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第三卷
2012年 - 第二季度
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第二期
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第 二 期 · 2010年 第二季度 · 第一卷 · 二号刊
第 二 期 - 2012年·第二季度·第三卷 - 十号刊 / Issue 10·Quarter 2 - 2012·Volume 3 - Number 2
本期内容包括
· 十号刊
·现代污秽监测方法 - 用于绝缘子的选择 ·高海拔线路的绝缘子设计 ·保护线路免遭鸟害以及防止 鸟类接近线路 ·新的IEC避雷器标准即将发行 ·电缆附件设计、材料和制造的发展 ·更多……
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Quarter 2 - 2012 · Volume 3 - Number 2
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第 第 第 · 2010第 第第第第 · 第第第 · 第第第 ISSN
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第 · 2010 第 第第 第第
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第一
20度 ·第 10 年三卷第 - 九号 二季 刊 / Issue 度 9· ·
一季
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为什么我们不能在不增加绝缘子长度的情况下 提高它们的干闪络电压？
本
文的标题很拗口，这是我有意这样做
本文对后两种闪络电压不进行讨论，仅仅讨论第一种，而且主要探讨：
的。因为中国的应试教育，使得绝大多
如何才能在不增加绝缘子长度的情况下提高它们的干闪络电压？
数的学生在学校期间以及在后来漫长的工作期 间直至退休,从来没有问过自己："为什么我们不 能……?”这样的问题。因此本文的用意是通过 一个例子来进行这样的设问, 希望对读者能有所 启发, 下面言归正传。
首先来看它的必要性。虽然在绝缘子的设计和生产中，它们的额 定雷电冲击耐受电压、额定操作冲击耐受电压和额定短时工频耐 受电压比相应等级的最高工作电压要高出许多倍，应该说这样选 择的绝缘子是不应该发生干闪的，但是在实际运行中，我们又常 常遇到这种情况。因此国内的许多电力部门(包括输电和配电)、
在国内外的《高电压绝缘》教科书中，都有一章内容，其标题均为：气 体中的沿面放电与高压绝缘子，这说明绝缘子与沿面放电有关，也说明 沿面放电与气体有关。
电气化铁道及地铁部门都有提高绝缘子干闪络电压的需求，特别是在雷 电活动频繁的地区、高海拔地区、绝缘子安装空间有限以及其他需要增 加干闪络电压的地方。如果我们能够解决这个问题，再能兼顾湿闪络电 压和污秽闪络电压的提高，那么就可以全面提高绝缘子在各种恶劣运行
实际上，气体放电真的可以按照绝缘子来分类：一种是没有绝缘子存在
环境下的可靠性。在有了一定时间的运行经验后，甚至可以考虑缩短现
时的气体放电，另一种是有绝缘子存在时的气体放电。为了区分这两种
有绝缘子的长度。另外，目前特高压的外绝缘高度已经大大超过了10
不同的气体放电，我们把前者称为气体击穿，把后者称为沿面放电，或
米，在如此长距离的情况下，干闪络电压与绝缘高度之间的关系并没有
称为闪络。
多少实际的运行经验，很有可能与人们原先设想的情况不大一样，因 此，加强这方面的研究，在不增加现有绝缘子高度的情况下，提高特高
为什么会有第二种情况呢？这是因为不管绝缘子安装在什么地方, 它们总 是处于气体的包围之中（当然也有绝缘子存在于液体中, 但这是极少数现 象，不在我们的讨论之列），于是在绝缘子的固体表面与周围的气体之 间就会存在着一层界面。在绝缘子的设计中, 不允许其内部发生击穿，所 以当绝缘子两端出现过电压时, 往往是这两端的界面首先做出反应。
压线路的外绝缘水平，的确是一项紧迫的未雨绸缪的工作。 再来看它的可能性。这个问题是世界性的老大难问题，因为按照习惯思 维，只要绝缘子生产出来之后，要想提高它的干闪络电压几乎是不可能 的。的确，当外绝缘材料只有电瓷和钢化玻璃这些无机材料的时候，由 于它们的形状受到生产工艺的限制，它们与其他材料的粘接性能差，它
气体放电总是发生在
们的重量也不轻，因此上述思维是无可非议的。但是，当硅橡胶等有机
绝缘子表面，而且其放电电压还变低了(降低的程度与绝缘子表面的电场
材料出现之后，就有可能解决这个问题。我们可以用硅橡胶等作为基本
事实上也的确如此，在绝缘子两端的电压过高时,
分布有很大关系）。为什么会出现这种现象呢?或者说, 为什么在相同的 绝缘距离下, 气体的击穿电压高于绝缘子的沿面闪络电压呢？这是因为： 1）绝缘子的电极与绝缘体之间一定存在接触面，在接触面之间一般都 会存在气隙，由于气体的介电常数比绝缘体低，所以气隙中的场强大, 此 处将发生局部放电(电晕)，电晕放电产生的带电粒子是绝缘子沿面闪络 的源泉，它们会扩散到绝缘子的表面，畸变了表面的电场分布。 2）由于地球的陆地面积还不到其表面积的30%，所以地球就是一个大 水球。这么大的水面，在太阳的照射和风的吹动下，无时无刻不在蒸 发，于是，空气中便充满了水汽，因此空气中永远有湿度存在。又由于 绝缘材料总具有吸附水分的能力，当绝缘子的两端出现过电压时，水汽 中的离子在电场的作用下，就会沿绝缘子表面在电极附近逐渐积累起电 荷，使绝缘子表面电压分布不均匀。 3）绝缘子表面的粗糙性会造成其表面电阻不均匀，也会畸变电场分 布。
材料，在原有绝缘子上设置一套附件系统，通过它来达到提高绝缘子干 闪络电压的目的。 利用附件系统提高绝缘子干闪络电压的方法有很多种。前面我们说过， 在相同的绝缘距离下，没有绝缘子存在时，空气的击穿电压高于有绝缘 子存在时的沿面放电电压。因此，提高绝缘子干闪络电压的技术路线之 一就是将绝缘子的沿面闪络想办法转移到绝缘子两端的空气放电。 最后来看一些试验结果。我们分别与南方电网超高压输电公司和重庆 市电力公司检修分公司签订了科研课题，研究开发提高绝缘子外绝缘强 度的附件系统。我们在110kV和220kV的绝缘子上，成功地将传统绝缘 子的沿面放电转移到了绝缘子两端的空气放电，大幅度提高了干闪络电 压。而且从理论上分析，我们还可以继续提高，而且可以在更高电压等 级（例如超高压和特高压）绝缘子上达到我们的目的。 以上即为对标题所设之问的回答。请不要小看这种设问，正是万事有 问才得以有人类，而其他动物却从来不设问，故枉自万年停滞，毫无变 化。由此可见, "设问思考" 才是推动人类文明的前导。从原始社会到当今
综上所述，绝缘子的闪络是沿其表面的空气发生放电的结果，所
社会，薪火传承的旗帜上，亘古不变的只有一个设问的“问号”。
以影响绝缘子闪络电压的因素和影响空气击穿的因素相同，即气 压、气温和空气湿度。但除此之外，绝缘子的闪络电压还会受到 其表面状态的影响，所以现行的试验方法规定要分别在干状态 (干闪络电压)、雨下(湿闪络电压)和湿润污染状态下(污闪电压)对绝缘子 进行高压试验。
张德赛 INMR中文刊主编 武汉大学电气工程学院 Desai_zhang@163.com
INMR CHINA Issue 10 · 第二期 · www.inmr.com · ISSN 1923-1393 P.O. Box, 95, Westmount (Montreal), Quebec, Canada H3Z 2T1 电话：（514）939-9540 · 传真：（514）939-6151 电子邮件：info@inmr.com· dzhang@inmr.com ·主编和广告销售：Marvin Zimmerman 中国地区联系方式： 余娟女士 - 电话： 135 1001 6825 / juan.inmr@yahoo.cn
本刊内容受国际版权和条约保护。无出版商明确书面同意，禁止部分或全部复制本刊内容。尽管以最大努力保证本刊数据和信 息的真实性，出版商不承担信息准确性的任何直接或隐含的责任 。
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中国电力公司研究高海拔地区绝缘子的性能
中
国海 拔10 0 0米以上的地区约占国土面积的 清华大学、重庆大学、国家电力科学 60％，这意味着高压输电线路不可避免要经 研究院、南方电网公司、西安高压电
过这些地区。这种状况下的问题是，高海拔地区气压 器研究所对于绝缘子污闪电压随海 低、空气稀薄。
拔升高而降低规律的问题，都进行了
自己的试验。试验对象包括电瓷绝缘 众所周知，无论是空气间隙放电电压、导线电晕起始电 子、玻璃绝缘子和复合绝缘子，伞裙形状有多种，绝缘 压、还是污闪电压都会随海拔升高而降低，海拔越高， 子的污秽程度从高到低，既做了交流污闪试验，也作了 电力线路和设备的外绝缘问题越突出。 早在上世纪80年代初，清华大学和重庆大学就开始研
直流污闪试验。对获得的试验数据进行了统计分析，包 括80个交流悬式绝缘子的试验样本。
究气压（海拔高度）对绝缘子污闪特性的影响。当时，模 本期44页的文章概述了该项研究以及获得的结果。例 拟高海拔进行试验的研究设施仍然相对较少。但是，近 如，研究发现，与接近海平面的地区相比，1000米和 年中国特高压输电工程的建设极大地推动了高海拔地 2000米海拔高度绝缘子的污闪电压会分别降低5.7%和 区外绝缘选取的科学研究，研究设施也随之得到了迅速 11.4%。 发展，从大型气压罐到在高海拔地区建成了污秽试验 室，包括一个建在昆明的海拔2100米试验基地和另一 个建在西藏的海拔4000多米试验基地。目前，这两个试
海平面地区运行效果好的
验基地都可以评定污闪特性，诸如不同材质、不同伞形
绝缘子在高海拔地区的运行
结构悬式和电站支柱绝缘子的污闪特性。 新的气压罐和高海拔试验基地二者的功能互补，前者细
效果不一定好。
致研究气压对绝缘子污闪特性的影响，后者校核前者的 试验结果，并且将试验结果直接用于工程设计。
清华大学的研究还发现，两方面的因素造成绝缘子的污 闪电压随气压的变化而降低，一是电弧的伏 安特性随气压而变化，二是绝缘子伞裙间电 弧桥络的影响。在高海拔地区，这种电弧跨 接更容易发生，因此对绝缘子的伞裙形状提 出了更高的要求。海平面地区运行效果好的 绝缘子在高海拔地区的运行效果不一定好。 显然需要进一步研究找出适合运行于高海拔 地区的优化绝缘子伞形结构。
Prof. Guan Zhicheng Tsinghua University, Shenzhen Campus guanzc@tsinghua.edu.cn
新建至西藏±400 kV线路运行 在平均海拔4000米处。
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2012 Claude de Tourreil Memorial Award for Lifetime Achievement in the Field of Electrical Insulators
2012年Claude de Tourreil电力绝缘子领域 终身成就纪念奖 INMR几年前设立了一项年度奖, 纪念已故的Claude de Tourreil, 绝缘子行业最受尊重和最具影响力的人物之一。6年前他过早 地过世了，但他对这一行业的发展作出的无数贡献至今依然有 目共睹。 该奖项2009年授予中国清华大学梁曦东教授，2010年授予南 非Eskom公司的Wallace Vosloo，2011年授予美国亚利桑那州 立大学Ravi Gorur教授。 本年度，INMR将该奖项授予瑞典STRI公司的Igor Gutman博士, 相信Claude将完全赞同这一决定。
虽
然Igor Gutman的背景与
为当前的先进技术。绝缘子在冰雪
成‘技术史料’随之消失，这是当今
Claude大不相同，但他们却有
条件下的性能，以及鸟类引发闪络
电力界的最大风险之一 。幸运的是，
也是他的研究领域。
像这位一样的退休专家在过去和现在
很多共同之处，从一心一意致力于电 气绝缘子行业，到多年参与国际标准
之间搭起了桥梁，有助于确保这一技
制定的组织。甚至Igor向后梳理
术永不消失。
的白发也与Claude始终保持的发 型很像，在我与Claude超过15年
Igor发表了大量关于绝缘子课
的友谊中, 每次见到Claude，他都
题的文章，其中在行业大会
保持着这样的发型。
和期刊杂志上发表了大约150 篇。他是瑞典IEC “绝缘子”
Igor获得俄罗斯圣彼得堡国立工
工作组TC 36的成员，作为
业大学硕士和博士学位之后开始
CIGRE工作小组D1.44的会议
了其职业生涯，迄今已经30年
召集人活跃在CIGRE/IEC数个
了。他的第一份工作是1981年受
工作组。自2005年以来，他
聘于Leningrad高压直流输电研
一直是IEEE资深成员。去年
究院，任职高压技术部高级研究
获圣彼得堡电力工程专业发
员。之后，1994年，他加盟位于
展研究院授予名誉教授。
瑞典Ludvika 的STRI公司，任职高级专 回想起几年前在瑞典Ludvika与Igor 家和绝缘子部门经理至今。
4
一起共进晚餐，他向我解释了俄罗斯
Igor对增强和丰富我们对电力绝缘
和芬兰输电线路沿线不明原因断电事
子的知识做出了贡献，帮助确保我
Igor在STRI公司的主要研究领域是
件。系统运营商对此一直迷惑不解，
们的电灯在任何运行环境下永远亮
任何运行环境下，优化选择户外绝
直到请来了一位已退休的维护专家，
着，INMR以及INMR全球的读者向Igor
缘子以及确定最佳的诊断和维护。
解释了为什么鸟类筑巢或狩猎是每次
致以敬意。
他的研究主要集中在复合绝缘子抗
断电事故的主要元凶。Igor当时评论
污秽和抗老化性能。毫无疑问，他
说，整个一代专家退休后随之带走了
的工作帮助推动了这一技术发展成
积累了几十年的知识，难以转让，造
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十号刊 ·
2012年
第三卷 · 第二期
第二季度
02 Message from Prof. Zhang Desai 为什么我们不能在不增加绝缘子长度的 情况下提高它们的干闪络电压？
03 Message from Prof. Guan Zhicheng
28
中国电力公司研究高海拔地区绝缘子的 性能
10 Editorial
12 Inside Track on Smart Grid
储存非峰值期过剩电能, 均衡峰值期 电能短缺
—————————————————————
Utility Practice & Experience
28 阿尔及利亚电网运营商关注恶劣 运行环境带来的挑战
44 研究高海拔线路最佳的绝缘子设计 48 这里是名副其实的热带天堂, 但却不 是架空配电网的乐园
14 From the World of Testing 短路电流的影响
—————————————————————
Insulators
16 Reporting from CIGRE
支柱绝缘子的新标准正在制定中
18 Silicones Technology Review
有机硅为高品质电缆附件提供了更好 的解决方案
48
大多数输电线路中, 比避雷线更优 的选择
37 鸟类: 威胁线路还是被线路所威胁？
动物值得保护
37
26 Woodworth on Arresters
58 新建工厂：专门生产复合绝缘子 65 现代污秽监测原理有助于更好地 选择污秽运行条件下的绝缘子
—————————————————————
20 Pigini Commentary
高压直流绝缘子的选择和尺寸确定
22 From the Research View
Arresters 76 回顾新提议的IEC 60099-4能量 处理试验
直流系统要求新的绝缘试验方法
24 Focus on Cable Accessories
65
向聚合物电缆的转变将影响交流和 直流附件
—————————————————————
Cable Accessories 82 电缆附件的发展: 设计、材料和制造
本期广告商
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CESI Group
17
Huntsman Advanced Materials
CSL Silicones
21
KEMA
Dalian Insulator Group
8
EGU HV Laboratory
7
Huayi Machinery Group
5
Hübers Verfahrenstechnik
7
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第二期
Siemens, Arresters Div. Wacker Chemie Yikun Electric Yizumi Rubber Machinery Co., Ltd Zhengzhou Xianghe Group Electric Equipment
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大连电瓷 连接世界
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携手大连电瓷 共创美好明天 中国最好、最大、最多 元化的绝缘子制造商, 能够提供整套瓷及复合 绝缘子产品以满足任何 架空输电线路及变电站 的需求。 大连电瓷一直处于全球 现代化前列，拥有最先 进的设备及高素质的技 术人才。
DALIAN INSULATOR
大连电瓷集团股份有限公司 中国大连DD港辽河东路88号，116600 电话: 86-411-84305786/ 84342270/ 84345370 . 传真: 86-411-84305689 电子邮件: info@insulators.cn . 网站：www.insulators.cn . ISO 9001 认证工厂 INMRChinaIssue10.indd 9
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Creatures Worth Protecting
动物值得保护
鸟
类的起源可以追溯到恐龙时代，这一点已经 得到了证实。由此看来，鸟类的"食物链进化"
远高于人类。许多绚丽鸟类的存在将自然世界美化得 多姿多彩，但人类却成为了它们最大的威胁。 首先出现了玻璃摩天大楼，鸟类永远也无法真正意识到
使用电力的另一个高昂 环境成本, 是电网向鸟类 世界征收的骇人通行费 。
这是障碍物，导致每年多起致命的撞击事件。当前，随着 电网无处不在的迅速崛起，电力铁塔以及悬空在塔与塔 之间的导线取代玻璃摩天大楼成为了主要威胁。
本期的一篇文章，从两方的观点出发公正有力地论述了 所谓的“鸟害“问题。这是令人涣然一新的变化。人们越 来越意识到，尽管无法完全消除这一问题，但至少可以 减轻，这种意识将鼓励大家找到最佳、性价比最高的解 决方法。
例如，西班牙南部一些 线路设计的特点是，在 远离导线的地方设置供 候鸟筑巢的特制平台，工 程师的这种设计树立了 好榜样。该国其它具有 '环境意识'的线路特点 是，安装在避雷线上的 如此绚丽的动物不值得保护吗?
