毕业论文-220KV绝缘子防雷防污闪及电场分析

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文- PAGE II - PAGE III -220KV绝缘子防雷防污闪及电场分析摘要近年来绝缘子技术发展很快，特别是以有机材料的复合绝缘子问世以来，由于它突出的耐污闪性能以及重量轻易维护等一系列优点，获得迅速发展。输电线路的绝缘子都是并联运行的，任何一串绝缘子出问题都会造成输电线路故障，甚至会造成长时间停电，对电力系统的安全运行以及人们的日常生活造成很大危害。因此，对绝缘子的研究和分析非常重要。本文主要分析了高压绝缘子的防雷防污闪及电场，首先阐述了绝缘子的分类。接着又对绝缘子的雷击闪络进行了分析讨论，当避雷线上落雷后雷电流沿避雷线流入杆塔

2、，由于杆塔的接地电阻不够小，使得塔顶电位抬高，当此电位达到一定数值时就会使线路绝缘发生反击，造成绝缘子串闪络。对如何防止绝缘子的雷闪提出了相应措施。然后又分析了绝缘子污闪问题的机理及预防措施，绝缘子污闪主要包括：绝缘子表面的积污、绝缘子表面的湿润、局部放电的产生及局部电弧发展完成闪络四个阶段。第四章则在不同情况下对高压绝缘子进行了电场分析，得到相应的电位图、电场图，并作具体分析。关键词绝缘子；雷电闪络；污闪；电场分析220kV insulator lightning flash Pollution Flashover and the electric field analysisAbstrac

3、t Insulator technology in recent years has developed rapidly, especially since the advent of composite insulators of organic materials, due to the prominent stain flash performance and light weight, easy maintenance and other advantages of rapid development. Transmission line insulators are operatin

4、g in parallel, any string of insulator problems are caused by a transmission line fault, and may even cause an extended power outage, caused great harm to the safe operation of the power system, as well as peoples daily lives. Therefore, research and analysis of the insulator is very important.This

5、paper mainly analyzes the high voltage insulator Mine Pollution Flashover electric field, the first introduced types and uses of the insulators. Then he introduced the lightning flashover of insulators, when lightning online is doing and the lightning current along the grounding wire into the tower,

6、 the tower potential to raise the tower grounding resistance is not enough, when this potential reaches a certain value will make the line insulation to fight back, causing flashover of insulator strings. Corresponding measures on how to prevent the insulator flash of thunder. Then the problem of in

7、sulator contamination flashover mechanism and preventive measures, the insulator pollution flashover include: of the contamination of the insulator surface, the wetting of the insulator surface, the generation of partial discharge and the development of the local arc to complete the four stages of f

8、lashover. Chapter in different situations under high-voltage insulator electric field analysis, the corresponding potential map, the electric field map, and for specific analysis.Keywords Insulator; lightning flashover; pollution flashover; electric field analysisPAGE II- - PAGE V -目录摘要 = 1 * ROMAN

9、IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327966436 第1章 绪论 PAGEREF _Toc327966436 h 1 HYPERLINK l _Toc327966437 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc327966437 h 1 HYPERLINK l _Toc327966438 1.2 绝缘子的分类 PAGEREF _Toc327966438 h 1 HYPERLINK l _Toc327966439 1.3 绝缘子制造和使用技术及当今热点 PAGEREF _Toc327966439 h 2 HYPE

10、RLINK l _Toc327966440 1.4 本论文的工作 PAGEREF _Toc327966440 h 3 HYPERLINK l _Toc327966441 第2 章 绝缘子雷击闪络 PAGEREF _Toc327966441 h 4 HYPERLINK l _Toc327966442 2.1 220kV绝缘子技术标准 PAGEREF _Toc327966442 h 4 HYPERLINK l _Toc327966443 2.2 雷击闪络概述 PAGEREF _Toc327966443 h 5 HYPERLINK l _Toc327966444 2.3 故障简述与分析 PAGERE

11、F _Toc327966444 h 6 HYPERLINK l _Toc327966445 2.3.1 220kV丰金线瓷绝缘子掉串 PAGEREF _Toc327966445 h 6 HYPERLINK l _Toc327966446 2.3.2 220kV万文1线瓷绝缘子掉串 PAGEREF _Toc327966446 h 7 HYPERLINK l _Toc327966447 2.4 雷电污闪的机理 PAGEREF _Toc327966447 h 8 HYPERLINK l _Toc327966448 2.5 防止绝缘子发生雷击闪络的措施 PAGEREF _Toc327966448 h

12、9 HYPERLINK l _Toc327966449 2.6 本章小结 PAGEREF _Toc327966449 h 9 HYPERLINK l _Toc327966450 第3章 绝缘子污秽闪络 PAGEREF _Toc327966450 h 11 HYPERLINK l _Toc327966451 3.1 污闪事故的危害 PAGEREF _Toc327966451 h 11 HYPERLINK l _Toc327966452 3.2 绝缘子污闪的机理 PAGEREF _Toc327966452 h 13 HYPERLINK l _Toc327966453 3.2.1 绝缘子表面的积污

13、PAGEREF _Toc327966453 h 13 HYPERLINK l _Toc327966454 3.2.2 绝缘子表面的湿润 PAGEREF _Toc327966454 h 14 HYPERLINK l _Toc327966455 3.2.3 局部放电的产生 PAGEREF _Toc327966455 h 15 HYPERLINK l _Toc327966456 3.2.4 局部电弧发展完成闪络 PAGEREF _Toc327966456 h 15 HYPERLINK l _Toc327966457 3.3 绝缘子防污闪措施 PAGEREF _Toc327966457 h 16 HY

