現如今高壓輸電線路涉及到的絕緣子類型主要有三種，即盤式懸式瓷絕緣子、盤式懸式玻璃絕緣子、合成絕緣子。第一種是盤形懸式瓷絕緣子，該種絕緣子強度等級在70kN～550kN 之間，可分為普通型和耐污穢型，耐污型又可分為雙傘型、三傘型、草帽型、鐘罩型。運行單位需對運行中的瓷絕緣子定期測零，對運行維護工作提出很高的要求。第二種盤型懸式玻璃絕緣子，強度等級與瓷絕緣子一致，可分為標準型、耐污型。與瓷絕緣子不同，玻璃絕緣子具有零值自爆，便于絕緣子的維護檢修，可節(jié)省大量人力及物力，而被廣泛的使用在架空輸電線路當中。第三種合成絕緣子主要是由芯棒、粘接層和連接金具等幾個部分組成的，在該種絕緣子當中芯棒和金屬端頭具有很強的抗壓能力，因此是十分適合高壓輸電線路的，尤其是對于一些環(huán)境較差的地區(qū)，使用合成絕緣子能夠很好地承載各種機械荷載及惡劣的自然環(huán)境并且不容易出現安全問題具有抗污閃、電氣性能優(yōu)越、重量輕等特點。實際上，無論是瓷質還是玻璃質的所使用的環(huán)境都是相對來說比較穩(wěn)定的，不會有較大的自然災害。而對于合成絕緣子來說，通常會使用在環(huán)境較差的地區(qū)，它能夠很好的承載惡劣自然環(huán)境的影響，從而降低各種安全問題出現的風險。

3 絕緣串虛擬裝配

隨著計算機技術的不斷普及，虛擬裝配已經被廣泛的重視起來，其應用對象也擴展到絕緣子串當中。通過虛擬裝配的方式能夠在一定程度上去驗證整個工程使用絕緣子串的效果，人機交換的方式實現了虛擬環(huán)境下的絕緣子裝配，這在較大程度上的可以確保安裝絕緣子之后，工程的整體運行狀況不會受到影響。虛擬裝配能夠使得設計人員對絕緣串的連接及受力情況深入了解，從而更好的將其運用在恰當的環(huán)境當中，滿足輸電線路的運行要求。通過使用虛擬裝配可以對絕緣子的運行情況有一個初步的了解，后期再具體安裝的時候會更加的游刃有余。

4 現存問題及建議

絕緣子在具體使用的時候會存在有一些方面的問題，而對這些問題也應該具有相應的解決策略。無論任何問題只要找到解決的方法，都能夠更進一步的確保絕緣子的運行穩(wěn)定，以下將對絕緣子運行過程當中所存在的問題進行分析，并且提出一些建議來保證絕緣子的安全穩(wěn)定運行。

4.1 長期運行可靠性

實際上，對于盤型懸式瓷絕緣子在長期運行時，由于受到長期電場、機械荷載和自然環(huán)境的侵蝕，會逐漸劣化，而發(fā)生閃絡對電網運行安全帶來威脅。因此輸電線路維護人員需要定期排查劣化絕緣子并及時更換。對于盤型懸式玻璃絕緣子，長期運行時仍能保持足夠的絕緣性能和機械強度，相對于瓷絕緣子老化速度更為緩慢，但其具有零值自爆的特性，雖能降低運行維護的工作強度，但玻璃絕緣子在運用場景需嚴格控制，避免自爆后的絕緣子殘渣跌落造成人員傷亡或設備損壞。合成絕緣子雖然電氣性能優(yōu)越，但硅橡膠長期使用會出現老化的現象，這樣在一定程度上會使得線路的正常運行受到影響。因此在提高上述三種絕緣子長期運行可靠性，首先要督促制造企業(yè)在制造絕緣子的時候，不斷的改進自身的工藝和質量，從而提高產品的可靠性，降低劣質化水平。其次加強運行維護和巡視力度及時更換有缺陷的絕緣子，再次設計要根據電網公司要求嚴格控制各類絕緣子使用場景[2]。這樣才能夠確保輸電線路的運行不會受到影響，同時不會出現較大的安全問題，充分的保障人們的用電需求。