特殊保护装置警示过往 的鸟类以及避免致命的
电网设计师和运营商是最先提出鸟类问题者之一。但
撞击事件。
是， 仅从鸟类如何影响了线路性能的观点，而不考虑
我们早应该认识并且接受，使用电力的另一个高昂环境
鸟类本身的安全，造成了业界多数倾向于认为鸟类是威
成本是电网对鸟类世界产生的负面影响。仍然有许多工
胁 。例如，我近期与一位工程师交谈，这位工程师参与
作要做，电力界应该开始行动。
了一条跨越高山的长距离直流输电线路的电气设计。他 谈到了第一次记录到的闪络是因为一只大鸟展开的翅膀 导致相与相之间桥接。显然，他认为这只是另一个运行 的问题。
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Time to Bring Storage ‘Out of Storage’
储存非峰值期过剩电能, 均衡峰值期电能短缺
当
今，电能通常朝着单一的方向流动：发电站发 电，通过输电和配电网，将电能送达最终用 户。虽然在这种情况下维持平衡是很复杂的，但采 用集中式设施的方式仍然可以实现。 发电和用电通常是同步进行的。其结果是，分散的发 电（例如屋顶的太阳能发电和大型风电场）将零星 的额外电能送入电网，造成越来越难维持电能的稳 定性和电能质量。因此，未来的电力系统不仅需要 容纳双向的电能流动以及增加信息传递，而且还必 须将可再生能源（通常时断时续）集成并入电网，随 时缓解阻塞并把电压维持在稳定状态。 人们预期，智能电网通过控制需求侧和发电侧可以 实现这一目标，从而使整个电力系统的运行更加有 效和合理。因此，必须采取控制措施和其它技术，以 及IT和信息互通。
在微电网和分散发电中，电能储存最终将实现规划 当地的用电并且使其达到最佳化，这种方法已经成 功应用于日本的很多社区。
降低发电成本，提高可靠性
· 随着越来越多的可再生能源并入电网，要求电力 系统具备更强的频率控制能力，电能储存可以用 于缓解发电和用电之间的供需不平衡，从而允 许电网运营商控制充电和放电。
缓解阻塞，维持电压平稳 安装在用户侧变电站的电能储存装置能够控制电能 的流量，缓解阻塞或将电压维持在平稳状态。实质 上，这样的储存装置有助于平整时断时续的风力和 太阳能发电，调节多余的功率波动以及消除不可靠 的供电。
移动电源 电能储存装置还能够对现有设备进行充电，使设备
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有效的储存能力将促进家庭和建筑物的电能管理。 智能化优质管理以及各种经济利益将激励消费者改 变能量消费模式。例如，电能过剩时买进(通常以低 廉的价格)，储存起来供以后使用。
改善智能电网
某些情况下，电能储存在峰值期平抑某些地区的负 荷，有助于降低电力系统中变压器、输电线路和配电 线路等基础设施的投资。因此，电能储存还能够增 强频率控制能力。
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更好地规划当地的用电
电能储存（Electrical Energy Storage, 简称EES） 是一种切实可行的技术，但是，目前尚未被大力开 发，也没有引起业界的足够重视。
在智能电网中，电能储存的作用是允许时断时续的 可再生能源并网，提高效率，降低供电部门的总发 电成本。电能储存将多余的能量储存起来供以后使 用，从而容纳分散电能并网。这样，非峰值负荷期间 生产的多余电能就可以在需求高峰期得到利用。这 不仅有助于充分利用发电潜力，而且降低了发电成 本。电能储存还有助于提高电网的可靠性，并在电力 中断事件中提供备用电。
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更好地集成并入智能电网。电动汽车(EVs)已经在全 球数个地区得到应用，是一个很好的实例。有些甚至 提议电动汽车有潜力成为可移动、可分布式能源，在 智能电网中起到负荷转移的作用。这样看来，电动 汽车不仅可能成为新的电力负荷，而且还是潜在的 储存介质，一旦电价升高，电动汽车便将电能供给电 力部门。
第二期
归纳起来，电能储存将有助于改进智能电网的实例 如下：
· 通过调节峰值期负荷，电能储存能够降低电力 系统基础设施的额外投资，也能增强频率控制 能力。 · 电能储存将昂贵的备转容量需求降到最低，因而 降低总的发电成本。将低成本发电厂夜间发出的 电能储存起来, 峰值期再将其送回到电网中。 注释：IEC积极参与电能储存，已经编写了白皮书，总 结了目前以及未来市场对这些技术的需求，也为所 有参与电能储存的各行各业提供了建议。点击下列 网址可以免费下载：
http://www.iec.ch/whitepaper/energystorage/ Richard Schomberg IEC智能电网战略工作组主席 TC8 电能供应系统主席 PC118 智能电网用户接口项目主席 负责EDF-小组的智能标准
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Path of Least Resistance
短路电流的影响
电
流经常会突然决定背离电力系统设计师为其
用布覆盖压力计模拟开关附近人穿的衣服。用试验来
设定好的路径。电流从低电阻路径走，峰值急
验证内燃弧（压力升高及高温气体和碎片释放）不会
剧升高：这就是所谓的短路现象。我们已经采取了很多
点燃压力计，以保证操作人员不会受到严重的灼伤。在
措施来避免短路情况的发生，但是，仍然要估计每年每
KEMA, 每周做这样的试验，近几年，这些试验的需求
100公里的架空输电线上会发生一次短路。
在迅速增加。
电网中的 短 路电 流 水平正在 逐步 提高。例如 ，荷兰
在GIS产品上进行的内部故障燃弧试验更为复杂。首先，
400 kV的输电系统，最大可能的三相短路电流的计算
要考虑的是SF6的环境问题。为了防止将SF6排放到大气
中间值 (针对所有电站) 将会由2003年的 32 kA 提升
中污染环境，内部故障燃弧试验是在一个巨大的气体收
到2013年的 37 kA和2020年的 43 kA。不管怎样，正
集罐中进行的，将GIS单元嵌入其中。第二，故障燃弧是
如CIGRE（国际大电网会议）的研究显示，实际发生的
可移动的：趋向于远离供电端。这意味着在GIS内部，电
故障电流常常比最大可能的短路电流要小得多。
弧移动到GIS单元的末端，并停留在那里。电弧不会烧穿
输电系统短路水平提高的原因是由于大规模传统发电 集中在某些有利的地区，而在配电网中则是因为可再 生能源的加入。我们发现，在KEMA实验室，进行短路 电流耐受水平高达 80 kA 甚至以上的试验 (针对所有 变电站设备) 需求呈快速上升趋势。 断路器可以限制故障的持续时间。但在解除故障前，短 路电流可能会损坏系统。这主要是由于极大的电动(机 械)力作用于关键部件和故障电弧的热效应(力争从低电 阻路径走)造成的。 在最近的一系列试验中，KEMA实验室已建成了高压变 电站的主体部分，用于校验 80 kA 短路电流的耐受水 平。包括了动态效应(针对 200kA 的非对称电流峰值) 和热态效应 (相对来说较长时间的短时耐受电流)。隔离 开关必须在短路电流通过时保持闭合状态。在非闭合状 态下，触头间的轻微拉弧都会引起接触电阻的增加，导 致正常运行情况下不希望发生的过热。 母线支座上的作用力是巨大的，我们经常认为断路器是 最后一道防线，但我们决不能忽视，当开断短路电流失 败时，断路器具备很强的抗机械力，但母线(支座)却不具 备这一能力。在过去，实验室发生过数起母线完全倒塌 的事件。
金属壳。有时，为了避免与SF6处理发生干扰，实验室就 在一个充气的GIS单元内进行试验。正如CIGRE工作小组 A3.24正在进行的研究显示，电弧在空气中的状态与在 SF6中的状态是完全不同的。 架空线输电系统的组件也应该充分应 对 故 障电 弧。KEMA 针对大电流电弧 (大功率电弧) 对架空线绝 缘子串的作用有着丰富的经验。雷电闪络引起的故障电 弧不会危害到绝缘子的机械性能。通常，故障电弧可从 绝缘子串上安装的招弧角转移走。然而有时在试验中发 现，电弧会远离招弧角，而在线路导体上留下痕迹。为了 与实际的运行情况保持一致，在电磁环境中燃烧的电弧 一定要在一个适当的回路中表现出来。 若有故障电弧发生，避雷器很有可能会爆炸。因此，设定 一些试验来验证在避雷器内部发生故障电弧的情况下， 压力是否能迅速释放，以避免氧化锌阀片爆炸伤及人员 和设备。KEMA最近将这一试验推向了极限，测试避雷器 必须能够承受住叠加在工频故障电流上的串联补偿电容 器组的完全放电。实现了 3 KHz 下峰值为 450 kA 的故 障电弧电流。 最大的故障电流隐藏在大型电厂的发电机和升压变压 器的线路之间。发电机出口断路器必须能够开断故障 电流，母线必须能够承受住故障电流。KEMA将4台发
发生严重的短路情况时，导体收缩，致使架空线间隔 棒完全被挤出。甚至在进行 100 kA 的试验时，即便在 极其恶劣的电气环境下，灵敏的应变仪能记录间隔棒 所承受的机械应力。在其他一些试验中，由于碰撞致使 互相“亲吻”的架空线导体永久性扭曲变形。跨接线和 其他铁塔附件的大幅度振动会对输电线路造成损害。
电机产生的功率直接输送到试验场地，可在实验室创 造出上述的试验条件。通过适当控制电动力，成功地 进行了发电机出口断路器故障电流的开断试验(开断了 峰值为 200 kA 以上的故障电流)和母线故障电流的耐 受试验 (耐受住了峰值为 800 kA 以上的故障电流)。 与人们称之为的“最低电阻路径”不尽相同。
故障燃弧本身所造成的损害是另一种情况。对于配电开 关柜，要做一项非常普遍的试验，叫“内燃弧”试验，用 于观察故障发生时开关内部故障电弧所造成的后果。
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Prof. Rene Smeets Rene.Smeets@kema.com
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New Standards on the Way for Post Insulators
支柱绝缘子的新标准正在制定中
全
世界新的特高压交流（UHVAC）和直流（DC） 工程提出了需要为某些增加的绝缘子产品类
型制定标准，特别是混合绝缘子和复合空心电站支柱绝 缘子。为了更好地评定制造商和电力部门对新标准的看 法，2011年，IEC TC 36向他们发出了一份问卷调查。反馈
机械功能
依据目前的IEC电站支柱 绝缘子标准, 混合绝缘子 测试理念
外部电气功能
瓷芯 (典型情况)
芯棒和外套之间 的界面
复合外套
机械试验：按 照产品标准 IEC 60168瓷 电站支柱绝缘 子(包括机械型 式试验)
界面试验：按 照IEC 62217 (一般条款)和 产品标准IEC 62231聚合物 电站支柱 绝缘子
外套试验：按照 IEC 62217 (一般条款)和 产品标准IEC 62231聚合物电 站支柱绝缘子 (包括电气型式 试验)
意见支持了制定新标准的需求，因此，在近期墨尔本的 TC 36 大会上决定制定混合绝缘子技术规范（Technical Specification，简称TS）。随后，去年11月投票表决通过了 制定复合空心电站支柱绝缘子的标准。分委员会36C（变 电站设备）成立了一个项目小组 (PT 62772) ，负责起草一 份文件。 为了找到某些应用的最佳解决方案，混合绝缘子综合了不 同的技术，当前主要关注的领域是电站支柱绝缘子。与瓷 绝缘子或复合绝缘子的单一技术解决方案相比，混合绝 缘子能够改进运行性能（见下表）。
了额定电压仅为245 kV。但是，研发了更高明的特高压支 柱绝缘子解决方案，采用三柱或多柱结构。这种方式能够 补偿实芯棒直径的尺寸限制，更好地利用现有的线路支柱
技术 瓷
复合
混合
重量
1
5
3
抗污染性能
1
5**
3…5*, **
扭转度和挠度
5
2…3
5
1…2
5
1…2
1
5
3…4*
抗地震性能 脆性 (抗人为破坏)
准则）。然而，当时首次起草这个标准时，直径88mm及以 上的大实芯棒还处于早期研发阶段，因此将该标准限制到
电站支柱绝缘子(实心)三种 相关技术性能的定性比较 性能
245 kV 的复合电站支柱绝缘子—定义，测试方法和验收
* 取决于瓷柱被外套全部覆盖还是部分覆盖。** 仅对具有憎水特性的外套材料有效。 评级制度：1=最糟，5=最好。
( 即2002年出版的IEC 61952第一版本 ）或实心电站支柱 绝缘子 ( 即 IEC 62231 ) 的经验。这种解决方案甚至优于 空心绝缘子的解决方案，主要因为不需要填充内部空间。 此外，因为该结构理念是模块化的，运输到施工现场更加 容易，甚至将 10 m 或更长的绝缘子运抵现场装配也更容 易。尽管如此，单件结构在某些应用中仍然具有优势（例 如，隔离开关）。在这种情况下，空心绝缘子的产品标准 ( 即IEC 61462 )是适用的。然而，复合电站支柱是自成一体 的产品，有必要创建一个与瓷电站支柱 IEC 60273 对等的 标准。
混合绝缘子解决方案的主要优点是将瓷的机械刚性同 憎水外套的耐污性能进行很好的匹配。项目负责人Jens
这个新的标准将被称为 "电站电压大于 1000 V 交流和直
流复合空心支柱绝缘子—定义，测试方法和验收准则",并 Seifert 领导下的TC 36工作小组(WG)12将编写标题为“户 将参考现有的 IEC 标准 62217 和 61462。在这里，关键 内和户外用复合高压绝缘子 - 一般定义，测试方法和验收 的细节将是在管子内表面和管子内部实心填充物（通常是 准则”的技术标准。按照混合绝缘子的典型结构，能够推 某种类型的泡沫）外表面之间形成的大界面。这实质上是 导出与目前广泛使用的IEC标准的一种关系。 通过实心填充物将空心转变成实心的设计理念，不允许有 工作小组的第一次会议还决定，新的标准应该包括混合 瓷空心绝缘子。虽然尚未确定适当的应用，但是，甚至将 参考潜在的盘形和长棒绝缘子的混合设计。国际大电网 会议工作小组D1.27近期取得的交流或直流情况下老化试
任何纵向裂纹，例如结合分离。当过度偏斜或如果实心填 充物在低温下收缩就可能发生结合分离。在这种情况下, 界面上的剪切应力就可能超过填充物和内管之间的结合 强度，界面裂纹就可能朝径向和轴向两个方向扩展。预期,
在项目负责人 Norbert Mikli 领导下制定的新标准中也将 验的研究结果将是本文件的一部分，但不包括缓解措施 提供这方面有用的试验方法。 (例如增爬裙，加强伞裙或室温硫化硅橡胶涂层）。 这种应用的相关标准自2006年起已经存在了，即复合电 站支柱绝缘子IEC 62231（交流电压大于1000 V 小于等于
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第二期
Dr. Frank Schmuck frank.schmuck@sefag.ch
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Silicones Offers Better Solution for Cable Accessories
有机硅为高品质电缆附件 提供了更好的解决方案 有机硅弹性体、有机硅凝胶、硅油及硅脂在绝缘子、避雷器
有机硅电缆接头和终端的现场安装主要采用两项成熟技
和涂层方面的应用越来越普及，INMR的读者也因此或许早
术：预制技术和冷缩技术。在预制技术中，借助于在电缆上
已对它们耳熟能详。但除此之外，这些聚合物在新一代先
涂抹润滑剂，例如硅脂，将电缆附件安装到位。而冷缩技
进的中高压电缆附件中的应用也越来越多。
术则采用不同的原理：电缆接头或终端在其原始尺寸的基 础上进行扩张，并用支撑芯进行支撑，直至安装准备就绪。
现代电力电缆远不只是在导体外面包覆绝缘层。因此，该
整个安装过程分为两步：首先将电缆终端移至电缆处，随
行业一直在寻找卓越的解决方案用于关健的电缆附件，如
后抽出支撑芯即可轻松地完成安装。例如，可以轻松调节
终端、接头和插头。这正是有机硅弹性体优异的特性大展 身手之地，使其成为满足上述新要求的理想材料。 随着人们对安全和环境的关注程度越来越高，基于有机 硅弹性体的新型电缆附件具有两大优势：其分解产物无毒 性，且有机硅自身既无危害也几乎不可燃。从性能角度看， 这些材料具有诸如高弹性等理想的机械性能，使电缆附件 在应力应变关系方面具有优势，相当于有效降低了拉伸形 变率。以终端和接头为例，有机硅的主要物理性能体现在 其高弹性，使有机硅能够有效密封电缆与其附件之间的任 何界面。这不仅消除了局部放电的风险，同时还能确保短期 介电性能。此外，这些特性能够在很广的温度范围内几乎 保持不变。最后，有机硅凭借其众所周知的憎水性以及耐 电弧性、耐漏电起痕性和耐风化性，包括耐臭氧性和耐辐 射性，而成为户外应用的理想材料。
扩张后的电缆终端，并将其移至理想的位置。这要求有机 硅的机械性能必须确保其能够承受电缆接头的任何后续扩 张或收缩。 由于终端或接头的安装会造成电缆与附件连接处的绝缘系 统发生变化，因此有必要采用一些电场控制元件。如果没 有这些元件，电场将在此处达到最大值，并超出周围绝缘 材料的允许极限。这可能会导致局部放电，并缩短电缆接 头的使用寿命。但是，通过采用合理的电场控制，局部放电 起始电压值可被提高10倍。 电容式或几何式电场控制是一种常用的控制方法，它将导 电元件与电缆外导电层直接连接起来。具有特殊形状的应 力锥通过扩大电力线范围以及有效控制切向电场强度形 成均匀电场。这不仅能减少绝缘材料的电应力，同时还能 提高终端或接头的长期性能。另一种方案是折射式电场控 制，它充分利用了具有高介电常数的有机硅弹性体薄层。由 于具有不同相对介电常数的材料会导致电力线发生偏移， 应力锥可防止电场集中。生产商可以利用具有高介电常数 的有机硅弹性体进行电场控制，设计出外形非常小巧的电 缆附件。 有机硅弹性体系列已经成功用于制造各种类型的电缆终端 和接头，包括采用电容式或折射式电场控制技术的冷缩式 和预制式附件。研发工作依然在持续进行，以顺应更高电
电缆接头在设计时采用被绝缘材料封装的一个中间电极和两 个电场应力控制电极。接头末端的控制电极由具有导电性或高 介电常数的有机硅弹性体制成。
一般而言，电缆接头的设计采用被绝缘材料封装的一个中 间电极和两个电场应力控制电极。接头末端的控制电极由 具有导电性或高介电常数的有机硅弹性体制成。然后，在 接头的有机硅绝缘体表面覆盖一层半导电材料，以便与电
压应用和高压直流（HVDC）应用的发展趋势。因此，开发 具有高性价比的新型有机硅化合物和新型电缆附件已经步 入轨道，以满足电缆横跨面不断增大的要求。 总而言之，可以毫不夸张地说，基于有机硅弹性体的电缆 附件为当今中高压电缆应用提供了先进的解决方案。这类 应用得益于有机硅材料的绝缘和导电特性、卓越的机械性 能和户外耐风化的稳定性。
缆的导电屏蔽层之间形成电接触。同样，电缆终端通常由 具有导电性或高介电常数的有机硅应力控制元件以及有机 硅绝缘体组成。
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Georg Simson博士 Georg.Simson@wacker.com
