3.长棒型绝缘子
3.1长棒型瓷绝缘子
长棒型绝缘子是在总结悬式瓷绝缘子优缺点基础上的由双层伞实心绝缘子发展而来,继承了瓷的电稳定性,消除了盘型悬式瓷绝缘子头部击穿距离远小于空气闪络距离的缺点,同时也改变了头部应力复杂(剪、切、压)的帽脚式结构。
目前,西方和东南亚许多国家110KV以下送电线路采用棒式绝缘子相当普遍,110KV以上高压或超高压线路上采用长棒型绝缘子日益增多,一些主要采用玻璃悬式绝缘子的国家如法国、意大利也将长棒型绝缘子用于污秽地区。
长棒型瓷绝缘子具有良好的耐污性能,这是因为:长棒型瓷绝缘子伞盘间无金具连接,相比盘型绝缘子串,在绝缘部分等长情况下,相当于增加约20%的爬距;在同等长度和同样污秽条件下长棒型瓷绝缘子的介电强度比帽脚式玻璃绝缘子要高出10%—25%,故伞裙可做的小些。由于长棒型瓷绝缘子结构伞盘无下棱,伞盘与伞盘间的芯棒本身就是绝缘体,瓷芯和相对较小的开放式无棱伞裙,比瓷或玻璃盘型绝缘子有更好的自洁性能,这点显然比盘型绝缘子串性能优越。
长棒型瓷绝缘子需要节间保护环,对于多雷区线路,作为悬垂串使用有其局限性。由于瓷棒绝缘子的小裙结构和连接及制造工艺的需要,需装保护环。节与节连接时,钢帽互相背向,从整串绝缘子看,因为这部分不象盘型绝缘子串帽脚相连并藏于相对较大的伞盘下,而成为明显暴露的绝缘间断,当闪络时电弧将寻找这一捷径,暴露的钢帽将电弧分断,电弧的这种倾向易造成靠近钢帽附近的伞裙损坏,因此安装保护环是必要的。其于脚帽绝缘子串不同的是,长棒绝缘子电场强度分布是在瓷件的外部周围空气中(脚帽型则在绝缘子内,故易发生老化),因而需要保护环来缓和电场,以掩蔽绝缘子不受大电流闪络。保护环设计成分段屏蔽装置是稳定绝缘子链雷电过电压的闪络特性曲线,使之更容易保护。这种保护环设计,在有限的塔头尺寸下,相对于整支的合成绝缘子,显然会暴露出它的弊端。
超高压线路耐张串应用长棒型瓷绝缘子从价格、性能方面都有它的优势。它的良好的自洁性能和不击穿、无需测零的性能大大减少了维护工作量,它的刚性材质在耐张串和不受尺寸所限的悬垂串中克服了合成绝缘子不耐蹬踩的缺点。
3.2长棒型合成绝缘子
合成绝缘子技术性能不断成熟和提高,并易向大吨位发展。它结构简单、轻巧,具有高的耐污性能和免维护(或少维护)的特性,它是一种最具有发展潜力的绝缘子,它的衍生产品应用广阔。在一般超高压线路和紧凑型线路中合成绝缘子作为悬挂、支撑显示出它的特殊魅力,它的轻巧和柔中带钢的特性是其他种类的绝缘子不可比拟的。
当超高压线路悬垂采用合成绝缘子串,耐张采用长棒型瓷绝缘子串相组合时,是今后值得推荐的方案,并可为状态检修、状态运行、减员增效创造条件,对发挥更大的经济和社会效益有长远的现实意义。硅橡胶复合绝缘结构改变了传统瓷为主的外绝缘结构,为高压输变电设备开拓一些新的技术领域。
3.2.1城市工业区和污秽严重地区的绝缘:污秽地区输电线路的绝缘水平主要由工作电压下的污闪水平决定。对大气污染较严重的工业集中地区、高压输电线路如选用传统瓷绝缘子串、即使选用大爬距耐污绝缘子在较重污秽区(泄漏比距2.5cm/kV以上)也要求增加绝缘子片数。硅橡胶复合绝缘的表面呈憎水性,即使表面被沉积污垢完全覆盖,由于硅橡胶的憎水性会迁移到污层上,污层也呈憎水性,形不成导电水膜,污闪电压比瓷绝缘子高1倍以上,耐漏电起痕和电蚀损性也高。
3.2.2紧凑型输电线路和复合绝缘间相间隔棒:紧凑线路是缩小导线相间距离、压缩线路走廊用地的紧缩结构的高压输电线路。选用污闪电压高的复合绝缘子,在满足过电压绝缘水平条件下可以适当缩短绝缘子串长度,采用复合绝缘相间间隔棒,在档距离支撑邻相导线,使三相导线同步摆动,保持邻相导线间距离基本不变,线间绝缘不必计及导线不同期摆动而使相邻导线间绝缘距离减少,只要满足过电压要求的绝缘距离就能安全运行。按大气和内部过电压计算220kV线路的线间绝缘距离有2.1m就够了,它是常规220kV线路线间距离的1/3。相间绝缘间隔棒要求有韧弹性和长期承受线电压。
