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高壓輸電線絕緣子可靠性范文

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高壓輸電線絕緣子可靠性

摘要:文章提出和論述了評價超高壓(EHV)輸電線絕緣子可靠性的五項準(zhǔn)則摘要:壽命周期、失效率、失效檢出率、事故率和可靠性試驗。并由此得出結(jié)論摘要:為提高EHV輸電線路的可靠性,應(yīng)優(yōu)先采用玻璃絕緣子,集中力量研制復(fù)合絕緣子,加大改造力度以提高瓷絕緣子的制造水平。

摘要:超高壓輸電絕緣子可靠性評價

線路絕緣子性能的優(yōu)劣直接影響到輸電線路,非凡是超高壓(EHV)輸電線路運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此,如何評價EHV輸電絕緣子的可靠性,已成為電力部門和絕緣子制造部門尤為關(guān)注的新問題。

在架空輸電線路上現(xiàn)在使用的有三種材料絕緣子——瓷絕緣子、玻璃絕緣子和有機(jī)復(fù)合絕緣子。我國目前的生產(chǎn)目前狀況是以生產(chǎn)和使用瓷絕緣子為主,玻璃絕緣子國內(nèi)生產(chǎn)能力只占國內(nèi)絕緣子總需求量的20%;我國復(fù)合絕緣子的研制起步較晚,由于近年來國內(nèi)外在此技術(shù)上的進(jìn)展較快,生產(chǎn)和使用量已呈上升態(tài)勢。

1對絕緣子可靠性評價的五項準(zhǔn)則

運(yùn)行的可靠性是決定絕緣子生命力的關(guān)鍵。最好的評價應(yīng)是大量絕緣子在輸電線路上長期運(yùn)行的統(tǒng)計結(jié)果和可靠性試驗所反映出來的性能水平。因此,評價絕緣子應(yīng)遵循下述準(zhǔn)則摘要:

(1)壽命周期

產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用條件下,能夠保持其性能不低于出廠標(biāo)準(zhǔn)的最低使用年限為“壽命周期”。此項指標(biāo)不僅反映絕緣子的平安使用期,也能反映輸電線路投資的經(jīng)濟(jì)性。我國曾先后多次對運(yùn)行5~30年的玻璃和瓷絕緣子進(jìn)行機(jī)電性能跟蹤對比試驗。結(jié)果表明摘要:玻璃絕緣子的使用壽命取決于金屬附件,瓷絕緣子的使用壽命取決于絕緣件[1]。玻璃絕緣子的壽命周期可達(dá)40年,而瓷絕緣子除全面采用國外先進(jìn)制造技術(shù)后有可能較大幅度地延長其壽命周期外,其平均壽命周期僅為15~25年;復(fù)合絕緣子經(jīng)歷了“三代”的發(fā)展,但從迄今世界范圍內(nèi)的試驗及運(yùn)行結(jié)果分析來看,其平均壽命周期只有7年[2]。

(2)失效率

運(yùn)行中年失效絕緣子件數(shù)和運(yùn)行絕緣子總件數(shù)之比稱為年失效率。對于國產(chǎn)玻璃絕緣子,其壽命周期內(nèi)平均失效率為(1~4)×10-4/a[1],對于國產(chǎn)瓷絕緣子的失效率,除個別合資企業(yè)產(chǎn)品將有可能降低外,比玻璃絕緣子約高1~2個數(shù)量級;對于復(fù)合絕緣子,由于壽命周期不能猜測、復(fù)合材料配方和制造工藝還不能完全定型,其失效率很難猜測。

(3)失效檢出率

絕緣子失效后能否檢測出來的檢出率對線路平安運(yùn)行的影響是比失效率本身更為重要的因素。檢出率取決于絕緣子失效的表現(xiàn)形式和失效的原因。玻璃絕緣子失效的表現(xiàn)形式是“自動破碎”和“零值自破”[1]。“自破”不是老化,而是玻璃絕緣子失效的唯一表現(xiàn)形式,所以只需憑借目測就可方便地檢測出失效的絕緣子,其失效檢出率可達(dá)百分之百;瓷絕緣子失效的表現(xiàn)形式為頭部隱蔽“零值”或“低值”,復(fù)合絕緣子失效的主要表現(xiàn)形式為傘裙蝕損以及隱蔽的復(fù)合“界面擊穿”。此外,瓷和復(fù)合絕緣子失效的原因是材料的老化,而老化程度是時間的函數(shù)。老化是隱蔽的,因此給檢測帶來極大的困難,造成檢出率極低;對于復(fù)合絕緣子,實際上根本無法檢測。

(4)事故率

年掉線次數(shù)和運(yùn)行絕緣子件數(shù)之比稱為年事故率。絕緣子掉串是架空輸電線路最為嚴(yán)重的事故之一。對于EHV輸電,若造成大面積、長時間停電,后果則不堪設(shè)想。

國產(chǎn)玻璃絕緣子30年來的運(yùn)行經(jīng)驗證實摘要:在220~500kV的輸電線路上,從來沒有因為玻璃絕緣子失效而發(fā)生過掉線事故[1],而國產(chǎn)瓷絕緣子掉線事故率則高達(dá)2×10-5。前蘇聯(lián)的探究指出,即使失效率相同,瓷絕緣子較玻璃絕緣子的事故率也至少高一個數(shù)量級[3]。由于復(fù)合絕緣子為長棒式,掉線事故一般很少發(fā)生,但導(dǎo)致內(nèi)絕緣擊穿、芯棒斷裂和強(qiáng)度下降的因素始終存在,一旦失效,事故概率會高于由多個元件組成的絕緣子串。

