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        河間市泰昌電力器材有限公司

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        公司動態

        復合絕緣子運行中的檢測技術

        隨著電力工業的發展,輸電容量急劇增長,電壓等級不斷提高,110、220、500、750甚至1000 kv都已經出現并成熟發展。電力系統對絕緣子的要求越來越高,新型絕緣子也不斷涌現,以前瓷絕緣子XP系列、玻璃絕緣子LXP系列、現在防污瓷絕緣子XWP系列、鋼化玻璃絕緣子FC、BC等等,就其各種性能比較合成絕緣子以質量輕、機械強度高、維護工作量小、防污性能好、造價低逐漸脫穎而出。

        合成絕緣子被稱為有機復合絕緣子、硅橡膠復合絕緣子

        復合絕緣子按型號和不同的廠家可分為:HXS系列(保定產品)FXBW系列(溫州國工,湖北襄樊、廣州、)FXB系列(山東淄博、上海虹橋、大連電磁廠)XSH系列(湖北襄樊)等等。

        在咱們運城輸電線路上按電壓等級可分為110kv、220kv、500kv種。

        (本文討論的是線路棒形懸式合成絕緣子)

        合成絕緣子的基本結構為金具、芯棒、傘裙護套。

        芯棒是合成絕緣子機械負荷的承載部件,同時又是內絕緣的主要部分,合成絕緣子的芯棒材料采用樹脂增強的玻璃纖維組成

        傘裙護套是合成絕緣子的外絕緣部分,其作用是使合成絕緣子具有足夠的防濕閃和污閃的外絕緣性能,保護芯棒不受外部環境侵襲,通常傘裙護套都有優良的耐污閃性,耐漏電起痕和電蝕性,耐高低溫和大氣老化的性能。復合絕緣子的優異耐污閃性能都是由傘裙護套提供的,它在芯棒的外層,容易損壞,所以傘裙護套也是我們重點保護和研究的對象。

        芯棒和護套是通過中間的粘接層連接到一起的,如果粘接不好這里就成為內絕緣的弱點。

        金具是合成絕緣子的機械負荷的連接部件,它與芯棒組裝在一起構成合成絕緣子的連接件,來傳遞機械負荷。

        02復合絕緣子的優點

        復合絕緣子從結構到材料都完全不同與瓷或玻璃的絕緣子。性能上也大不相同,主要有以下幾點:

        2.1強度高,質量輕

        接觸過合成絕緣子的人都了解,一支合成絕緣子質量很輕,只不過是瓷質絕緣子的1/5,但絕緣子的周向抗拉強度很高一般都在6000mpa以上,而這樣的優點非常深受線路職工的歡迎,主要可以在施工和事故搶修中大大降低勞動強度。

        2.2無零值

        合成絕緣子屬于棒形絕緣結構,其傘裙是硅橡膠的有機高分子結構其內外極間距基本相等,一般不發生內部絕緣擊穿,所以也不需要零值檢測。

        2.3污閃電壓高

        合成絕緣子的傘裙護套是有機高分子結構,表面能很低呈現很強的憎水性。親水性或憎水性是固體材料的表面性能,水在憎水性的固體表面形成的是一種相互分離的水滴或水珠狀態,人們熟悉的荷葉表面即自然界中典型的強憎水性表面,水在其上呈滾圓的水珠狀;而水在親水性表面形成的則是連續的水膜或水片狀態,如水在陶瓷或玻璃表面的狀態。而不行成連續的水膜,因此泄露電流較小,難以形成局部電弧,不容易發生沿面閃絡。因而污閃電壓高。

        2.4運行維護簡單

        污閃性能高,不必進行污穢清掃,有不要進行零值檢測是維護工作量大大降低

        03復合絕緣子的技術數據

        我國的合成絕緣子的主要有我前面介紹的4個系列組成,下面我來介紹一下四個系列的合成絕緣子:

        3.1HXS系列

        此系列主要有華北電力集團公司保定修造廠生產,H X S 2--110/70(100)的型號的含義:

        H—表示合成絕緣子,

        X--表示懸式,

        S—表示實心(棒形)