14、PERLINK l _Toc327966458 3.3.1 防污型绝缘子 PAGEREF _Toc327966458 h 17 HYPERLINK l _Toc327966459 3.3.2 调爬 PAGEREF _Toc327966459 h 18 HYPERLINK l _Toc327966460 3.3.3 清扫和水冲洗 PAGEREF _Toc327966460 h 18 HYPERLINK l _Toc327966461 3.3.4 半导体釉 PAGEREF _Toc327966461 h 18 HYPERLINK l _Toc327966462 3.3.5 憎水性涂料 PAGERE

15、F _Toc327966462 h 19 HYPERLINK l _Toc327966463 3.4 本章小结 PAGEREF _Toc327966463 h 20 HYPERLINK l _Toc327966464 第4章 220kV绝缘子电场分析 PAGEREF _Toc327966464 h 21 HYPERLINK l _Toc327966465 4.1 合成绝缘子的应用及特点 PAGEREF _Toc327966465 h 21 HYPERLINK l _Toc327966466 4.2 220kV棒形悬式合成绝缘子的模型简图 PAGEREF _Toc327966466 h 21 H

16、YPERLINK l _Toc327966467 4.3 220kV棒形悬式合成绝缘子的计算分析 PAGEREF _Toc327966467 h 22 HYPERLINK l _Toc327966468 4.3.1 模型建立 PAGEREF _Toc327966468 h 22 HYPERLINK l _Toc327966469 4.3.2 网格剖分 PAGEREF _Toc327966469 h 22 HYPERLINK l _Toc327966470 4.3.3 求解 PAGEREF _Toc327966470 h 23 HYPERLINK l _Toc327966471 4.3.4 后处

17、理 PAGEREF _Toc327966471 h 24 HYPERLINK l _Toc327966472 4.4 污秽空气及潮湿空气时其电场分析 PAGEREF _Toc327966472 h 26 HYPERLINK l _Toc327966473 4.4.1 污秽空气时电场分析 PAGEREF _Toc327966473 h 26 HYPERLINK l _Toc327966474 4.4.2 潮湿空气时电场分析 PAGEREF _Toc327966474 h 28 HYPERLINK l _Toc327966475 4.5 雷电时电场分析 PAGEREF _Toc327966475

18、h 30 HYPERLINK l _Toc327966476 4.6 结果分析 PAGEREF _Toc327966476 h 37 HYPERLINK l _Toc327966477 4.7 本章小结 PAGEREF _Toc327966477 h 37 HYPERLINK l _Toc327966478 结论 PAGEREF _Toc327966478 h 38 HYPERLINK l _Toc327966479 致谢 PAGEREF _Toc327966479 h 39 HYPERLINK l _Toc327966480 参考文献 PAGEREF _Toc327966480 h 40附录

19、 42- PAGE 10 - PAGE 55 -第1章 绪论1.1 课题背景电能的出现和广泛应用彻底改变了人类的生产和生活状态,试想如果没有电,当今世界将是什么景象。在对20世纪人类最伟大发明的评选中，电力系统独占鳌头，此评选结果客观地反映了电能对促进生产力发展和提升人类文明做出的突出贡献。电能的输送主要通过架空电线路，绝缘子是架空输电线路的重要组成部分。传输电能的导线处于高电位。杆塔处于地电位，绝缘子的作用一方面使导线和杆塔在电气上绝缘，另一方面使导线和杆塔在机械上相连，绝缘子要承受导线自重及导线的风载、覆冰等各种机械力的作用。这些作用力通过绝缘子传递给杆塔，杆塔还要承受绝缘子自身的重力。绝

20、缘子要同时满足电气性能和机械性能两方面的要求。在电气性能方面，绝缘子除了承受长期工作电压外，还要承受暂态的操作过电压和雷电过电压的作用，要求绝缘子应能承受这些电压的作用，不发生绝缘击穿，不发生沿面闪络，更不能造成损坏。在机械性能方面，要求绝缘子在长期的机械载荷作用下能稳定可靠地工作，同时要求对飓风和地震也要有较好的承受能力。对绝缘子除了电气性能和机械性能方面的要求外，还要求绝缘子有较好的耐候性能和抗老化能力。要求绝缘子能抵御雨雪冰霜、风吹热晒，在各种恶劣气象条件下都能稳定可靠地工作，并且应有几十年的使用寿命。1.2 绝缘子的分类用于架空线路的绝缘子称做线路绝缘子，在电站用于支持母线或隔离刀闸的

21、绝缘子称做电站支柱绝缘子。套管的作用是使用器设备内部的带电端子和外部系统相连或者是使室内的带电端子和室外系统相连。根据用途的不同，线路绝缘子又可细分为几种不同的类型。在杆塔上用于悬挂架空导线的线路绝缘子称做悬式绝缘子。在线路的始末端，线路转弯处以及其他部位，需要承受导线张力的绝缘子称做耐张绝缘子。悬式绝缘子和耐张绝缘子都是固定在与塔柱相连的塔臂上，它们的结构和形状可能一样，差别仅是悬挂方式和作用不同。按采用的绝缘材料划分，绝缘子可分为电瓷和玻璃以及复合绝缘子三大类。复合绝缘子又名合成绝缘子，也称为有机绝缘子或非瓷绝缘子。电瓷和玻璃绝缘子由无机材料制作。半导体釉绝缘子是一种特殊形式的电瓷绝缘子，

