提高污秽条件下耐张绝缘子绝缘强度

董小录，王夏洋，王思超

（山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司，山西 河津 043300）

0 引言

某发电厂安装1台220 kV启备变，其高压侧通过龙门架及耐张绝缘子T接至220 kV母线。启备变、龙门架及耐张绝缘子均置于空冷岛下方，积污严重。绝缘子由19片XWP2-70双伞型绝缘子组串，在阴雨潮湿天气频繁出现爬电现象，严重影响220 kV系统的安全性。通过定期对耐张绝缘子串的红外成像测量，并未发现零值或低值绝缘子。输变电设备污闪需同时具备两大要素：污秽条件与潮湿条件，绝缘子表面聚积了一定量污秽物；同时在潮湿的天气中，污秽物吸收水分、受潮；二者缺一不会发生污闪。

1 爬电原因分析

污秽等级划分不准确。启备变地处北方干燥地区，临近铝生产、铁生产及焦煤产业的工业聚集区、临近荒漠区及重载公路，长期处于上述污区的下风向；变压器运行周期大于1年，绝缘子污秽聚积周期长，出于安全考虑没有进行过绝缘子带电冲洗；夏季空冷岛频繁冲洗形成的泥水、空冷风机减速机漏油产生的油污，直接溅落在绝缘子上，加剧了污秽的聚积速度，溅落的泥水在局部形成泥流桥接部分爬电距离；空冷岛处于绝缘子正上方，完全将变压器、龙门架及绝缘子遮蔽住，绝缘子丧失了自然清洁能力。由于上述种种因素，绝缘子在运行周期内污秽聚积特别严重。连续9年测试启备变区域参照盘型绝缘子盐密度最大值为0.19 mg/cm2，现场污区的划分仅根据历年参照绝缘子等值盐密度（ESDD）按照JB/T5895—1991简单将本区域划分为d级污秽等级（SPS），而忽略了灰密度（NSDD）、现场环境条件、泥水流对污秽等级的影响，造成污秽等级设计偏小、爬电比距选择偏小、绝缘强度不满足现场实际情况。上述种种因素，最终导致夏季阴雨天气高湿度环境下，绝缘子频繁出现爬电现象。

2 整改的方案

2.1 重新划分污区污级

根据GB/T26218.1—2010规定[1-2]，A类污秽物最常见于内陆地区、荒漠地区或工业污秽地区，其成分可分为可溶污秽物和不溶解污秽物，分别以等值盐密度（ESDD） 和灰密度（NSDD） 来度量；B类污秽最常见于沿海地区，由盐水或导电雾沉降在绝缘子表面形成，以现场等值盐密度（SES）度量。电站处于开阔干燥内陆地区，污秽物属于A类污秽。虽然参照绝缘子的峰值盐密度为0.19 mg/cm2，但由于参照绝缘子的灰密度与盐密度之比大于5：1、全年没有雨水冲刷造成污秽长期聚积后出现高湿度环境、空冷岛冲洗形成局部泥流等特点，考虑参照绝缘子等值盐密度检测过程的准确度、启备变闪络对电站的严重影响，最终将绝缘子所处区域应污秽等级确定为e级（见图1）。

图1 A类污秽-参照盘型悬式绝缘子ESDD/NSDD与SPS间关系

2.2 选择爬电距离

虽然污秽等级确认至e级，但同一污级中爬电比距值也有大小区别。考虑到空冷岛区域极端天气条件下，绝缘子严重积污及连续阴雨天气，导致绝缘子的污秽耐受电压值下降及连续污泥流桥接绝缘子爬电距离，应选择e污级RUSCD范围中的较高值（60 mm/kV），以保证系统的安全。由此，可以得出该污秽度下的最小爬电距离为8729 mm。与原有19片XWP2-70绝缘子形成的7600 mm爬电距离相比，爬电距离显著提高。在一定电压范围内，绝缘子串污秽耐受电压一般随爬电距离和串长的增加呈线性增加。所以，在满足要求的间隙内，增加爬电距离将线性提高绝缘子串污秽耐受电压（见图2）。

2.3 绝缘子型式的选择

确定了最小爬电距离后，为保证线路弧垂度，应选择与原绝缘子相同高度（146 mm） 及数量（19个）的绝缘子。通过最低爬电距离及绝缘子数量选定单个绝缘子的爬电距离应为450 mm。由此确定了最终的爬电距离为8550 mm，比原绝缘子串爬电距离显著提高；伞形的选择，由于绝缘子处于空冷岛下方，全年没有雨水冲洗，失去了雨水自洁能力，所以考虑使用空气动力自洁性的伞形，优先考虑草帽型和双伞型。