        2—表示設計序號

        110—表示額定電壓等級,

        70—表示額定機械負荷(kN)

        其總泄露距離為242cm,結構:為大小傘結構

        其他型號的H X S 2--220/160(100)泄露距離為484cm,結構:為大小傘結構。H X S 2--500/160(180)泄露距離為1100cm,結構:為大小傘結構。

        3.2FXBW系列

        該系列主要有溫州國工實業和廣州、襄樊生產。FXB W 3-110/70的型號的含義:

        FXB—表示棒形懸式復合絕緣子;

        W—表示大小傘(等徑不表示);

        3--表示設計序號 ,1、2指爬電比距為20mm/kv,3、4表示爬電比距為25mm/kv。

        3.3XSH系列

        該系列主要有湖北襄樊生產。XSH—70/110B的型號的含義:

        XSH—表示懸式實心合成絕緣子系列;

        70—表示額定機械負荷(kN);

        110—表示額定電壓(KV);

        B—表示結構型式。

        3.4FXB系列

        這主要有遼寧大連、山東淄博、湖北襄樊、上海虹橋,也是咱們用的最多復合絕緣子,FXB—110/70的型號的含義為:

        FXB—表示棒形懸式復合絕緣子;

        70—表示額定機械負荷(kN);

        110—表示額定電壓(KV);

        這四個廠的絕緣子我區共用13416支。具體的合成絕緣子參數見附件的詳細列表。

        04復合絕緣子的常規絕緣子的運行維護和檢修

        復合絕緣子由于重量輕、強度高、耐污閃性能強、制造維護方便等眾多優點而在電力系統中獲得廣泛的應用,打破了瓷、玻璃絕緣子的長期統治地位。據不完全統計,復合絕緣子在我國電網運行總數約200萬支,就使用數量而言,我國已成為僅次于美國的復合絕緣子使用第2大國。但隨著運行時間和運行數量的增加,復合絕緣子發生故障的信息也逐漸增多。據不完全統計,截止1998年,在華東、華北地區發生15起界面擊穿 事故,廣東、華東、華北地區發生23看起污閃事故。顯然,在改進配方及制造工藝、提高復合絕緣子質量的同時,有針對性地開展運行復合絕緣子檢測技術的研究對保障電網的安全運行具有十分重要的意義。目前運行中處長全絕緣子的檢測技術主要有:

        4.1直接觀測法

        目前對于復合絕緣子外部物理缺陷最為常用的方法是直接觀測法,即用雙筒望遠鏡在塔下觀察以發現常見的表面缺陷如護套、傘裙、金具等部位有無開裂、電蝕損、粉化、漏電痕跡等,如有以上現象應立即更換絕緣了。但地面觀察不夠可靠,還需登塔檢測而且難以發現內絕緣故障如樹技狀通道等。

        具體觀測內容為:

        1)觀察在雨霧露等氣象條件下合成絕緣子表面局部放電的情況

        2)端部金具連接部位有否出現明顯的滑移和附件電蝕情況。

        4.2紫外成像法

        微小但穩定的表面局部放電會導致復合絕緣子傘裙和護套形成碳化通道或電蝕損。當絕緣子表面形成碳化通道時,其使用壽命會大大降低,甚至在短期內被擊穿。利用電子紫外光學控傷儀可以帶電檢測復合絕緣子表面由于局部放電而形成的碳化通道和電蝕損,其原理是:局部放電過程中帶電粒子復合會放出紫外線,當絕緣子表面形成導電性碳化通道時,局部放電加劇。該方法的不足之處是要求在夜間、正溫度環境下操作;另外要求檢測時正在發生局部放電,這要求檢測應在高濕度甚至有降雨的環境中進行。但檢測結果容易受到觀察度的影響,檢測設備也較昂貴。