22、它是在普通电瓷绝缘子表面涂一层半导体釉，主要用于污秽地区。按绝缘子的具体结构划分，可分为线路绝缘子和电站绝缘子两大类。线路绝缘子分为悬式绝缘子、针式绝缘子、横担绝缘子等几类，悬式绝缘子又分为盘形悬式绝缘子和棒形悬式绝缘子。电站绝缘子可分为支柱绝缘子、瓷套和套管等几类。1.3 绝缘子制造和使用技术及当今热点电瓷绝缘子的应用已有100多年的历史，玻璃绝缘子的应用虽比电磁绝缘子短，但也称得上历史悠久，复合绝缘子应用的历史不长，但挂网运行的时间也有30年。可以认为，绝缘子的制造和使用技术相对比较成熟，但仍在不断更新和发展。电瓷和玻璃绝缘子的外形结构百年来没有发生革命性的变化，但是对材料、工艺、结构的改

23、进始终没有停止，处于不断进步中，突出表现在以下几方面：1.随着输电电压等级的提高，对单片绝缘子机电破坏负荷的要求越来越高，目前已能制造出机电破坏负荷为300kN,400kN,500kN甚至800kN的电瓷绝缘子。2.由于制造工艺和材料的改进，玻璃绝缘子的自爆率已大幅度下降，这对提高绝缘子的可靠性意义更大。3.绝缘子制型的改进是永恒的课题，绝缘子的形状是有地区适用性的，不可能找出一种形状的绝缘子在世界各地的使用效果都是最好的。4.采用等径压工艺产生的电瓷绝缘子强度提高很大，并在对大尺寸支柱绝缘子和瓷套制造方面，该工艺有逐步取代普通湿法生产工艺的趋向。复合绝缘子的生产技术发展很快，针对使用中出现的

24、问题，在工艺、材料、结构方面都在研究和改进中，研究的热点问题主要有以下几方面：1.硅橡胶材料配方和生产工艺的改进，使硅橡胶材料有更好的耐电损耗和耐老化性能。2.研究硅橡胶材料特有的憎水迁移特性和憎水性的暂时消失和恢复特性，这是复合绝缘子具有优异耐污闪能力的主要原因。从机理上研究具有上述特性的原因，并从材料的配方上强化该特性。3.在金属接头和芯棒制造两方面提高复合绝缘子的机电破坏强度，我国已能制造出机电破坏负荷为300kN的复合绝缘子，能满足750kV交流输电和500kV直流输电工程的需要。4.研究人工加速老化试验方法，能在较短时间内筛选出具有优异耐老化性能的硅橡胶材料配方。在绝缘子的运行维护方

25、面，目前研究的重点和热点问题主要有：1.电瓷绝缘子的零值在线检测问题，迄今为止仍没有找到一种简便、可靠的方法。2.复合绝缘子的运行健康状态的在线监测方法问题，目前除了目测、检查表面憎水性、监测泄漏电流外，尚未找到有效的方法。3.复合绝缘子的脆断和不明原因闪络问题，对这两个问题的研究虽然取得很大进展，但尚未解决。4.防止绝缘子污秽闪络问题，实践表明，在电瓷或玻璃绝缘子表面涂覆RTV硅橡胶憎水涂料，是一种行之有效的防污闪措施。有关RTV硅橡胶憎水涂料的防污闪机理和寿命判断及在线监测问题依然是研究热点。复合绝缘子已从线路悬式发展到电站支柱绝缘子和套管，RTV硅橡胶憎水涂料也从在变电站应用发展到应用到

26、输电线路。由于我国大气污染问题仍未解决，污闪事故仍是困扰电力系统安全运行的主要问题，所以这两项技术在我国发展很快，复合绝缘子在绝缘子市场上已占领1/3份额，在我国有些地区100%的变电站都已涂覆了RTV硅橡胶憎水性涂料，因此对有机外绝缘问题的研究自然成了重点和热点问题1。1.4 本论文的工作本论文对220kV绝缘子的防雷防污闪及电场分析进行了研究，主要研究内容如下：1.阐述了课题背景及绝缘子的种类和用途，并对绝缘子的制造使用技术和当今热点进行了分析。2.绝缘子的雷电闪络危害着电力系统，举例说明了雷电闪络事故，分析雷电闪络事故的机理和原因，并提出防止绝缘子雷闪具体措施。3.说明绝缘子闪络的危害，

27、分析绝缘子闪络的机理提出相应的具体措施。4.运用ANSYS软件在不同情况（污秽、潮湿空气、雷电冲击）下对绝缘子进行电场分析，得出相应的电位图、电场图，并作具体分析。第2章 绝缘子雷击闪络作为电力系统组成部分的输电线路，带给人类文明源源不断的动力，其自身的安全运行极为重要，雷电是危害输电线路安全的重要因素。雷击故障能够造成杆塔绝缘闪络、线路跳闸、供电中断，雷击线路产生的雷电过电压波，沿线路侵入变电所，是危害变电所电力设备的主要因素，而且这种浪涌电压还会对生产和生活用户的现代化电子设备(尤其是数字设备、微甩子设备)造成损害。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，现代社会对电力质量的要求越来越高。