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Selecting & Dimensioning Insulators for HVDC
高压直流绝缘子的选择和尺寸确定
自
从交流绝缘子的选择和尺寸确定导则发布以来（国际 大电网会议文献361-2008)，最近数年一直在编写基
本上同样的导则，用于高压直流绝缘子。经历了十余次会议
以后(第一次2005年在北京，最近一次是二月在布拉格)，目前，国 际大电网会议工作组C4.303 最终确定了该指南的草稿，相关的 文献正在编辑中。 编写一个能够为来自13个国家的所有22 位工作组成员接受的文 件确实是一个挑战，他们代表着制造商、电力部门和试验室。部 分挑战源于这样的事实，即和交流相比，关于直流污秽方面的技 术知识和运行经验都欠缺得多。因此，有必要对相关的试验室和 现场经验进行深入的分析，同时，也充分利用近年来超高压领域 的科研成果。 另外一个障碍是，就直流系统中污秽所起的关键作用方面，制造 商和用户之间要达成共识。最终，大家一致认为，与交流相比，直 流设计中，污秽因素更重要得多，将直接影响到绝缘子长度、系 统成本和超高压的可行性。 在这部即将颁布的指南中，基于以下原因，大家公认污秽在直流 绝缘子的设计中起主导作用： · 在直流系统中（用p.u.表示），操作过电压的幅值一般低于 交流系统； · 在直流电压下，绝缘子表面的污秽沉积一般较高； · 在同样的电压作用下，已知绝缘子污秽等级相同的情况下, 直流要求的爬电距离高于交流； 因此，交流中采用的简化方法不能直接推断到直流。 采用不同的设计方法可以达到精确。新的指南中，对精确进行了
图一：统一爬电比距(USCD)与用SDD(附盐密度)表示的污染严 重程度的关系曲线。针对不同伞形的盘形绝缘子得出的不同结 果。与初步设计设定的平均曲线进行比较。
点，达到这一目的。就直接评估特定污秽条件下选用的绝缘子性 能问题，该指南也提出了建议。为此，必须考虑统一爬电比距这 一概念，因为合理的设计需要考虑爬电系数（CF）对绝缘子性能 的影响。 如图二所示，由于伞形功效相应降低，统一爬电比距不一定是常 数，而是 随CF线性增加。因此，在绝缘长度给定的情况下爬电距 离“被迫”过大，造成CF增加，结果，每单位起弧距离的耐受电压 (U)趋于达到饱和点。这意味着,存在大大过低或过高估计U的风 险(假定USCD为常数值），除非CF值仅保持在有限的范围内。 因此，该部直流绝缘子的选择指南提出，采用下列方法获得绝缘 子的最佳设计，即用统计方法确定污秽严重度的分布以及掌握特 定污染条件下绝缘子的性能。这种方法可以允许用统计法评定绝 缘子的尺寸，这是达到理想的系统可靠性所必需的。
分析，首先采用完全定性，然后到最精确和完全定量。在该指南
经过工作组C4.303辛勤和有效的工作产生了即将发布的新指南，
中，还特别举出了一种简化方法，获取初步设计的基本数据。按照
该指南代表着高压直流绝缘子的最佳设计向前迈进了重要一步。
这种简化的方法，首先测量交流带电或交流不带电绝缘子（通常 为标准盘形悬式绝缘子）表面的污秽数据，以这个数据为假设， 评定直流绝缘子污秽的严重程度。然后，通过运行经验和试验室 的试验数据推导出校正因子，再根据下列情况和测得的污秽度信 息，运用这些校正因子进行修正，确定直流的污秽严重程度： 1. 直流线路带电时，对污秽层不均匀性的影响 (即比交流大得多)； 2. 污秽类型（例如可溶部分与不可溶部分的比例)； 3. 绝缘子的伞形和材料。 因此在直流情况下，上述评估得出的污秽严重程度是否精确, 取 决于采用的校正因子的准确度。 就绝缘子的性能而言，上述方法参考了所谓的“具代表性”的曲 线，这些曲线将一些通常相当分散的实验数据进行平均(如图一 所示)。 新的指南指出，简化方法中的近似值具有导致结果不精确的风
图二：图中显示了同类绝缘子，USCD和U(单位起弧距离耐 受电压)取决于绝缘子爬电距离和电弧距离(CF)之间的比例。
险，反过来有可能对系统的成本和可靠性产生重大影响。 就最终设计而言，该指南建议，直接从直流带电绝缘子的系统测 量数据中获得相关的污染严重程度。可以在线路开始施工之前， 选择具代表性的地点，现场安装数个配备带电直流绝缘子的站
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Alberto Pigini pigini@ieee.org
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Move to DC Will Require New Insulation Test Methodologies
直流系统要求新的绝缘试验方法
如
果没有把越来越多的直流纳入电力系统，电网 未来的进一步发展将是不可能的，这一点看来 是毫无疑问的。实际上，除了众所周知的近期中国和 印度的项目以外，欧洲和美国也在准备采用高压直流解决 方案。由这种转变产生的优点是多方面的，并且在INMR 过往的数篇出版商寄语和文章中介绍给了读者。 以欧洲为例，ABB公司的Gunnar Asplund早在90年代 中期已经提出了旨在扩大欧洲大陆电能贸易的解决方 案。通过创建广泛的高压直流电网，允许传输不同地区 多余的能量，包括西部的风能，北部的水能和南部的太 阳能，供峰值用电地区使用。他的这种先见之明目前被 很多同行所共享，使大家共享这一构想的驱动力源于计 划在北海安装海岸巨型风力发电厂，以及在撒哈拉和中 东地区安装热力太阳能发电厂。 然而，创建高压直流电网要求开发可靠的开关设备，而 在本计划中，仍然缺乏这一环节。此外，到目前为止，点 对点的连接在高压直流的连接设计中一直占主导地位。 这一技术尚有待于开发，以允许多终端连接，降低输电 损耗，减少变电站组件的数量。因此，这一领域的研究 工作正在进行之中。 美国已经计划用直流枢纽连接该国的三个异步电力系 统，取名为 Tres Amigas 超级变电站。该设施将使用现 场的一些最新技术，包括电压源高压直流转换器，直流 超导电缆环和能量储存电池系统，调节电能流动的方向 和水平。一旦投入运行，变电站将允许该国西部和中部 的大型太阳能和风能并入电网，并有能力更好地处理实 时电力波动。美国能源部的目标是建设一个AC-DC-AC 链接的765 kV交流线路电网，进一步发展整个系统。 当然，所有上述解决方案要求极高的供电安全，因为传 输的电能将非常巨大。这就提出了一个问题，如何提高 绝缘的可靠性。
目前为止汇集的广泛经验表明，直流和交流的物理现象 存在着相当大的差别。这些差别包括应力的类型以及由 此引起的电场分布、空间和表面电荷的集聚、故障和闪 络现象，还有绝缘材料的老化和劣化。 的确，由于在选择直流应用的绝缘系统时没有依照已制 定的设计标准和试验方法，我们已经犯了许多错误并为 此付出了昂贵的代价。很多情况下是缺乏足够的知识导 致了上述后果。显然，我们仍然需要做很多工作，增加对 所有与直流有关现象的理解，其中很重要的活动之一是 专注于制定新的试验方法。 目前，国际大电网会议正在朝着这个方向努力。但值得 一提的是，采用的主导方法似乎仍然是已经存在的交流 试验程序的修改版。只要与绝缘的现实运行条件保持相 似，我并不一定认为这种方法有什么错。 我在这里举两个相关的例子：第一个是评价户外用复合 材料的漏电起痕和抗电蚀损性。很多试验室采用了称作 斜面法的原始程序 (按照IEC 60587和ASTM D2303) 。 在不同电压等级以及正负极下，用这种方法测试了多种 材料样品。直流的试验结果清晰地表明，与交流应力情 况相比，试验中观察到的材料损伤要严重得多。例如，中 国在修改原有程序中已经引入了自己的国家标准，与此 同时，国际大电网会议工作小组D1.27仍然在朝着这个 目标迈进。尽管运行经验表明，全世界大多数高压直流 线路上正在运行的复合绝缘子很难观察到漏电起痕引 起大范围损伤，所有上述工作仍在继续。 另外一个例子是直流电压的耐受试验，按照我的看法，这 次仍然缺乏国际间的协调行动。我们的经验表明，施加的 试验电压将电荷沉积在固体绝缘表面，特别是在耐受电 压的情况下，多次沉积后可能大到足以改变局部的电场分 布，而这种情况又会影响到后续试验的结果。当采用复合 材料时，沉积电荷衰退的时间可能会长达数天。因此，或 者必须在两次加压之间等待很长时间，或者必须采取特 殊程序中和电荷。这将使试验很耗时和昂贵。
Photo: INMR ©
复合绝缘系统标准冲击试验中也会出现类似的问题。在 这些试验中，通常使用的升降法假定，每次冲击施加的 结果彼此是独立的，但是当电荷保持在绝缘子表面时， 情况就不再是这样了。我们的经验再次表明，改变连续 施加冲击之间的时间间隔可能会改变试验结果。因此, 当提出新的国际标准和修订旧的国际标准时，需要采取 合适的行动和更广泛的讨论应对这些影响。
新西兰高污秽区现场运行的±350 kV直流耐张绝缘子上, 在最靠近接地端显示发生了漏电起痕。
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Prof. Stanislaw Gubanski Chalmers University of Technology stanislaw.gubanski@chalmers.se
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向聚合物电缆的转变将影响交流和直流附件
持
续不断的技术转移正在影响着电 缆附件的未来 发展，主要是由纸质绝缘电缆向聚合物绝缘电缆
的技术转移。而且，这种转移对交流产生的影响不同于
表：提出的四种优化中压电缆可选方案 的结构特征* 提出的四种优化中压电缆的可选方案
对直流的影响。 目前，交流因其比较容易在不同电压等级下转换，绝大多数输配 电采用交流系统。然而，就海底电缆以及长距离陆地电缆而言，
芯部, Al 150 mm2
高压直流系统却提供了关键优势，包括容量更高，降低损耗，无
绝缘
需电容充电电流，以及更好地控制潮流和无功功率。 纵观交流线路，电缆附件的设计和要求主要依据电缆是用于 低压、中压还是高压。例如，低压电缆大约在40到60年前就已 经发生了从纸质到聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）绝缘电缆
外部半导体
的整体转变，自那时起，几乎没有什么新进展的报道。低压电 缆附件中的直线接头主要采用热缩技术，分接头则采用树脂
屏蔽
浇注技术。
实芯，
Ø = 13.2 mm
分股，
Ø = 13.9 mm
XLPE 20 kV
4.30 mm
XLPE 30 kV
6.33 mm
HEPR 20 kV
4.60 mm
黏合的 可剥皮的
A
C
D
√
√
√
√ √
√ √ √ √
0.5 mm 0.5 mm
B
√
铝箔
√
铝箔+铜线
√
中密度聚乙烯
段更近。交联聚乙烯（XLPE）和乙丙橡胶（EPR）电缆甚至在 80年代前得到广泛应用，有些国家则更晚。中电压等级下的 一个尤其显著的特点是，交替使用型聚合物电缆呈现五彩缤 纷的多样化。电缆发展的前80年期间似乎仅有四种基本的纸
外部护套
√ √
2.5 mm
线性低密度聚乙烯 2.2 mm 聚烯烃 Z1
√ √
铜线
在中压系统，世界范围的聚合物电缆技术占据统治地位的时
3.0 mm
Misc. Components & Equip.
Changeover Database to Make Polymeric PD Measurements Cables Will Impact of MV Cable More Effective AC &Systems DC Accessories
√ √
√ √
* David, J.-M.; Regaudie, V.; Fara, A.; Simeon, E.; Benard, L. Diefenbach, I.; Lesur, F 使中压电缆协调一致：欧洲项目“欧洲中压电缆”的结果，Jicable 国际会议, 巴黎 2007
F CUS ON CABLE ACCESSORIES
质电缆结构就足够了(即铠甲式、金属化纸质屏蔽式、三芯单 一铅护套式和单芯式)，但是，一旦聚合物中压电缆开始出现 在市场上，至少100种不同结构类型的电缆很快涌现出来。确
尽管如此，空间电荷问题仍然是直流交联聚乙烯电缆附件设
实，品种数量之多致使在2007年Jicable国际会议上，来自法
计的一 个重要因素，并 导致在接头部位 采用三元乙丙橡 胶
国、德国、意大利、西班牙、瑞典、丹麦和英国的工程师组成的
(EPDM），代替在多数交流应用中市场偏爱的硅橡胶。
工作小组提出了这一问题，作为联合项目（欧洲中压电缆）的 一部分，目标是大量精简这一高数量。
因此，伴随着对其它附件类型的需求产生的影响，传统的纸质 电缆正在被淘汰，但是，特殊应用中依然保留着这种技术。其
在认真分析了很多已有的中压电缆设计以后，提出了四种不同
中最重要的是线路换相换流器，在这种情况下，目前使用的交
的优化电缆结构可选方案。遗憾的是，国与国之间对建议的反
联聚乙烯电缆仍然不能提供更优的性能。
馈却不持一致肯定的态度。结果，目前中电压范围内，仍然应 用着大量不同类型的电缆和附件，使用的技术或者是热缩、预 制或冷缩。 就高压而言，目前，交联聚乙烯电缆已用于高达500
kV的电
压等级，而乙丙橡胶电缆则用于高达 150 kV 的电压等级, 加 起来正在日益替代旧的纸质电缆技术。例如,比较两种可选的 110
Klaus-Dieter Haim教授 University of Applied Sciences Zittau/Görlitz, Gemany KDHaim@hs-zigr.de
kV电缆结构，交联聚乙烯电缆明显节约成本。用于高压
聚合物电缆附件的主要材料是硅橡胶，这是因为其应用于终 端时具有憎水性，应用于接头制造时具有柔性和气体穿透性 （见82页的文章）。 在直流电缆系统的情况下，唯一应用的实际上仅有高压电缆。 此处，交联聚乙烯电缆的主要问题是在其绝缘材料内部形成 的空间电荷。这将会由于电场分布的改变导致最终发生故障, 特别是在靠反转电压极性以改变潮流的传统线路换相换流器 (LCC）的情况下。这就是为什么纸质绝缘电缆仍然能够为高压 直流提供更优运行性能的原因。显然，正在向免维护和更环 保的聚合物电缆转变，但将主要用于使用现代电压源换流器 (VSC）的直流系统。在这里，改变潮流更确切地说是靠不改变 电压极性反向改变电流方向来完成的，这将使交联聚乙烯型 电缆承受的应力低得多。
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110 kV纸质绝缘电缆（左边）与交联聚乙烯电缆的比较。
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A Superior Choice to Shield Wire for Most Transmission Lines
大多数输电线路中, 比避雷线更优的选择 最近，我参加了一次关于线路和变电站设计的会议。会 上宣讲了一篇非常引人深思的论文。发言人提出了架 设线路必须更加注重“可持续性”，向与会者以及特别是 下一代输电线路的工程师提出了挑战。 当然，关于可持续性有多种可能的解释。所以，论及设计架 空线路的可持续性，发言人提出了三个基本原则： · 使用更少的材料（除了导线之外）; · 避免使用对环境造成威胁的材料或工艺；以及 · 导线的安装数量要根据需要，将损耗降到最低。 鉴于这是我的研究兴趣所在，不足为奇，我瞬间便被吸 引，避雷器对于输电线路设计和运行可持续性的贡献有多 大让我感到震惊。例如，谈到损耗的话题时，发言人建议 应该使用更多的导线。虽然，这意味着降低运行温度，发 言人没有具体论及避雷线引起的损耗。当我问及这个问题 时，他回答：“最好的避雷线就是不要避雷线”。 事实上，我对这个问题已经思考良久直到现在。我意识 到，当我们使用线路避雷器进行必要的雷电保护时，这确 实是可行的。因此，本次会议的另一个宣讲也特别吸引了 我，该论文估算了分段和不分段两种情况下，由避雷线造 成的实际损耗是什么。基本上，分段是一种安装上的选 择，即每隔大约一英里（大约1.5公里），将避雷线与铁塔 绝缘，这样做是为了在整条线路长度上不形成连续的导 体。 （当有光纤时，上述方法可能会产生问题，但是现在已 经不是问题了）。
避雷线内含光纤，每英里为0.61欧姆，而左边的避雷线是 铝包钢，每英里为2.4欧姆。避雷线感应的稳态电流分别是 41安培和 70安培，可转换成大致708 千瓦的稳态损耗。
从经济观点看，线路避雷器设计 解决方法不仅具有吸引力, 而且因为需要的材料较少以及 运行成本较低，还具有更强的 可持续性。 发言者接着讲述，在这种情况下，并且已知铁塔和避雷线 的寿命通常为30年，按照能量成本为$50/MWh进行计 算，避雷线造成的累计损耗将达到现值 38 0万美元。没 错，寿命周期的损耗接近400万美元！ 如果采用外串间隙线路避雷器保护该条线路，其材料和安 装成本与避雷线大致相等，但完全没有能量损耗。从经济 的观点看，线路避雷器设计解决方法不仅具有吸引力，而 且因为需要的材料更少以及运行成本更低，还具有环境上 更强的可持续性。 那么，在考虑这种选择之前，大多数线路设计者提出的第 一个问题是：“什么是避雷器的可靠性？”这是一个合乎 情理的提问。 如果我们考虑的是最常用的无间隙线路避雷器设计，那 么，很难回答这个问题。但是，如果我们考虑外串间隙线 路避雷器（EGL A），避雷器在线路电压下一直不带电， 那么，很容易回答这个问题。因为没有外部泄漏电流，在 EGLA寿命期内，没有电气应力施加到其工作部分，固有的 可靠性很高。例如，故障率通常为大约百万分之一，即安装 的每百万个避雷器中，在运行期的任何一年仅有一只发生 故障。
架空避雷线引起的损耗是负荷电流的函数，即相导线的负 荷电流越高，避雷线引起的损耗越大，这已经被证明了。 原理很简单，但是，为了预测任何新线路在其寿命周期内 的损耗，需要进行分析，对该线路的负荷电流做出假设。 因此，发言者对一条345 kV的线路选用了保守的数字，随 后所做的分析引人入胜。 基本上，他在一条长100英里（160公里）的线路上选择了 1000安培的平均电流，该线路配备有两条避雷线。右边的
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确实，我对此的估算是，EGL A的可靠性始终很高，运行 寿命高达几十年。也可以说，我在世界各地观察到的所有 "古代”避雷器中，外串间隙型总在运行中。换言之，如果用 EGLA替代避雷线，评估线路可靠性时，避雷器本身的可靠 性问题实质上不存在问题，不需要考虑避雷器的可靠性。 因此，我想传递一个可能所有阅读到本专栏的年轻以及年 长的线路设计师面临的挑战：在设计下一条线路时，应该 更加注重可持续性，考虑用EGLA替代避雷线，节约大量运 行成本，减少对环境的冲击。
Jonathan Woodworth Jonathan.Woodworth@ArresterWorks.com
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企业电力实践和经验
(第一部分, 共两部分)