        這種檢測的方法我只在合成絕緣子技術交流會中,聽四川成都合成絕緣子研究所介紹,了但沒有用過,需要進一步了解

        4.3紫外成像法

        紅外成像法可以檢測局部放電、泄漏電流流過絕緣物質時的介電損耗或電阻損耗等引起的緣子局部溫度升高,可以用于線檢測。廣電集團佛山供電分公司對大量運行復合絕緣子進行了紅外熱像測溫普查,結果發現:凡有明顯局部過熱點的絕緣子,其過熱點至絕緣子高壓端硅橡膠表面均顯著發黑、粉化、變脆、憎水性基本喪失,有的出現許多細小裂紋甚至出現嚴重破損;發熱點至高壓端不能承受工頻耐壓試驗或陡波沖擊試驗,可知發熱點為內絕緣價面局部放電進展的位置。儀器造價高且測量易受陽光、大風、潮氣、環境溫度及一些能引起絕緣子表面溫度急劇變化因素的影響是紅外成像法的不足之處。也影響了其應用。

        我工區也有一部紅外線熱像儀,我也用過對合成絕緣子進行進行檢測,但效果不理想。

        4.4超聲波法

        清華大學研究了用超聲波來檢測復合絕緣子芯棒裂紋。超聲檢測的實現是基于超聲波在從一種介質進入另一種介質的傳播過程中會在兩介質的交界面發生反射、折射和模式變變換的原理,超聲波發生器發射始脈沖進入絕緣子介質,當絕緣子中的缺陷波的大小和位置即可判斷絕緣子中的缺陷情況。用超聲波檢測復合絕緣子機械缺陷時具有操作簡單、安全可靠、抗干擾能力強等優點,但由于其存在耦合、衰減及超聲換能器性能問題,在遠距離遙測上目前尚未有重大突破,不適合現場檢測,而主要用于企業生產在線檢測以及實驗室鑒定。

        4.5電場分布法

        復合絕緣子存在著多種界面,目前認為因復合絕緣子金屬端頭處密封不良,潮氣進入內部導致沿著芯棒與護套的界面或芯棒內部缺陷發展的電致碳痕是復合絕緣子最容易發生也是最危險的故障。陡波試驗可以檢測復合絕緣子的內絕緣缺陷,但該方法無法實現現場在線檢測。

        電場分布法可在線檢測復合絕緣子的內絕緣缺陷,且該方法所用儀器較為簡單,對天氣等外界環境要求甚低。運行中的復合絕緣子,正常狀態下電場強度和電勢沿絕緣了軸向的變化曲線是光滑的。當絕緣子存在導通性缺陷時,該處電位變為一常數,故其電場強度將突然降低,電場分布曲線也不再光滑,而是在相應的位置上有畸變,中間下陷,兩端上升。因此測量復合絕緣子串的軸向電場分布可找出絕緣子的內絕緣導通性故障。

        我工區在04年購進一部DL-1合成絕緣子帶電檢測儀,該儀器用于帶電檢測110kV及以上各電壓等級輸電線路上合成絕緣子的絕緣狀況,能夠識別合成絕緣子的內絕緣導通性缺陷。

        4.5.1、儀器介紹

        儀器由電場測量探頭、托架和連接柄組成。電場測量探頭是一個長方形金屬盒,內裝電路,用來測量并存儲電場數據。托架用絕緣材料制成,用以安放電場探頭和連接柄。連接柄為金屬件,用螺釘固定在托架的中部,用以連接帶電操作絕緣桿。詳見圖1。

        電場測量探頭正面有電源開關、紅色電源指示燈、按鈕、綠色操作指示燈和串行通信接口。背面有光電管光路窗口。詳見圖1。

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        圖1 檢測儀構成

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        現場檢測實況參見圖3。

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        圖3 檢測儀應用示例

        4.5.2、缺陷判別方法

        1)良好合成絕緣子周圍的電場沿絕緣子軸向呈光滑的“U”形分布。距接地側約1/4處場強最小,向地側稍有增大,向導線側快速增大。參見圖4。

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        2)導線側有導通性缺陷的合成絕緣子的電場分部在缺陷部位突然下降。曲線極大值對應缺陷的端部(此處場強較強)。參見圖5

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        圖5導線側有導通性缺陷的合成絕緣子的電場分布曲線