(5)可靠性試驗

為對絕緣子進(jìn)行可靠性評價,國內(nèi)外曾對玻璃絕緣子和瓷絕緣子作過各種方式的加速壽命試驗和強(qiáng)制老化試驗。如摘要:陡波試驗、熱機(jī)試驗、耐電弧強(qiáng)度試驗、1500萬次低頻(18.5Hz)和200萬次高頻(185~200Hz)振動疲憊試驗及內(nèi)水壓試驗,都從不同角度得出結(jié)論摘要:和玻璃絕緣子相反,絕大多數(shù)瓷絕緣子都不能通過這些試驗[1]。對于復(fù)合絕緣子,可靠性試驗則還是一個有待于繼續(xù)探索的課題。

2影響絕緣子可靠性的三大因素

(1)材料是基礎(chǔ)

玻璃和瓷均屬鋁硅酸鹽,瓷是三相(結(jié)晶相、玻璃相和氣相)共存的不均質(zhì)體,而玻璃是液態(tài)和玻璃態(tài)互為可逆的均質(zhì)體。“均質(zhì)性”是影響絕緣材料介電強(qiáng)度的重要因素。脆性材料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,不完全取決于材料力學(xué)性質(zhì),而極大程度上取決于材料內(nèi)部的缺陷和表面狀態(tài)。這就是鋼化玻璃較之退火玻璃和瓷,上釉的瓷較不上釉的瓷強(qiáng)度高得多的原因。此外,玻璃的“熱鋼化”技術(shù),賦予玻璃表層一個高達(dá)100~250MPa的永久預(yù)應(yīng)力。這就是“鋼化玻璃”強(qiáng)度鋼鐵化,熱穩(wěn)定性高,較瓷不易老化和壽命長的道理。對于復(fù)合絕緣子的難點(diǎn)是解決有機(jī)材料在戶外條件下的老化、芯棒的脆斷和蠕變。可見,鋼化玻璃既較瓷有高得多的機(jī)械、絕緣強(qiáng)度,又較有機(jī)材料具有優(yōu)良的抗老化性能,為絕緣子的可靠運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和耐污性能是關(guān)鍵

玻璃絕緣子采用圓柱頭結(jié)構(gòu),承力組件受力均勻。較之國內(nèi)傳統(tǒng)瓷絕緣子數(shù)十年一貫制的圓錐頭結(jié)構(gòu),具有尺寸小、重量輕、強(qiáng)度高和電性能優(yōu)良的特征。由于玻璃的線膨脹系數(shù)較瓷大得多,外型尺寸較復(fù)合絕緣材料小得多,且和金屬附件和水泥易連接,因而受力組件材質(zhì)匹配良好。在各種氣候條件下,不會象瓷絕緣子和復(fù)合絕緣子那樣輕易產(chǎn)生危險應(yīng)力而導(dǎo)致老化。且復(fù)合絕緣子很難解決復(fù)合界面的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

但復(fù)合絕緣子具有優(yōu)良的耐污性能,而且通常無需清掃。這就極大地減少了線路維護(hù)費(fèi)用。就此而論,復(fù)合絕緣子發(fā)展前景廣闊。玻璃的介電常數(shù)較大,因而單只玻璃絕緣子的干閃絡(luò)電壓比瓷絕緣子的低,但有較大的主電容來改善表面的電壓分布,使之和瓷絕緣子串的閃絡(luò)電壓相當(dāng)。加之玻璃絕緣子泄漏比距大,表面產(chǎn)生的凝聚物少,反抗由污穢引起的熱應(yīng)力的能力強(qiáng),因而不易因閃絡(luò)而出現(xiàn)事故。華東電網(wǎng)十年來的污閃實踐一再證實,玻璃絕緣子的耐污性能優(yōu)于瓷絕緣子。

(3)制造水平是保證

在國外,優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)均已形成相當(dāng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模、且具有工藝先進(jìn)的高自動化生產(chǎn)線。因而,整個西歐和前蘇聯(lián),玻璃絕緣子的市場占有率高達(dá)90%以上;整個北美復(fù)合絕緣子使用量為世界之最,占本地絕緣子市場總量的25%~30%[2];在日本,瓷絕緣子則一統(tǒng)天下。在我國,所幸的是國產(chǎn)玻璃絕緣子通過技術(shù)引進(jìn)和自己開發(fā),已具備了上述生產(chǎn)條件。對于瓷和復(fù)合絕緣子,除個別合資企業(yè)外,上述制造水平在我國尚未達(dá)到。可見,選用何種產(chǎn)品還取決于產(chǎn)品的制造水平和對產(chǎn)品性能及使用環(huán)境的全面了解。

3結(jié)束語

(1)絕緣子的壽命周期、失效率、失效檢出率、事故率和可靠性試驗,應(yīng)成為綜合評價EHV絕緣子可靠性的五項準(zhǔn)則。

(2)擴(kuò)大使用國產(chǎn)玻璃絕緣子在當(dāng)前有著較大優(yōu)勢。作為玻璃絕緣子制造者應(yīng)精益求精,有效降低絕緣子運(yùn)行頭幾年的失效率。

(3)復(fù)合絕緣子有著較為廣闊的發(fā)展前景,應(yīng)集中力量開發(fā)研制,以求在延緩材料老化和猜測壽命周期上取得突破。

(4)具有悠久生產(chǎn)歷史的國產(chǎn)瓷絕緣子,應(yīng)加大技術(shù)改造力度,在材料配方、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造水平上取得更大的進(jìn)展。

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