Algerian Grid Operator Focuses on Challenges of Harsh Service Environment
阿尔及利亚电网运营商 关注恶劣运行环境带来的挑战 如果必须依据污染度带来的挑战将全球的输电运行环境进行排名的 话，毫无疑问，阿尔及利亚将名列前茅。阿尔及利亚疆域广阔, 面积 大约 230万平方公里，是阿拉伯世界、非洲和地中海盆地最大的国家。 北部海岸线长达1200多公里，南部浩瀚的撒哈拉大沙漠占国土面积的 80%以上。这种 "海洋与沙漠交织" 是典型的北非 "马格里布" 特征, 决 定了输电系统必须在这种主导污染环境下运行。然而, 境内盐碱湖盛 夏干枯，虽然出产人们期盼的有价值盐类,但增加了更多的污染物, 使 阿尔及利亚本来已经恶劣的运行环境变得更糟。 另外一个挑战是温度波动大，波动范围从夏季灼热的沙漠温度高 达50°C, 到冬季冷到冰点以下。例如，主要人口中心地区去年经 历了不寻常的大雪和冰冻。 此外，另一个带来问题的气候特点是每年夏天的季风将地中海 的盐雾带到了内陆。在南方，热风通常以飓风的速度从沙漠刮 来令人窒息的灰尘。除了对付所有这些自然威力以外，从石 油化工产业巨头的烟囱中排放的重工业污秽物如地毯般覆盖 了阿尔及利亚东西部的大部分地区。 本文由INMR撰稿人及输变电绝缘专家Raouf Znaidi先生撰 写, 文章分为两部分，本期是第一部分。文章报道了阿尔 及利亚国家输电电网运营商的管理层和维护人员如何解 决多重挑战, 以及坚持不懈地努力, 在经历着工业迅速发 展的经济环境下，如何满足日益增加的对电网可靠性 的要求。本文还强调了发展中国家评价和采用新的 输电技术时, 指导他们决策的一些标准。
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阿尔及利亚电网运营商关注恶劣运行环境带来的挑战
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Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
Fergani先生。提高输电主要性能指标 的战略已经制定。
以前预算的两倍，也几乎是我们营业 额的两倍。这些投资被用于建造、运 营并且维持高质量和可靠的输电基础 Gestion du Réseau de Transport
目的互联工程，这项工程包括了一条
(GRTE)的Société Algérienne建
国家最长的400 kV线路。
设施。” 被任命为主席之前，Fergani任职于
立于2004年，当时，国营的Société
Nationale de l’Electricité et du Gaz Fergani先生说， “为了应对经济发展 SONELGAZ的所有层面，因此，他具 有第一手经验，解决各种达到目标需 (SONELGAZ)被重组为几个独立的部 和国内日益增长的电力需要，GRTE 要攻克的问题。他解释说， “绝缘子的
门，每个部门专门负责一个不同的领
必须每年投资大约600亿到700亿第
域，例如发电、输电、配电、工程、线
纳尔（相当于超过十亿美元），大约是 污染以及恶劣的天气事件历来都对我
路和变电站施工、科研等。GRTE是这 些分支机构中最大的之一，负责大约 22,000公里架空输电线路以及240多 个变电站的运营和维护。
Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
GRTE公司主席兼总经理Abdelaziz Fergani先生说，近期阿尔及利亚 的电力需求每年增长大约8%，要求 SONELGAZ着手启动一项扩大发电 设施以及输配电电网的雄心勃勃的项 目。近期投资电业部门的另外一个原 因，是欧洲和北非之间的一项倍受瞩
直升飞机带电清洗线路的目的是提高维护效率。
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指标。这个计划将实施连续的补救措
表1：GRTE输电电网（2011年底） 电压 (kV)
系统长 度 (km)
绝缘子类型和数量
爬电比距 USCD (mm/KV). (IEC 60815 TS)
玻璃
复合
玻璃
复合
400
2089
35
尚无
49.5
尚无
220
11,555
18/20
乙丙橡胶和 硅橡胶
47/52
80
150
69
12
无
56
无
90
565
8
无
-
无
5/7
乙丙橡胶和 硅橡胶
38/54
58
60
施，包括增加指定使用复合绝缘子，广 变电站数量
7939
泛使用线路带电作业程序（配备复合 绝缘子的线路除外）以及引入更有效 的直升飞机带电线路清洗。Fergani 说， “所有这些战略措施，包括正在为 操作人员进行的培训项目，都将使我
243
们的电业部门，乃至整个SONELGAZ 集团从中受益。”
阿尔及利亚的输电系统 GRTE的输电电网主要由220 kV和 60 kV线路，以及日益增长的400 kV 电网组成。后者包括一条倍受瞩目的 1200公里线路，与东部邻国突尼斯和 西部邻国摩洛哥互联，即一条称之为 Autoroute électrique Est-Ouest的 区域电气高速公路。最终目的是将电 重度工业污染也影响阿尔及利亚输电线路。 Fergani说，例如，GRTE目前正在实
应对这些挑战已经成为了我们最优先
施一项战略行动计划，目的是改善跟
处理的任务之一。”
踪阿尔及利亚输电电网性能的关键
西班牙。还有一个90 kV 和 150 kV比 较小的架空电网。 表1列出了该电网的概况以及每个电压 等级下指定使用的主要线路绝缘类型。
Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
们的输电线路产生不良影响。有效地
网与欧洲南部国家连接，如意大利和
400 kV线路配备有35个空气动力学型玻璃绝缘子组成的串，而在220 kV线路上, 越来越多地使用乙丙橡胶和硅橡胶绝缘子。
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维护经理Fathallah Soukeur先生 说，阿尔及利亚的输电线路绝缘传
表2: 2008到2011年期间GRTE发生的断电和断电率 2008
2009
2010
2011
总断电次数
1899
2276
2258
2936
断电率/100 km
9.71
10.93
10.43
13.11
统上采用一系列不同设计的玻璃绝 缘子串，从标准伞形到防雾型，再 到专门的防雾型（下部具有较深的 棱），以及最近的空气动力学型。 然而，尽管选取的统一爬电比距 (USCD)高达57mm/kV，恶劣的污 染运行环境还是导致了不可接受的 高闪络次数，特别是在深夜和清晨 (见表2)。
表3：系统电压与断电次数(2010 和 2011年) 电压
2010
断电率 /100km
2011
断电率 /100km
400 kV
37
2.19
61
3.02
220 & 150 kV
867
7.54
1301
11.11
60 & 90 kV
1324
15.67
1574
18.16
合计
2228
10.30
2936
13.11
例如，2011年，记录到了2900多 次断电事故，多数发生在60 kV和 220 kV系统，总断电率大约占整个
表4：GRTE输电系统的关键性能指标(KPI)
输电系统的13%。尽管采取了综合
2009
2010
2011
年末未配电能源(单位（MWh)
6793
16,818.6
4542
TIM 平均中断时间 (分钟)
88.85
209.5
50.93
断电次数/ 100 km
10.93
10.43
13.11
尽管每100 km的总断电率居高不
供电率(%)
97.29
98.61
97.91
下，但是改善关键输电性能指标的
系统平均中断频率指数（SAIFI）
5.11
3.50
3.38
努力已经开始见效。例如，所有类
系统平均中断持续时间指数(SAIDI)(分钟)
209.4
123
118.2
的防污染措施，包括超绝缘、带电 线路清洗和增加使用复合绝缘子。
型断电事故的平均中断时间(TIM) 已经大大减少，由2009和2010年分 别为89和 209分钟降到2011年不 到51分钟。 GRTE维护部主管Lahcen Louaked 说，在努力克服历来的污染事件中 尝试了各种特殊的对策。其中包括 针对每种具体的环境条件采用相应 的线路绝缘设计。一些情况下，把 Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
一到两个标准型或防雾型玻璃绝 缘子加到已有的绝缘子串中，而在 另一些情况下，整串绝缘子被空气 动力学型玻璃绝缘子盘取代（由于 其宽帽檐外形，当地常常把它们称 作“墨西哥风格”）。 400 kV线路铁塔上的特点是安装有35个空气动力学型玻璃盘。
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飓风刮倒的400 kV铁塔。
异常气候和运行条件
铁塔基础通过埋入沙土内的金属网
Soukeur和Louaked先生说，污染肯
延长，这是标准水泥碎石基础的替
定不是造成阿尔及利亚输电线路不利
代方法，这种方法可以节约25%的造
影响的唯一问题。例如，阿尔及尔周
价，SONELGAZ在一些工程中使用。
围以及该国南方和东方的电网，一直
Soukeur和Louaked先生。 污染和 强风两者对阿尔及利亚电网产生负面 影响。
遭受的问题包括：极端的冰冻、沙尘
然而，在这次事故中，强烈的偏南风
暴和甚至高达180-200 km/h的龙卷
造成的喷沙效应实质上剥离了支撑
风。此类灾难性事件已经造成了重大
铁塔。由于铁塔的稳定性和机械强度
的断电事故，例如一条400 kV线路上
被大大削弱，在首次强风的冲击下就
倒塌了18基铁塔和一条60 kV的线路
被倾翻了。在这种特殊情况下，承包商
上倒塌了25基杆塔，导致2010年六月
拆除了之前的金属网基础，换上了新
持续两周断电，影响到大约50,000户 居民用电。 Soukeur先生说，"为了防止易于遭受 飓风地区的铁塔倒塌，我们与欧洲电 力部门的专家合作并决定，将400 kV
的传统水泥碎石基础，并涂上抗腐蚀 油漆。
复合绝缘子的应用在日益增加 Louaked先生在SONELGAZZ已经
悬垂铁塔之间的跨度由原来的400 m
工作20 多年并很快就要退休。他说,
减少到仅有200-300 m，并交替使用
GRTE仅在大约十年前开始使用复合绝
更多耐张和悬垂铁塔。在有些情况下， 缘子。最初的应用多数是试验性质，用 我们甚至改变了某些铁塔的结构。"
在问题最多的一些60 kV和220 kV线 路上，特别是穿过山区或不平坦森林
Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
Louaked先生说，一些网格型铁塔
地带的线路。
倒塌是由塔基产生腐蚀造成的。例 如，东南部一个沙漠区的两个钢塔 发生了倒塌，即使仍然在承建商的保 修期内。独立的诊断试验表明，倒塌 是由于预料之外的强风与腐蚀的综 强风和腐蚀损坏杆塔基础的例子
合作用造成。Louaked先生解释说， 受影响线路(Tougourt-El-Oued)的
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他说，例如，2002年初次应用复合 绝缘子之前，Alest-Kouba和AlestOfaye的220 kV线路，由于每年多达 190次的断电而实质上成为无法运行 的线路，特别是在夜晚。Louaked解
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" 记录表明，自从乙丙
释说， “然而，自从安装了4400个乙
合绝缘子预期的寿命。Soukeur说，
丙橡胶悬式绝缘子以后，我们的记录
"从我们的观点看，仍然需要谨慎使用
表明，这些线路的改善达到了惊人的
复合绝缘子。我们应该记住，如果在同
98%。事实上，唯一记录到的断电是
一个很短的时间段内，所有的复合绝
用到有问题的线路
由以前线路中存在的玻璃盘形绝缘子
缘子都开始发生故障将会怎样。我们
耐张串所引起的，由于我们不愿意在
或任何其它电力公司将如何将它们立
以来, 线路性能的改善
耐张铁塔上安装复合绝缘子，所以没
即全部更换？”
有更换它们。” Louaked先生说，除了污秽环境下有
橡胶悬式绝缘子首次应
达到了惊人的98%, 唯一记录到的断电是
Soukeur先生总结说， “当今，复合绝
良好的性能以外，同传统使用的玻璃
由以前线路中存在的
缘子卓越的抗污性能十分明显，我们
绝缘子串相比，乙丙橡胶和硅橡胶绝
玻璃盘形绝缘子耐张串
已经积累了足够的运行经验使我们对
缘子还能够提供具有吸引力的经济利
这种技术有信心。”他说，唯一未知的
益，包括采购、安装、特别是维护
所引起的。"
是，在阿尔及利亚这种环境类型中复
(见表5）。因此，尽管因其环境寿命预
期具有不确定性仍然需要谨慎，目 前正在考察增加使用复合绝缘子， 主要用于悬式类型。 除了不确定的运行寿命之外，由玻 璃绝缘子向复合绝缘子转化缓慢的 另外一个原因，是玻璃绝缘子比较 Réal
Targeted
图一：安装复合绝缘子之后对每100 km年断电率的影响: 实际(红线)与目标(蓝线）。
易于检查。Louaked先生说， “玻璃 绝缘子容易检查，探测失效的玻璃 盘形绝缘子既不需要特殊培训，也 不需要昂贵的检查设备。遗憾的是， 复合绝缘子还达不到”。他接着强 调，与瓷或复合绝缘子相比，容易检 查被广泛地认为是玻璃绝缘子的主 要优势，而在瓷或复合绝缘子的情 况下，仍然难以探测到任何类型的 内部缺陷。这就意味着，在GRTE， 不推荐在配备有这种绝缘子的线路 上执行带电作业，也没有任何带电 检查和维护的标准化措施。
图二：安装复合绝缘子以后，从2000 到 2010年期间，两条有问题线路报导的 断电次数，由每年的190次减少到每年不足5次。
Louaked先生说，GRTE选择复合绝 缘子的策略主要是基于它们与要被
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替换的玻璃绝缘子串之间的轴向距离 和可互换性，而非仅仅考虑爬电距离， 多数情况下，复合绝缘子实际上比玻 璃绝缘子串的爬电距离长。 Soukeur说，2010年，阿尔及利亚输 电线路上的复合绝缘子总数刚刚超过 11,500支。主要运行在220 kV和60 kV 系统，占全部电网的5.3%。他说, "权 衡了它们的优缺点，以及我们目前系 统的需要，我们现在的目标是到20122013年底前，将这一比例增加到大约
Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
10%。” GRTE公司主席Fergani先生说，根据 未来两年的投资计划，已经订购了2百 万个空气动力学型玻璃盘形绝缘子和 6000只硅橡胶悬式绝缘子。将安装在 新的60 kV，220 kV、甚至一些400 kV 线路上，其采购成本分别相当于大约 易于检查一直是阿尔及利亚优先使用玻璃绝缘子的主要原因。
表5：复合绝缘子和玻璃绝缘子的采购和安装成本比较
系统电 压
铁塔数
玻璃
乙丙橡胶和硅橡胶
估计的采购和安 装成本 (US$ 000)
估计的采购和 安装成本 (US$ 000)
潜在节约
潜在节约 (%)
(US$ 000)
4千万欧元和65万欧元。
带电线路的清洗 定期人工清洗绝缘子是GRTE过去实 施的抗击污染影响以及减少闪络数量 的补救措施。然而，这种方法被证明 既缓慢又昂贵。因此，同加拿大电力
220 kV
646
1108
685
423
38
60 kV
130
57
49
8
13
合计
776
1165 100%
734 63%
431
37
部门合作，制定出一个项目，培训操作 人员和维护人员采用更有效的技术， 包括逐步应用带电线路作业及清洗， 首先从由机器人控制的卡车开始，继
表6：两条线路上的复合绝缘子和玻璃绝缘子安装和 维护成本比较 线路/ 铁塔数 Marsat/Reliz 43基铁塔 Marsat/Ously 69基铁塔
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安装成本 (US$ 000)000) 玻璃
复合
44
28
16 (36%)
45
26 (63%)
71
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节约 US$ 000
维护成本 (US$ 000) 玻璃
复合
13
0.6
12.4 (95%)
1
19 (95%)
20
节约 US$ 000
而到近期的直升飞机。 Soukeur说，GRTE2010年首次采用 直升飞机清洗，选择在六月到十月的 传统清洗时间，主要清洗穿越山区和 森林的受污染线路。在相对短的时间 内清洗了将近4700支玻璃绝缘子串，
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阿尔及利亚输电线路上所有绝缘子总数的10%将很快是复合绝缘子。
表7：GRTE 220 kV线路上复合绝缘子与玻璃绝缘子 的轴向距离和爬电距离的标准 玻璃 系统电 压
硅橡胶
片数
类型或参 照物
爬电比距 mm/kV
爬电比距 mm/kV
轴向距离 (m)
18
U160P
70
80
3.060
18
U160A
46
57
2.628
18
U120A
46
60
2.340
21
U120A
53
68
2.73
20
U120A
51
59
2.600
18
U120P
56
58
2.628
220 kV
这次清洗被认为是成功的。而且，在 道路不便进出的地区，使用直升飞机 免除了将重型卡车和后勤设备运进运 出的高昂成本。
"从我们的观点看, 仍然 需要谨慎使用复合绝 缘子。我们应该记住, 如果在同一个很短的 时间段内, 所有的复合
表8：GRTE发展复合绝缘子的计划(2002-2012) 年份
2002
2006
2008
2010
计划 2012/2013
总电网长度
14,635
17,403
21,683
22,232
2,000,000玻璃盘形
新绝缘子数/每年
4400
1704
1312
3801
6000支硅橡胶
安装复合绝缘子线路的 长度(km)
306
475
913
1184
增长比例
2%
3%
4.2%
5.3%
10%(目标)
绝缘子都开始发生故 障将会怎样。"
Louaked说， “仅因为提高了工作效 率，直升飞机带电清洗线路的成本比 卡车清洗低七倍。” 他说，例如，直 升飞机每天清洗绝缘子的平均数大
表9：GRTE用直升飞机带电清洗的增加情况 带电线路清洗
2009
2010
2011
发展变化 2011/2010
卡车清洗 (清洗的玻璃绝缘子串数)
4,503
4,684
3,730
-21%
-
4,170
12,872
+ 209%
直升飞机清洗 (清洗的玻璃绝缘子串数)
约是200串，如果用水罐车,每个清洗 小组清洗的数量很少超过15串。这意 味着，在相同的时间内，卡车清洗200 串将需要13个工作小组，每个小组有 5名受过培训的线路维护人员以及相 同数量的卡车和水泵。
