高压输电线路绝缘子的选用

1 绪论

伴随着大庆油田的发展，油田电网也已经走过了四十几年的历程，从刚开始的几公里输电线路发展至现在的几千公里输电线路。绝缘子作为输电线路的一个重要组成部分，也分为瓷质绝缘子、合成绝缘子及新开发研制的玻璃钢型绝缘子。绝缘子的可靠性评价和合理选用直接关系到输电线路的安全运行，哪种型式的绝缘子更适合油田电网高压输电线路呢?

2 对绝缘子可靠性评价的五项准则

运行的可靠性是决定绝缘子生命力的关键。最好的评价应是大量绝缘子在输电线路上长期运行的统计结果和可靠性试验所反映出来的性能水平。因此，评价绝缘子应遵循下述准则：

2.1 寿命周期

产品在标准规定的使用条件下，能够保持其性能不低于出厂标准的最低使用年限为“寿命周期”。此项指标不仅反映绝缘子的安全使用期，也能反映输电线路投资的经济性。我国曾先后多次对运行5～30 年的玻璃钢和瓷绝缘子进行机电性能跟踪对比试验。结果表明:玻璃绝缘子的使用寿命取决于金属附件，瓷绝缘子的使用寿命取决于绝 缘件。玻璃钢绝缘子的寿命周期可达 40 年，而瓷绝缘子除全面采用 国外先进制造技术后有可能较大幅度地延长其寿命周期外，其平均寿命周期仅为15～25 年;合成绝缘子经历了“三代”的发展，但从迄今世界范围内的试验及运行结果分析来看，其平均寿命周期只有 7 年。

2.2 失效率

运行中年失效绝缘子件数与运行绝缘子总件数之比称为年失效率。对于国产玻璃钢绝缘子,其寿命周期内平均失效率为(1～4)×，对于国产瓷绝缘子的失效率，除个别合资企业产品将有可能降低外，比玻璃绝缘子约高 1～2 个数量级;对于合成绝缘子，由于寿命周期不能预测、合成材料配方和制造工艺还不能完全定型，其失效率很难预测。

2.3 失效检出率

绝缘子失效后能否检测出来的检出率对线路安全运行的影响是比失效率本身更为重要的因素。检出率取决于绝缘子失效的表现形式 和失效的原因。玻璃钢绝缘子失效的表现形式是“自动破碎”和“零 值自破”。“自破”不是老化，而是玻璃钢绝缘子失效的唯一表现形 式，所以只需凭借目测就可方便地检测出失效的绝缘子，其失效检出率可达百分之百;瓷绝缘子失效的表现形式为头部隐蔽“零值”或“低值”，合成绝缘子失效的主要表现形式为伞裙蚀损以及隐蔽的合成“界面击穿”。此外，瓷和合成绝缘子失效的原因是材料的老化，而老化程度是时间的函数。老化是隐蔽的，因此给检测带来极大的困难，造成检出率极低;对于合成绝缘子，实际上根本无法检测。

2.4 事故率

年因绝缘子故障线路跳闸次数与运行绝缘子件数之比称为年事故率。因绝缘子掉串、污闪、零值等原因导致线路跳闸是架空输电线 路最为严重的事故之一。对于油田输电输电线路，若造成大面积、长 时间停电，所造成的影响极其严重。

统计油田电网近十年来各类型绝缘子的事故率，发现事故率发生 最高的是合成绝缘子，其次是瓷质绝缘子，玻璃钢绝缘子事故率最低。而且由于合成绝缘子为长棒式，内绝缘击穿、芯棒断裂和强度下降的潜在因素始终存在，一旦失效，事故概率会高于由多个元件组成的绝 缘子串。

2.5 可靠性试验

为对绝缘子进行可靠性评价，国内外曾对玻璃钢绝缘子和瓷绝缘子作过各种方式的加速寿命试验和强制老化试验。如:陡波试验、热机试验、耐电弧强度试验、1500 万次低频(18.5Hz)和 200 万次高频 (185～200Hz)振动疲劳试验及内水压试验，都从不同角度得出结论: 与玻璃钢绝缘子相反，绝大多数瓷绝缘子都不能通过这些试验。对于 合成绝缘子，可靠性试验则还是一个有待于继续探索的课题。

3 油田电网绝缘子的使用及运行情况

大庆油田电力集团供电公司龙南工区现在所管辖线路中使用的绝缘子包括瓷质绝缘子、合成绝缘子和玻璃钢绝缘子三种类型，其中瓷质绝缘子有172128 片占绝缘子总数的80%、合成绝缘子16394 支占绝缘子总数的 7.0%、玻璃绝缘子37076 片占绝缘子总数的 13%。

3.1 瓷质绝缘子

瓷质绝缘子是最早的绝缘子类型也是油田电网最先使用的绝缘子，到现在这种绝缘子在油田电网已使用运行四十多年了，占电网绝缘子总数的80%左右。最初使用的瓷质绝缘子是深褐色瓷釉 LX-4.5 型绝缘子，通过几年的运行发现这种绝缘子在发生闪络和落雷的时候 由于颜色原因极不容易被发现，基于这种原因后来改用1987 年统一 标准后的X-4.5 型和XP-7 型乳白色瓷釉绝缘子。从近三十年的运行 情况发现瓷质绝缘子积污情况比较严重，尤其是在化工区等重污染地区情况比较严重(1997 年化工区输电线路发生过瓷质绝缘子大面积污闪事故) ，每年的检修工作擦拭绝缘子占去检修时间的 60%左右，使擦拭绝缘子成为检修工作中一项既耗时又耗力的工作，又由于油田稳产对停电时间严格控制，这样容易导致检修工作不彻底或不到位，给线路安全运行留下隐患，积污严重也容易造成绝缘子污闪导致输电线路故障。

