表面生長苔玻璃絕緣子的電氣和機(jī)械特性試驗(yàn)研究

表面生長苔玻璃絕緣子的電氣和機(jī)械特性試驗(yàn)研究

0耐張塔玻璃的自爆率特性隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益強(qiáng)烈。玻璃絕緣子以其具有零值自爆、檢測方便、不易發(fā)生掉線事故以及運(yùn)行安全等特點(diǎn),在電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)玻璃絕緣子存在內(nèi)部缺陷時(shí),內(nèi)外應(yīng)力不均衡,玻璃體會(huì)粉碎爆裂。因此,玻璃絕緣子具有零值自爆的特點(diǎn)以及自我淘汰的能力,有助于維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換零值絕緣子,保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。此外,玻璃絕緣子在一些特殊條件下也會(huì)發(fā)生自爆,因此自爆率也是評(píng)價(jià)玻璃絕緣子質(zhì)量的重要指標(biāo)。在森林和山地中,有些地區(qū)的大氣中漂浮著微生物孢子,這些孢子在絕緣子附近隨風(fēng)運(yùn)動(dòng),一旦絕緣子附近的環(huán)境適合微生物生長,孢子將成長為為生物污層。與普通積污不同,隨著生物污層的增長,絕緣子表面的覆蓋面積增大。國內(nèi)外針對(duì)復(fù)合絕緣子表面生物污層的研究較多,但對(duì)于玻璃和瓷絕緣子表面生物污層的生長情況則較少涉及。2010年12月,南方電網(wǎng)某交流500kV線路停電檢修時(shí),發(fā)現(xiàn)部分耐張塔玻璃絕緣子上下表面均長有苔蘚,下表面較為嚴(yán)重,且經(jīng)現(xiàn)場人員確認(rèn),絕緣子表面的苔蘚較難清掃干凈。目前,針對(duì)玻璃絕緣子的研究主要集中在其自爆原因分析、污閃特性研究和表面污穢情況分析等方面。對(duì)于玻璃絕緣子運(yùn)行特性的分析,也多集中在對(duì)于玻璃絕緣子自爆問題的研究,對(duì)于表面生長苔蘚現(xiàn)象的相關(guān)研究還未見相關(guān)報(bào)道,沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供參考。文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)瓷絕緣子球窩中生長有類似綠色青苔的植物,這些類青苔植物緊緊植根于絕緣子表面,不易清掃干凈,且具備良好的導(dǎo)電性,易引起擊穿放電,但該文獻(xiàn)未對(duì)其特性進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。為了解苔蘚對(duì)玻璃絕緣子運(yùn)行特性的影響,預(yù)防輸電線路事故的發(fā)生,本文主要從機(jī)械特性和電氣特性2個(gè)方面進(jìn)行了相關(guān)分析和研究,并分析討論了苔蘚可能出現(xiàn)的原因,對(duì)線路的運(yùn)行維護(hù)提出了建議。1桿塔表面長有苔蘚的緣生學(xué)發(fā)現(xiàn)苔蘚的線路為500kV交流線路,投運(yùn)時(shí)間為2008-07,其中情況較為嚴(yán)重桿塔共有14基,表面長有苔蘚的絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。生長苔蘚的玻璃絕緣子均為耐張串懸掛的400kN鐘罩型絕緣子,基本參數(shù)如表1所示。2試驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容為檢驗(yàn)苔蘚的出現(xiàn)對(duì)絕緣子電氣特性和機(jī)械特性的影響,本文設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)研究。試驗(yàn)研究的試品共21片,分別編為1~21號(hào)(該編號(hào)不是桿塔上絕緣子在串中的位置)。