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Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
"仅因为提高了工作效率, 直升飞机带电清洗线路的成本 比卡车清洗低七倍。"
2010和2011年期间，GRTE使用直升飞机进行清洗的 次数增加了两倍多。 Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE
直升飞机去年清洗了12,800多玻璃绝缘子串，据此, Soukeur先生预测，这种维护技术的应用将会继续增加。
绝缘子采购战略 Fergani说，采购诸如绝缘子这样的战略组件时，GRTE遵 循的采购政策是避免过分依赖任何单一的供应商或产品。 有了这个目标，基于首选供应商的供货比例为总年度订单 的或者40-60%或者50%，或者20-30%，绝缘子采购一般 选择至少2到3家首选供应商，被划分为二类或三类的合格 供货商通常是报价最低的供货商。 展望未来与组件供应商的关系，诸如绝缘子供商，Fergani 先生说， “按照阿尔及利亚正式的采购程序和规则，从发 布国际招标到最终收到采购物品，一般至少需要六个月。 在这种情况下，我们自问，如果面临着需要更快收到货物， 例如，如果需要在很短的时间内紧急更换很多故障绝缘 子，我们能做些什么？”他解释说， “这就是为什么在我们 定期的招标中，我们通常要求所有参与投标的公司，签定同 招标项目有关的合作或联合发展的协议。在此背景下，我 们非常有兴趣在SONELGAZ集团和我们的供应商之间，发 展一种新的、更有效的关系。这种关系是建立在合作伙伴 的精神上，因此会考虑任何相关的当地投资，常常是政府 GRTE的带电清洗。
鼓励支持的投资。”
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阿尔及利亚电网运营商关注恶劣运行环境带来的挑战
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企业电力实践和经验
随着工业污染源在很多国家得到了 越来越多的监督和控制, 鸟类引发的 闪络断电(常常归类为"不明原因断 电")正在越来越成为问题。随着运 行环境的改善, 更多野生动物, 特别 是鸟类回归在负面影响架空电网中 起了更大的作用。
本文由瑞典Stri公司的 Igor Gutman， 俄罗斯 NIIPT 公司的 Evgeny Solomonik 和南非 Eskom 公司的Wallace Vosloo 撰写, 研究了在相互威胁的关系中 (多数情况下), 鸟类和电力线如何共存 这一课题。
鸟类：威胁线路还是被线路所威胁？
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前言：
个官方来源的报道，仅在俄罗斯位于
诸如德国和俄罗斯等国家近来的运行 欧洲的地区，每年7百万只鸟类死亡。 经验表明，高达70－80％的架空线路 另一个经过深入调查的消息来源称， 断电可以直接由鸟类引发。此类断电的 鸟类触电死亡的密度每10公里线路大 特点是，几乎每次都能靠自动重合闸成 约15只。垂直安装的针式绝缘子中， 功地恢复供电（即成功率94－97％）， 导线落在绝缘子上，而不像悬垂串那 尽管如此，电力部门仍然很担心。
样在绝缘子的下方，配置这种绝缘子 的线路尤其危险 。
过去，电力部门主要担心每动作大约 15次后就需要维护的老式油断路器。 更大的悲剧是，时至今日配电线路对 现在，许多电力部门制定了每百公里 鸟类构成威胁已经形成文件多年了。
诸如德国和俄罗斯 等国家的运行经验 表明, 全部架空 线路断电中, 高达 70－80％可能 直接由鸟类引发。
线路每年允许断电的内部规则，担忧 此外，也有充足的知识，通过使用不同 更多源于对电力质量和供电率的更高 形状和不同设计的防护装置（如绝缘 罩）将靠近铁塔处的导线绝缘，可以
要求。
配电线路鸟类触电 死亡的实例。
解决或极大减少这一问题。 讨论鸟类和电力线路的问题，首先将 配电电压和输电电压区别对待是很重 这种装置通常是复合材料制成，对装 要的，两者是截然不同的问题，可能的 置的主要要求是使用寿命和被保护组 件的寿命相当，如导线，绝缘子，避雷
解决方法也大不相同。
器。还必须抵抗风化和紫外线造成的 配电情况下，中心问题是鸟类触电死 退化。
Photo courtesy of the author
亡。的确，全世界的鸟类学家以及爱鸟 人士将线路视为“屠杀鸟类的凶手”， 这类装置的使用经验总体是肯定的， 这或许是无可非议的。据估计，每年电 唯一的问题是在已知的鸟类密聚区提
（有兴 趣了解更多关于此类装置的读者可以 死的鸟类数量确实是惊人的，根据一 供足够保护需要花费的成本。 参考 INMR 2010 年第一期题为“避雷 器野生动物防护装置”的文章，本篇 文章更深层地论及了此类装置在避雷 器中的应用）。 与配电线路分布广泛的鸟类触电死亡 不同，输电网面临的挑战完全不同。输 电网中，流体状排泄物造成悬垂串闪络 较为普遍，受影响的线路高至500 kV。 这种情况下，鸟类基本没受到伤害便飞 走了（尽管毫无疑问受到了颇为壮观的 Photo courtesy of the author
闪络的惊吓），但需要依靠电网的设备 迅速恢复线路。
从工程角度对问题的概论 起飞之前，鸟类通常清空肠道，一次性 宁静的环境蕴藏着灾难
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如何使线路和铁塔对鸟类 更安全。
Photo courtesy of the author
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干 粪 便 是 不 导 电 的 。但 发 现 半 干 和自来水的样本后选出了上述数字。 粪 便 的 电 阻 率 在 8 0 0 -2 0 0 0 Ω ∙ c m 结果用于调查鸟类流体状粪便闪络的 之 间 不 等 。自 然 状 态 下，这一 数 字 物理现象。 依 据 鸟 的 类 型 略 有 不 同 ，例 如：鹳
Photo courtesy of the author
(220-610Ω∙cm); 鹰(190-770Ω∙cm),和 显而易见，基于上述研究，从工程的观 用作参照的鸡(260-850Ω∙cm)。当然应 点看，至少已经确认并且证实了输电 该考虑鸟的平均体温是41.5°C,较低环 线路鸟类流体状粪便闪络的问题。下 境温度下实际的电阻率会更低。
一个问题是如何最佳地保护线路，避 免鸟类栖息在绝缘子串附近，继而定
试验证实，已知上述参数，交流高至 期导致绝缘子发生闪络。这需要问一 费力地排出高达60 cm 3 排泄物，混杂 着导电的尿液。这将开通导电通道， 桥接铁塔与导线之间的空气间隙，导 致 或平 行 于或稍偏离绝 缘 子串的闪 络。这种鸟类栖息在铁塔横担上之后 的典型行为，是鸟类流体状排泄物导 致闪络，从而造成架空输电线路断电 问题的原因。
500 kV 和直流高至 ±400 kV 的绝缘 个问题：鸟类为什么竟会在那里？ 子串确实有可能发生闪络。例如，俄罗 斯的研究表明，电阻率大约600Ω∙cm
鸟类流体状粪便闪络：透视鸟类
时发生闪络（使用动物园收集的真实 根据鸟类学家的观察，铁塔给猛兽鸟 鸟粪），电介强度70 kV/m, 小于测试 类提供了理想的狩猎、栖息和筑巢的 的 110 kV 绝缘子的最大操作电压。 同样，美国的研究发现，电阻率大约 120Ω∙cm时（混杂着生蛋和盐的粪便
研究证实, 连续
样本), 500 kV 悬式盘形绝缘子串在 320 kV 发生闪络, 也即标称操作电压
在高压试验室（研究人员甚至将鸟困 的大约1.1倍。值得一提的是, 在这些
流下的流体状
在铁塔模型上）和动物园（使用高速 试验中， 距离流体状粪便高达 70 cm 摄像机）仔细研究了这些流体状排泄 的绝缘子串仍然受到了影响。 物。研究证实，连续流下的流体状排
排泄物可以长达
泄物可以长达2米，移动速度每秒钟 南非Stellenbosch大学甚至研发了特 2-5米，排泄物与横担的角度甚至达到 殊的鸟类排泄闪络模拟仪，并进行了 60-70°，但仍然导致了闪络。
电阻率大约在70 Ω∙cm的试验。分析 了猛雕和黑鹰以及混合了纤维素、盐
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2米,移动速度 每秒钟2-5米。
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鸟类流体状排泄物导致闪络，影响了 中间相的实例。
流体状排泄物通常发生在鸟类着陆之后或起飞之前
不同种类鸟粪的电阻率差别可能很大。
平台，典型 110 kV 铁塔横担的位置 同样的例子发生在南非，只有半条线 在飞离前减轻负担。鸟类飞离后却留 处在秃鹰沿着预定线路捕食的最佳高 路遭遇不明原因断电，而另一半线路 下了另一次潜在的断电需要应对。 度。因此，输电铁塔吸引诸如猫头鹰， 却没有。此例中，断电的原因是该条线 秃鹫，老鹰等猛兽鸟类的原因很明显， 路被一对老鹰所控制，老鹰在问题线 总之，输电铁塔给鸟类提供了天然的 而它们通常是导致流体状粪便造成断 路接近末端处安居乐业，而另一半线 休 息 和 狩 猎 地 点 。剩下 要 解 决 的问 路却没有其它猛兽光顾。 题是：如何确定闪络的确是鸟类造成 电的元凶。 的，如果是的话，我们该怎么做？ 此外，一旦选定了筑巢点，鸟类便年复 上述实例显示，研究占据输电线路任 一年地在此停留。例如，芬兰两条设计 何线路段的鸟类习性证明是富有价值 以下建议可供电力部门维护人员参考 相同的线路共享线路走廊，但施工时 的。大多数情况下，鸟类接近黄昏的时 间不同，这两条线路的经历大不相同。 候回巢休息睡觉，在横担上或鸟巢中 如上所述，不明原因的高峰断电次数 先架设的线路遭遇不明原因断电，而 就位。有时，鸟类第一次排泄时间是着 (或许因为鸟类导致的闪络）发生在清 后架设的线路却没有。原因就是前一 陆后马上排泄，所以，晚上10到11点是 晨。通常发生在洁净或轻度污秽区，周 围环境高湿度，绝缘子被晨露打湿。 条线路被大多数当地的大型鸟类所占 首次断电高峰。之后，第二次清空肠 因此，并非总能很容易查明闪络的确 据，而这些鸟类从不会考虑搬迁到后 道是在清晨（早上4到6点），最有可能 切原因。例如，很可能是典型污闪，或 一条线路上。 与电场有问题相关。 查明断电是否与鸟类有关的建议：
阿尔及利亚铁 塔上的鹳巢
1.
用直升飞机检查问题线路，检查 绝缘子表面或横担上是否有鸟类
南非使用的试验设置。
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污秽物。也可以观察到某些特定 铁塔上的鸟巢； 2. 与当地的鸟类学家联系，是否有 显示本地区不同鸟类密度的地
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图。本地生物专业的学生在观
强制执行候鸟协定法案以及秃鹰和金 俄罗斯去年11月召开了一次科学研讨
察受影响线路附近的鸟类活动
鹰保护法。所有的候鸟都在候鸟协定 会, 议题为"鸟类触电死亡以及配电电
方面会有很大帮助；
法案的保护之下。在一起里程碑式的案 压架空线路的问题：当代科学实践经 验" 。此次会议由俄罗斯鸟类保护协会 例中，一家电力公司因17只老鹰在其科 组织，汇集了鸟类学家, 工程师以及该 罗拉多Rangely附近的线路触电死亡 国环境监督办公室的人员。 被判处3年缓刑。该电力公司最终认罪
3. 察看附近有没有农田, 农场或 甘蔗田； 4. 查看断电的季节性规律，将这 一规律与候鸟的自然飞离/飞 来，以及孵化时间相联系。例 如，俄罗斯国土的欧洲地区，通 常八月期间断电猛增，多数与这 一时期训练小鸟飞行和觅食有
违反了6条候鸟协定法案以及秃鹰和金 遗憾的是，虽然向研究委员会B2提交 了建议，成立一个这一课题的新工作小 鹰保护法。经调解同意支付给美国渔 组，但CIGRE和IEC都没有在这一领域 业和野生动物署10万美元罚金。" 展开任何活动。
关； 5. 每天检查断电规律，并与典型的
Orange River – Ranch Line
6. 检查自动重合闸的成功率（如果 是鸟类，通常大约95%）； 7.
监视线路经过的地区是否有鸟 类尸体或烧焦的羽毛；
8. 检查是否有闪络的绝缘子串。 鸟类引发的断电中，导线上（距 离绝缘子1到1.5米处），绝缘子
Frequency of Occurrence
早晨断电高峰相联系； 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11
上方的横担上，或上面1到2个 盘形绝缘子上通常有电弧弧根
鸟类引发断电典型时段的例子。
的痕迹。
以“爱护鸟类”的方式解决问题 一些已经制定的指南/标 准中提 供 了这种情况下的建议，包括近期出 版 的 I E E E 减低与鸟类 有关的 断电 指南，Eskom公司制定的输电线路 鸟类栖息指南，俄罗斯关于设计和 重建电气安装（线路和变电 站）的
绝缘子串的外
规定。
观提供污闪原 因的线索。
尽管如此，工程机构仍继续承受着
示“在持续不断的大量鸟类触电死 亡以及与电线发生撞击的干扰下, 美 国渔业和野生动物署已经开始建立
横担上电弧弧根的痕迹证实了这是鸟类 流体状粪便导致的闪络。
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环境机构的压力。例如，IEEE指南提
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市场上已经有了防护罩, 但针对
1. 防止发生鸟类栖息导致的断电 已知的防止鸟类栖息在铁塔横担上
每一种鸟类, 尺寸必须合适, 特别是
的主要装置是栖息防护罩（也称为鸟
长腿鸟类, 这一点极其重要。
美国、俄罗斯、瑞典、中国、德国以及
类阻碍装置）。这种防护管理已经在 其它国家得以成功实施，防止鸟类流 体状粪便造成的问题。南非一条线路 上的经验显示了防护罩杜绝鸟类闪络 的效力。 市场上已经有了防护罩，但针对每一 种鸟类，尺寸必须合适，特别是长腿 鸟类,这一点极其重要。遗憾的是，还 没有切实可行的建议量身定制这样的 防护罩。 为了降低成本以及最大化这一对策的 效果，最好确保工程师与鸟类学家相 互协作，确定每种不同类型铁塔的最 佳安装位置。因为鸟类将迅速占据任
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何尚未装防护罩的剩余位置，注意要 覆盖鸟类有可能栖息的全部区域。 很多电力公司仍然使用金属罩，由金 属丝或金属棒制成，鸟类着陆时可能 典型的栖息防护罩以及在南
被伤，这一结果有利于使用塑料防护
非使用的结果(断电数量大幅
罩的论证。同样，用于配电线路的防
降低)。
护罩必须是防风化和防紫外线型，需 要定期维护，监视是否有退化现象。 已知有一些绝缘子污秽不是流体状粪 便，而是其它类型的排泄物造成的， 这些排泄物导电率较低，通常风险较 小。解决办法是加大顶部绝缘子伞裙 的直径，或在上面安装塑料护罩。 2. 防止鸟类筑巢导致断电 鸟类（如电力工程师一样）往往非常 保守，固执地努力在前一年选定的同 一基铁塔上筑巢。曾经发生过这样的 轶事，一家电力公司拆除了进入变电 站第一基铁塔上的白鹳巢，但白鹳每 次都回到同一基铁塔上。奋战了
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全球许多电力公司都通报在鸟类回归 鸟类’的方法，也即给鸟类提供一个在 之前拆除了多少鸟巢。鹳巢的直径和 不远处筑巢的选择余地，通常是在原 重量分别可以高达2米和50公斤，拆除 址附近竖立一种杆子，杆子上安装一 决不是一件容易的事。拆除这样的鸟 个平台。这种替代平台应该与线路并 巢可能需要1-2名线路工作人员花费几 行，为了吸引鸟类应该高过原来的巢 个小时的时间。
穴。一旦搬迁了鸟巢，原来的铁塔应该 装配鸟类防护罩，阻碍未来再在此处
事实上，经验显示，如果有鸟巢的话， 筑巢。同样，替代平台的搭建需要线路 拆除是不正确的解决方法。从初次筑 工程师和鸟类专家的密切合作。 巢到随后的重建期间，鸟类使用的是 Photo courtesy of the author
树枝和金属丝，这些材料或者会掉落 总结 引起断电，或者会从鸟巢向下延伸，降 总之，电力公司应当尽其所能，在配电 低空气间隙，造成更多麻烦。
电压下防止鸟类接近架空线路，在输 电电压下保护线路免遭鸟害。
顶盖更宽可以防止鸟类排泄物落在绝 缘子的其它部分 。
所以，如果鸟类已经筑巢，鸟类撤离 前最好不要动，而是安装铁塔防护栅 目前虽然有很多经验和建议，但具体 拦，阻挡诸如蛇、猫等被吸引到鸟巢 到不同鸟类时却效果欠佳，这可能是 中。如果有读者怀疑蛇如何能够爬到 成败的关健。
3年后，白鹳叼来树枝和铁丝"轰
输电铁塔的顶部，则会惊奇地发现这
炸" 了变电站，鸟巢依旧在铁塔
样的事情不但可能，而且常常成功抵 遗憾的是，尽管鸟类引发闪络正在逐
上，成为了这家电力公司缴械投降 的标记。(也许这并不全是真的，但 电力公司得能够解释为什么输掉了
因，CIGRE和IEC都没有对这一问题给 此外，一旦鸟类完成了养育后代并离 予足够的重视。电力工程师和鸟类学 开了巢穴，应该小心地将鸟巢迁往别 家之间必须密切协作，而不是互相敌 处。长远来看，这是最成功和最‘爱护 对才是解决问题的最佳方法。
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与白鹳的战争）。
渐成为越来越更加重要的输电断电原
达顶部。
左图铁塔上鹳巢是可以容忍的. 但如果有电缆连接的话则不能容忍 , 此处鸟巢搬迁到了附近非电力铁塔上。
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Researching Optimal Insulator Design for High Altitude Lines
研究高海拔线路 最佳的绝缘子设计
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研究高海拔线路最佳的绝缘子设计
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中国海拔1000米以上的地区约占
空气间隙的放电电压、导线电晕
国土面积的60%，高压输电不可
起始电压、还是污闪电压都会随着
避免要经过高海拔地区。高海拔
海拔升高而降低，海拔越高，输
地区气压低、空气稀薄，无论是
变电设备的外绝缘问题越突出。
中
国海拔1000米以上的地区约 是研究气压对污闪电压的影响。海拔 响问题，并提出气压对污闪电压的修 占国土面积的60%，高压输 高度和气压存在对应关系，实测结果 正可用式1表示。并通过试验获得反
电不可避免要经过高海拔地区。高海 如表1所示。
映气压修正的指数n值，多数学者认
拔地区气压低、空气稀薄，无论是空
为，在交流电压下对普通型绝缘子
气间隙的放电电压、导线电晕起始电
n值取0. 5，对防污型绝缘子n值取
压、还是污闪电压都会随着海拔升高
0.6，在直流电压下n值可取0.35.
