近海地區輸電線路瓷絕緣子異常放電現象分析

劉 輝，漆 照，沈 浩，張 洋，周 超

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003；2.山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250003）

0 引言

山東省是我國10 個近海省市之一，地處黃河下游，位于我國中緯度地帶的東部近海。南北最寬處距離約420 km，東西最長處距離約700 km，使山東自然地理的東西差異遠比南北差異明顯，同時近海地區和內陸地區也有較大的不同。青島、東營、威海、煙臺等地距海近，在每年的干燥季節時多海霧［1］，而海霧中含有大量的氯化鈉凝結核和其他鹽類，對輸變電設備外絕緣影響很大。此外，山東的近海地區的大風日數明顯多于內陸，大風將海霧吹向輸電線路和外絕緣設備，為近海地區外絕緣配置提出了更加高的要求。

依照現有經驗和標準［2-4］，無論是海洋性積污，還是臨海的鹽霧，均被劃為B 類污穢。B 類污穢是指高電導率的一種污染物，這種污染物快速沉積在絕緣子表面，使絕緣子的狀態在一個很短的時間（＜1 h）內從一種可允許的清潔、低電導率狀態改變直至放電，并且當這一時間過去時再返回低電導狀態。

B 類污穢導致的放電首先具有瞬時性，從污穢積累到發生事故速度極快，難以察覺，危害較大；同時它還具有可逆性。因此在實際工作中近海地區的外絕緣設計和配置往往需要比同樣污穢等級的內陸地區高出許多，帶來了一定的難度。

同時，我國在近海地區海洋性積污以及鹽霧上的研究成果和相關經驗較內陸地區均較少。因此有必要對近海地區積污和各類異常放電現象做進一步研究和提出解決方案。

通過分析某500 kV輸電線路桿塔上出現的瓷絕緣子異常放電現象，通過現場檢測，抽樣調查等方式得出了異常放電現象發生的原因，為今后類似放電現象和近海地區外絕緣配置和設計工作提供了參考。

1 異常放電現象介紹

線路運維人員巡視發現山東某近海地區500 kV輸電線路Ⅰ、Ⅱ線1 號、2 號、4 號、6 號、9 號、14 號、16號共7 座耐張塔瓷絕緣子串整串爬電現象（放電情況如圖1所示），放電間隔時間最短為20 s，聲音明顯。

該500 kV 輸電線路處于山東省東營市河口區，緊鄰海邊，1 號塔距海岸線不足100 m。異常放電現象發生時，現場為大霧天氣，氣溫-3～2 ℃，空氣相對濕度＞85%，西北風3～4 級。異常放電發生后，運維單位緊急申請線路臨時停電，相關線路Ⅰ、Ⅱ線由運行轉為檢修。該500 kV 輸電線路Ⅰ線4 號塔中相大號側絕緣子外觀照片如圖2所示。

2 現場檢測

異常放電發生后，為了掌握現場污穢情況和絕緣子劣化狀況，首先開展塔上污穢度測試和絕緣電阻檢測［5-6］。

2.1 塔上污穢度測試

對該線路絕緣子進行了塔上污穢度測試，將該線路Ⅰ線桿塔上瓷絕緣子拆卸下來，按相關標準［5］對其進行取樣，采用激光鹽灰密儀進行電導率檢測，折合到20 ℃等值鹽密，測試結果如表1所示。從表1中可以看出，1 號塔絕緣子（編號為1—6）等值鹽密為0.021～0.038 mg/cm2，55 號塔絕緣子（編號為7—10）等值鹽密為0.016～0.028 mg/cm2，83 號塔絕緣子（編號為11—15）等值鹽密為0.003～0.015 mg/cm2。結果表明絕緣子等值鹽密均低于0.04 mg/cm2，鹽灰比為5∶1情況下，該等值鹽密值對應的現場污穢度為a—b級，屬于輕度污穢。

