1 大面積污閃事故的主要特點和原因

自20世紀(jì)90年代以來，東北、西北、華北、華中、華東和華南都相繼發(fā)生過大面積污閃事故，其主要特點和原因可歸納為部分線路絕緣配置偏低、天氣惡劣、大環(huán)境污染降低了外絕緣強度、清掃質(zhì)量不高。不同時間和地點發(fā)生污閃的設(shè)備也有很大差別。如1990年華北大面積污閃事故，輸電線路主要發(fā)生在懸垂串上。變電設(shè)備故障多發(fā)生在母線、隔離開關(guān)、阻波器等支柱絕緣子上，或未涂RTV和未安裝增爬裙或未及時進行水沖洗的設(shè)備上。2001年大面積污閃事故中遼沈地區(qū)主要集中在I-Ⅱ級污區(qū);華北、河南主要分布在Ⅱ-Ⅲ級污區(qū);京津唐、河北、河南和遼寧電網(wǎng)凡全線使用復(fù)合絕緣子的線路幾乎都沒有發(fā)生污閃。線路污閃與1990年華北大面積污閃比較耐張串較多。變電設(shè)備的污閃主要發(fā)生在支柱絕緣子上(占閃絡(luò)總數(shù)的78.0%)特別是重污區(qū)雙聯(lián)支柱絕緣子。

2 問題的提出

2.1 清掃的局限性

隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造、三峽工程、西電東送以及全國跨地域電網(wǎng)的建設(shè)，必須正視這樣的事實，對目前運行線路每年進行清掃越來越困難，對于穿越山區(qū)線路，特別是500 kV線路更是如此。問題是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16434-1996、JB/T 5895-1991和GB 5582-1993對污穢等級的劃分和外絕緣選擇皆是建立在清掃的基礎(chǔ)上。雖然清掃是絕緣子串恢復(fù)絕緣強度最有效的防污閃措施，但是客觀事實要求不應(yīng)再將污絕緣設(shè)計建立在清掃的基礎(chǔ)上，尤其是新建或待建的工程。

2.2 原污區(qū)分布圖存在的問題

現(xiàn)行污區(qū)分布圖中劃分污級的鹽密是指由普通懸式絕緣子XP-70(X-4.5)及XP-160型所組成的懸垂串上的測得值。我國現(xiàn)運行線路已使用了玻璃絕緣子約4500萬只(其中，南京國產(chǎn)線生產(chǎn)了900萬片)、復(fù)合絕緣子約400萬支。不同材質(zhì)和型式的絕緣子自然積污特性與XP-70和XP-160不同，串型結(jié)構(gòu)不同其積污特性也不同，且無系統(tǒng)的研究，這顯然會對污級的確定產(chǎn)生較大偏差。另外，所測的鹽密值大多是運行1年的最大鹽密。以上問題可能會導(dǎo)致實際絕緣配置往往不到位。在今后的防污管理工作中，必須從根本上調(diào)整鹽密測量和污穢等級的劃分方法，重新制定污區(qū)分布圖的繪制原則。

2.3 污閃的主要原因

現(xiàn)今使用的絕緣子污耐壓基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是從短串的污穢試驗得到的，由于人工污穢電壓閃絡(luò)梯度與絕緣子串長呈不嚴格的線性關(guān)系。因此，以污耐壓法進行污穢設(shè)計時，由短串結(jié)果推算至長串會帶來很大偏差。長串試驗結(jié)果表明，單片污耐壓值低于由短串所確定值的40%。不同型式瓷、玻璃絕緣子的耐污穢特性并不隨爬電距離的增加而成線性改善。對傘型不佳的絕緣子，雖爬電距離增加較大，但污耐壓并未明顯提高，有的反而降低。雖然爬電距離增加較大，但局部爬電距離在污穢和受潮2個條件作用下易被空氣間隙放電短路，這充分說明爬電距離的有效性對污耐壓的影響很大。GB/T 16434--1996附錄D和JB/T5895-1991第6條皆明確指出在利用爬電比距法來進行污穢絕緣設(shè)計時一定要考慮爬電距離有效系數(shù)。國內(nèi)至今尚未系統(tǒng)研究爬電距離的有效性。以上這些原因無疑會導(dǎo)致污穢絕緣配置偏低或裕度偏小。

3 解決污閃問題的思路

解決污閃問題主要是重新認識污穢絕緣設(shè)計。

3.1 按爬電比距確定絕緣子串片數(shù)所存在的問題.