而降低，海拔越高，输变电设备的外 绝缘问题越突出。 随海拔升高，气压、温度、湿度都有 变化，众所周知，气压、温度、湿度等 因素都对放电电压有影响，随海拔升 高，气压的变化最明显，也最有规律。 研究绝缘子的污闪特性，都是在绝缘 子饱和受潮状态获取污闪电压，因此 大气湿度的影响可以不予考虑。温度
中国特高压输变电 工程的建设，对高 海拔地区外绝缘选 取的科学研究起到 极大的推动，研究 条件也得到突飞猛 进的发展。
随海拔变化的规律不明显，绝缘子的 污闪试验是在雾室中进行，雾室温度
U(p) = U(p0)(p/p0)n
(1)
早在上世纪80年代初，中国清华大学 和重庆大学就开始了高海拔、低气压 条件下的绝缘子污闪特性的研究。二 校利用各自的小型气压罐进行了大量 污闪试验，研究了气压（海拔高度）对 多种绝缘子污闪特性的影响。 中国特高压输变电工程的建设，对高 海拔地区外绝缘选取的科学研究起
和大气环境温度不同，温度对绝缘子
到极大的推动，研究条件也得到突
污闪电压的影响很复杂，尚存很大争
飞猛进的发展。目前中国已建成并投
议，目前对绝缘子的污闪电压都不做 温度修正。综上所述，研究海拔高度 日本、俄罗斯、加拿大等国学者都曾 对绝缘子污闪电压的影响，实际上就 研究过气压对绝缘子污闪电压的影
入实际应用的大型气压罐在北京和 武汉各有一个，北京的罐体是金属构 件，尺寸为：直径20米，高25米。能 模拟海拔高度5500米，还能进行绝
表1：气压和空气相对密度随海拔升高的变化
缘子的覆冰、融冰试验，能进行特高
海拔高度/米
海平面
1000 米
2000 米
3000 米
平均气压（MPa）
0.1013
0.0897
0.0794
0.0704
压全尺寸交流、直流绝缘子的污闪
平均气压（mmHg*）
760
673
596
528
试验。罐体和电源照片如图所示。
平均空气相对密度
1.0
0.901
0.812
0.732
1 mmHg = 133.3224 Pa
*
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武汉的气压罐尺寸和北京的完全一 气压罐和高海拔试验基地二者的功 括电瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝 样，也是直径20米，高25米。罐体材 能可以互补，可用气压罐人工模拟高 缘子，绝缘子的伞裙形状有多种，绝 料是钢筋混凝土。该罐体建成后也进 海拔、低气压的条件，可以细致研究 缘子的污秽程度从高到低，既做了交 行了大量的绝缘子污闪和覆冰闪络 气压（海拔高度）对绝缘子污闪特性 流污闪试验，也作了直流污闪试验,获 试验。 的影响。昆明、拉萨两个高海拔基地 得了大量的试验数据。各单位获得的 南方电网公司在海拔2100米的昆明, 建成尺寸为 26 x 26 x 30m3 的污秽
的试验结果可以对气压罐里的试验 数据虽有差别，但是获得的基本规律 结果进行校核，同时在高海拔基地获 是一致的。
试验室，直流电源±1000kV，交流电 得的该海拔高度下绝缘子的污闪试 源800kV。清华大学与南方电网技术 验结果可以直接用于工程设计。 中心合作在该试验基地近期正进行 ±800kV全尺寸不同材质、不同伞形 清华大学、重庆大学、国家电力科学
试验发现，表征气压对绝缘子污闪电 压影响的指数n值不仅和施加电压的 种类有关，也和绝缘子种类、形状、
Photo: INMR ©
结构悬式和电站支持绝缘子污闪特 研究院、南方电网公司、西安高压电 污秽程度有关。例如清华大学对4种 交流悬式绝缘子n值的试验结果以及 性研究。 器研究所等单位对于绝缘子污闪电
污秽试验室和昆明附近的线路运行在海拔2100米处
国家电网公司在海拔4000多米的西 压随海拔升高（气压降低）降低规律 绝缘子的形状如图一所示。4种绝缘 藏羊八井也建成一个高海拔试验基 的问题，进行了大量的试验研究，研 子的型号分别为(a) XS-4.5,(b) XP-16, 地，该试验基地含有污秽实验室，雾 究方法包括利用气压罐以及在实际高 (c) XP3-16, (d) XWP2-16。试验结果 室尺寸为 9 x 9 x 11 m3, 污秽试验直 流电源±200kV，交流电源200kV。 海拔地区进行污闪试验，试验对象包 表明，(a)型绝缘子的形状简单，下表 面无棱，n值较小；对同一绝缘子由于 污秽程度不同，n值有较大变化；防 污型绝缘子（d）的n值不一定就比普 n value
通型绝缘子（b）、(c)的n值大。 根据清华大学、重庆大学、中国电科 院、南方电网公司、西高所等单位所 做气压对污闪电压影响试验获得的
图一：四种不同的悬式绝缘子高海拔性能试验结果
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n值，分别按交流污闪试验和直流污
研究高海拔线路最佳的绝缘子设计
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闪(负极性)试验对获得数据进行统计 根据表1数据，由公式(3)计算得到的K 分析。其中交流悬式绝缘子的样本数 和n的关系如图三所示。 量为80，获得的n值频数直方图如图 二所示，试验所得n值较为符合正态 例如当n值为0.5时，意味在1000米 分布，n值平均值为0.49，用同样方法 海拔高度绝缘子的污闪电压比平原 获得交流支柱绝缘子的n值平均值为 地区会降低5.7%，在2000米海拔高 0.48，和悬式绝缘子接近，直流悬式 度，绝缘子污闪电压比平原地区会降 绝缘子n值的平均值为0.27，远低于 低11.4%。通过该图可使n值也具有直 观的物理意义。
交流。
图三：K和n的关系
气 压 对 污 闪电 压 的 影 响 通 常用 公 清华大学的研究认为，两方面的原因 式(1)表示，这是对试验数据进行统 造成绝缘子的污闪电压随气压而变 计处理的经验公式，n值的物理意义 化，一是电弧的伏安特性随气压而
电弧桥接和空气电弧击穿两种形式，
不清晰。清华大学提出表征海拔对 变化，二是绝缘子伞裙间电弧桥络的
稳定桥接电弧产生后，稳定不容易熄
污闪电压影响的经验公式可用式2表 影响。
灭，并在电磁力、热浮力等外力的作
示
[27]
。
用移动，随着弧根的移动，被短接的 泄漏距离在增加。
U(p)=(1-Kh)U(p0)
(2)
K的物理意义表示，海拔每升高1000 米，污闪电压下降的百分比。h表示千 米的倍数。比较式(1)和式(4)，可得到 K和n的关系是： n
K= {1-(p/p0) }/h
(3)
在平原地区运行效 果较好的绝缘子在 高海拔地区的运行 效果不一定好，因
另一种电弧桥接形式是空气间隙击 穿而发生的电弧跨接，该放电通道不 是局部电弧发展的结果，而是伞裙外 沿空气间隙击穿导致的。这种电弧跨 接导致大量泄漏距离被短接，因而导 致污闪电压的降低。研究发现，伞伸
此需要认真研究适
出越长，伞间距越小，发生跨接的概
合运行于高海拔地
率越大，因而污闪电压下降越剧烈。
区的优化绝缘子伞
在高海拔地区绝缘子的伞裙间较易
形结构。
发生桥接，因此对绝缘子的伞裙形状 提出更高的要求，在平原地区运行效 果较好的绝缘子在高海拔地区的运 行效果不一定好，因此需要认真研究
清华大学近期在西藏高海拔试验基 图二：从80个悬式绝缘子试验中获得 的n值分布图
地研究伞形对绝缘子污闪特性的影
适合运行于高海拔地区的优化绝缘 子伞形结构。
响时发现，伞间电弧的桥接存在稳定
研究高海拔线路最佳的绝缘子设计
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企业电力实践和经验
Tropical Paradise, Yes But Not for Overhead Distribution
这里是名副其实的热带天堂, 但却不是架空配电网的乐园
泰国的雷电密度。靠近海岸和海岸线上，雷电活动较低。 北部和南部的密度与美国佛罗里达相类似，落雷密度每年 每平方公里10到14。
(Data from NASA OTD Version 2.2 records).
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这里风景如画, 泰 国南部茂密的棕 榈林绘出了一幅 大自然宁静而美 丽的景象。然而, 美景中却隐藏着 一些严重影响架 空配电网的不利 因素, 诸如海洋 污染、高湿度、 雷电频繁、强烈 的太阳辐射、大 量野生动物, 以及 不幸的是, 还有时 而发生的人为破 坏。所有这些都 向架空配电网的 运营商提出了严 重的挑战：如何 应对突发断电和 潜在的高昂维护 成本。 下文中的照片证实 了上述问题的发生, 以及在这种严酷的 运行环境下, 电网 系统运营商采用的 一些解决方案。
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瓷绝缘子易碎, 抛掷石 头或子弹射击很容易 将其击碎。照片中的 绝缘子显示了人为破 坏的典型后果。
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照片清楚地说明, 上下表面的严 重污染会迅速覆没盘形瓷绝缘 子, 导致污闪。接连不断的闪络 造成绝缘子釉质损坏, 使表面越 来越粗糙, 导致局部污秽沉积不 断加剧, 增大了未来继续发生闪 络的风险。
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生物污秽问题常常仅发生在复合绝缘的情 况下, 但是, 在炎热潮湿的环境中, 瓷表面也 同样容易发生生物污秽问题。持续潮湿有 利于霉菌生长, 导致外部绝缘性能降低。热 带环境中的另外一个问题是腐蚀, 只要瓷绝 缘子被雨水或露水浸湿, 汇集在该处的泄漏 电流可能会对粘合处造成损伤。 强紫外线引起的退化是另一个潜在的问 题。上图的熔断器表明, 由于长期暴露于强 烈的太阳光下, 熔管已经近乎失效。开始是 油漆脱落, 然后聚合物层本身被破坏。如果 这些熔断器继续运行将可能导致熔管爆炸, 并需要更换。如果有备用熔管, 不会造成严 重问题。如果没有备用熔管, 就可能造成长 期断电。
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釉质损伤发生在特定的角度，而且所有伞 裙上均出现这种情况, 可能是冲击闪络并导 致了工频电弧。因为与绝缘子的混凝土基 础没有粘合在一起, 泄漏电流将通过混凝 土, 而混凝土的电阻率一般都较低。但是, 看起来图中的框架采用的是木结构, 在混凝 土横担上没有冲击强度。应该注意的是, 下 图中瓷绝缘子底部伞裙釉质丧失, 造成污秽 物更容易在此处堆积。 此外, 与附近四个标准盘形绝缘子相比较, 这些支柱绝缘子的干弧泄漏距离小得多。 而在正常情况下应该是相反的, 因为在诸如 这样的污秽区, 支柱绝缘子的干弧泄漏距离 应该高于盘形绝缘子串。
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在多数热带国家, 野生动物, 如猴子和大型鸟类, 是影 响配电线路的一个问题, 补救措施通常包括在设备 (例如避雷器)终端上加装特殊防护装置。然而, 防护 装置并非总是能被有效地安装。例如这张照片上的 避雷器防野生动物保护装置, 对于较大的动物和鸟 类而言, 实质上不起作用。如果猴子或类似动物接 近这个顶部导线, 它们站立在地面上将无法幸存。 同样, 安装在附近一台变压器上的防动物保护罩用 来防止动物误闯变压器终端, 但是, 棒间隙 (可能已 经配备在变压器上) 却未被保护。为了使防护奏效, 这些棒间隙的终端也应该绝缘, 其厚度应该同高压 侧导线绝缘的厚度一样。 注释：左图的瓷套管上, 从底部数第二个伞裙表面, 有明显的称作“釉质蠕虫”的痕迹，这是微小电弧 长期作用造成损伤的标记 (与闪络相对)。
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这张照片显示了两个 30 kV避雷器都发生了故 障, 而且已经被断开。照片 上方避雷器的带电导线也 被切断, 将该避雷器与系统 完全隔离。然而, 照片下方 避雷器的顶部仍然带高电 压, 而且因为隔离开关是打 开的, 因此其底部也带电。 注释：图中安装的绝缘支 架尺寸似乎大大不足。 一旦隔离开关动作, 绝缘 支架两端的全部系统电 压将可能在短时内引起 偶发闪络。
图中显示的30 kV复 合避雷器用于保护变压器, 即使在苛刻的海边地区, 其硅橡胶伞裙仍然保持着 优良的憎水性。没有霉菌 生长的痕迹, 出现退色很 可能是外部闪络造成的。 值得注意的是, 绝缘支架 的爬电距离可以通过IEC 或IEE标准的最小值。
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同一个制造商生产的三支乙丙橡胶伞裙避雷器, 看起来几乎像新的一样, 显 然外部形状良好, 而左起第二支避雷器采用较老的设计, 来自另一个供应商, 则 显示出表层已经发生变化。 注释：熔断器上的熔管显示, 一个仍然有油漆, 而另一个的油漆几乎丧 失殆尽。
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图中的这些IEC 2级或3级避 雷器用于保护连接到构架 另一侧的电缆, 其顶部伞裙 的憎水性令人称奇。 注释：所有的避雷器都与 基础绝缘, 接地导线直接连 到构架下面, 安装1至3个状 态监视器。因为它们保护 地下电缆, 电力系统运营商 为此指定了高质量避雷器, 并要求避雷器自身带状态 监视功能。 这里是名副其实的热带天堂, 但却不是架空配电网的乐园
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绝
缘
子
New Plant to Focus on Composite Insulators
新建工厂: 专门生产复合 绝缘子
一座绝缘子生产工厂将诞生在中国 东北部的海滨城市大连，即将跻身 全球最新的绝缘子生产工厂之列。 隶属于大连电瓷集团公司的庞大设 施拥有数个大型生产车间，专门生 产实心和空心复合绝缘子以及绝缘 子金具。 INMR采访了这家工厂，以下是关 于为什么建厂，以及一些已经安装 到位并正在试运行的新型注射成型
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生产设备的报道。
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大
连电瓷集团公司是中国最早 也是最大的瓷绝缘子供货商
之一。近年来，大连集团也开始供应 线路复合绝缘子，电压等级高至最高
直在公司的生产基地生产。该生产基 地几年前迁离了大连市中心附近的原 址，重新在这座港口城市城外的工业 开发区建厂。
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输电电压。瓷绝缘子和复合绝缘子一
大连电瓷集团新的复合绝缘子工厂
但是约两年前，持续增长的产品销量 显然需要尽快扩建新建成的设施。于 是，启动了投资计划，在附近再建一座 新工厂，专门生产复合绝缘子。专门化
大连电瓷集团副总经理兼董事任贵清 说，投资兴建一座全新的工厂反映了 管理层相信复合绝缘子技术的市场将
任先生和副总经理杨路广认为，另外 一个优点是复合绝缘子显示出的成本 优势，与同等盘形瓷绝缘子的售价相
生产的优势是将所有的注射成型技术
继续增长。任先生说, “我们认为，未
集中在一个生产区，与此同时，也方便
来数年，复合绝缘子优异的抗污性能
比，复合绝缘子的价格低1/3到高达
原有的瓷绝缘子工厂扩大规模，满足
将越来越重要，特别是在工业步伐迅
2/3不等，视电压等级而定。
对瓷绝缘子需求量的增长。
速加快的发展中国家。”
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杨先生说，也许，兴建全新复合绝缘 子生产工厂最有力的论证是近来该产 品的销量超乎寻常的增长。他说， “自 2006年以来，我们的复合线路绝缘子 销量增加了15倍，大多数是满足出口 市场用户的需求。所以，真正驱使我们 投资兴建新工厂的正是市场本身。” 杨先生预测，复合绝缘子的销量将保 持强劲，随着现在大连电瓷集团已经 开发并将很快投产自己的空心绝缘子 系列，销量将更加强劲。杨先生相信空 心绝缘子这一市场也将扩大。杨先生
“Our sales of "自2006年以来, composite line 我们 insulators have grown 的复合线路绝缘子 by a factor of 15 销量增加了15倍。 since 2006. So, it is 因此,the 真正驱使我们 really market itself that is driving our 投资兴建新工厂的 new manufacturing 正是市场本身。" investment.”
