220kV线路绝缘子的沿面放电分析
桥梁工程专业工程师，硕士学历，擅长桥梁设计，结构有限元分析，岩土分析计算。
2014年第 03期1. 事件背景2013 年 5 月， 220kV 线路在正常运作情况下， 巡检人员发现线路杆塔上， 绝缘子串有一片碎裂， 其他片正常， 线路运行过程中， 没再次出现其他非正常现象。2. 绝缘子概述绝缘子大多数都用在将不同电位的导电体在机械上相互连接， 在电气上相互绝缘， 其作用主要是悬挂导线并使导线与杆塔、 大地保持绝缘。绝缘子不但要承受工作电压和过电压作用， 并且要承受导线的垂直荷载、 水平荷载和导线张力。 因此， 绝缘子必须有良好的绝缘性能和足够的机械性能。在输电线路中所使用的绝缘子的种类有很多， 一般根据绝缘子的结构型式、 绝缘介质、 连接方式和承载...
2014年第 03期1. 事件背景2013 年 5 月， 220kV 线路在正常运作情况下， 巡检人员发现线路杆塔上， 绝缘子串有一片碎裂， 其他片正常， 线路运行过程中， 没再次出现其他非正常现象。2. 绝缘子概述绝缘子大多数都用在将不同电位的导电体在机械上相互连接， 在电气上相互绝缘， 其作用主要是悬挂导线并使导线与杆塔、 大地保持绝缘。绝缘子不但要承受工作电压和过电压作用， 并且要承受导线的垂直荷载、 水平荷载和导线张力。 因此， 绝缘子必须有良好的绝缘性能和足够的机械性能。在输电线路中所使用的绝缘子的种类有很多， 一般根据绝缘子的结构型式、 绝缘介质、 连接方式和承载能力大小分类。绝缘子的使用材料主要有三种： 1、 电瓷： 使用无机材料， 具有耐腐蚀， 抗老化， 有足够的电气强度和机械强度； 缺点易脆。2、 钢化玻璃： 电气和机械强度大于电瓷， 输电线路钢化玻璃绝缘子损坏后能“自爆” 。 3、 有机复合材料： 其优点是重量轻、 体积小、 工艺简单， 表面有憎水性， 抗污闪能力强， 复合绝缘子的玻璃纤维芯棒的抗拉强度高于钢 。绝缘子的电气性能通常用连通两电极的沿绝缘体外部空气的放电电压闪络电压来衡量， 包括： 1、 干闪电压： 表面清洁、 干燥的绝缘子的闪络电压： 是户内绝缘子的主要指标。 2、 湿闪电压： 表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压， 是户外绝缘子的主要指标。3、 污闪电压： 表面脏污的绝缘子在受潮时的闪络电压。3. 线路绝缘子沿面放电分析沿面放电是指绝缘子和空气交界面上发生放电的现象。 沿面放电发展成贯穿性的空气击穿就会形成闪络。 绝缘子沿气体与固体交界面处的气体放电是电力系统事故的根本原因之一。 由于介质分界面上的电压分布不均匀,沿面闪络电压比纯空气间隙或纯固体间隙的击穿电压都低。沿面放电和固体介质表面的电场分布有很大关系.以绝缘结构来分析,固体介质在电极间电场中的形式(位置)有三种电场结构。1、 均匀电场： 在实际工程中这样的一种情况较少出现；2、 强垂直分量电场： 当固体介质处于极不均匀电场中， 且电场强度垂直于介质表面的分量(简称垂直分量)要比平行于表面的分量大得多， 套管与电机出线、 弱垂直分量电场： 固体分质处于极不均匀电场中， 但在介质表面大部分地方 （除紧靠电极的很小区域外)， 电场强度平行于表面的分量要比垂直分量大。支柱绝缘子就属于这种情况（a）（b）（c）介质在电场中的典型布置方式（a） 均匀电场； （b） 有强垂直分量的极不均匀电场；（c） 有弱垂直分量的极不均匀电场 1- 电极； 2- 固体介质根据以上 3 种情况可以将沿面放电分为 3 种来分析， 但是由于均匀电场在实际中出现较少本文不予分析， 主要分析强垂直分量电场与弱垂直分量电场中的放电情况。（一） 极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电在外加电压持续不断的增加时会出现电晕放电， 随着电压持续不断的增加到某一电压后， 形成了由许多伸向另一电极的平行细火花线条组成的光带。 放电细线的长度随着电压正比增加， 伏安特性具有上升特征。继续升高电压， 当超过某临界值后， 个别放电细线开始迅速增长， 转变为树枝状、 浅紫色、 明亮得多的火花。 这些放电火花在法兰的不同位置上交替出现， 形成滑闪放电。 滑闪放电通道中电流密度较大， 压降较小， 伏安特性具有下降特征。当滑闪放电火花的长度随着外加电压的增加迅速地增大， 形成完全击穿(闪络)， 使间隙丧失绝缘性能， 造成电源短路。从整个放电过程能得出， 形成滑闪放电是沿面放电的关键过程。 而形成滑闪放电的条件是必须要有足够的垂直分量和平行分量电场， 同时外加电压必须是交变电压。根据等值回路分析法能得出滑闪放电的起始电压 U0计算公式为： U0=棕C0籽s其中:E0是滑闪放电的起始场强； 棕 是电压的角频率； C0是比表面电容； 籽s是表面电阻率。根据公式能看出影响滑闪放电电压的因素主要有：1、 电压交变的速度越快(棕 大)， 滑闪放电电压变小， 更容易滑闪， 因此冲击电压比工频电压更易引起滑闪。此时沿面闪络距离增大,沿面闪络电压的提高出现非常明显的饱和趋势。如下图所示：E0姨雷电冲击电压下， 滑闪放电的长度和电压的关系1- 直径为 0.95/0.97 厘米； 2-直径为 0.63/0.9 厘米；3-直径为 0.6/:.01厘米； 4- 空气间隙的击穿电压2、 滑闪放电电压和比表面电容 C0有关， C0越大,滑闪起始电压越小， 越易滑闪。3、 增大固体介质的厚度， 或采用相对介电常数较小的固体介质(增大 E0)， 都可提高滑闪放电电压。4、 减小表面电阻率 籽s， 也可提高滑闪放电电压。工程上常常采用在套管的法兰附近涂上半导电漆的方法来减小 籽s。5、 滑闪情况下， 沿面闪络电压与沿面距离不成正比关系。因此,靠增长沿面距离来提高闪络电压的方法在这里效果不明显。6、 工频交流电压下， 棕 为定值， 绝缘介质一定则 籽s为定值， 滑闪放电的起始场强 E0也变化不大， 因此滑闪放电的起始电压 U0主要和比表面电容值 C0有关。（下转第 36 页）220kV 线路绝缘子的沿面放电分析刘林涛渊浙江浙能北海水力发电有限公司323907冤揖摘要铱随着电力系统超高压技术的发展袁在电力系统中绝缘子的作用逐渐重要遥 特别是最近几年大气环境的不断恶化袁使得绝缘子应用技术方面的要求慢慢的升高袁绝缘子在恶劣条件下的放电现象持续不断的增加遥因此袁为了更好的提高绝缘子的绝缘性能袁有必要加强对绝缘子的沿面放电做多元化的分析袁来提升电力系统运行的稳定性和可靠性遥揖关键词铱电力系统曰绝缘子曰沿面放电殷输电线
