2023年《安全技术》之从一起鸟粪事故论合成绝缘子的结构.docx

从一起鸟粪事故论合成绝缘子的结构 2023－04－10T05：48，濮阳市振兴站110 kVⅡ振清线Ⅰ开关零序保护动作跳闸重合成功，后经仔细登杆检查，确认是在3号直线塔的B相绝缘子，因鸟粪引起闪络所至，现场的铁塔、绝缘子及地面上都发现了新鲜的鸟粪，绝缘子上有不太明显的放电痕迹。Ⅱ振清线是2022年9月投运的新线路，全部使用了合成绝缘子，型号为FXBW2－110/70。这次事故再次暴露了合成绝缘子结构上的缺陷，应该引起供电部门足够的重视。 合成绝缘子又称硅橡胶绝缘子，能够被广泛推广使用的主要原因是其具有良好的憎水性能、耐污闪和耐湿闪性能。但是，由于其伞裙直径和伞间距较小，以及在长期潮湿天气下憎水性能的丧失等结构上的原因，合成绝缘子的不明闪络率明显高于其它类型绝缘子。根据文献[1]提供的统计资料，在瓷和玻璃绝缘子串的闪络故障中，不明原因闪络约占10%，而合成绝缘子约占15%。表1为国电公司统计的我国挂网运行的110 kV及以上合成绝缘子，截止1998年9月的事故类型分类统计[2]，从表中可以看出鸟粪事故和不明闪络占了很大比例，仅次于雷击事故，各占了16.6%和23.9%，而试验说明，统计中的不明闪络可能有很大比例是属于鸟害事故[2]。两文献的数据虽然相差较大，但都提供了合成绝缘子不明闪络和鸟粪事故率较高的直接证据。 清华大学在模拟鸟粪引起的闪络实验时发现，鸟粪通路距离合成绝缘子外缘十几厘米时，比直接滴落在伞缘上更易闪络，其主要原因就是由于合成绝缘子的伞裙间距过小，易发生伞裙间飞弧短接现象，这种经过空气通道的击穿大都对绝缘子本身不造成严重破坏，其重合闸成功率很高，而且故障后找不到明显的故障点。对合成绝缘子闪络时间段的统计调查发现：较多的不明闪络发生在凌晨02：00～07：00。其原因为：一是这段时间空气湿度大，北方地区在凌晨04：00～05：00还会出现薄雾和凝露，造成合成绝缘子憎水性能局部丧失，降低了耐污闪和耐湿闪的性能；二是凌晨05：00左右正是鸟类活动比较频繁的时段。 1 合成绝缘子的伞裙特性 图1 绝缘子伞型结构 图1为绝缘子的结构及主要参数。柱直径d，伞伸出p1对闪络特性有较大影响；伞间距大小s，大小伞差p1-p2和相邻伞间最小间隙c决定了飞弧桥接及淋雨状态下的桥接特性。 一种好的伞形结构，应该充分兼顾各参数的配合，使之具有相应的爬距和较好的防污性能，还要能够防止伞间电弧桥接的可能，从而使爬距能够被充分利用。 合成绝缘子使用导那么中的伞裙结构是参照JB/T5895“污秽地区绝缘子使用导那么〞的标准设计的，而标准中爬电距离、伞裙形状系数、伞间最小距离、伞间距与伞伸出之比等参数，是针对瓷或玻璃绝缘子伞裙结构的规定，未必就适合于合成绝缘子，对合成绝缘子的伞裙结构应该进行专门的实验研究。 2 合成绝缘子的电场分布 图2为绝缘子工频电压分布曲线，很显然不考虑对地杂散电容的影响电压应该是均匀的线性分布，杂散电容越大，曲线越低垂，电压分布越不均匀，从图上可以分析出靠近两端的瓷裙承受了最大的电压梯度。 图2 绝缘子上对地电压分布曲线 　　 实际上，绝缘子瓷裙之间所承受的电压成图3所示的弧形分布，其中靠近导体的瓷裙承受的电压最大为Um，中间的最小，由于绝缘子结构不变时，杂散电容的大小决定于空气介质，所以在天气越恶劣时，杂散电容越大，这种电压的分布就越不均匀，图2和图3中的曲线弧度就越大。 