4.2 使用環(huán)境

實際上，三種絕緣子類型都有自己的優(yōu)點所在，在使用的時候要根據每個地區(qū)的不同情況選擇不同種類的絕緣子，這樣才能夠確保該地區(qū)的架空輸電線路在運行的時候能夠具有較強的保護力，提高該地區(qū)架空輸電線路運行壽命。合成絕緣子自身具有較強的機械性能，并且在運行的時候十分的穩(wěn)定，也能夠根據環(huán)境的不同來抵抗各種環(huán)境造成的不利因素，使用于一些環(huán)境污染較為嚴重的地區(qū)，同時對于合成絕緣子來說，電壓等級越高，它的經濟優(yōu)勢就越能得到凸顯。

4.3 選用原則

絕緣子在選擇的時候，一定要根據其本身的應用參數，結合工程的具體實際情況來選擇恰當的絕緣子。相關的工作人員也要從經濟和技術等多個方面綜合考慮來確定最為恰當的絕緣子結構。實際上，對于一些輕污染地區(qū)一般可以選擇采用瓷或玻璃制成的絕緣子，而對于一些重污染地區(qū)就應該采用合成絕緣子；反過來說，對于一些空氣質量較好的林區(qū)就不推薦使用復合絕緣子結構。無論如何電力工作人員在對架空輸電線路絕緣子結構選擇的時候，一定要充分的考慮各方面的影響因素，這樣才能夠保證其絕緣子結構的設計足夠合理。

5 架空輸電線路絕緣子掉串故障

架空輸電線路在對絕緣子進行設計的時候，還要將絕緣子串的掉落故障問題考慮進去，這樣才能夠保證絕緣子在運行的時候不會出現故障，即使出現故障也能夠快速準確地將其解決，從而確保輸電線路運行穩(wěn)定。絕緣子在正常的架空輸電線路運行的時候會出現掉串的現象，這主要是指架空輸電線路由于一些自然環(huán)境等影響因素，或一些人為因素的原因出現的絕緣子串脫落現象，這將對輸電線路運行安全照成嚴重影響，甚至造成重大的經濟損失，直接影響到人們的日常生活。

6 架空輸電線路絕緣子掉串事故產生的原因分析

實際上，絕緣子在架空輸電線路運行的過程當中會出現掉串事故，這種事故所產生的原因有很多方面，以下對可能會導致這種事故產生的原因進行分析。

6.1 自然原因

由于架空輸電線路基本上都是架設在野外，各種惡劣的自然環(huán)境會對其造成直接影響，從而出現的絕緣子串掉落事故發(fā)生。自然環(huán)境之下由于大風、雷電等各種天氣的影響，會使得絕緣子串的U 型掛環(huán)螺母出現松動的現象，從而脫離螺栓而出現的掉串問題。在眾多的影響因素當中自然原因是最不可控的，只有選擇恰當的絕緣子部件，才能夠更好地抵御惡劣自然環(huán)境的影響。這時候就要求相應的設計人員必須要在設計之前對自然環(huán)境有充分的調查研究，選擇絕緣子的時候也要根據調查結果綜合考慮分析再確定使用的類型，這樣才可以有效的保證最終所選擇的絕緣子使用時受到自然環(huán)境影響的因素比較小，避免掉串問題的出現。

6.2 架空輸電工程設計或安裝不合理

絕緣子之所以出現掉串現象，除了有自然環(huán)境的影響因素之外，還存在有工程設計或安裝不合理的因素，這方面的因素對于絕緣子的正常工作影響是最大的。這可能是因為相關的設計人員沒有按照相關的規(guī)程規(guī)范選擇正確的絕緣子及金具型號，安裝人員沒用嚴格按照設計圖紙進行組裝，這些問題都會導致絕緣子出線掉串現象。我國現在所存在的架空輸電技術已經比較完善，但是在設計和安裝等方面還存在有較大的不足。在設計的過程當中不能夠根據實際情況去分析架空輸電線路工程的實際需求，采用的絕緣子型號并沒有完全的符合整個線路需求，并且由于地勢特殊，會導致絕緣子受到外力的影響而出現掉串現象，從而產生安全隱患。另外，在安裝的時候沒有將絕緣子固定到位，使用型號不正確等各種原因都會導致絕緣子出現掉串故障。

