1 大面積污閃事故的主要特點(diǎn)和原因
自20世紀(jì)90年代以來(lái)，東北、西北、華北、華中、華東和華南都相繼發(fā)生過(guò)大面積污閃事故，其主要特點(diǎn)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(qiáng)度、清掃質(zhì)量不高。不同時(shí)間和地點(diǎn)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(kāi)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(shí)進(jìn)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(jí)污區(qū);華北、河南主要分布在Ⅱ-Ⅲ級(jí)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(méi)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(wèn)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(guó)跨地域電網(wǎng)的建設(shè)，必須正視這樣的事實(shí)，對(duì)目前運(yùn)行線路每年進(jìn)行清掃越來(lái)越困難，對(duì)于穿越山區(qū)線路，特別是500 kV線路更是如此。問(wèn)題是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16434-1996、JB/T 5895-1991和GB 5582-1993對(duì)污穢等級(jí)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(qiáng)度最有效的防污閃措施，但是客觀事實(shí)要求不應(yīng)再將污絕緣設(shè)計(jì)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(wèn)題
現(xiàn)行污區(qū)分布圖中劃分污級(jí)的鹽密是指由普通懸式絕緣子X(jué)P-70(X-4.5)及XP-160型所組成的懸垂串上的測(cè)得值。我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行線路已使用了玻璃絕緣子約4500萬(wàn)只(其中，南京國(guó)產(chǎn)線生產(chǎn)了900萬(wàn)片)、復(fù)合絕緣子約400萬(wàn)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(wú)系統(tǒng)的研究，這顯然會(huì)對(duì)污級(jí)的確定產(chǎn)生較大偏差。另外，所測(cè)的鹽密值大多是運(yùn)行1年的最大鹽密。以上問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)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(cè)量和污穢等級(jí)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(yàn)得到的，由于人工污穢電壓閃絡(luò)梯度與絕緣子串長(zhǎng)呈不嚴(yán)格的線性關(guān)系。因此，以污耐壓法進(jìn)行污穢設(shè)計(jì)時(shí)，由短串結(jié)果推算至長(zhǎng)串會(huì)帶來(lái)很大偏差。長(zhǎng)串試驗(yàn)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(duì)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(gè)條件作用下易被空氣間隙放電短路，這充分說(shuō)明爬電距離的有效性對(duì)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(lái)進(jìn)行污穢絕緣設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮爬電距離有效系數(shù)。國(guó)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(wú)疑會(huì)導(dǎo)致污穢絕緣配置偏低或裕度偏小。
3 解決污閃問(wèn)題的思路
解決污閃問(wèn)題主要是重新認(rèn)識(shí)污穢絕緣設(shè)計(jì)。
3.1 按爬電比距確定絕緣子串片數(shù)所存在的問(wèn)題.
目前，各國(guó)均按污穢水平劃分污級(jí)，并規(guī)定各污級(jí)對(duì)應(yīng)的爬電比距，僅前蘇聯(lián)和我國(guó)按爬電比距的方法確定絕緣子串片數(shù)。前蘇聯(lián)與我國(guó)的設(shè)計(jì)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(jí)下50%人工污穢耐受電壓值，即220 kV及以下電壓等級(jí)為對(duì)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(lái)進(jìn)行外絕緣設(shè)計(jì)，與前蘇聯(lián)相比無(wú)疑偏低。
3.2 按污耐壓確定絕緣子串片數(shù)所存在的問(wèn)題
美國(guó)、日本和我國(guó)武漢高壓研究所等主要是以污耐壓進(jìn)行外絕緣設(shè)計(jì)，污耐壓皆以長(zhǎng)串真型試驗(yàn)來(lái)確定。不同國(guó)家污穢絕緣設(shè)計(jì)原則相同，僅是設(shè)計(jì)參數(shù)取值不同。