图3 瓷裙承受电压分布 如果110 kV的绝缘子有10片伞裙，那么前3片就承受了超过60 kV的电压，在恶劣天气的情况下，由于杂散电容的增大，这种不均匀程度将加剧。 3 雾闪和鸟粪闪络的原理分析 3．1 雾闪的原理分析 在长时间的浓雾天气下，瓷绝缘子的外表将形成一层水膜，如上分析合成绝缘子由于其憎水性能的丧失，外表也同样会形成水膜，由于绝缘子场强分布的严重不均匀和绝缘子外表存在污秽等，致使在绝缘子的端部将首先形成电晕和局部电弧放电。实验说明：水珠越小起晕电压越小，水珠的运动速度越快起晕电压越大，所以雾状的水汽比大雨下的条件更易放电；随着空气湿度的增加，空气击穿场强将明显降低，正常为30 kV/cm，在空气相对湿度高于90%时，将为正常值的10%～30%，即为3～10 kV/cm。在这种情况下端部瓷裙间飞弧击穿是必然的，而一旦击穿第一裙，那么第二裙将承受更高的电压，产生骨牌效应。由于交流电压过零点时电弧要熄灭，所以这种开展能否演变为闪络，决定于电弧的开展速度和被电离的空气的流动情况，如果雾气比较稳定，电弧的重燃可以沿着上周波电离的通道，那么可能很快闪络，反之，如果空气流动较快，被电离的空气介质很快恢复，放电通道消失，那么不会演变为闪络。 合成绝缘子的不明闪络率远远高于其它绝缘子，其原因就是这种伞裙间飞弧短接现象，这是由于合成绝缘子的伞裙结构不合理造成的。 3．2 鸟害事故的原因分析 发生鸟害事故的根本原因仍然是上述空气中的飞弧短接，由于凌晨是鸟类活动频繁的时间，又是出现薄雾或大雾及凝露的时间，绝缘子的憎水性已经局部丧失，在鸟粪通过绝缘子边沿的瞬间，由于鸟粪短接了局部空气通道，同时使空气介质恶化，极易形成伞裙间的飞弧短接放电，如果电压过零点的时间以及绝缘子周围空气介质的特性等因素符合上述条件，那么会开展成对杆塔放电闪络故障。相对于瓷和玻璃绝缘子，由于合成绝缘子的伞裙是柔性材料，鸟粪在坠落时不易飞溅和反弹，而是全部顺伞裙边沿下落，更易发生鸟害事故。 4 结 论 （1）目前在110 kV以上线路上广泛推广的合成绝缘子，其发生不明闪络和鸟害事故的原因，主要是由于在长时间高湿度环境下憎水性能的丧失和伞裙结构不合理造成的。 （2）应该对合成绝缘子的结构进行专门研究分析，总结大量的实验数据和运行经验，确定其更加合理的结构，以提高其防止飞弧短接的性能。 （3）在绝缘子结构不变的情况下，在直线杆塔的悬垂绝缘子的首裙加装附加大裙，可以有效改变电压分布，从而减少和防止湿闪及鸟害事故的发生。 （4）为防止鸟害事故的发生，也可以在悬垂绝缘子串上侧的横担上加装鸟刺，或采取其它防止和减少鸟直接落在横担上的措施。 （5）在目前运行水平和防污闪性能已大幅度提高的情况下，预防不明闪络和鸟害事故的发生，是提高110kV线路运行可靠性的有效手段。 参考文献： 1 胡 毅，魏双盈，运行中绝缘子的性能分析，电瓷避雷器.2022.（4），25-27 2 关志成，王绍武，梁曦东，王黎明，范 炬，我国电力系统绝缘子污闪事故及其对策，高电压技术.2022.26（6），37-39 3 吴光亚，蔡 炜，罗真海，陈雄一，肖定辉，范建林，有机复合绝缘子运行性能分析。高电压技术.2022.26（2），59-61 4 陈国义，关于雾闪和湿闪的原因分析，高压电器.2023.38（2），50-53 5 毛凤麟，王雪松，复合绝缘子均压环对电场分布的影响，高电压技术.2022.26（4），40-43 （陈国义，程广俊，冯盼增）