28、因此输电线路的防雷研究一直吸引着全世界研究人员不断探索，力求减少雷电危害2。2.1 220kV绝缘子技术标准对于绝缘子既要要求其电气特性又要要求其机械特性，以至满足各项要求。根据国标规定，220kV绝缘子技术标准如表2-1所示。 表2-1 220kV绝缘子技术标准绝缘子型号绝缘子类型额定电压kV额定机械拉伸负荷kN连接结构标记结构高度H，mm最小电弧距离h，mm最小公称爬电距离L，mm雷电全波冲击耐受电压kV（峰值）不小于工频一分钟湿耐受电压kV（有效值）不小于FXBW4220/100棒形悬式合成绝缘子22010016224030190063001000395最小电弧距离：绝缘子满足其电气性能

29、要求的电弧距离最小值。最小公称爬电距离：两个不同极性的导电部件之间或带电件与易触及表面之间沿绝缘材料表面测量的最短途径。2.2 雷击闪络概述在采用瓷、玻璃绝缘子的输电线路中，雷击故障约占总数的50%左右；在全国复合绝缘子的故障统计中，雷击故障约占55%左右。雷击故障与雷电活动次数成正比，主要发生在雷电活动频繁的地区。以表2-2佛山电力系统110kV及以上线路近年来雷击造成线路绝缘子损坏及重合闸情况统计为例，雷击造成线路绝缘子损坏占雷击总次数10%以上，1996年最高达到57.2%，绝缘子烧伤情况则更为严重，达42.8%至88.4%，说明雷击对线路绝缘子的损坏非常严重，是造成重合闸不成功的主要原

30、因。表2-2 佛山电力局雷击造成线路绝缘子损坏及重合闸情况统计雷击时间累计次数重合闸绝缘子绝缘子掉串次数成功次数成功率/%不成功次数不成功率/%瓷质合成玻璃损坏次数损坏绝缘子占的百分数%烧伤次数烧伤绝缘子占的百分数%1995161062.5637.51600850850319967342.8457.2700457.2342.8019972121100001290314.31885.7019989888.9111.1531444.4555.611999433786.0614.010330511.63888.412000302893.326.78100422.21477.80从运行情况来看，复合绝

31、缘子的雷击闪络大多可重合闸成功，这是因为复合绝缘子属不可击穿结构，当放电在空气中发生时，不会对绝缘性能产生不可逆影响，属可恢复性绝缘；而瓷绝缘子在雷击放电时可能发生内击穿，严重时可能在强大的工频电弧电流作用下发生爆炸，这种情况属不可恢复性绝缘。玻璃绝缘子有较好的耐电弧性能，遭受雷击电弧烧伤的玻璃绝缘子，其表面仍是光滑的玻璃体。广州电力局多年运行经验表明，凡玻璃绝缘子表面烧伤深度不超过2mm者，仍可安全运行，无需更换。雷击对复合绝缘子造成的损坏，主要为灼伤伞裙、金具，造成质量不良产品的界面击穿。与瓷、玻璃绝缘子相比较，复合绝缘子在耐雷方面有优势的一面，复合绝缘子不会发生瓷绝缘子难以避免的零值及玻

32、璃绝缘子的伞裙自爆，因而不致因零值或低值绝缘子降低整串绝缘子的耐雷水平。不利的一面是由于复合绝缘子伞裙直径较小，因而对同一高度来说，其干弧距离总是略小于瓷和玻璃绝缘子。2.3 故障简述与分析架空输电线路的瓷绝缘子掉串故障长期以来危及电网的安全稳定运行。造成输电线路瓷绝缘子掉串的原因有多种，雷击、污闪、瓷绝缘子产品质量不稳定。在电气和机械等外作用力下。都会造成挂网运行的瓷绝缘子掉串。架空输电线路长期暴露在野外，极易遭受雷击。运行经验表明，架空输电线路雷害故障占总跳闸的三分之一之多。因雷击引起的绝缘子掉串故障引起高度重视3。2.3.1 220kV丰金线瓷绝缘子掉串江西丰金线1996年10月投运，掉

33、串塔型为SJl型，掉串的C相绝缘子为双串，每串14片，绝缘子型号为XP10。2010年7月29日，线路巡视发现丰金线50号转角塔C相小号侧双串绝缘子中一串脱落，另一串有图2-1 丰金线50号杆塔C相绝缘子闪络痕迹图2-2 金线50号塔掉串绝缘子钢帽2.3.2 220kV万文1线瓷绝缘子掉串江西万文1线1987年6月投运。导线型号为LGJ一24040型。地线为GJ一50型。万文1线地处多雷区，全线杆塔均进行接地外引和安装了负角保护针。绝缘子为单串，每串13片，绝缘子型号XP一70，挂网时间为2005年4月。20100823 23：57，江西万安电厂220kV万文1线两侧双套主保护跳三相，强送不成

34、功，故障录波如图2-3所示。万安电厂侧故障测距为20.23 km，文山变电站故障测距为50.25 km。24日，经巡视发现61号杆面向大号侧左边线(B相)导线掉落在地面上，第五片绝缘子的钢帽已炸裂。经查随导线掉落的绝缘子有严重电弧烧伤痕迹，如图2-4、2-5所示，右杆接地引下线螺栓处有明显放电点。登杆检查发现右边线(C相图2-3 故障录波图图2-4 绝缘被击穿的绝缘子图2-5 文1线B相绝缘子第5片绝缘子钢帽开裂2.4 雷电污闪的机理我们知道雷击引起绝缘子串闪络的主要原因是反击，当避雷线上落雷后，雷电流沿避雷线流入杆塔，由于杆塔的接地电阻不够小，使得塔顶电位抬高，当此电位达到一定数值时就会使线