国外合成绝缘子的研制和挂网较早,使用范围相当广泛,且已取得很多成功经验。国内合成绝缘子,主绝缘部分生产经单伞粘结、芯棒护套挤包、整体注射的发展,目前硅橡胶和成型技术已向国际水平接轨。端头连接经多样化并存(内楔式、内外楔式、外楔式、胶装式、螺纹式)逐步趋同于国际流行的探伤监控下的压接式,结构简单美观,产品质量人为分散性得到控制。从多起运行脆断事故的经验教训中,认识到界面处理的重要性,各大厂根据自家连接结构实际,芯棒采用不同防水汽入侵技术,并结合压接新技术,采用抗老化密封圈,利用外部压力,密封圈将芯棒、硅橡胶和金属件3者严格隔离而又紧密结合,大大保障了界面不被腐蚀和破坏。界面封胶已采用双组分室温硫化硅橡胶,它的混合液在硫化前粘度很低,可很容易渗入缝隙,硫化后却形成一种具有高粘度液体特性的粘稠固体,即使在产生位移情况下也能顽强并持久附到芯棒、护套及金具上。国内抗酸性腐蚀玻璃纤维(ECR)与抗水解环氧树脂结合芯棒的研制和应用可大大消除芯棒脆性断裂。合成绝缘子所具有的优良电气性能:高耐污性能(污湿闪电压是瓷或玻璃2~3倍);能承受很高的击穿电压(属于不击穿型绝缘子);良好的耐电蚀性能;无线电干扰水平低;泄漏电流小;工频干闪电压略高于瓷或玻璃型绝缘子串;湿闪电压较盘型绝缘子串约高15%;雷电冲击50%放电电压与盘型绝缘子串相当;免维护或少维护等优点,已被输变电技术人员认可和运行部门认同,目前已广泛用于多种电压等级的线路和变电所母线上。
尽管合成绝缘子的老化问题存在争议,认为合成绝缘子是有机材料制成的,有机材料的老化速度比陶瓷、玻璃等无机材料要快;但有资料认为硅橡胶是有机高分子硅氧聚合物,具有“接近无机硅酸盐的各种抗老化性能;也有认为太阳的紫外线照射能量不足以打开硅胶硅氧分子键,由此认为其抗老化能力与陶瓷、玻璃是相同的。
对于合成绝缘子的使用年限,国内外还没有足够的事实给予证明或加以定论。虽然国外应用合成绝缘子已有30年的历史,但比早期产品无论材料、性能、结构均有了长足发展,早期产品的历史数据,不能表征近代产品的趋势。对于近代技术较成熟的合成绝缘子,国内外对实际运行(重污区)七八年后进行了关键项的实验,结果它和新的没有污染过的合成绝缘子的机电性能相同,证实了它优良的电气性能和它的电气性能的长期稳定性。
针对合成绝缘子的憎水性暂时丧失可能引起大范围闪络,只要注意外绝缘配置(按1:1配置外绝缘)即可防止。到目前为止绝缘子采用的绝缘材料,只有硅橡胶能在暂时丧失憎水性后或在污秽情况下能恢复它的憎水性,这是它别具一格的憎水性迁移特性,从而大大提高了它的耐污性能。
在多数情况下,合成绝缘子的长度比常规绝缘子串要短,这缘于它被制成整体一根之故,因此常用于塔头尺寸受限制的线路中。在线路走廊越来越突出的今天,紧凑型线路将出现,并赖此减少走廊和降低电磁场,而超高压线路采用紧凑型更有意义。高压线下的电场和磁场依赖于它的电压和电流,也依赖于导线分裂间距、相间间距和地面距离,相间距离使用合成相间间隔棒(合成绝缘子衍生产品),可在最小的相间距离上建立一条紧凑型线路,甚至可在原来为普通单回设计的走廊上建造2回紧凑型线路,因此紧凑型线路采用合成绝缘子可增加相—相和相—地间的安全距离。合成绝缘子(包括衍生产品)的诸多特性,将不断拓广它的应用领域,并为减少超高压线路维护工作量和费用创造条件。
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