说， “尽管空心复合绝缘子的价格通常 比瓷绝缘子高是事实，但是，从我们 在欧洲和其它地方OEM客户的查询来
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看，我们仍然看到了对这一产品越来
220 kV复合绝缘子凸显了中国和国 际上的这类产品市场正在增长
越关注。”
供应自己的芯管。他说,“我们认为，短 期内外部芯管供货商能够满足我们的
杨先生近期从原来负责国际销售调任
需求。但是，随着销量增加，能够生产
负责复合绝缘子和金具的生产。新空心 自己的芯管显然将使我们更大程度地 线路绝缘子的计划是专注于将外套模 控制交货期以及产品质量。” 压在从外部供货商处采购的芯管上。但 是，杨先生预期最终新生产设施也将
新生产设施预期很快全面投产，但已
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经使用伞裙组装技术生产出了部分绝
在新工厂组装复合材料伞裙
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两台新的1100吨注 射成型机专门用于生 产220 kV到1000 kV
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实心绝缘子。
缘子的复合材料伞裙。一系列新的注射成型设备已经到位， 机器的最后组装和试运行工作已经开始。 Liu Zengyuan是新生产基地的生产经理。刘先生说，生产 出完美复合绝缘子的关健问题包括确保高合格率和低生产 周期。两个因素都将决定机器和工人的生产率。 刘先生说，合格率是衡量工厂质量控制的很好标尺。胶料进 入送料和塑化装置进行塑化作用，再送入模腔的过程中，气 体进入了胶料是合格率降低的一个问题。专业设计的塑化注 All Photos: INMR ©
射单元，能使高粘度高温硫化硅橡胶处在一个更好地流入模 腔的状态，同时排除任何加工过程中可能产生的气泡。经塑 化的硅橡胶化合物被传送到注射缸中，进入冷流道系统，确 保每一个喷嘴处的压力相同，消除可能造成的浪费，从而最 优化胶料的使用。 刘先生观察到，机器振动过度造成连接在端部金具的FRP芯 棒稍微偏离模腔中心，导致芯棒错位，这是另外一个影响合 格率的潜在问题。这种由上向下的合模方式确保了注射前芯 棒固定在理想的位置，从而有助于避免这一潜在的问题。同 时，对直接注射的胶料进行温度和压力检测及控制也是很
刘先生在检查新注射成型机试运行期间的测试样品, 模压成型后尚未切边，以方便从芯棒上取下。 模压期间模腔内芯棒的任何位移都有降低合格率的 风险。该台机器热板尺寸800 mm x 2600 mm, 采用由上向下合模方式，将这一问题最小化。
重要的。 除了质量控制以外，其它影响生产率的是机器的液压和机械 问题，包括常规维修时喷嘴的油泄露到注射成型机上。从底 部喷嘴注射是消除漏油的有效方法。
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刘先生站在将胶料送入模腔的送 料和塑化机旁
机的生产效率已经大大改进。最初， 本行业使用的注射机多数是由生产其 它制品的注射成型设备改装的，但是， 改装的机器用于生产绝缘子却无法达 到最佳效果。相反，最新一代注射成 型机则量身打造，以满足当前绝缘子 的生产目标，包括以最高的合格率、最 高的效率、轻松地生产大批量产品的 能力。 All Photos: INMR ©
“随着我们接到的 客户订单越来越大， 注射成型设备具有 高效率、最低停机 时间、大量生产高 合格率产品的能力 将至关重要。” 王先生和刘先生检查同批次中抽检的绝缘子毛边
刘先生说， “随着我们接到的客户订单 的1100吨和500吨注射成型机。刘先
王先生说，国际市场对复合绝缘子需求
越来越大，注射成型设备具有大量生
生说，选购的1100吨绝缘子专用成型
的不断增加已经改变了许多供货商的生
产、最低停机时间、高合格率产品的
机可以大量一次注射成型2支220 kV
产策略。例如，他认为，现在的设备供货
能力将至关重要。因此，上述要求是
线路绝缘子，或两次注射成型500 kV
商也必须开发能够处理不同配方硅橡胶
我们选购每一台新注射成型机的主要
绝缘子，或三次注射成型750 kV绝缘
的机器，并且生产的产品达到用于大范
考虑因素。”
子。基于看好该机器的性能，原定的
围不同电压等级的要求。他说， “很多绝
一台1100吨机器随后增加到两台。
缘子生产商都使用HTV（HCR）硅橡胶， 但每一个生产商又有自己的材料配方，
INMR在生产基地采访期间，其中的一 家设备供货商的负责人，伊之密橡胶
伊之密橡胶机械有限公司总经理王诗
机械有限公司，也在工厂协助安装新
海说，近年来，复合绝缘子注射成型
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具有自己的物理特性，诸如硬度。所以
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最初，本行业使用的多数注射 机是由生产其它注射成型设备 改装的，最新一代注射成型机 则量身打造，以最高的效率生 产大批量绝缘子。
王先生在查看机器试运行期间的控制器操作
需要根据硅橡胶特性使机器的塑化注
注射成型机器是影响复合绝缘子质量
每1支产品胶料损失降低到只有5g 。
射系统能够轻松地处理不同的硅橡胶
的关键因素。有些潜在的质量问题相
王先生认为这样的例子表明，应用采
材料。”王先生说，中压、高压或超高
对容易发现，比如飞边、气泡、缺料、
纳最新技术的专用设备实现了快速的
压实心或空心绝缘子都有各自的特殊
颜色不匀或表面损伤。但有些质量问
投资回报，这也将是未来驱动绝缘子
要求，需要有各自的解决方案。王先生
题很难仅从表面发现，比如：芯棒偏
生产使用专用设备的关健动力。
说， “无论是大批生产同类产品还是
心、芯棒损伤、粘接不足、硫化不匀、
多个不同产品，当今的注射成型机器 必须能够以最高的效率进行生产。”
焦烧。王先生说， “这些问题并没有
大连电瓷集团的刘先生说，选购机器
引起所有绝缘子厂家的足够重视，所
时需要考虑的其它因素还包括易于
以，要最低化这些问题出现的几率，
维护，使所有的维护工作可以在理想
最好使用能精确控制各种元素的机
的地面条件下进行，不需要爬杆或高
器，诸如压力、速度和注射量。”
空作业。选购机器也要考虑是否影响
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到工作人员的安全和人体工程学的 王先生提到，例如，有一家中国大型
操作高度。例如，将胶料投入加料装
绝缘子生产商使用了老一代注射成型
置的工作有一定风险，而且对工人的
机一次成型生产220 kV绝缘子，购买
体力要求很高，需要不停地将沉重的
了一台最新一代机器之后，产品合格
大块硅橡胶原材料提起并投入送料
率提高了23个百分点，生产周期降低
装置。
了30%。王先生还提到了另外一个例
失将近36g。安装了一台新型360T机
王先生说，新机器的设计有助于克服 这一传统的问题，加料装置可以双手 操作，更安全，可以很方便地从较高 的位置将胶料投入。此外，机器的另 一个安全特点是设置了防护屏障，避 免工作人员受到伤害。他说， “这种设
器后，每天产量提高到2300支，平均
计理念使机器更加人性化。”
子，这次是在印度，一家新生产商采 用400T通用型设备开始生产11 kV复 合绝缘子，每天产量约900支，但平均 泵入模腔前，高温硫化硅橡胶块被投 入加料装置进行塑化。
每1支产品流道及飞边导致的胶料损
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王先生说， “虽然像我们这样的设备生产商 已经对硅橡胶和注射成型相当了解了，但 是，我们也想方设法更好地了解绝缘子行 业的需求，从而用我们的知识更好地满足 他们的所有要求。”王先生和营销部经理刘 淑艳说，这一设计理念已经得到了回报。尽 管伊之密2009年才开始向市场投放这一产 品，公司已经发货了大约150台复合绝缘子 专用成型机。他们认为，他们应用到绝缘子 生产中的部份技术，甚至已经开始对这一市
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场研发其它注射成型机器产生了影响力。 王先生说， “我们希望与同行业人士进行更 多的技术合作，其结果只能是整个复合绝 缘子生产商都从中受益。” 大连电瓷集团生产经理刘先生看来赞同这 一观点，一台其它供货商的新设备也已经 就绪，等待最后试运行。刘先生说， “对于 我们的工厂来说，最重要的是诸如质量、效 率和安全等问题，从我们选购的注射成型 机型中，已经看到了在这些方面有了很多改 善。现在，我们需要让工作人员了解机器的 所有新变化，使工人最佳地受益于机器的 研发成果。”刘先生接着提到了培训计划， 由参与第一批机器试运行步骤的工人培训 其他即将在同一部门工作的工人。
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回到公司总部的办公室后，副总经理杨路 广说，虽然目前以最优化的途径启动新复 合绝缘子工厂的所有工作尚需要一些时 间，但这不成问题。杨先生说， “国际市场 对这一技术的需求达到饱和还需要几年。 即便到了达到饱和的时候，我们也已经准 备好了。”
新工厂其他的新成型设备还有1800 吨和2400吨空心绝缘子锁模机。
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Modern Pollution Monitoring Principles Allow Better Selection of Insulators for Polluted Service Conditions
现代污秽监测原理有助于更好地 选择污秽运行条件下的 绝缘子
污秽监测, 即按照 IEC 60815-1的要求, 进行为期至少一年的 精确现场污秽度评定, 以确定最大应力水平和 运行环境的污秽特性, 从而实现污秽条件下 绝缘子选择和确定尺寸 的最佳化。在这一 过程中, 输入可靠的 污秽监测所得的 数据是极其 重要的。
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现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子
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事实证明，污闪引起的绝缘子故障代价高 本文由瑞典高压电力试验室STRI的Igor 昂，会潜在地引起长时期断电，造成昂贵 Gutman和南非电力公司Eskom的Wallace 并且耗时的维护费用。大多数人认为，造 Vosloo联合撰稿, 介绍了不同污秽监测技 成这种故障的主导原因之一是，一开始选 术在现场和试验室的应用经验以及提出了 将一种参数转换成另一种参数的原则。文 用的绝缘子技术指标不恰当，以至于选用 章也讨论了如何按照IEC 60815的要求, 使 的绝缘子设计不能够应对环境污秽施加给 用这些参数确定绝缘子的尺寸。文章还讨 绝缘子的所有应力。因此，对于供电公司 论了一种专用软件程序的最新版本，该软 的工程师而言，正确地了解绝缘子运行环 件程序取名为绝缘子选择工具(Insulator 境的真实污秽特性是至关重要的。 Selection Tool, 简称IST)。
然而，只有应用统计的方法才能实现
按照目前的IEC建议，污秽条件下选 择绝缘子和确定绝缘子尺寸的过程 中，需要精确地评估现场的污秽度。 理想的做法是，为了最佳地选择最大 应力水平和相应的现场污秽度(Site Pollution Severity, 简称SPS)等级， 评估至少需要持续一年。 这个 过程被定 义为污秽监测，通常
切记, 通过污秽
最优的绝 缘尺寸。这些方法在操作
监测选择绝缘子,
于确定污秽条件下的绝缘子尺寸。例
其输入的数据 必须始终可靠 。
是测量参考绝缘子（即悬式绝缘子
过电压中已经用了数十年，现在也用 如，IEC TS 60815-1包含了两个明确 的信息：“根据现场污秽度(SPS)和试 验室的试验结果，确定性法和统计法 这两种设计法都可以用于设计和选 择正确的绝缘子"，并且"统计法的套 装软件已经有了”。
或长棒形绝缘子）的等值盐密和灰密 (ESDD/NSDD)，也采用被广泛接受
上面所述可能显得简单而直接。但是
切记，通过污秽监测选择绝缘子，其 秽度等级， 就可以按照图1-1， 确定所 输入的数据必须始终可靠。 对于沿海地区，还可能需要评估现场 选绝缘子 （根据相对地电压） 的爬电 等值盐度(Site Equivalent Salinity， 的定向灰尘沉积仪(DDDG)的数据。
简称SES)。一旦获取了正确的现场污 比距。
标准污秽监测技术 近期出版的 IEC 60815 建议采用以 下的诊断技术确定污秽等级，用于户 外绝缘子的选择和尺寸确定。 · 等值盐密(ESDD) · 灰密(NSDD) · 定向灰尘沉积仪(DDDG)电导率 · 表面电导率(SC) · 现场等值盐度(SES)
图1-1：根据现场污秽度等级确定尺寸(mm/kV)的例子。
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现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子
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从上世纪60年代起，等值盐密／灰密 如果已经有了被研究现场的天气数 在电力行业已经众所周知，因此，此 据，也可以修改污秽指数，以体现气 处不作讨论。同样，现场等值盐度是 候的影响。将污秽指数(PI)乘以气候 一个相当不实际的参数，也不值得讨 因子(Cf)，计算如下： 论。我们要讨论的是下文将阐述的另
外两个更有用的参数： 1. 定向灰尘沉积仪(DDDG) 定向灰尘沉积仪由四个收集管组成， 每个收集管在侧面有一个垂直的插 槽，通过风力收集雨水和任何空气中 的污秽物。四个插槽面对东、西、南、 式中，F d 是每年的大雾天数（即水平 北四个方向，同时，可以移动的容器 能见度< 1000 m)，Dm是每年的干 安装在每个管子的底部用以收集沉 燥月份数（即降水< 20 mm）。应该 积物。典型的安装例子见图2-1。
注意到，这个公式主要是根据南非的 经验，对于不同类型的气候，应该谨
每月将容器取出一次，容器内的沉积 慎使用。特别是在温和的气候中，可 物与给定 数量的蒸馏水相混合，确 能也要考虑其它类型的降水因子。例 定溶液的电导率。然后，把污秽指数 如，由表2-1（取自俄罗斯导则）可以 (Pollution Index，简称PI)定义为四 看出，从 绝 缘子污秽性能的观点看
个方向的平均电导率，以µS/cm表 来，不同的降水形式与不同的“危险 示，统一规定30天为一个月的采集周 因子”有关。 期。此外，除了污秽指数，因为不溶
解沉积物的数量也可能影响绝缘子 定 向 灰 尘 沉 积 仪 的 测 量 对 于周 围 的性能，因此，有时也值得关注。所 的环境显得十分敏感。两个试验现 图2-1：(从上到下)南非、瑞典和 挪威典型的定向灰尘沉积仪 安装实例。
以，如果认为有用，应该使用与测量 场，Horred和Ringhals都位于瑞典 标准灰密相同的程序，测量这类沉积 西部，Ringhals在海边，而Horred向 物在溶液中的量。
内陆延伸大约10 km。两处的定向灰
表2-1： 不同的降水形式与相应的"危险因子"
降水形式
尘沉积仪的平均测量值相差2倍。
危险因子
与此相关的一个重要问题是，是否能
1. 随温度增加而结露
1.0
够把已知的定向灰尘沉积仪的测量
2. 雾
1.0
值转换为标准的等值盐密。其答案可
3. 轻雾
0.5
以从表2-2中看出。表中列出了南非
4. 毛毛雨
0.8
5. 结霜，温度> -5°C
0.8
6. 白霜，温度> -5°C
0.5
7. 湿雪
0.8
似乎证实，用定向灰尘沉积仪数据评
8. 雨
0.7
估现场污秽等级的确是可行的。
9. 电导雨>1000 µS/cm
1.0
12个地点的现场污秽等级，从I 级到 IV级不等(按照IEC 60815旧版本的分 类)。从获得的结果看，等值盐密值和 定向灰尘沉积仪的测量值相当吻合，
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与此相比较，南非研发了一种实用的
表2-2：基于等值盐密和基于定向灰尘沉积仪测量, 得出南非不同地点的现场污秽等级(2001-2005)* 等值盐密 一年内的 每月 最大值
地点
检测仪器，称为绝缘子污秽监测仪 (Insulator Pollution Monitoring
定向灰尘沉积仪
现场污秽 度等级
Device，简称IPMD)，以及与此相类
两年内的每 一年内的每 月平均值 月最大值 现场污秽度 (单位 µS/ (单位 µS/ 等级 cm) cm)
似的装置，其主要诊断参数是表面电 导率（见图2-3）。这些仪器能够按照 选定的时间间隔自动确定前面已经 沉积的污秽度，以及记录任何瞬时的
Acacia Park
0.22
III
247
573
III
污秽事件，从而可以更详细和更频繁
Ascot sub
0.10
II
273
599
III
地评估现场的条件。有些仪器还能够
Atlantic sub
0.18
III
247
534
III
监测运行中绝缘子的泄漏电流幅度。
Belhar sub
0.09
II
143
328
II
Bluedowns
0.13
III
133
367
II
Duine sub
0.27
IV
489
1407
IV
Khaylitsha
0.18
III
419
1246
IV
· 自然污秽但施加人工湿润条件
Mpilo
0.19
III
373
1094
IV
下，绝缘子的表面电导率；
Muldersvlei
0.06
I-II
111
309
II
Plattekloof
0.06
I-II
189
479
II
Stickland
0.14
III
150
366
II
Vlakte
0.10
II
210
502
II-III
KIPTS
1.78
IV
4845
14608
IV
* 依据旧版IEC 608156的现场污秽度等级。
这些仪器进行的典型测量包括： · 自然污秽和湿润条件下，绝缘子 的表面电导率；
· 运行中绝缘子的泄漏电流幅度。 图2-4显示了运行中的绝缘子污秽监 测仪（IPMD）的测量结果。每天记录 前面已经沉积和瞬时的污秽水平，自 然污秽和湿润情况在一个月内不进行 平均，排除了遗漏任何单个严重污秽
2. 表面电导率
大约为1.7倍最大运行电压，污秽层 事件的所有风险，表面污秽沉积和定
(Surface Conductivity,简称SC)
的电导率为2、5、10和20µS，分别对 向灰尘沉积仪的方法都是这种情况。