35、路绝缘发生反击，造成绝缘子串闪络。防止发生反击的最有效方法就是降低杆塔的接地电阻，及时将雷电波头能量释放，接地电阻越小的情况下杆塔电位就越低，则不足以引起反击。但是在有些地段加强了防雷，杆塔接地电阻已经很小，按照计算结果，雷击时应不至于引起反击，实际中却依然出现了绝缘子串放电的现象。实际上，造成绝缘子串闪络的真正原因并不是雷击，而是绝缘子自身污秽导致线路的耐压水平降低。雨天情况下污秽绝缘子因污层湿润而运行于一种湿润一燃弧一烘干一重新湿润的平衡状态下，当线路遭受雷击时，从而引起绝缘子闪络，导致污秽跳闸。还有一种情况就是，雷击时，它们可以承受住短时的雷过电压而未被击穿，但它们处于一种很容易被击穿放

36、电的平衡状态，这时如果有持续时间较长而电压并不高的工频续流存在，它们也会被击穿。根据污秽情况下绝缘子在工频过电压下雷电污闪特性，以及污秽绝缘子在雷电冲击电压下闪络情况进行的分析，污秽才是引起绝缘子闪络的主要原因。一般情况下，污秽绝缘子运行于一种平衡状态下，当出现一种外界的触发条件打破这种平衡(如雷电过电压，或作用较长时间的工频过电压)，就会导致闪络的发生5。电力系统应改善污秽地区的线路的绝缘电气特性6。2.5 防止绝缘子发生雷击闪络的措施1. 强化输电线路防雷设计。贯彻防雷差异化设计原则根据雷电定位系统提供的雷暴日、落雷密度数据进行防雷设计。2. 严格执行新建、改造线路的批量绝缘子抽样检测制度

37、，确保挂网运行的绝缘子质量。3. 加强输电线路的运维管理，严格按规程规定周期进行零、低值绝缘子检测，及时更换零、低值绝缘子，确保线路绝缘水平良好，对处在雷电活动频繁区杆塔，进一步缩短检测周期。4. 采取红外测温、带电测试等手段。加强绝缘子低零值的监检测，及时发现存在隐患。5. 缩短杆塔接地电阻测量周期，及时对接地电阻不合格的杆塔进行接地改造，将杆塔的接地电阻控制在10欧姆以下，提高线路的耐雷水平；在易击杆段采取加强绝缘、加装可控避雷针、防绕击避雷针等综合防雷措施。6. 采取“疏导”型防雷措施，加装线路避雷器或在绝缘子串上加装并联间隙(招弧角)，在发生雷害闪络时有效保护绝缘子。7. 降低杆塔接地

38、电阻，雷击杆塔时杆塔耐雷水平与杆塔接地电阻密切相关。接地电阻越高，塔顶电位越高，绝缘子两端的电位差也越大。降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，防止绝缘子闪络最有效的措施之一。输电线路接地电阻超标的杆塔往往在山区地质复杂的地段，这些地段由于土壤电阻率高。地形复杂，交通不便，要把杆塔的接地电阻降下来非常难，然而越是降阻困难的地段往往又是雷电活动频繁、雷害事故多发地段。这就要求在杆塔接地降阻时要根据具体的地形地势和土壤电阻率，进行特殊的设计。充分根据杆塔所在的地形，采用切实可行的降阻措施7。在实际工程中。还发现采用过一些不当的降阻措施。如对杆塔进行降阻时不管地质结构如何，采用打深井的方法进行降阻处理

39、。因为杆塔接地的主要作用是防雷，而雷电流属于高频电流，有很强的趋肤效应，在地中的流动也只是沿地表散流，深层土壤并不起作用8。因而送电线路杆塔接地应以水平射线结合降阻剂降阻的方法进行降阻改造。根据经验，充分利用现场地势，沿等高线做水平射线，或在山岩地带利用山岩裂缝铺设水平接地体并施加膨润土类降阻剂可有效地降低杆塔接地电阻9。2.6 本章小结本章主要介绍了绝缘子的雷电闪络，举例说明了江西丰金线和江西万文1线绝缘子遭受雷闪掉串事故，雷击引起绝缘子闪络的主要原因是反击。当避雷线上落雷后，雷电流沿避雷线流入杆塔，由于杆塔的接地电阻不够小，使得塔顶电位抬高，当此电位达到一定数值时就会使线路绝缘发生反击，造

40、成绝缘子串闪络。提出防止绝缘子发生雷电闪络的措施。防雷的研究一直吸引着研究人员不断探索，力求减少雷电危害。第3章 绝缘子污秽闪络绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地。然而，输电线路和变电站的外绝缘要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可靠运行，但沉积在绝缘子表面的污秽层在雨、雪、露等恶劣气象条件的作用下，使绝缘子的电气强度大大降低，可能使电力系统外绝缘在过电压作用下发生闪络，并在长期运行电压下发生污秽闪络，造成停电事故，就会损害整条线路的使用和运行寿命10。3.1 污闪事故的危害我国经济建设正处于一个高速发展的时期，城乡工业发展迅速，环境污染也日益严重。伴

41、随着输、配电网络的不断扩大，环境污染问题给输配电系统安全带来严重的影响。据统计，污闪事故在我国造成的电置损失约为雷电事故的93倍。电网污闪事故发生的频率上升，事故的后果严重，往往造成多条线路、多个变电所失电，甚至引起系统振荡，从而造成电网瓦解，引起大面积停电，长时间停电，所造成的电量损失以及给国民经济带来的负面影响十分惊人。架空输电线路在运行过程中，空气中的尘土、工业废气、工业烟尘等各种微粒或鸟粪都会堆积在绝缘子外表面形成污秽层，严重时就会导致绝缘子发生污闪事故。随着城乡工业迅速发展，环境污染日益严重，同时伴随着输、配电网络的不断扩大，分析和了解影响绝缘子污闪放电的因素， 寻求防止污闪发生的管