图2 玻璃和瓷绝缘子的SPS等级和RUSCD间的关系

2.4 PRTV材料在绝缘子上的应用

PRTV涂料具有良好的憎水性和憎水迁移性，能在湿度来临之前使污秽具有憎水性，因此具有良好的防污闪效果。按照DLT627—2012规定[3]，在20 kg/m2及以上盐密度下，或者在0.1 mg/cm2盐密度和0.5 mg/cm2灰密度时，污层表面憎水性充分迁移后，相同条件下有RTV涂层的绝缘子污闪电压U1相对无RTV涂层的绝缘子污闪电压U2之比大于1.5～2倍（表1为XWP2-70绝缘子人工污秽耐压数据），由此可以看出，PRTV材料具有良好的防污闪能力。但是，现场喷涂PRTV存在诸多影响工艺的因素，因此应选择在洁净环境的工厂内喷涂成型的瓷复合绝缘子，杜绝现场高空喷涂导致工艺不良、失去防污闪能力的问题。按照DLT627—2012规定，PRTV涂料使用寿命一般不小于15年，在其有效期内一般不需要清扫或冲洗。但水泥、电熔镁等特别严重粉尘污染区应适当缩短使用周期。所以，对运行3年以上的绝缘子，应定期检查涂层外形、憎水性、机械强度等特性。憎水性应每年检查进行测试，憎水级别不得小于HC5。运行中出现龟裂、起痕蚀损、涂层被油污染或外观、憎水性试验不合格的涂层，应进行复涂或改造。

2.5 改造前后后绝缘子参数的对比（见表1、表2）

经过选型，决定选择FXWP-100型瓷复合绝缘子，其性能参数与原使用的XWP2-70型瓷绝缘子参数对比数据如表1、表2所示。

表1 XWP2-70（146/255/400） 型瓷（玻璃） 悬式绝缘子人工污秽试验数据[4]

表2 两种绝缘子参数表

由此可见，改造后的绝缘子性能完全优于原绝缘子，绝缘性能与机械性能适应于现场要求。同时，PRTV优良的憎水性和憎水迁移性防止污闪的能力明显优于具有亲水性的玻璃和瓷绝缘子。因此，改造具有良好的安全收益。

2.6 改造后瓷复合绝缘子与系统的绝缘配合核算

按DL/T620—1997—10.1.2要求[5]，变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。变电所绝缘子串的操作冲击绝缘强度以避雷器相应保护水平为基础，进行绝缘配合。变电所绝缘子串雷电冲击强度，以避雷器雷电保护水平为基础进行配合。现场选用Y10W5-200/520型氧化锌避雷器，其额定电压为200 kV、持续运行电压为160 kV、10 kA标称放电电流下的残压为520 kV。

参照表2数据，在洁净状态下瓷复合绝缘子的湿耐受电压值较瓷绝缘子有所提高。以19片绝缘子串为例，绝缘子湿耐受电压可达855 kV，雷电冲击电压可达2280 kV，2个电压均满足和避雷器的绝缘配合要求。

参照表1中XWP2-70型瓷（玻璃） 悬式绝缘子13片组串时的人工污秽试验数据，在盐密度为0.2 mg/cm2、灰密度为1.0 mg/cm2的恶劣条件下，单片瓷绝缘子的闪络电压为9.49 kV，现场耐张绝缘子由19片组成，闪络电压可达180 kV；在更换瓷复合材料的绝缘子后，耐受电压可以提高1.5～2倍，以1.5倍计算，闪络电压最小可达270 kV。

由此可见，更换瓷复合绝缘子后，绝缘子串的闪络电压较原绝缘子串有大幅度提高，满足避雷器额定电压要求，绝缘配合合理。

3 注意的事项

在完成更新改造后，还需从以下几个方面加强运行监视及维护：一是坚持定期红外成像，检测是否出现零值或低值绝缘子；二是坚持定期检查复合绝缘子外观、定期检测参照绝缘子盐密度、憎水性及机械强度，防止复合材料破损老化、憎水性下降及机械强度下降；三是加强极端湿度环境下的运行监视，如还出现爬电现象或污水流桥接绝缘子现象，可适当加装硅橡胶辅助伞裙，增爬伞裙配置宜采用4+1的插花方式；四是根据绝缘子污秽及老化程度，定期更换绝缘子[6]。

4 结束语

a） 通过重新划分污区、重新选择参考统一爬电比距，大幅度提高了绝缘子串的爬电距离。

b）通过采用新型硅橡胶材料，极大提高了绝缘子的污秽耐受电压等级[7]。

c） 通过选择绝缘子伞形形状，提高了空气动力下绝缘子的自洁性。

通过采取上述措施，提高了绝缘子在污秽环境下的绝缘强度，消除了爬电现象。需要注意的是，本文仅分析了A类污秽物对绝缘强度的影响；对B类污秽物，可以通过加装封闭GIS等手段予以解决。