目前，各國均按污穢水平劃分污級，并規(guī)定各污級對應(yīng)的爬電比距，僅前蘇聯(lián)和我國按爬電比距的方法確定絕緣子串片數(shù)。前蘇聯(lián)與我國的設(shè)計又不同，不僅系統(tǒng)地考慮了爬電比距有效系數(shù)(一般取1.1-1.2)，還規(guī)定了不同污穢等級下50%人工污穢耐受電壓值，即220 kV及以下電壓等級為對應(yīng)額定電壓值，330 kV和500 kV分別規(guī)定為315 kV和410 kV，僅按GB/T16434-1996來進行外絕緣設(shè)計，與前蘇聯(lián)相比無疑偏低。

3.2 按污耐壓確定絕緣子串片數(shù)所存在的問題

美國、日本和我國武漢高壓研究所等主要是以污耐壓進行外絕緣設(shè)計，污耐壓皆以長串真型試驗來確定。不同國家污穢絕緣設(shè)計原則相同，僅是設(shè)計參數(shù)取值不同。

由文獻[1]知，絕緣子串片數(shù)N為污穢設(shè)計目標(biāo)電壓值UΦmax與單片絕緣子最大耐受電壓Umax的比值，而單片絕緣子最大耐受電壓Umax是σ、k的函數(shù)，σ、k越大，Umax越小，N越小，反之N越大。σ、k取定值后，按系統(tǒng)重要性考慮的修正系數(shù)k1，越大，N越大，即絕緣子串的污穢裕度越大。σ值一般由50%人工污穢耐受電壓試驗確定。由表1可知，不同國家污穢絕緣設(shè)計參數(shù)取值不同。σ值不同主要是由不同污穢試驗室等價性造成，而k值主要由線路設(shè)計閃絡(luò)概率戶值確定。若單串閃絡(luò)概率戶取值偏高，無疑k偏低，Umax偏高;若k1取值偏低，則UΦmax偏低，若p和k1值同時偏低，則N偏低。而我國p、k1取值相對前蘇聯(lián)、美國和日本而言皆偏低，可見N值較小，絕緣子串的絕緣配置偏低，或者說裕度偏小。隨著大環(huán)境的污染，若污穢等級從I級(0.025 mg/平方厘米)發(fā)展到Ⅲ級(0.1 mg/平方厘米)，不同型式絕緣子的Umax值下降幅度可達32.2%-44.0%。XP-160型絕緣子長串真型試驗結(jié)果表明，I級(0.03 mg/平方厘米)Umax值(11.81 kV)相對于Ⅲ級(0.1 mg/平方厘米)Umax值(8.36 kV)下降幅度為29.2%，無疑絕緣子串片數(shù)相應(yīng)會增加31.1%-22.7%或34.2%，受桿塔高度限制，必然無法調(diào)爬，應(yīng)在設(shè)計基建時將裕度留給運行部門。

3.3 推薦污穢絕緣設(shè)計方案

3.3.1 爬電比距法

建議對單片絕緣子的爬電距離進行爬電比距有效系數(shù)修正，規(guī)定不同電壓等級下的污耐壓水平。

3.3.2 污耐壓法

建議修訂GB/T16434-1996時增加單絕緣子串的閃絡(luò)概率戶(戶取值0.0135%)，K值取3;輸電線路絕緣子污穢設(shè)計時口值取為7%或由試驗數(shù)據(jù)確定;污穢設(shè)計目標(biāo)電壓值UΦmax按系統(tǒng)的重要性考慮的修正系數(shù)k1，取1.10-1.3，對重要輸電線路k1取1.6，對核電站出線等重要線路k1取1.732;對不同電壓等級輸電線路應(yīng)規(guī)定絕緣子串最少片數(shù)，如500 kV輸電線路推薦懸垂串最少片數(shù)為30-32片。

4 解決污閃的對策

4.1 重新劃分污區(qū)分布圖

建議鹽密測量圖中的鹽密值為輸變電戶外設(shè)備外絕緣在長年(一般為3-5年)測得的連續(xù)積污鹽密的最大值(預(yù)期等值附鹽密度);在鹽密測量圖中應(yīng)標(biāo)出其他型式絕緣子之間的等值附鹽密度的修正系數(shù);污濕特征的描述應(yīng)定量化，并引人大氣質(zhì)量指數(shù)的概念。

4.2 提高輸變電設(shè)備的絕緣水平

(1)對已建線路和變電所。根據(jù)已調(diào)整的污區(qū)分布圖，按GB/T 16434-1996將輸變電設(shè)備的外絕緣配置到所在污區(qū)上限的絕緣水平，受設(shè)備的限制可將設(shè)備更換成復(fù)合絕緣子或噴涂RTV或帶電水沖洗，這是最基本的要求。