2.1苔蘚的檢出情況首先對(duì)21片絕緣子上表面和下表面的苔蘚分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。玻璃絕緣子上表面的苔蘚分布情況如表2所示。由表2可知:(1)在送檢的21片試品中,僅1號(hào)絕緣子的上表面長有苔蘚,占試品總數(shù)的4.8%;(2)送檢的21片玻璃絕緣子下表面均長有苔蘚,占試品總數(shù)的100%。所送試品為現(xiàn)場隨機(jī)抽檢,從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講,下表面生長苔蘚的概率明顯高于上表面,說明在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中,苔蘚易生長于下表面。2.1.1玻璃不同區(qū)域?qū)μμ\生長的影響試品1號(hào)上表面苔蘚的分布情況如圖2所示,區(qū)域尺寸如表3所示,將圖中有苔蘚的區(qū)域稱為區(qū)域A,無苔蘚的區(qū)域稱為區(qū)域B。由圖2和表3可知:(1)玻璃絕緣子上表面苔蘚分布區(qū)域較為集中;(2)在放大圖中可以明顯看出,生長苔蘚的區(qū)域和絕緣子鐵帽水流路徑重合,說明冷凝或降水對(duì)上表面苔蘚生長的影響較大;(3)試品1號(hào)玻璃絕緣子上表面苔蘚分布區(qū)域較小,僅占上表面總面積的5.13%。2.1.2玻璃絕緣子的區(qū)域位置21片玻璃絕緣子的下表面均長有苔蘚,生長苔蘚部分的面積占下表面總面積的比例如圖3所示。由圖3可知,21片絕緣子生長苔蘚部分的面積占下表面總面積的比例在20%~45%之間。為便于分析討論,對(duì)玻璃絕緣子的區(qū)域位置進(jìn)行定義,絕緣子下表面分為上側(cè)棱外沿區(qū)域C、上側(cè)棱內(nèi)沿區(qū)域D、下側(cè)棱內(nèi)沿區(qū)域E和下側(cè)棱內(nèi)沿區(qū)域F,如圖4所示。當(dāng)絕緣子耐張串懸掛時(shí),絕緣子下表面的苔蘚主要分布于區(qū)域C和區(qū)域E。這是因?yàn)樵谶@些區(qū)域,降水或冷凝形成的水滴易于匯聚,形成易于苔蘚生長的潮濕環(huán)境,當(dāng)溫度適宜時(shí),孢子發(fā)展成為苔蘚。2.2saltdepoitdensity,nsdd分別測量1、2、3號(hào)絕緣子試品的區(qū)域A、B、C、D、E和F的鹽密(equivalentsaltdepositdensity,ESDD)和灰密(non-solubledepositdensity,NSDD)。測量過程中不用刀片刮下苔蘚,而是采用去離子水多次浸潤的方法來完全浸潤掉苔蘚中的鹽成分和灰成分,因此灰密測量所得質(zhì)量不包括苔蘚本體的質(zhì)量。2.2.1苔蘚的鹽密、灰密1、2、3號(hào)絕緣子試品上表面鹽密分布情況如圖5所示,灰密分布情況如圖6所示。由于2號(hào)和3號(hào)絕緣子試品上表面沒有苔蘚,因此2號(hào)和3號(hào)試品上表面區(qū)域A和區(qū)域B的鹽密和灰密相同。由圖5和圖6可知:(1)對(duì)于1號(hào)試品,其上表面苔蘚集中區(qū)域的鹽密和灰密明顯大于上表面無苔蘚區(qū)域,分別為9.6倍和5.6倍。這說明苔蘚能明顯增大絕緣子表面的污穢度;(2)1、2、3號(hào)試品上表面無苔蘚區(qū)域的鹽密值相近,在0.0033~0.0050mg/cm2之間;(3)1、2、3號(hào)試品上表面無苔蘚區(qū)域的灰密值相近,在0.2190~0.2990mg/cm2之間;(4)1號(hào)試品上表面的平均鹽密、灰密均大于2、3號(hào)試品,這是因?yàn)?號(hào)試品上表面苔蘚集中區(qū)域的鹽密和灰密較大,進(jìn)而使得整體平均值較大。2.2.2下表面上側(cè)區(qū)域內(nèi)的苔蘚和鹽密表31、2、3號(hào)絕緣子試品下表面的鹽密和灰密分布情況分別如圖7和圖8所示。