国外直流合成绝缘子运行及自然污秽试验

摘要　文章根据CIGRE的统计，介绍了美国和新西兰直流输电线路合成绝缘子的运行情况。同时介绍和分析了瑞典、法国、俄国和英国等自然污秽试验站直流电压下的合成绝缘子的试验情况。
关键词　直流输电　合成绝缘子　污秽试验　老化

A BRIEF INTRODUCTION TO SERVICE PERFORMANCE
AND NATURAL CONTAMINATION TEST ON
ABROAD DC POLYMERIC INSULATORS

Tang Cunyan　Liang Xidong
Department of Electrical Engineering, Tsinghua University
Beijing, 100084 China

ABSTRACT　The running information of the polymeric insulators in HVDC lines of USA and New Zealand is briefly introduced according to CIGRE reports. The HVDC test data of polymeric insulators from the contamination test station in Sweden, France, Russian and UK are presented and analyzed.
KEY WORDS　DC transmission; polymeric insulator; contamination test; aging

1　前言

　　70年代后，直流输电由于其具有许多交流输电不可替代的优点而迅速发展起来。在我国，随着经济发展对电力的迫切需要，以及我国资源的不平衡，需要跨区域、远距离输电和系统之间的联网，因而直流输电在我国也得到了迅速发展。当前，国内±500kV葛洲坝-上海的直流输电线路已投运多年，广西天生桥-广州的直流输电工程也已破土动工，三峡工程出线已决定一部分采用直流输电线路。
　　玻璃绝缘子、瓷绝缘子用于直流输电线路，存在许多不利因素。合成绝缘子在我国的应用是从70年代末开始的，目前生产厂家已有30多家。虽然它在交流外绝缘领域已得到了广泛的认可，但用于直流输电线路还缺乏经验。国外已有将合成绝缘子用于直流输电线路的先例，但其性能研究很少，IEC、CIGRE、IEEE等国际学术组织也没有提出任何直流合成绝缘子的试验标准和试验方法。因而，有必要对国外已运行的直流合成绝缘子进行现场运行数据和试验数据进行统计，以指导国内直流合成绝缘子的研究和使用。

2　合成绝缘子在美国、新西兰直流线路上的运行统计

　　国际大电网会议(CIGRE)第22.03工作组自1987～1988年在世界范围内对交流合成绝缘子进行了较为全面的调查统计后，于1992年在世界范围内对用于直流线路的合成绝缘子又进行了调查统计。由于合成绝缘子在直流线路上的运行数量与交流线路相比实在太少，因此这次调查统计虽名为世界范围，但实际上只有美国和新西兰的4家电力公司返回了调查表。这4家电力公司为United Power Administration(以下称UPA)、Bonneville Power Administration(以下称BPA)、Los Angeles Department of Water and Power(以下称Los Angeles Power)和TransPower New Zealand Ltd.。
　　自1976年第一次将合成绝缘子用于直流线路至1992年夏，美国、新西兰4家电力公司返回调查结果［1］，共有809只合成绝缘子(其中美国运行748只，新西兰运行61只)。运行了5500绝缘子年，最长的运行了16年，虽然这些合成绝缘子的运行环境通常较差，如污秽或人为破坏，但这些合成绝缘子运行状况都不错。现将调查统计结果简介如下。
2.1　合成绝缘子在美国直流线路上的运行统计
　　在美国运行的748只直流合成绝缘子统计表见表1，表中前两行共136只合成绝缘子属于UPA，第3至第7行共312只属于BPA，第8行300只属于Los Angeles Power。BPA及洛杉矶的直流线路，1985年2月从±400　kV升压至±500kV时运行在原有线路上的合成绝缘子并未更换，爬电比距显著下降。表1中所列9→7年的运行时间指在前一电压等级运行了9年，并在后一电压等级运行7年，EPDM为乙丙橡胶绝缘子，SiR-RTV为室温硫化硅橡胶绝缘子，SiR-HTV为高温硫化硅橡胶绝缘子。