42、理和技术措施，最大限度的减少污闪事故的发生具有十分重要的意义。通过调整爬电距离（ 调爬）、 更换防污型绝缘子、采用合成绝缘子等措施， 较大范围地加强了绝缘。但近年来仍有多起大面积污闪事故发生。例如1992年1月22日，川西北地区浓雾弥漫，以青白江变电站为中心的六座220kV变电站和l5条220kV输电线路相继发生“污闪”事故，出现40多次跳闸，使得成都地区大范围停电，电气化铁路也被迫中断。1996年12月27日至31日华东地区出现罕见的大雾，华东电网220kV系统中24条线路闪络，跳闸58次，其中9条线路因零值瓷绝缘子炸裂导致导线落地，虽然断路器、继电保护动作正确，未造成大范围停电，但仍对电网

43、安全构成了严重的威胁11，12。1996年12月,安徽省35条220kV线路有8条发生污闪事故,跳闸35次。8条5OOkV 线路有2条发生污闪事故,跳闸6次。其间发生11 次绝缘子断裂,导线落地的事故,造成长时间大面积停电,损失巨大13。1997年2月26至27日陕西电网发生大面积污闪,涉及33OkV输电线路2条、22OkV2条11OkV5条,还包括2座33OkV变电站、3座11OkV变电站。事故导致渭南地区东部和商洛地区全部停电, 系统甩负荷41OMW, 并对输变电设备造成严重损害14。福建电网自199O年以来22OkV线路共发生15O 次跳闸事故,仅1996年1月14日至2月15日一个月内

44、,莆田、泉州、石狮等地22OkV线路发生污闪跳闸7O余次15。2001年2月辽宁。河北河南。京津唐电网大面积污闪，66500kV线路总计238条、变电站34座污闪跳闸972次。损失电量9375GWh。2006年2月14日在类似毛毛雨天气情况下，石家庄电网发生污闪跳闸事故。造成l条220kV线路掉闸l路次；6条110kV线路掉闸共计21路次t35kV线路掉闸10路次l 10kV线路掉闸39路次以及llOkV无极变电站全停。2006年2月6日，电气化铁路石家庄供电段出现大雾天气跳闸停电问题。导致京广下行正线中断行车3.5h截至1998 年底,我国合成绝缘子挂网总量达6O万只,仅次于美国居世界第二位

45、16。尽管我国合成绝缘子主要被用于各类中等及重污秽地区,但年事故率仅O.O18%,远低于瓷绝缘子的事故率17。例如,京津唐电网在1998年就有3万余支合成绝缘子在网上运行,占该网输电线路绝缘子总数的1/3,而11O kV线路和22OkV线路合成绝缘子已占主流。1991-1998年8月,京津唐电网合成绝缘子总的闪络跳闸次数是同期瓷绝缘子的1/7,2O余次闪络跳闸大都重合成功18。我国合成绝缘子所发生的事故种类及比例（见表3-1）19。表3-1 我国合成绝缘子所发生的事故种类及比例事故类型电气机械雷击不明闪络鸟粪污闪内绝缘击穿机械事故脆断晴天阴天多云污秽气象比例%47.212.96.14.916.

46、65.52.52.51.8注：数据统计截止至1998年9月3.2 绝缘子污闪的机理在线运行的绝缘子，在大气环境中，受到工业排放物及自然扬尘等环境因素的影响，表面逐渐沉积了一层污秽物。在天气干燥的情况下，这些表面带有污秽物的绝缘子仍能保持着较高的绝缘水平，其放电电压和洁净、干燥状态时想接近。然而，当遇有雾、露、毛毛雨以及融冰、融雪等潮湿天气时，在绝缘子表面会形成水膜，污层中的可溶盐类会溶于水中，从而形成导电的水膜，这样就有泄露电流沿绝缘子的表面流过。泄漏电流的大小主要取决与脏污程度和受潮程度。由于绝缘子的形状、结构尺寸等因素的影响，绝缘子表面各部位的电流密度不同，结果在电流密度比较大的部位首先形

47、成干燥带，例如在悬式绝缘子的钢脚和铁帽附近，棒式支柱绝缘子的法兰交接处、芯棒、裙和芯棒交接处等。干燥带的形成使得绝缘子表面电压分布更加不均匀，干燥带承担较高的电压。当电场强度足够大时，将产生跨越干区的沿面放电，依脏污和受潮程度的不同，放电的类型可能是辉光放电、火花放电或产生局部电弧。这时，染污介质的表面放电模型，相当于表面局部电弧串联着一段剩余污层电阻。局部电弧是一个间歇的放电状态可能持续相当长时间，当脏污和潮湿状态较严重时，局部电弧会逐步发展；当达到和超过临界状态时，电弧会贯穿两极，完成闪络。污闪放电是一个涉及到电、热和化学现象的错综复杂的变化过程。宏观上可将污闪过程分为以下4个阶段：绝缘子

