合成绝缘子耐雷水平的探讨

总结了中山电网使用110 kV及以上合成绝缘子的运行情况，对输电线路使用合成绝缘子必须注意审核其雷电全波冲击耐受电压水平是否满足该地点的耐雷水平等问题进行了具体分析、探讨，并指出合成绝缘子具有足够的有效干弧距离是满足所需耐雷水平的关键。

合成绝缘子在110 kV及以上输电线路中的应用，近年来已日益广泛。它具有防污性能好、不出现零值或低值、重量轻、便于安装和基本免维护等优点。1996年广东省明确规定“处在Ⅱ级污区及以上的污秽地区，电压为110 kV及以上的架空线路，垂直绝缘子串应使用合成绝缘子”，输电线路使用合成绝缘子调爬已作为防污闪工作的主要措施之一。统计至1998年底，中山电网已使用110 kV及以上合成绝缘子共4 925支，约占线路杆塔总基数的67.8%。从总体上看，中山电网合成绝缘子运行情况良好，未出现过污闪跳闸事故，只出现过13次雷击输电线路导致合成绝缘子沿面闪络、均压环引弧棒烧伤的故障，均因重合成功而未造成停电损失。但通过运行分析，合成绝缘子在防雷性能上存在着有利与不利两方面的因素。有利因素是它不会发生瓷或玻璃绝缘子不可避免的零值或低值现象，因而可在运行中保持整支绝缘子有较高的防雷水平；其不利因素是由于合成绝缘子伞裙直径小，有效干弧距离较同高度的瓷或玻璃绝缘子串短，正常防雷水平有所下降。本文将对这些问题进行具体的分析。

1、合成绝缘子运行分析

中山电网区域位于广东中南部，因纬度低、太阳辐射强，气流旺盛，导致区域雷电活动频繁，年雷暴日平均约90 d／a，中山电力系统所辖35 kV及以上输电线路的雷害故障率占输电线路综合故障的73.6%。

随着中山电网的不断扩大，城市大气环境污染的加剧，对输电线路瓷绝缘子维护工作日趋困难。从1996年开始，中山电网陆续使用合成绝缘子，并结合防污闪调爬工作，对110 kV及以上输电线路实施改造。中山电网先后使用过湖北某厂、广东某公司生产的合成绝缘子(结构高度约1 235～1 245 mm，110 kV高压侧一端加均压环后的有效干弧距离约1 000 mm)和河北某绝缘子厂生产的加长型合成绝缘子(结构高度约1 250 mm，有效干弧距离约1 045 mm)。运行3 a来，未出现过合成绝缘子伞裙断裂、钢帽脱落或硅橡胶材料表面严重喷霜等现象。由于中山电力局所属区域处于雷电活动强烈地区，落雷密度较大(1997年度统计约4.40次／(km2.a)、雷电流幅值较高(1997年统计年平均值约38.5 kA)。往年的输电线路雷击跳闸率居高不下，且部分线路导致重合不成功甚至出现瓷绝缘子钢帽烧脱掉串事故。运行经验表明，随着电网使用合成绝缘子的比例增大，输电线路瓷绝缘子零值或低值现象减少，输电线路雷击跳闸率在逐年下降。显然，由于合成绝缘子是棒形绝缘结构，一般不发生内部绝缘击穿，无零值或低值现象，使整支绝缘子在运行中保持较高的防雷水平。就普通型合成绝缘子而言，其50%冲击闪络电压(幅值)不小于540～580 kV，虽然较110 kV线路7片瓷绝缘子串(干弧距离约1 150 mm)的50%雷电全波冲击闪络电压(幅值)低8%～13%，但不会出现像瓷绝缘子串零值过多(2～3片及以上)而造成绝缘水平严重下降的现象。因此，110 kV及以上输电线路雷电跳闸率逐年降低也就不足为奇了。

对于多雷区或雷电活动特别强烈地区，使用普通型合成绝缘子，必须注意审核其雷电全波冲击耐受电压水平是否满足该区域的耐雷水平，这是影响合成绝缘子雷击闪络的主要原因之一。中山电网发生的13次合成绝缘子雷击闪络、均压环引弧棒烧伤故障，有3次为加长型合成绝缘子，其余为普通型。而加长型合成绝缘子占运行总数2／3，遭雷击闪络的比率仅为总故障次数的23%。