6.3 運行維護人員工作不積極

絕緣子串出現掉落現象，也會存在有維護人員對絕緣子的維護不及時而出現這種問題。在這種情況下，絕緣子都是帶著問題運行的，這是直接導致絕緣子掉串的原因，在一些工程當中出現絕緣子串掉串事故，通過排查之后發(fā)現，的確是維護人員的工作沒有做到位，從而導致的這種問題的發(fā)生。因此，相關工作人員在對絕緣子進行維護的時候一定要定期的進行排查，要確保絕緣子的運行狀況足夠穩(wěn)定，這樣才不會出現掉串等較為嚴重的問題。

6.4 架空輸電線路部件老化

一般來說，架空輸電線路會長期受到各種環(huán)境因數的影響，這在無形之中也給絕緣子的部件提出的更高的要求。絕緣子作為輸電線路的重要組成部分，在使用的時候一定要注重外部環(huán)境導致部件出現老化的因素，避免出現絕緣子掉串事故。因此，要定期的對絕緣子進行更換，這樣可以有效的避免高負荷運行情況下絕緣子出現掉串現象。

7 防治架空輸電線路絕緣子掉串事故發(fā)生的具體措施

架空輸電線路當中出現絕緣子掉串事故是很常見的，只要采用良好的解決措施來進行防護，就能夠有效的避免掉串事故的發(fā)生，從而確保整個輸電線路可以正常的運行。下文將對一些具體的解決措施進行闡述，從而為防治工作提供一定的幫助。

7.1 尋找合適的絕緣子，積極開發(fā)更高性能的絕緣子材料

鋼化玻璃絕緣子自身具有很強的抗壓能力，并且也比較穩(wěn)定，使用周期長是它最明顯的優(yōu)點之一。合成絕緣子是最為普遍使用的絕緣子類型，擁有較強的抗擊性和防水性，這兩種絕緣子都有自身的優(yōu)點和缺點。在對輸電線路設計的時候，必須要根據實際情況，選擇恰當的絕緣子類型。另外，隨著空氣污染越來越嚴重，要想更好的防止絕緣子掉串事故的發(fā)生，就應該保證絕緣子的制作達到標準，這樣才能夠使得輸電線路更加良好的運行。

7.2 優(yōu)化設計方案，增強方案的可行性

對于架空輸電線路工程在設計的時候，優(yōu)良的設計方案對工程的影響力是很大的，這個時候就必須要求設計單位提出優(yōu)化的設計方案，在設計之前要對現場進行詳細的考察，并對方案進行反復的審核和評估，這樣才能夠讓方案的可行性得以提升。在具體進行方案設計的時候，對于一些南方地區(qū)針對其降水情況選擇恰當的絕緣子結構，而對于一些較為寒冷的東北地區(qū)，選擇絕緣子就必須要保證其抗壓性和穩(wěn)定性強一點[3]。其次，也要在輸電線路中加入一定的防雷措施，從而降低雷電天氣對絕緣子所造成的損害。

7.3 加強運行維護工作的落實，實行“責任到人”的責任制度

在整個輸電線路運行的過程當中，有關的日常維護一定要落實到位，并且要將每個人的責位明確。這樣在后期出現維護方面問題的時候能夠責任到人。相關的維護人員應該提高自身的意識，日常應該加強對設備的維護，從而控制相應的維護成本。在具體進行維護的時候，每天都應該對輸電線路進行巡查，從而確保輸電線路穩(wěn)定運行。另外在巡查的過程當中，如果發(fā)現有老化的絕緣子部件要及時的進行更換。相關部門也應該制定相應的責任制度，從而約束部門當中的維護人員，使得他們自身的責任意識得到提升，在對部件進行排查的時候可以更加的認真細致，從而確保絕緣子可以得到很好地維護，降低各種故障的出現而帶來的維護成本。

總而言之，架空輸電線路在進行設計的時候，一定要充分的考慮絕緣子的整體情況，并對絕緣子的設計進行充分的研究，要確保所使用的絕緣子符合實際的工程和環(huán)境需要。另外也要充分的將絕緣子串可能會掉落的情況考慮到整個設計過程當中，規(guī)避風險，這樣才可以有效的確保絕緣子在后期安全、穩(wěn)定的運行，進而整體提升輸電線路的運行穩(wěn)定性，更好的保障人們的日常生活所需。