48、表面的积污绝缘子表面的湿润局部放电的产生局部电弧发展，完成闪络3.2.1 绝缘子表面的积污绝缘子表面沉积的污秽物，来源于该地区地域大气环境的污染（包括远方传送来的），也受大气条件的自清洗（例如，风吹和雨淋），还与绝缘子本身的结构形状、表面光洁度等因素有着密切的关系。长期的运行经验表明，在城市工业区及大气污染较严重的地区绝缘子表面的积污也较多。工业规模越大，对周围影响的范围也越大。原电力部电力科学院等单位研究表明，对于大气扩散和传送能力强的地区和大城市，工业污染扩散对电力系统污染的影响范围可达20至30km以上；中等工业城市的影响范围可达10至20km；对四川盆地、长江三峡、汉中盆地等大气净化能

49、力较弱的地区，城市工业污染影响范围多在10km之内。一般来说，距工业污染源越远，影响越弱，绝缘子表面积污程度的表征量等值附盐密度也逐渐减少。大气环境中充满了各种气态、液态污染物和固体微粒。固体微粒中直径较大者，在重力作用下垂直降落，直径较小的微粒呈悬浮状态在绝缘子周围运动。绝缘子表面污秽物的积累，一方面取决于促使微粒接近绝缘子表面的力，另一方面也取决于微粒和表面接触时保持微粒的条件。微粒在绝缘子表面上的沉积，受风力、重力、电场力的作用，其中风力是最主要的。重力只对直径较大的微粒起作用，且主要影响污染源附近的绝缘子的上表面。微粒在交流电场中作振荡运动，作用在中性微粒上的电场力指向电力线密集的一端

50、；在直流电场的作用下固体微粒可带电，更易吸附于绝缘子表面，因此直流系统绝缘子的积污比交流系统要严重得多。空气运动的速度和绝缘子的外形决定了绝缘子表面附近的气流特性，在不形成涡流的光滑表面附近，微粒运动速度快，从而减少了它们降落在绝缘子表面的可能性。反之，具有高棱和深槽的绝缘子下表面附近则易形成涡流，使气流速度下降，创造了污秽沉积的有利条件。由于电力对绝缘子表面积污起主要作用，因此，有风、无风及风大、风小均对微粒的沉积影响较大，也直接影响绝缘子上、下表面积污的差别以及带电与否对积污的影响。带电与否对绝缘子积污的影响，与地区的地理、气象等条件有很大关系，在不同地区获得的实验结果有很大差异。一般来说

51、，如果污秽是急剧形成的，带电有否对积污的影响不大；如果污秽是缓慢积累的，则带电与否有较大的影响，带电绝缘子的积污比不带电绝缘子的积污要严重，在直流电压下绝缘子的积污比交流电压下绝缘子的积污要严重。另外，绝缘子表面的光洁度等也影响微粒在其表面的附着。因此，新的、光洁度良好的绝缘子与留有残余污秽的或者表面粗糙的绝缘子相比，其沉积污秽的状况是不同的。绝缘子表面的光洁度越高，越不易沉积污秽。3.2.2 绝缘子表面的湿润大多数的污秽物在干燥状态下是不导电的，该状态下绝缘子放电电压和洁净干燥时非常接近。只有当这些污秽物吸水受潮，在绝缘子表面形成一层导电水膜，污物中的电解质成分电离，在水溶液中以形态存在时，

52、绝缘子的闪络电压才会明显降低，其中闪络电压降低的程度与润湿污层的电导率有关。长期的运行经验表明，雾、露、毛毛雨最容易引起绝缘子的污秽放电，其中雾的威胁性最大。下表为东北某电业局根据气象日志统计得出的各种气象条件下的闪络跳闸百分率(见表3-2)。表3-2 各种气象条件下的闪络跳闸百分率气象条件雾溶雨霜露毛毛雨雨夹雪中大雨阴天跳闸次数百分率%543016763.73.3雾是由悬浮在近地大气中缓慢沉降的微小水滴、冰晶质点或二者的混合物组成的。雾经常出现的地面厚度是20至50m，持续时间为1.5h至数个昼夜。1990年初，华北地区持续10多天的平流辐射雾导致华北地区的京津唐电网、河北电网、山西电网发生

53、了大面积的污闪事故。露是空气中水分在温度低于周围空气的固体上的冷凝物。绝缘子的热容量较大，自身温度的变化有可能跟不上周围空气温度的变化，凌晨时分空气温度上升，绝缘子自身的温度上升速度落后于周围的空气，造成了凝露的条件。露和雾一样，也能使绝缘子的上下表面都湿润，是造成容易污闪的气象条件，污闪事故多发生于凌晨，这也与该时刻容易凝露有关。毛毛雨是稠密而细小的降水，随风飘浮。其强度为0.05至4.0mm/h，概率最大的为2.0mm/h，雨滴的降落速度不超过1m/s，降雨持续时间可达数小时以上。毛毛雨一般仅能湿润绝缘子的上表面，在相同的条件下，一般污闪电压比浓雾条件高20%至30%。3.2.3 局部放电

54、的产生在潮湿的气象条件下污秽绝缘子受潮湿润后，污秽物中的可溶物质会逐渐溶于水中，在绝缘子的表面会形成一层导电的水膜。泄漏电流的大小不仅取决于绝缘子脏污的程度及污秽物的成分，而且和污物的湿润程度有关。沿绝缘子表面流过的泄漏电流产生焦耳热效应会使水分蒸发。绝缘子表面各处的电流密度不同，在悬式绝缘子的脚、帽附近，或棒形支柱绝缘子的杆径处，由于这些部位相对来说直径较小，从而电流密度较大，这些部位较易形成干区。加在绝缘子两端的电压主要由干区分担，当干区某处的场强超过沿介质表面空气放电的临界场强时，该处就会发生沿面的局部放电。这种放电是不稳定的，呈间歇的脉冲状态。当放电火花熄灭时，由于此时已形成了明显的干