(2)對待建線路。這里推薦采用污耐壓法來進行污穢設(shè)計，污穢設(shè)計參數(shù)的選擇見文中3.3.2。

(3)對待建變電所。因變電設(shè)備進行污耐壓試驗十分困難，因此這里推薦采用爬電比距法進行污穢設(shè)計，受設(shè)備的限制，可在設(shè)計時優(yōu)先選用復(fù)合絕緣子或噴涂BTV或帶電水沖洗。

4.3 Ⅲ、Ⅳ級污區(qū)和主網(wǎng)骨干線路對已建線路建議采用復(fù)合絕緣子。

對新建線路，按污耐壓法進行絕緣配置，對500 kV輸電線路若采用盤徑255mm，結(jié)構(gòu)高度155mm，爬電距離300mm的懸垂串，I級污區(qū)(0.03 mg/平方厘米)使用絕緣子片數(shù)應(yīng)為32片，也可采用V型、八型雙絕緣子串，對應(yīng)于懸垂串每串絕緣子片數(shù)相比應(yīng)少些，也可采用復(fù)合絕緣子。

4.4 加大使用復(fù)合絕緣子力度

我國復(fù)合絕緣子的劣化性能、機械性能和電氣性能滿足運行對其要求，其綜合性能處于國際先進水平。實踐證明，復(fù)合絕緣子是遏制我國電網(wǎng)發(fā)生大面積污閃的有效措施，尤其是對解決Ⅲ、Ⅳ級污區(qū)的污閃問題起到至關(guān)重要的作用。結(jié)合我國國情，無論是已建還是新建線路和變電所，應(yīng)加大力度使用復(fù)合絕緣子。

4.5 絕緣子選型應(yīng)引起重視

僅從污穢絕緣考慮絕緣子選型應(yīng)同時注意以下問題：①采用大爬電距離絕緣子;②采用爬電距離有效利用率高的絕緣子;③采用積污特性和自潔性能優(yōu)良的絕緣子;④在同一結(jié)構(gòu)高度工況下，優(yōu)先采用單片污耐壓值高的絕緣子;⑤采用劣化率低的絕緣子。

4.6 其他串型的選用

截止目前，我國不同電壓等級輸電線路使用串型比較單一，絕大多數(shù)為懸垂串。∨型、∧型僅少數(shù)地區(qū)考慮使用。串型對積污特性影響很大，耐張串和∨型串的鹽密值相對于懸垂串約為50%和80%，并具有良好的自潔性能，在同一桿塔高度下其絕緣子串片數(shù)比懸垂串多。對已建絕緣配置偏低的線路，在調(diào)爬較難的情況下，尤其是對500 kV輸電線路可考慮∨型或∧型串。

4.7 清掃在防污閃工作中的地位

傳統(tǒng)上我國運行輸變電設(shè)備的污穢絕緣設(shè)計是建立在清掃周期的原則上。因此，對已運行的輸變電設(shè)備不能取消清掃周期。凡不具備”用鹽密指導(dǎo)清掃”條件的線路均應(yīng)堅持一年一清掃。

4.8 加強基礎(chǔ)研究

(1)不同型式絕緣子爬電距離有效系數(shù)的研究。

(2)不同型式絕緣子積污特性的研究。

(3)復(fù)合絕緣子污穢試驗方法的研究。

(4)由真型試驗求取不同型式絕緣子和串型的污耐壓曲線。

5 結(jié)論

(1)輸變電設(shè)備絕緣水平偏低是我國發(fā)生大面積污閃事故的主要原因。

(2)利用爬電比距進行污穢設(shè)計時，在考慮爬電距離有效系數(shù)的同時，還應(yīng)考慮不同電壓等級所對應(yīng)的污耐壓水平。

(3)利用污耐壓法進行污穢設(shè)計時，本文推薦口為7%或由試驗值得出，k值取3，k1取1.10-1.732，規(guī)定不同電壓等級輸電線路應(yīng)規(guī)定絕緣子串最少片數(shù)，如500 kV輸電線路懸垂串最少片數(shù)為30-32片。

(4)建議線路污穢設(shè)計采用污耐壓法，變電所仍然采用爬電比距法。

(5)加大復(fù)合絕緣子和其他串型的使用力度。

(6)絕緣子的選型和清掃應(yīng)引起足夠的重視。