不同運行環境下復合絕緣子老化狀態選樣方法研究

海南電網有限責任公司電力科學研究院 陳林聰 張奇偉 李欣然 陳曉琳 張薇武漢大學電氣工程學院 王建國

不同運行環境下復合絕緣子老化狀態選樣方法研究

海南電網有限責任公司電力科學研究院 陳林聰 張奇偉 李欣然 陳曉琳 張薇武漢大學電氣工程學院 王建國

本文探討如何建立基于運行環境影響下的復合絕緣子老化狀態評價的選樣方法。以海南省為例，結合氣候和污穢分布特點，制定了絕緣子的選樣原則，為最終能反映出區域性復合絕緣子的運行老化特性奠定了基礎。

復合絕緣子；氣候；污穢；老化；選樣

1 引言

絕緣子是電力系統中廣泛使用的器件之一，其運行狀況的好壞直接關系到電網的穩定與安全。從20世紀50年代國際上一些發達國家就開始研究和使用復合絕緣子，70年代后出現了以硅橡膠材料為外絕緣的復合絕緣子。與瓷或玻璃絕緣子相比，復合絕緣子有重量輕、耐污性好、維護方便、強憎水性和憎水遷移性、恢復性等優點。我國電網于20世紀80年代初開始使用復合絕緣子。盡管起步比較晚，但發展十分迅速，已經在大部分污穢嚴重的地區和許多新建輸電線路上廣泛使用。目前據保守估計，我國復合絕緣子的用量已經超過500萬只以上。

電力部門的維護和運行經驗表明：隨著運行時間的增加，復合絕緣子材料老化現象要比瓷或玻璃絕緣子更加嚴重。從復合絕緣子材料和結構、工藝方面考慮，導致出現老化的因素主要有光老化、熱老化、電老化、環境老化（酸蝕、積污、氣流、沙蝕、鹽、機械受力等），研究表明，濕潤條件下的表面電暈放電是影響復合絕緣子外絕緣材料老化的主要因素。在沿海地區常年高濕度氣候下，復合絕緣子表面鹽分沉積，電暈放電更容易產生。老化的直接后果便是絕緣子表面憎水性喪失，耐污閃性能變差，導致絕緣的可靠性下降。一旦復合絕緣子老化也造成傘裙脆化、開裂、脫落，減少絕緣子串的爬電距離，可能導致絕緣子污閃的發生。

圖1 海南省2016年年均日照時數情況

表1 海南省各地日照強度差別

因此，復合絕緣子的運行環境對其老化速度起著重要的影響。為了評估復合絕緣子在區域性不同類型運行環境下的老化狀態，有必要建立起一種有效的選樣方法，選取出能夠表征不同運行環境影響下的絕緣子，為運行維護人員了解絕緣子的運行狀態、何時檢修更換起到指導性作用。本文以海南省為例，探討如何建立基于運行環境影響下的復合絕緣子老化狀態評價的選樣方法，以期最終能反映出區域性復合絕緣子的運行老化特性。

圖2 2016年海南省年降水量分布圖（單位：毫米）[1]

圖3 2016年海南省年降水量距平百分率分布圖（單位：%）[1]

表2 海南省各地降水量比較

2 運行環境差異性分析

復合絕緣子老化受當地日照、降水、污穢影響較大，為了反映出區域內不同環境條件下的運行老化區別，在建立選樣方法之前，首先對海南整體氣候和污穢分布做詳細分析。

2.1 日照強度

以2016年為例，海南省年均日照時數情況如圖1。海南省西南部和東北部年均日照時數有著較明顯的差異，以儋州、白沙、瓊中、萬寧地區的南部為界限，西南部年均日照時數大多在2400h以上，位于該地區的市縣有陵水、保亭、五指山、三亞、樂東、東方和昌江，儋州西部部地區也在其范圍內。東北部地區年均日照時數在1300h～2100h之間，其中文昌、海口、澄邁、臨高、瓊海、萬寧、瓊中、白沙以及儋州的東北部年均日照時數較多，大部分地區約在2100h左右，而屯昌、定安兩縣該值都在1300h左右，相對偏低。

為反應海南省各地的日照強度差別，按照年均日照時數值高低對各地進行比較，結果如表1。

2.2 降水

圖2、圖3分別給出了海南省2016年降水量分布情況及降水量距平百分率分布情況。

結合圖2、圖3來看，東方、樂東和三亞三地2016年年降水量較低，樂東大部分地區在1800毫米～2000毫米之間，三亞在1200毫米～1400毫米之間，東方小于1200毫米，且三地的降水量距平百分率較高，東方達到36%，樂東、三亞為27%以上，推測三地常年降水量會明顯低于海南省其他市縣。在其他市縣中，推測瓊中地區降水量最高，剩下市縣相差不大。

將海南省各地降水量情況進行比較，結果如表2所示。

2.3 污穢度

比較并分析海南省各市縣的污區分布情況，根據各市縣a級、b級、c級、d級、e級污區所占面積大致比率及線路分布概況，將各地區污穢度分為很清潔、較清潔、污穢輕、污穢較重和污穢嚴重幾個等級，具體結果見表3。

各市縣中，昌江、澄邁和東方污穢相對較重。澄邁市污穢集中在海岸線3公里以內，東方和昌江兩地分別在距海邊約6公里和30公里地區存在污穢很重的工業區。

3 絕緣子選樣方法

海南島北靠廣東，西邊以越南等國作為屏障，有海域相隔，東南部海域較廣闊，四周地理環境各不相同，故選樣的基本原則是兼顧東、南、西、北、中部地區，在地理位置上以比較平均的方式分布。此外，日照強度、降水量和污穢度對復合絕緣子運行特性都會產生一定程度的影響，尤其是日光中的紫外線會破壞硅橡膠傘套分子結構，加速復合絕緣子的老化。降水量和污穢度會在一定程度上影響傘裙積污特性，地理位置不同的地區污染物種類也有差別，運行在海邊的絕緣子因鹽霧珠集聚，主要在表面積累海鹽，而工業區污穢通常以化工、冶金產生的廢氣和灰塵為主。降水、污穢種類和污穢度一起作用會對絕緣子金具的腐蝕過程產生影響，故選樣點應盡可能多地反映不同的運行環境。

表3 海南省各地污穢度比較

表4 取樣地點信息

綜合各項因素，可確定5組選樣地點，見表4。

對于表4中的每組地點，至少選取兩個選樣點，選樣時應滿足以下條件：

（1）第一個點距離海岸線1～6公里，第二個點離海岸線20～40公里或更遠；

（2）兩點所在污區盡量處于不同的污穢等級；

（3）每個選樣點選取3種不同運行年限的絕緣子，并按年限分類，例如運行2～3年的絕緣子為第1類，運行5～6年的為第二類，運行9～11年的為第三類，每類至少取3只絕緣子；

（4）對于第1組地點，建議離海近的點選在污穢較重的澄邁，離海遠的點選在海口，對于第4組地點，離海近的點選取在東方工業區，離海遠的點選取在昌江工業區。

4 結論

對于區域內運行一定年限的絕緣子，其檢修需要根據老化狀態評估進行針對性的更換。本文以海南省為例，建立起結合氣候、污穢和運行年限的復合絕緣子選樣方法，通過對氣候條件中的日照、降雨以及污穢進行不同等級歸類，采用上述幾種因素相互融合、區別的方式，可制定出具有區域代表性的復合絕緣子選樣原則，為后續的測試檢測奠定了基礎。

[1]海南省氣象局、海南省氣候中心，《2016年海南省氣候影響評價》。