55、区，泄漏电流被干区的高电阻限制到很小的值，泄漏电流的烘干作用几乎终止，大气的潮气会使干区重新湿润，从而在某场强较高处又会产生新的放电火花，放电火花出现的部位是随机的，在一支绝缘子上可能同时出现多个放电火花。这种沿面的放电现象可持续相当长时间。放电的强弱和泄漏电流的大小有很好的对应关系，每次放电都应对应一组泄漏电流的脉冲。3.2.4 局部电弧发展完成闪络如果绝缘子的脏污比较严重，绝缘子表面又充分受潮，再加上绝缘子的泄漏距离较小，这些因素决定了绝缘子的湿污层得电阻较小，在这种条件下会出现较强烈的放电现象。此时跨越干区的放电形式为电弧放电，电弧呈黄红色并作频繁伸缩的树枝形状，放电通道中的温度可增高到

56、热电离的程度。与这种放电形式相对应的泄漏电流脉冲值较大，可达数十或数百毫安，局部放电的小电弧越强烈，相应的泄漏电流值就越大。这种间歇脉冲状的放电现象的发生和发展也是随机的、不稳定的，在一定条件下，局部电弧会逐步沿面伸展并最终完成闪络。流过某个绝缘子的泄漏电流，不仅取决于该绝缘子，而且取决于整串绝缘子在此时外绝缘变化的状态，它们互相关联，互相影响。当某个绝缘子的干区被局部电弧桥络时，原来加在该绝缘子上的较高的电压将转移到其他绝缘子上，电压分配的突变，犹如一个触发脉冲，会促使其他绝缘子产生跨越干区的电弧，甚至会迫使整串绝缘子一起串联放电。一旦所有绝缘子的干区都被电弧桥络，泄漏电流将决定于绝缘子串的

57、剩余湿污层电阻，此时泄漏电流大增，强烈的放电有可能发展成整串绝缘子的闪络。3.3 绝缘子防污闪措施我国开展绝缘子防污闪工作，已有40余年的历史。在电力系统中，造成电力设备发生污闪的原因是相当复杂的，它涉及电力设备外绝缘本身的耐污闪能力、当地的气象条件、环境的污染状况、现场运行维护管理水平，以及设备的制造质量、安装水平等许多因素。因此，防治污闪是个需综合治理的复杂问题。绝缘子表面受到污染和绝缘子表面的污染物被湿润，是使绝缘子发生污闪的两个必备条件，缺少其中的任何一个条件，都可使污闪事故不发生。表3-3列举了国内外防止污闪的主要方法。表3-3 国内外防止污闪的主要方法种类具体措施针对脏污：保持绝缘

58、子清洁1.根治污染，加强环境保护2.避开污源（1）输电线路绕过污区（2）不在污区内建立电站3.净化（1）清扫（2）水冲洗针对潮湿：保持绝缘子表面干燥（防止绝缘子表面产生导电水膜）1.电站设备设在户内加通风防潮装置2.涂憎水性涂料3.加装辅助伞群4.采用半导体釉绝缘子针对作用电压：加强绝缘，限制绝缘子泄漏电流1.增加绝缘子的爬距2.改善绝缘子的结构、材料3.加装辅助伞群在上述对策中，根治污源乃是防止污闪最彻底的办法。因为污闪最主要的因素是绝缘子表面受到污染，污源有自然和人工两大类。沿海含盐的海水、海雾以及盐碱地等自然污秽源是客观存在的，很难根治；另一类污源是由工业烟尘的排放以及农业大量使用农药、

59、化肥造成的，这类污源可以通过人为的努力而得到改善。电力部门总结现场多年来采用的防污闪方法，主要是以下3种措施，即加强绝缘、加强清扫和涂防污闪涂料，简称“爬、扫、涂”，这些都是积数十年经验并被实践证明是行之有效的方法。它们各有优缺点及一定的适用范围，3条措施不是排他性的，而是互为补充，相辅相成。我国幅员辽阔，各地区的地理环境、气象条件、污染状况都不尽相同，各地防污闪的经验和措施也不完全一样。各地区必须根据本地区的具体情况，因地制宜，从安全、有效、经济可行等方面作经济技术比较后，合理选择使用。3.3.1 防污型绝缘子采用防污型绝缘子是解决污闪问题的一项重要措施。各国多年来研制的防污型绝缘子品种甚多

60、，世界上采用较多的几种防污型绝缘子我国都能制造，有以下一些形式。1.双伞形，双伞形绝缘子的外形大同小异，该种类绝缘子的特点是伞形光滑，积污量少，自清效果好，同时又便于人工清扫，它不仅比普通型绝缘子的积污少，而且在同等积污条件下比普通型绝缘子的污闪电压高，因而在我国电力系统得到普遍推广应用。2.钟罩型，钟罩型绝缘子是伞棱深度比普通型大得多的耐污型绝缘子，采用深棱的目的一方面是增大爬距，另一方面是使绝缘子的下表面不容易被海水喷溅、海雾等条件润湿。3.流线型，流线型绝缘子由于表面光滑，不易积污，因而比普通型或其它耐污型绝缘子有一定的优越性。但由于爬距小，且缺少能阻抑电弧发展延伸的伞棱结构，因而其耐污