由圖7和圖8可知:(1)對(duì)于1、2、3號(hào)試品,區(qū)域C的鹽密和灰密均大于區(qū)域D,這是因?yàn)橄卤砻嫔蟼?cè)區(qū)域外沿分布的苔蘚更多,使得這一區(qū)域的鹽密和灰密顯著增大;(2)對(duì)于1、2、3號(hào)試品,區(qū)域E的鹽密和灰密均大于區(qū)域F,這是因?yàn)橄卤砻嫦聜?cè)區(qū)域內(nèi)沿分布的苔蘚更多,使得這一區(qū)域的鹽密和灰密明顯增大;(3)對(duì)于1、2、3號(hào)試品,區(qū)域E的鹽密和灰密均略大于區(qū)域C,這是因?yàn)閰^(qū)域E的存水性能比區(qū)域C更好,生長的苔蘚更多,因此其鹽密和灰密也更大;(4)不同試品相同區(qū)域的鹽密值和灰密值相近。2.3玻璃絕緣子的穩(wěn)定性根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T626—2005中的規(guī)定,使用5000V兆歐表測量未經(jīng)清掃的21片玻璃絕緣子試品的絕緣電阻,測量時(shí)的環(huán)境溫度為23℃,環(huán)境相對(duì)濕度為55%。對(duì)21片玻璃絕緣子試品的分別進(jìn)行了2次測量,即鋼腳連接兆歐表正極和鋼腳連接兆歐表負(fù)極,結(jié)果如圖9所示。由圖9可知,不同玻璃絕緣子的絕緣電阻均>90G?。標(biāo)準(zhǔn)DL/T626—2005中規(guī)定,交流500kV線路中,絕緣子的絕緣電阻應(yīng)>500M?。因此,本次送檢的21片表面生長青苔的試品均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,未發(fā)現(xiàn)低值電阻。2.4試驗(yàn)4:109號(hào)的絕緣子為驗(yàn)證表面生長苔蘚的絕緣子試品的污閃特性,在26m×26m×30m的霧室中對(duì)其進(jìn)行自然污穢閃絡(luò)試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)由1臺(tái)800kV交流人工污穢試驗(yàn)電源供電,連接示意圖見圖10。將玻璃絕緣子試品分為2組,每組6片,第1組為編號(hào)4~9號(hào)的絕緣子,第2組為編號(hào)10~15號(hào)的絕緣子。每組6片試品以耐張串方式懸掛,每片絕緣子的懸掛方向與線路上運(yùn)行時(shí)的狀況需保持一致。為保持懸掛角度與線路一致,在絕緣子耐張串的首尾端各懸掛1支長10m的復(fù)合絕緣子,將絕緣子拉平進(jìn)行試驗(yàn)。采用升壓法進(jìn)行試驗(yàn)。先通過霧管向絕緣子霧室內(nèi)輸入蒸汽霧,待絕緣子表面充分受潮后,均勻升壓直至絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)。之后,保持絕緣子處于霧環(huán)境中,每隔5min進(jìn)行一次均勻升壓至絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)。對(duì)每組絕緣子進(jìn)行5次閃絡(luò)試驗(yàn),記錄每次的閃絡(luò)電壓值。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。利用表4中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得到10次污閃試驗(yàn)的平均值為252.9kV,試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.9%。因此,單片玻璃絕緣子的污閃電壓為42.5kV,滿足交流500kV線路的運(yùn)行要求。2.5點(diǎn)道點(diǎn)添加定額機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T1001.1—2003中的機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)對(duì)玻璃絕緣子進(jìn)行拉力試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí),先將拉力加至玻璃絕緣子額定機(jī)械破壞負(fù)荷的75%,即300kN,之后以每分鐘35%額定機(jī)械破壞負(fù)荷的增長速度逐漸增大拉力,直到達(dá)到額定機(jī)械破壞負(fù)荷或?qū)⒔^緣子拉斷。