3.2 合成绝缘子

由于污闪和绝缘子擦拭工作的耗时耗力等原因，特别是1997 年化工区输电线路发生瓷质绝缘子大面积污闪事故后， 经技术部门研究 决定将化工区等污染比较严重地区线路的瓷质绝缘子全部更换为合 成绝缘子，在此之后合成绝缘子开始逐渐在油田电网改造中使用。合成绝缘子具有重量轻、机电强度高等优点，因而可用于城网改造，用来架设紧凑型架空线路。特别是合成绝缘子具有良好的抗污闪性能，尤其适应于化工区等污秽特别严重的地区使用，以有效地提高线路运行可靠性，减少线路维护工作量。与瓷绝缘子相比，合成绝缘子优良的防污性能是不可置疑的，在耐雷性能方面它不会发生瓷绝缘子那样 的零值现象。

在合成绝缘子应用之初起到了很好的效果，但随着合成绝缘子的多年运行，其缺点和不足也逐渐暴露。一是由于其伞裙直径较小，干弧距离小于瓷(或玻璃)绝缘子，亦即耐雷水平小于同长度的瓷(或玻 璃)绝缘子的耐雷水平，统计近十年线路的绝缘子落雷跳闸情况发现，合成绝缘子占据最高的比例。例如 35kV 龙古线全线使用合成绝缘子，2010 年就发生了3 起因绝缘子落雷跳闸的事故。二是由于绝缘子主要材料是硅橡胶，耐磨水平比较低，在输电线路下串检修时很容易造 成绝缘子损坏，尤其是在 110kV 线路，由于其绝缘子较长，导线距横担距离远， 工作人员下串检修在没有专用工具的情况下很容易造成绝 缘子由于蹬踩损坏。并且合成绝缘子芯棒的抗拉可靠性比较低，可能 造成线路在施工紧线过程中耐张型合成绝缘子串发生抽芯拉断事故。例如在1997 年110kV 兴马甲线瓷质绝缘子更换为合成绝缘子施工过 程中就发生了由于紧线造成合成绝缘子抽芯拉断的事故。三是虽然合 成绝缘子经历了“三代”的发展，但从迄今世界范围内的试验及运行 结果分析来看，其平均寿命周期只有 7 年，而油田电网的合成绝缘子 68.79%已经投入使用十年以上，29.94%已经投入使用五至十年左右， 基本都已经到了寿命周期，出现了不同程度的老化情况，各种特性都 大大降低甚至丧失。四是合成绝缘子的失效率无法检测，可靠性试验 目前还处在探索阶段，没有系统的可以依据试验标准。

3.3 玻璃钢绝缘子

玻璃钢绝缘子是在2002 年至2003 年开始在油田电网试用的一种新型绝缘子，2007 年油田电网改造新建线路中正式开始大量使用。在玻璃绝缘子在运行过程中有其独特的优点：第一，玻璃钢绝缘子最突 出优点是“零值自爆” ，主要表现形式是在绝缘子出现污闪或零值的 情况时“自动破碎”，可以有效降低线路安全运行隐患。第二，玻璃 钢绝缘子玻璃的“热钢化”技术，赋予玻璃表层一个高达100～ 250MPa 的永久预应力。这就使“钢化玻璃”强度钢铁化，热稳定性 高，较瓷不易老化和寿命长，为“打造永恒电力，助力百年油田”提供保证。第三，玻璃钢绝缘子采用圆柱头结构，承力组件受力均匀。较之国内传统瓷绝缘子数十年一贯制的圆锥头结构，具有尺寸小、重量轻、强度高和电性能优良的特点。由于玻璃的线膨胀系数较瓷大得多，外型尺寸较合成绝缘材料小得多，且与金属附件和水泥易连接，因而受力组件材质匹配良好。在各种气候条件下，不会象瓷绝缘子和 合成绝缘子那样容易产生危险应力而导致老化。且合成绝缘子很难解 决合成界面的结构质量。第四，经过这些年的发展国产玻璃钢绝缘子 通过技术引进和自己开发， 生产技术和生产条件都已具备并趋于成熟。从油田电网玻璃绝缘子运行 7 年左右的情况来看，玻璃钢绝缘子的特性从本体运行、故障巡视维护到工艺要求再到美观程度来讲都优 越于瓷质绝缘子和合成绝缘子，统计近四年来因绝缘子故障造成线路 跳闸的线路故障巡视情况，玻璃钢绝缘子故障发现的效率高出瓷质和合成绝缘子 2～3 倍。

4 结束语

通过以上对绝缘子可靠性的综合评价和油田电网绝缘子的运行情况，未来油田电网的发展在绝缘子选用时可以参考以下方案。方案 一：在没有特殊要求地区由于玻璃钢绝缘子的长寿命周期和“零值自 爆”等特性，在未来的油田发展中可以大量投入使用，符合“打造永恒电力，助力百年油田”的宗旨。方案二：在化工区等污染比较严重 地区可以选用防污型玻璃钢绝缘子替换现在使用的合成绝缘子。合成 绝缘子在使用周期、易老化、防雷性差和出现故障需整支进行更换等 问题上就不如玻璃绝缘子更有优势，再加上合成绝缘子检测和试验技术都还不成熟，所以从其综合性能和长期发展来考虑，合成绝缘子的性价比就远不如防污型玻璃钢绝缘子更适合油田电网未来的发展。