由文獻(xiàn)[1]知，絕緣子串片數(shù)N為污穢設(shè)計(jì)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(yàn)確定。由表1可知，不同國(guó)家污穢絕緣設(shè)計(jì)參數(shù)取值不同。σ值不同主要是由不同污穢試驗(yàn)室等價(jià)性造成，而k值主要由線路設(shè)計(jì)閃絡(luò)概率戶值確定。若單串閃絡(luò)概率戶取值偏高，無(wú)疑k偏低，Umax偏高;若k1取值偏低，則UΦmax偏低，若p和k1值同時(shí)偏低，則N偏低。而我國(guó)p、k1取值相對(duì)前蘇聯(lián)、美國(guó)和日本而言皆偏低，可見(jiàn)N值較小，絕緣子串的絕緣配置偏低，或者說(shuō)裕度偏小。隨著大環(huán)境的污染，若污穢等級(jí)從I級(jí)(0.025 mg/平方厘米)發(fā)展到Ⅲ級(jí)(0.1 mg/平方厘米)，不同型式絕緣子的Umax值下降幅度可達(dá)32.2%-44.0%。XP-160型絕緣子長(zhǎng)串真型試驗(yàn)結(jié)果表明，I級(jí)(0.03 mg/平方厘米)Umax值(11.81 kV)相對(duì)于Ⅲ級(jí)(0.1 mg/平方厘米)Umax值(8.36 kV)下降幅度為29.2%，無(wú)疑絕緣子串片數(shù)相應(yīng)會(huì)增加31.1%-22.7%或34.2%，受桿塔高度限制，必然無(wú)法調(diào)爬，應(yīng)在設(shè)計(jì)基建時(shí)將裕度留給運(yùn)行部門。
3.3 推薦污穢絕緣設(shè)計(jì)方案
3.3.1 爬電比距法
建議對(duì)單片絕緣子的爬電距離進(jìn)行爬電比距有效系數(shù)修正，規(guī)定不同電壓等級(jí)下的污耐壓水平。
3.3.2 污耐壓法
建議修訂GB/T16434-1996時(shí)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(jì)時(shí)口值取為7%或由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定;污穢設(shè)計(jì)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(duì)重要輸電線路k1取1.6，對(duì)核電站出線等重要線路k1取1.732;對(duì)不同電壓等級(jí)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(duì)策
4.1 重新劃分污區(qū)分布圖
建議鹽密測(cè)量圖中的鹽密值為輸變電戶外設(shè)備外絕緣在長(zhǎng)年(一般為3-5年)測(cè)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(cè)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(duì)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(duì)待建線路。這里推薦采用污耐壓法來(lái)進(jìn)行污穢設(shè)計(jì)，污穢設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇見(jiàn)文中3.3.2。
(3)對(duì)待建變電所。因變電設(shè)備進(jìn)行污耐壓試驗(yàn)十分困難，因此這里推薦采用爬電比距法進(jìn)行污穢設(shè)計(jì)，受設(shè)備的限制，可在設(shè)計(jì)時(shí)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(jí)污區(qū)和主網(wǎng)骨干線路對(duì)已建線路建議采用復(fù)合絕緣子。
對(duì)新建線路，按污耐壓法進(jìn)行絕緣配置，對(duì)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(jí)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(duì)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(guó)復(fù)合絕緣子的劣化性能、機(jī)械性能和電氣性能滿足運(yùn)行對(duì)其要求，其綜合性能處于國(guó)際先進(jìn)水平。實(shí)踐證明，復(fù)合絕緣子是遏制我國(guó)電網(wǎng)發(fā)生大面積污閃的有效措施，尤其是對(duì)解決Ⅲ、Ⅳ級(jí)污區(qū)的污閃問(wèn)題起到至關(guān)重要的作用。結(jié)合我國(guó)國(guó)情，無(wú)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(shí)注意以下問(wèn)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(guó)不同電壓等級(jí)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(duì)積污特性影響很大，耐張串和∨型串的鹽密值相對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)運(yùn)行輸變電設(shè)備的污穢絕緣設(shè)計(jì)是建立在清掃周期的原則上。因此，對(duì)已運(yùn)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(jiān)持一年一清掃。
4.8 加強(qiáng)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(yàn)方法的研究。
(4)由真型試驗(yàn)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(guó)發(fā)生大面積污閃事故的主要原因。
(2)利用爬電比距進(jìn)行污穢設(shè)計(jì)時(shí)，在考慮爬電距離有效系數(shù)的同時(shí)，還應(yīng)考慮不同電壓等級(jí)所對(duì)應(yīng)的污耐壓水平。
(3)利用污耐壓法進(jìn)行污穢設(shè)計(jì)時(shí)，本文推薦口為7%或由試驗(yàn)值得出，k值取3，k1取1.10-1.732，規(guī)定不同電壓等級(jí)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(jì)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。