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示,當(dāng)施加額定機(jī)械破壞負(fù)荷時(shí),絕緣子并未被拉斷,僅絕緣子玻璃件發(fā)生碎裂。由表5可知,表面生長苔蘚的絕緣子依然能夠承受額定機(jī)械破壞負(fù)荷,因此苔蘚對(duì)絕緣子機(jī)械特性幾乎無影響。3討論3.1濕度、溫度與苔蘚生長的關(guān)系苔蘚是一種小型綠色植物,結(jié)構(gòu)簡單,僅包含莖和葉2個(gè)部分,無花,無種子,以孢子繁殖。苔蘚植物喜歡陰暗潮濕的環(huán)境,一般生長在裸露的石壁上,或潮濕的森林和沼澤地。苔蘚不適宜在完全黑暗處生長,它需要一定的散射光線或半陰環(huán)境,最主要的特點(diǎn)是喜歡潮濕環(huán)境,特別不耐干旱及干燥。當(dāng)空氣相對(duì)濕度>80%、環(huán)境溫度在22~25℃之間時(shí),苔蘚極易生長。苔蘚生長和繁殖的基本要素如圖11所示。在苔蘚生長的各個(gè)要素中,孢子是苔蘚生長的基礎(chǔ),沒有用于繁殖的孢子,再適宜的環(huán)境條件也不會(huì)出現(xiàn)苔蘚。其他3個(gè)生長要素中,濕度對(duì)苔蘚的影響最大,干燥的環(huán)境中苔蘚難于生長。本文發(fā)現(xiàn)的表面長有苔蘚的玻璃絕緣子桿塔均處在山地。以發(fā)現(xiàn)苔蘚的280號(hào)塔為例,280號(hào)桿塔位于山地林區(qū),林木茂密,距離最近的湖泊僅15km,潮濕的林地環(huán)境為苔蘚的生長提供了有利條件。生長于山林中的苔蘚成熟后,孢子隨空氣的流動(dòng)在空中飄散,部分孢子在風(fēng)力作用下飄落在玻璃絕緣子表面。由于絕緣子為耐張串懸掛,下表面?zhèn)憷庀蛏系牟课辉谟旰蠡蚶淠^后易于存水,為孢子提供了潮濕的環(huán)境,當(dāng)溫度適宜時(shí),絕緣子表面的孢子生長成為苔蘚。由此可見,位于山地林區(qū)的絕緣子表面易滿足苔蘚生長的4要素,有利于苔蘚的生長。3.2上表面不易生長苔蘚苔蘚在絕緣子上表面的分布遠(yuǎn)不如在下表面的密集。這是因?yàn)楫?dāng)玻璃絕緣子為耐張串懸掛時(shí),光滑的上表面不易積水,不易提供潮濕的生長環(huán)境,因此上表面不易生長苔蘚。苔蘚在絕緣子下表面主要分布于上側(cè)棱外沿和下側(cè)棱內(nèi)沿,這2個(gè)地方在絕緣子耐張懸掛時(shí)均豎直向上,易于積存冷凝或降雨形成的水,為苔蘚生長提供了必要條件。3.3玻璃絕緣子生長苔蘚的因素表面生長苔蘚的玻璃絕緣子未發(fā)現(xiàn)零值和低值電阻,其單片污穢閃絡(luò)電壓為42.5kV,滿足線路運(yùn)行要求。這說明就測試時(shí)的狀態(tài)來說,絕緣子的電氣特性滿足運(yùn)行要求。然而,從絕緣子上表面和下表面的鹽密和灰密的測量結(jié)果可以看出,玻璃絕緣子生長苔蘚部位的鹽密和灰密明顯大于未生長苔蘚部位,這是因?yàn)樘μ\會(huì)破壞絕緣子表面的光潔程度,在苔蘚部位易于積水積污。一段時(shí)間內(nèi)絕緣子的電氣特性還能滿足運(yùn)行要求,但隨著時(shí)間的推移,有苔蘚部位的鹽密和灰密進(jìn)一步增大,在霧、露、毛毛雨等天氣條件下,絕緣子表面濕潤,電氣特性可能會(huì)出現(xiàn)明顯下降,并導(dǎo)致玻璃絕緣子表面電位分布不均勻,易引起玻璃絕緣子自爆。因此,表面生長苔蘚會(huì)對(duì)玻璃絕緣子的長期安全運(yùn)行造成隱患,需要重點(diǎn)關(guān)注。表面長有苔蘚的絕緣子的機(jī)械特性未受到明顯影響,均滿足運(yùn)行要求。這是因?yàn)榻^緣子表面的苔蘚暫時(shí)只對(duì)絕緣子的電氣性能造成了一定的影響,未引起絕緣子自爆,因此對(duì)絕緣子的機(jī)械特性未造成直接影響。3.4流固性纖維在鐵帽和溶劑中的生長目前通用的苔蘚清掃方法主要有噴灑除草劑、噴灑CuSO4溶劑等,但將這些方法應(yīng)用于懸掛于鐵塔上的運(yùn)行絕緣子串時(shí),會(huì)引起鐵帽和溶劑的化學(xué)反應(yīng),因此并不適用。由本文試驗(yàn)結(jié)果可知,表面生長苔蘚的絕緣子的電氣特性在短期內(nèi)并沒有出現(xiàn)明顯下降,因此可以采用定期清掃的辦法來去除苔蘚。清掃時(shí),建議采用刀片刮除。4玻璃絕緣子生長