普通型合成绝缘子(尤其110 kV级)有效干弧距离仅1 000 mm左右，它的耐雷水平先天劣于同长度无零值的瓷绝缘子，对于类似中山这样多雷且雷电流幅值较大的区域而言，现行标准规定的干弧距离实际上偏小。因此在不影响线路杆塔结构的情况下，适当加长合成绝缘子的有效干弧距离，能明显提高合成绝缘子的耐雷水平。另外，110 kV合成绝缘子高压端采用加深高度的均压环后，其伞裙电压分布得到明显改善，高压端芯棒与金具连接处的场强得以降低，合成绝缘子沿面闪络拉弧点大多集中在均压环放电极上，易于维护和更换。

2、合成绝缘子使用对策

2.1、要有足够的有效干弧距离

使用合成绝缘子必须注意审核其雷电全波冲击耐受电压水平应满足该地点的耐雷水平的设计要求，而合成绝缘子具有足够的有效干弧距离是保证其满足所需耐雷水平的关键因素。因此，对于110 kV合成绝缘子，有效干弧距离应选择1 050～1 100 mm；对于220 kV合成绝缘子，有效干弧距离应选择1 950～2 000 mm。适当加长后的110 kV合成绝缘子，50%雷电冲击闪络电压(正极性)约在640～680 kV范围，接近于110 kV线路耐雷水平的设计值。

2.2、注意导线弧垂、风偏等影响

在输电线路调爬或改造过程中，使用加长型合成绝缘子，应注意校核导线弧垂、风偏等技术参数。目前部分厂家生产的胶装式整体注射成型合成绝缘子，金具接头较短，对于相同结构高度，可令其干弧距离足够，这是解决普通型合成绝缘子的雷击闪络问题的较好途径。

2.3、采用均压环

110 kV及以上电压等级合成绝缘子均采用均压环，以改善合成绝缘子电场分布。110 kV级合成绝缘子高压端配一个均压环，220 kV合成绝缘子配两个均压环，均压外径250～300 mm，管径30～40 mm，抬高距离25～30 mm。均压环采用开口环加放电极，便于拆卸更换。110 kV合成绝缘子在高压端配一个均压环，其50%雷电冲击闪络电压比不带均压环的下降了1.5%～3%左右，但采用加长型合成绝缘子后，伞裙电压分布又得到改善，高压端芯棒与金具连接处的场强有所降低，既起到伞裙和端部金具不易严重烧伤的作用，又有利于均压环的运行维护。

2.4、做好故障检查记录

运行中的合成绝缘子，因遭雷击发生沿面闪络，但线路重合成功。经运行部门登杆检查，未发现伞套表面严重烧伤或电蚀粉化，伞盘破损或严重变形等缺陷，合成绝缘子的电气性能、增水性能一般不会受损，可继续投入使用，但运行部门必须做好故障检查记录。内容包括：电压等级；安装地点；故障日期；故障原因(污闪、雷击、不明)；故障性质(闪络、击穿、机械故障)；损坏部位(均压环放电极、伞裙、伞盘、芯棒端部介面、端部金属件等)。此外，还要建立详细的合成绝缘子台帐和运行记录。

2.5、在变电所进线端加装避雷器

输电线路全线采用合成绝缘子后，其耐雷水平趋于稳定，而雷电波沿输电线路入侵变电站母线的概率相应增大。文献［1］规定，110 kV开关断口的额定雷电冲击耐受电压(峰值)为450 kV或550 kV。在雷雨季节，变电所进线隔离开关或断路器可能经常断路运行，而线路侧又带电，因此必须在进线端加装避雷器。有条件时，可选择输电线路雷击跳闸率较高的易击段，装设线路型氧化锌避雷器，也是输电线路防雷对策的一种积极尝试。

3、结论

a)普通型合成绝缘子在防雷性能上存在着有利与不利两方面的因素，对其雷电闪络的问题必须引起生产厂家、运行部门的足够重视。

b)使用合成绝缘子必须注意校核其雷电全波冲击耐受电压水平应满足该地点的耐雷水平的设计要求，而合成绝缘子具有足够的有效干弧距离是满足所需耐雷水平的关键。