表1　美国直流合成绝缘子运行统计［1］

　电压/kV绝缘子数量爬距/mm比距/(mm/kV)均压环投运年份运行时间/a 1±400EPDM120963024.1两端用198012 2±400EPDM161092027.3两端用19844 3±400→±500EPDM2876321.9→17.5两端用19769→7 4±400→±500EPDM81016025.4→20.3两端用19814→7 5±500SiR-RTV180939818.8两端用19911 6±500SiR-HTV1201025720.5两端用1985/867 7±400→±500SiR-RTV2802620.1→16.1两端用19769→7 8±400→±500SiR-HTV3001285032.1→25.7高压用19841→7 　　BPA在一次紧急状态下安装上去的乙丙橡胶绝缘子(已在户外存放6年)运行30天后就发生了反复的闪络(其使用条件为干燥盐湖区)，而安装在同一地区的硅橡胶绝缘子却安然无恙，可见硅橡胶绝缘子比乙丙橡胶绝缘子的耐污性能强。
　　洛杉矶水电局安装直流合成绝缘子的地区污秽很严重，人为破坏也很严重，瓷和玻璃绝缘子测得上下表面的等值盐密分别为0.026mg/cm2和0.040mg/cm2 ，每60天需清扫一次。然而硅橡胶绝缘子自1984年安装上去后从不清扫。从取下的合成绝缘子表面检测来看，虽然表面覆盖了一层重污秽，但仍有很好的憎水性，没有烧蚀痕迹。从表中第8行也可看出，洛杉矶水电局在早期将合成绝缘子用于重污秽区时，所选爬距还是比较高的，运行一年后才比较放心，以至于在线路升压时敢于采用25.7mm/kV的泄漏比距。
2.2　合成绝缘子在新西兰直流线路上的运行统计
　　在新西兰±275kV线路上运行的合成绝缘子总共61只，从1984～1985年安装到1991～1992年，线路升压为±350kV时摘下，三种乙丙橡胶绝缘子及一种硅橡胶绝缘子都运行了7年之久。约一半绝缘子用在内陆地区，内陆地区的运行环境较清洁，用爬距小的短绝缘子；沿海地区因盐污很重，ESDD达到0.15mg/cm2，用爬距大的长绝缘子。
　　所有运行在内陆地区的绝缘子都很好，仅伞裙上表面有些褪色。运行在沿海地区的绝缘子产生了明显甚至严重的腐蚀，但未发生线路故障。统计结果见表2。表2　新西兰直流合成绝缘子运行统计［1］ 电压/kV绝缘子数量爬距/mm比距/(mm/kV)均压环投运年份运行时间/a ±270EPDM155080/1333018.8/49.4高压用1984/857 ±270EPDM154940/1347018.3/49.9两端用1984/857 ±270EPDM165820/1457021.6/54.0两端用1984/857 ±270SiR\|HTV155540/1304020.5/48.3不用1984/857 　　新西兰使用的合成绝缘子在沿海重污秽区的爬距选择大概是按照交流系统瓷绝缘子在重污秽区28～30　mm/kV的比距再乘以3确定的。乙丙橡胶绝缘子在沿海重污秽区能运行7年大概也要归功于如此大的爬距了。
　　从CIGRE对美国、新西兰直流合成绝缘子的运行统计来看，合成绝缘子用于重污秽区有着积极作用，尤其是硅橡胶绝缘子的耐污性能要高于乙丙橡胶绝缘子。从各线路爬距选择来看，直流合成绝缘子的爬距无需按交流的3倍来确定。美国线路合成绝缘子的爬距选在16～25mm/kV内。

3　合成绝缘子在瑞典Anneberg自然污秽试验站的试验数据

　　瑞典Chalmers University of Technology在位于Gothenberg海边的Anneberg自然污秽试验站自1980年以来对直流电压下合成绝缘子的运行性能进行了长期的研究。该站的直流试验电压有＋300kV及＋600kV两种；交流试验电压有相对地130kV(有效值)及相对地462kV(有效值)两种，分别等值于220ｓkV和800kV的系统额定电压。
　　 由于自然污秽试验站不仅不怕闪络，而且为了能在不太长的时间内积累闪络条件或临闪状态下的各种参数，其交直流泄漏比距都较低。表3～5中归纳了该站的一些自然污秽运行结果［2～5］，表中SiR为硅橡胶绝缘子，EPDM为三元乙丙橡胶绝缘子。

表3　瑞典Anneberg 自然污秽试验站交直流合成绝缘子六年运行结果［2,3］

绝缘子SiREPDMEPDMEPDM 伞径/mm135174140110 爬距/mm14440153251300011900 串长/mm5450429647004720 电压/kVAC 462DC＋600AC462DC＋600AC462DC＋600AC462DC＋600 比距/(mm/kV)18.024.119.225.516.221.714.919.8 前两年闪络数00000000 中两年闪络数00007912907 后两年闪络数00050136220 某次含盐风暴后平均积污
ESDD/(μg/cm2)7378718262635756 　　自然污秽试验站的数据来之不易，象瑞典
Anneberg 自然污秽试验站这样高的交直流电压下取得长期的对照数据更是来之不易。
　　从表3中所列的交直流合成绝缘子运行6年的结果看，爬距是24mm/kV的硅橡胶绝缘子运行在直流＋600kV和ESDD＝0.07mg/cm2左右下，未发生闪络，而EPDM绝缘子却发生过闪络。表4的运行结果表明，直流电压下绝缘子的基本电流和脉冲电流要明显低于交流。表5所列的自然污秽各成分的密度表明，直流电压下的污秽密度是交流的1～3倍。表4　瑞典Anneberg 自然污秽试验站交直流
绝缘子运行结果［2,4］ 电压AC 130kV相对地DC＋300kV 爬距/mm38007000 比距/(mm/kV)16.923.3 　基本电流最大脉冲基本电流最大脉冲 SiR/mA0.2891.2280.0020.311 SiR/mA0.3341.5340.0280.178 SiR/mA0.3311.2810.0290.322 EPDM/mA0.31323.9830.11019.647 EPDM/mA1.665147.0340.06431.635 EPDM/mA0.35722.9900.16123.754 Glass/mA0.38724.7780.19916.761 Porcelain/mA0.3872.8850.0540.300 Porcelain＋RTV/mA0.3321.250.0070.222 Porcelain＋RTV/mA0.3281.2570.0050.355

表5　瑞典Anneberg自然污秽试验站在
AC 462kV及DC＋600kV下不同绝缘子自然污秽
各成分污秽密度μg/cm2［5］

绝缘子SiREPDM 电压种类ACDCACDCACDC Silica/(μg/cm2)184.0341.76.48.52.62.6 NaCl/(μg/cm2)2.852.849.216.49.65.6 Iron/(μg/cm2)10.413.81.31.31.00.5 Potassium/(μg/cm2)3.216.40.81.20.60.4 Zinc/(μg/cm2)1.845.286.46.43.53.3 Titanium/(μg/cm2)0.650.460.40.47.77.9

4　合成绝缘子在美国Big Eddy试验中心的试验数据

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