2.2 絕緣電阻測試

對異常放電現象出現線路1 號塔瓷絕緣子進行塔上絕緣電阻檢測，絕緣電阻相關測試依據規程，首先采用5 000 V絕緣電阻測試儀對該線路Ⅰ線1號塔A相大號側雙聯絕緣子串進行檢測［6］，左右代表面向大號側的雙聯絕緣子左串和右串，數字編號從橫擔側開始檢測，結果如表2 所示。從表2 中可以看出兩串絕緣子所有瓷瓶絕緣電阻值均在10 MΩ 左右，遠低于標準中規定的500 MΩ［6］。

之后，還采用瓷絕緣子快速檢零裝置［7］對絕緣子串進行檢測，結果顯示均為低（零）值，與使用5 000 V絕緣電阻測試儀檢測的結果一致。

天氣轉晴后，空氣濕度降至50%以下，在相對干燥條件下，利用屏蔽法減小表面泄漏電流影響，對該絕緣子串進行了塔上復檢，結果基本一致，該串絕緣子須立即更換。

隨后在充分干燥條件下，再次對該絕緣子串部分絕緣子進行塔下絕緣電阻檢測，基本排除了干擾因素，檢測結果仍然一致，并觀察到部分絕緣子絕緣電阻出現升高現象。原因是溫濕度的變化影響了絕緣子上污穢層的分布和受潮情況，引起沿面絕緣強度的改變［8-10］。

綜合污穢和絕緣電阻測試結果，可以看出絕緣子表面等值鹽密低，污穢輕，但絕緣電阻低，絕緣性能不合格，推斷該絕緣子在非極限運行中出現了性能急劇下降直至放電的情況。根據如圖1 所示的放電現場照片，以及多桿塔絕緣子串同時發生放電的特點來看，認為該次異常放電屬于典型的沿面放電現象。

3 沿面放電成因分析

沿面放電的原因有兩種，第1 種是污穢重，鹽密大，導致絕緣子易吸濕，導致沿面放電［11］，第2 種則是鹽霧（霧水電導率升高）的影響。鹽霧對于絕緣子沿面放電的影響極為顯著，華北電力科學研究院使用水霧和電導率不同鹽霧進行模擬實驗，結果表明高電導率鹽霧使氣體間隙的擊穿電壓降低較少，但絕緣子放電電壓顯著降低，并觀測到了沿面放電現象，證明鹽霧下絕緣子主要放電形式是沿面放電，而不是空氣擊穿［12］。

根據前文測試結果，絕緣子等值鹽密最高值為0.04 mg/cm2，屬于a 級輕度污穢，而該輸電線路外絕緣配置則按照e級重度污穢設計，因此可以排除是第一種原因即污穢重導致本次異常放電現象地發生。

根據現場氣象調研結果，異常放電現象發生時，當地空氣相對濕度高于85%、現場有霧，且當時風向是由海邊吹向桿塔，完全符合鹽霧形成，區域霧水電導率升高的條件。因此該異常放電現象發生應該歸為鹽霧的影響。

目前我國在近海地區關于如何應對鹽霧引起的異常放電現象研究成果較少，但類似的異常放電現象研究較多，如直流特高壓桿塔放電，鳥糞閃絡等。這些異常放電現象發生的共同特點是積污速度快，瞬時污穢重，放電形式以沿面放電為主。因此可以參照相關文獻［13-15］提出的增大爬電比距，改變絕緣子形狀等方法應對近海地區鹽霧引起的異常放電現象。

為防止近海地區因鹽霧造成放電的進一步發生，首先應提高外絕緣配置標準，使用形狀特殊、爬電比距大［16］、傘面大難以積污的絕緣子［17-18］，針對性增強近海地區外絕緣可靠性；此外在相關研究和實驗數據缺少的情況下應加強對近海地區污穢與絕緣子絕緣性能的監測，采取多種觀測方法如紅外成像、可見光測量、化學觀測法等及時識別鹽霧的生成情況［19-21］和絕緣子的絕緣性能變化情況［22］，對類似異常放電現象做出預防和反應。