        3)中部有導通性缺陷的合成絕緣子的電場分部在缺陷部位突然波動。

        波動處極小值對應缺陷的中部(此處場強較弱)。參見圖6

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        圖6中部有導通性缺陷的合成絕緣子的電場分布曲線

        4.5.3憎水性檢測方法

        目前,適用于現場的憎水性測量方法主要是瑞典輸電研究所提出的噴水分級法。該方法將復合絕緣子表面的憎水性分為7級并給出分級判據和標準圖片,HC-1級和HC-7級分別對應憎水性最強和最差(即完全親水)的狀態。試驗中,用普通噴壺對試品表面噴灑水霧,觀察水分在試品表面的分布情況,對比分級判據和標準圖片,得出絕緣子表面的憎水性狀況。

        噴水分級法的缺陷是對人的主面判斷依賴性較大。近年來,數碼攝像技術和計算機數字圖像處理技術的發展為人們更為客觀和精確地評價復合絕緣子表面的憎水性提供了一條新的道路。瑞典的研究人員對人工模擬老化的復合絕緣子試樣通過噴水分級法測量憎水性等級,同時拍攝噴水 后絕緣了表面的數字灰度圖像。利用計算機圖像處理技術從大量數字灰度圖像中提取出一個函數值和HC等級呈現單調關系的數學函數(命名為憎水性指示函數)。從而通過憎水性指示函數來得出絕緣子的憎水性等級。這也是當今絕緣子領域正在進行的研究項目,聽說已經取得了階段的成果。

        具體憎水性分級見圖:

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        具體操作方法:

        噴壺的噴嘴據試品25cm,約每秒種噴水一次,共噴水25次,噴射方向盡量垂直于試品表面,憎水性分級值(HC)應在噴水結速后30秒內測量。由于憎水性指示函數公式尚未出來,現階段主要由表面水滴狀態描述來定HC值,它的標準是:

        HC1:只有分離的水珠

        HC2:只有分離的水珠,只是水珠較大

        HC3:只有分離的水珠,水珠較大,水珠不再是圓的

        HC4:同時存在的水珠與水帶。完全濕潤的水帶面積小于2cm2總面積小于被測區域的90%。

        HC5:完全濕潤面積大于2cm2總面積小于被測區域面積的90%

        HC6:完全濕潤面積大于被測區域面積的90%,仍存少量的干燥區域

        HC7:整個被測區域形成連續的水膜

        4.5.4泄漏電流測量法

        泄漏電流測量法是利用泄漏電流沿面形成的原理,在絕緣子接地側通過引流卡或電流傳 感器,在線實時測量泄漏電流,利用信號處理單元計算出一段時間內泄漏電流的各種統計值(如峰值平均值、峰值最大值或大電流脈沖數),通過無線傳輸與有線傳輸相結合,將數據傳輸到數據總站,運用專家知識和自學習算法對上述三種知識進行綜合分析,對絕緣子的積污狀況作出評估和預測,并為實現狀態檢修提供科學依據。

        對于復合絕緣子,由于其特有的憎水性及憎水遷移性,使得絕緣子受潮時,在任何一個瞬間能夠參與導電的只是全部污穢中已經溶解而未流失的那部分,稱為“有效污穢”。因此,復合絕緣子的沿面泄漏電流與有效污穢度有關,同時與憎水性也有關系。另外,絕緣子的泄漏電流與電壓等級、絕緣子型號、絕緣子片數、環境溫度、濕度等因素也有關系。該方法的研究和應用目前尚存在較大的爭議。我區在99年也用過,沒有成功現在已經退出運行。

        05結論

        復合絕緣子運行中檢測技術現在主要的應用就是通過現場電場分布法和憎水性檢測法就能基本保證復合絕緣子掛網的安全,在配合復合絕緣子的機械和電氣性能的抽檢,就能達到復合絕緣子的安全運行。

        復合絕緣子以其優良的特性,以積快的速度普及絕緣領域,但隨著普及不斷研究其運行和檢修監管手段,是當今迫切的要求。電網需要一個各方面性能好,運行維護手段簡便的絕緣子,復合絕緣子充當著這個角色。

         

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