4 抽樣試驗

在絕緣電阻測量后，對絕緣子進行了劣化情況抽樣試驗，按照標準規定對該批次絕緣子開展了溫度循環、機電破壞負荷、擊穿耐受等抽樣試驗［23］（其中，所有樣品均進行溫度循環試驗，機電破壞負荷試驗每批次12片，擊穿耐受試驗每批次6片，每批次剩余2 片備用），試驗結果如表3 所示。從表3 中可以看出，該批次絕緣子機電負荷試驗基本不符合要求，耐壓水平低于測試標準［24］，劣化嚴重，存在質量問題。初步判斷瓷件或水泥膠合劑整體不滿足要求。今后需要加強對相關設備的抽檢強度和技術監督工作。

表3 抽樣試驗結果

此外，由于該500 kV 輸電線路設計時滿足當時外絕緣水平要求，因此在建設階段該批絕緣子未涂覆防污閃涂料。鹽霧導致的瞬時污穢積累和絕緣電阻急劇下降的情況僅出現在親水表面［4］，防污閃涂料可以有效應對上述問題。因此在今后的近海地區外絕緣配置和絕緣子設計中還應對瓷絕緣子涂覆防污閃涂料，或采用復合絕緣子［24-27］。

5 原因分析

綜上所述，本次瓷絕緣子異常放電現象有絕緣子質量問題和近海鹽霧（霧水電導率升高）兩個原因。根據該線路投運已有一段時間，線路總體運行正常，異常放電現象發生在濕度大，大霧天氣的氣象情況下，霧水電導率升高應是導致該異常放電現象的主要原因。

中國電力科學研究院使用無質量問題的XWP-300型號懸式瓷絕緣子開展了在不同霧水電導率下瓷絕緣子的交流耐壓特性研究［28］，測定了不同霧水電導率下染污絕緣子的50%耐受電壓曲線，試驗結果如圖3 所示。從圖3 中可以看出隨霧水電導率升高，50%耐受電壓呈冪指數關系下降。按照前文測定的塔上污穢度最高為0.04 mg/cm2的相關數據，對照圖3中接近0.06 mg/cm2的曲線，可以看出隨霧水電導率升高，50%耐受電壓下降近一半，即異常放電概率提升一倍；同時可以看出，絕緣子污穢越輕，鹽霧對50%耐受電壓的削弱就越嚴重，相對于無鹽霧情況發生異常放電的概率就越大，因此霧水電導率升高很好地解釋了本次放電現象中污穢輕卻放電顯著地異常情況，應為該異常放電現象的主要原因。

圖3 不同霧水電導率下染污絕緣子的50%耐受電壓曲線

6 建議

目前，沿海地區500 kV 線路已有的外絕緣配置雖然已經加強，但依然是把鹽霧的影響直接換算到現場污穢度進行外絕緣配置計算，忽略了鹽霧瞬時污穢重，積污速度快的特性。華中科技大學在針對熱帶海島鹽霧放電問題的研究中提出應測定當地距海25 km 處鹽霧濃度值Sa，結合當地現場污穢度，使用的絕緣子型號，現場測定并繪制鹽霧鹽度-閃絡電壓曲線，得到式（1）。

式中：Uf為閃絡電壓；B和-b均為計算出的常數值［29］。并采用該式進行外絕緣配置的進一步計算。

同時還應適當增大絕緣子的傘裙，對其參數進行優化。華北電力大學、蘭州交通大學等［30-32］對鹽霧中絕緣子開展的電場仿真和風洞模擬研究中，采用超大—大—小傘絕緣子，超大傘裙直徑為229 mm，在增大有效爬電距離的基礎上，能夠有效地改善不同風向下絕緣子的防污能力和傘裙上電場分布情況，增強絕緣子的主動防污特性，防止鹽霧中污穢粒子在絕緣子表面的積累。

7 結語

對山東省近海地區某500 kV輸電線路瓷絕緣子異常放電現象進行了分析。分析表明近海地區的鹽霧是導致該異常放電現象的主要原因，近海地區因海風及氣候影響生成的鹽霧導致異常霧水電導率升高，絕緣電阻急劇降低，導致異常放電現象發生。此外還通過抽樣試驗證明絕緣子本身存在質量和未涂敷防污閃涂料的問題，并提出使用大傘裙、增大爬電比距、涂敷防污閃涂料等方法對近海地區外絕緣配置和維護工作進行改進，為今后類似異常放電現象的分析和解決提供了相關參考。