理论上，使用“形状因子”，将绝缘子 的电阻测量进一步转换成绝缘子的 表面电导率（µS）会给我们带来很
应I级到IV级的现场污秽等级（按照 IEC 60815以前的版本）。
绝缘子选择工具(IST)程序的实施 按照 IEC 60815 所编写的IST软件程
多益处。例如，自动考虑了污秽层中
序,可以直接输入来自污秽监测的数
任何不均匀性的影响，如果是复合绝
据。在STRI公司和Eskom公司的密
缘子，考虑了污秽和湿度参数的综合
切协作下，研发了这个程序的最新版
影响。
本，并包括以下新的特点： 然而，如果这个参数被用作标 准等 · 在直流应用的情况下，直接确定
值盐密/灰密测量的可替代值，就应 该基于现场测量以及任何指导性材
尺寸成为可能（见图2-5）。确实，
料,在试验室中应用并且标准化。到
现在用户能够在交流应用或负极
目前为止，据报道，仅在俄罗斯达到
性和正极性直流应用之间进行选
了这一要求。在俄罗斯，依据人工污 秽试验选择户外绝 缘，施加的电压
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图2-3：现场绝缘子污秽监测仪(IPMD) 的例子。
择。将后者进行区分是因为，对于 负极性而言，线路绝缘子的电气
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强度较低。因此，该程序可以按照 每种极性分别进行计算。 · 每一个屏幕截取最多可以直接比 较三个不同绝缘子（见图2-5“添 加比较”的按键）。 · 定向灰尘沉积仪的测量值可以作 为附加的输入数据可选值。例如， 图2-4：绝缘子污秽监测仪测得的典型现场测量结果。
如果没有标准的等值盐密数据， 等价的等值盐密按钮和一个特殊 的用于DDGI-S（灰尘沉积仪指数可溶解）的窗口就被激活。然后， 用户就能够写入定向灰尘沉积仪 的数据，由系统的程序转换为标 准等值盐密数据（见图2-5）。 · 还提供了两个独立的数据库。第 一个由STRI公司创立，称作“STRI 专用”，对该数据库中的所有数据 负责，即用户没有权利进入和做任 何修改。与此相对应，第二个数据 库是为用户开放的，称作“客户”， 用户能够创建自己的绝缘数据（几 何形状和闪络性能），但STRI对这
图2-5：IST程序的屏幕截取：有AC/DC 和 DDGI-S。(注释：这是一个例子， 没有任何与具体的绝缘子相关的计算)。
个数据库不承担责任。 · 该程序还有一个以经济为导向的 界面，可以从初始投资、维护费用 和潜在断电费用的角度，对不同可 选绝缘子的成本进行比较 (见图2-6）。
泄漏电流测量 绝缘子上流动的泄漏电流主要取决 于表面污秽的特性以及几何形状和 材料。因此，测量和分析泄漏电流有 助于估计污秽度和闪络风险。
图2-6：IST程序的屏幕截取：经济部 分。(注释：这是一个例子, 没有任何与 具体的绝缘子相关的计算)。
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左图断路器外套的技术指标不适合用于海岸附近的110 kV变电 站，所以随后必须涂覆RTV以防止闪络。同一座变电站中较新的 Photo: INMR ©
断路器(上图)采用交替伞裙和较高爬电比距的瓷外套，没有涂层。
通常，通过收集带电绝缘子接地端 多年来开发了很多不同的测量泄漏 30分钟储存所有的抽样值。使用串 的电流，测量泄漏电流。以下是最常 电流的污秽监测器。产品范围由简 行端口输出记录的数据，也用于仪器 单的电涌计数器到先进的多频道装 的配置。
用的三种方法：
置，甚至配置综合气象站。
1. 电涌计数
使用上述先进装置，绝缘子研究人员
在一定时间段内，记录超过某个阈 目前，这种系统的标准设置通常内 能够获得大量的泄漏电流和相应的 值水平的泄漏电流脉冲（或电涌）数 置综合气象站，记录风速和风向、湿 天气数据，有助于更好地理解不同类 量。当接近发生污闪的最后阶段时， 度、降雨、温度和紫外线-B辐射。按 型绝缘子污闪过程的物理性质。 脉冲的次数以及幅度在增加，因此， 照用户确定的时间间隔，一般是每 电涌计数很重要。
2. 测量峰值电流 按照给定的时间间隔记录最高峰值电 流，可以得到绝缘子污秽度的信息。将 这个参数与污闪的风险相关联。
安装在南非(左图)和挪威（右图)的泄漏电 流装置，可以对九个带电绝缘子上的泄漏 电流进行连续取样，并且能够记录峰值电 流(正和负)、平均电流(正和负)，均方根 (RMS)电流，累积电荷和能量损耗。
3. 测量累积电荷 测量累积电荷的方法与测量泄漏电 流的方法相同。但是不同的是，泄漏 电流测量的重点放在最高峰值上， 而累积电荷测量则是将信号集成， 代表累积的电荷，得出的参数与绝缘 子表面的老化过程更相关。
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有时也需要使用复杂的数学方法。
旋转元素矩阵
例如，已经使用了多变量分析(MVA)
元素 3
4
5
-.136
.737
的方法，这种方法适合研究和分析
1
2
COM25MAX
-.142
.129
湿度
.249
.790
岸，Dungeness试验站位于英国南
无雨 (0 mm)
-.977
-.109
部海岸，对这两个试验站的七个暴
小雨 (< 1 mm)
.972
.125
露在污秽环境中的绝缘子进行了老
构 建在 很 多 相互 关 联 变 量 上 的 数 据。Kelso试验站位于南非印度洋海
化和污秽性能的研究，研究中使用了
海风(45-260度)
-.788
.292
最危险的海风（260-285度）
.766
.193
.266
-.206
弱风 (< 1 m/s)
-.125
-.112
-.951
.135
-.717
.594
.276
多变量分析软件并获得了成功。应
中风 (1-5 m/s)
.208
强风 (5-7 m/s)
-.152
暴风 (> 7 m/s)
.291
-.802 .953
.199
提取方法：主要元素分析 旋转方法：带有Kaiser正常化的最大方差法
用多变量分析的例子见图3。 传统沿海污秽的特征是强海风，随 后是淋湿。但是，在硅橡胶绝缘子的 情况下，单纯的高湿度通常不足以导 致高电流。因此，通常还得有小雨淋 湿发生。 记录到的一次硅橡胶绝缘子典型污 秽事件验证了这一结论。 多 变 量 分 析 的 灵 敏 度 非 常 高 。例 如，Dungeness试验站污秽事件的 积污前期，强风将盐分带入陆地。 最危险的风向（四次最严重的污秽 事件与此有关，并导致最高电流）与 海岸呈0到20度的角度。这是由于一 堵沙墙保护了现场，避免了垂直（90 度）风向。
图3：多变量分析方法应用实例：(上图) 矩阵显示引起污秽事件的因素是 风加湿度加小雨。(下图) 显示了同一次污秽事件。
南非印度洋海岸的Kelso试验站， 其污秽事件稍有不同。Ke l s o试 验 站的积污前期，因为风向几乎与海 岸平行，盐分不仅来自海洋，而且来 自陆地。
近来，很多电力公司正在寻找简单坚固
泄 漏电 流 数 据 的另一 个实 际 应 用
的污秽监测和报警系统，替代复杂的
是将其转变为污闪性能曲线。应用
"研究型" 泄漏电流测量系统。
行了测试，对Eskom公司Koeberg
STRI公司的IST 程序对这一方法进 绝缘子污秽试验站（KIPTS）的10个 各不相同的绝缘子进行了试验，该
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暴露于新西兰沿海污秽环境中套管的硅橡胶外套。在相同地点拆下的瓷外套上积聚的污秽物（右图）。
试验站位于开普敦附近的大西洋海 的绝缘子分为“通过 /不通过”。例 量泄漏电流，替代复杂的“研究型” 岸上。试验结果证明，同实际情况相 如，试验结果有助于估计处在同一 系统。这是因为，升级或改善现有架 比，预测的断电率，即保险丝熔断次 地区、配备了相同绝缘子（伞形和材 空线路要求精确评定污秽等级。 数，相当合理（见表3）。
料）的整条架空线路的污闪性能。 确实，上述系统昂贵并且需要每年
现场试验站试验结果的实用性远远 尽管如此，近来很多电力公司正在寻 至少维护一次，使用这些系统的尝 超过了只是简单地将每一个被测试 找简单坚固的污秽监测和报警系统测 试并非总能成功。此外，很多应用中 还存在交流互动的问题。 因此，目前需求最多而且正在被 积极研发的是单频道系统（仅用 于峰值电流），可以用于架空线路 和变电 站两者。其目的是使相对 便宜并且可靠的仪器覆盖大片地 区，允许通过互联网收集和传递 数据。
风向是解析污秽沉积的一个重要变量。
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表3： 泄漏电流数据应用的实例 材料
单个绝缘子 每年的闪络 次数计算
一年后 KIPTS的 保险丝动 作次数
长棒形
硅橡胶
10-5
0
36
长棒形
硅橡胶
10-9
0
B-2
24
长棒形
硅橡胶
10-4
0
C-1
31
长棒形
硅橡胶
10-5
0
C-2
20
长棒形
硅橡胶
0.5
0
D-1
36
长棒形
三元乙丙橡胶
0.3
0
D-2
35
长棒形
硅橡胶
10-2
0
E-1
29
长棒形
瓷 Porcelain
1.3
4
E-2
29
长棒形
室温硫化 硅橡胶
-2
10
0
F
27
盘形悬式
玻璃
2.5
4
编码
爬电比距 mm/kV
类型
A
31
B-1
用于泄漏电流监测的 单频道仪器的例子： 南非(上图)，美国(下 图)。照片取自ISH论 文D-3, 2009。
表3：基于这些数据，并且应用专门的软件 程序得出的污秽性能曲线同现场经验的一致性在合理范围。
应用于复合绝缘子的具体技术
1. 憎水性
括盐在内的任何污秽颗粒。
复合绝缘子的具体诊断技术(涵盖现 按照IEC TS62073进行憎水性测量， 即使污秽表面看上去现亲水性，部 场和试验室的试验实例）包括：
而且方法比较简单。
分污秽层也会被低分子量的硅橡胶 穿透，并增加有效电阻。憎水性迁移
·憎水性测量；
2. 憎水性迁移（当地的等值盐密）
·憎水性迁移(当地的等值盐密)；
憎水性迁移（HT）是测量材料的憎水
的定义是：
·快速闪络程序，以获得自然污秽绝 性恢复能力。这个过程是由于硅橡胶 块状材料中的低分子量链段(LMW)
缘子的电介强度。
透过污秽层扩散到表面。然后包封包
用于测量憎水性迁 移的不同传感器实 例。
图4：HT测量实例以及从不同地点和线路上拆下的复合绝缘子的分布。
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Skagerrak直流线路玻璃盘形绝缘子。
式中，ASDD(或当地的等值盐密)是 3. 快速闪络程序（获取自然污秽绝
此每个绝缘子仅需要一次试验即可
可视 盐密。E S D D 和 A S D D 使用装 缘子的电介强度） 得到污秽水平和憎水性程度。 了去离子水的小传感器进行测量， 通常，很少能够使用运行中的自然污 其底部位于污秽绝缘子的表面。当 包封的污秽还没有溶解时，电流通 过传感 器首先 测量 A S D D 。5 分 钟
秽绝缘子，使用标准的升降试验法 国际大电网会议的小册子481包含 获得闪络电压是非常耗时的。可以 了该方法（2011年12月发布），并成
以 后，或电流已经稳 定时，用一根 改用快速清洁雾的试验方法，这种 玻璃棒刮传感器的底部表面，使所 方法的优势是直接适用于自然和人 有被包封的污秽物溢出，然后测量 工污秽绝缘子。 ESDD。 这种参数很好地表征了不同环境下 运 行 的 复合 绝 缘 子 憎 水 性 恢 复能
功应用在STRI公司的下列试验中: · 工业污秽交流瓷支柱绝缘子； · 轻度内陆污秽直流玻璃盘形悬式 绝缘子；
采用连续加压的方法测试绝缘子， · 轻度海洋污秽直流复合绝缘子； 直到获得U形曲线的最小耐受电压。 · 轻度内陆污秽直流复合绝缘子；
力。图4汇编了憎水性迁移值以及在 由于清洗的效应，绝缘子的电阻开 · 重度工业/海洋污秽交流复合外 套断路器。 不同的交流和直流硅橡胶绝缘子中 始增加之前，闪络水平一般是降低 的分布（大于0.5为高HT）。
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的。获得的最小电压即为U50%。因
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图5：对两个不同的自然污秽复合绝缘子用快速清洁雾的试验方法，可重复性很好的实例。
这种方法可以创建污秽性能曲线， 现场污秽度（SPS）等级。 然后将这 · 融合了绝缘子特性的、但尚未被 用于STRI的IST程序中，正如用于从 种过程定义为污秽监测，并将其作
标准化的创新方法(例如，憎水
Skaderrak和 Cabora Bassa直流架 为对污秽地区户外绝缘子选择和确
性迁移，复合绝缘子可视等值盐
空线路上更换下来的绝缘子一样。 定尺寸的起点。
密）;
也可以用于量化复合绝缘子憎水性 恢复能力。目前，新的国际大电网会 虽然称之为绝缘子选择工具的软件 · 获得自然污秽绝缘子闪络电压 议工作小组D1.44“自然污秽绝缘子 程序遵循IEC 60815中确定尺寸的步
的"智能"方法（时间成本效益)，
试验”正在评估这样的方法。两个不 骤，并且已经获得现场经验的验证，
例如，只有少数几个试验样品(快
同自然污秽绝缘子的结果，显示了该 但是将精确的污秽数据输入该程序
速程序）。将来这些方法将被标
试验优良的可重复性（见图5）。
准化。
仍然是至关重要的。污秽监测中，确 保精确污秽数据的最新动向是：
总结
· 进一步开发最终被电力公司应用
最近颁布的IEC 60815-1要求，进行 · 扩大应用简单、坚固和可靠的仪 为期至少一年的精确现场污秽度评
器（例如，灰尘沉积测量和单频
价，以确定最大应力水平和相应的
道泄漏电流传感器）；
的专用软件（例如，在程序中综合 技术和经济因素）。
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避 雷 器
Review of Proposed New IEC 60099-4 Energy Handling Tests
回顾新提议的IEC 60099-4 能量处理试验 对 IEC 60099-4 作出的最 重大修改也许有望给避雷 器规范和应用工程师带来 好消息。不仅修改了测试 避雷器通流容量的方法, 而且目前正在出台更好的 避雷器分类方法。 INMR专栏作者和避 雷器专家 Jonathan Woodworth 先生是IEC 维护小组 (TC 37 MT4) 的成员, 他提出了这些新 的试验方法，撰写了本 文, 概述了自己对这些修 改建议的观点, 以及应该 如何诠释这些试验, 将其 应用达到最佳利益。
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回顾新提议的IEC 60099-4能量处理试验
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引言 显然，对于避雷器供应商和用户双方而言， 用于量化避雷器通流容量的线路放电等级系 统一直都不理想。经过IEC TC 37 MT4成员 的审核，找出了以下主要问题： 1. 使用目前的标准不能够确定线路放电分 级，因此需要一个更好的避雷器分类系 统； 2. 现有的试验没有为建立和验证通流容量提 供标准化的方法。因此，避雷器制造商不 得不开发自己的方法计算产品数据，通常 造成不同供货商的能量分级相差甚远； 3. 为了保护用户系统，需要研究其暂时过电 压，因此避雷器的用户要求统一的和实际 的数据； 4. 冲击和热耐受特性试验仍然（间接）以目 前的标准测试，试验步骤相同，相互之间 差别甚微。显然，人们希望修改试验，提供 一种单独各自验证避雷器热耐受和冲击耐 受能力的途径。以前，在动作负载循环试 验和输电线路放电（TLD）试验中，这两者 是混在一起的。 为改进上述缺陷而提出的新文件目前正处于 委员会草案（Committee Draft，简称CD ） 阶段，下面将依次进入委员会草案投票（CD for voting，简称CDV ) 和最终草案国际标 准（Final Draft International Standard， 简称FDIS）阶段。根据这一程序，遍布在全世 界的专家可以通过各自的IEC 国家委员会提
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出看法和评论。IEC 60099-4第三版（预期最 早在2013年中期出版）将涵盖避雷器通流容 量和分类方法的实质性修改内容。例如，为 了取得能量试验的理想修改效果，已经开发 了两种试验，分别量化冲击式耐久性和热耐 受能力。 采纳IEEE式的系统已经解决了围绕改善避雷 器分类的问题，即把避雷器划分为电站类或 配电类。每种类别都要通过一组特定的试验，
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通过试验后确定避雷器的等级，并取
表1：避雷器的分类
代以前的线路放电等级。
避雷器分类
重要的新定义 配电类避雷器 这类避雷器用于配电系统，通常为 Us ≤ 52 kV，主要用于保护零部件免 受雷电的影响。避雷器的等级根据型 式试验期间使用的试验系列进行划 分。注解：配电类避雷器可以有2.5 kA; 5 kA 或 10 kA标称放电电流 (I n) 。
电站
标称放电电流
20 kA
10 kA
操作冲击放电电流
2 kA
1 kA
Q rs (C)
≥ 2.4
≥ 1.2
W th (kJ/kV)
≥ 10
≥4
Q th (C)
—
—
避雷器分类
电站类避雷器 这些避雷器用于电站中，保护设备免受 暂态过电压的影响，通常（但不是必须
配电
标称放电电流
10 kA
5 kA
2.5 kA
操作冲击放电电流
—
—
—
Q rs (C)
≥ 0.4
≥ 0.2
≥ 0.1
Wth (kJ/kV)
—
—
—
Q th (C)
1.1
0.7
0.45
的）用于µs ≥ 72.5 kV的系统。避雷器 的等级根据型式试验期间使用的试验
重复电荷转移额定值(Q rs)
新的避雷器分类
以库伦为单位、以单次冲击为形式的
IEC的额定避雷器将根据表1提供的数
电荷，至少能够通过避雷器20次（每
据进行分类。如果按照表1中选定的相
热电荷转移额定值(Q th)
次之间要有充裕的时间冷却到环境温
应数值测试避雷器并且通过了所有指
这是在热恢复试验期间，能够通过避
度）而不引起金属氧化物电阻片的机
标，避雷器分类就可以确定，这将取代
雷器或避雷器单元传递而不引起热崩
械破坏或不可接受的劣化。
以前的线路放电 (LD)分类法。
电荷传递
提议的新系统中将不可能出现诸如把
系列进行划分。注解：电站类避雷器有 10 kA或20 kA标称放电电流。
溃的以库伦（C）为单位的电荷。
热能额定值(Wth)
电荷传递是测量单位，量化通过避雷 这是在热恢复试验期间，能够通过避 雷器或避雷器单元消散而不引起热崩 器的电流，并在冲击事件发生时对电 溃的以kJ/kV为单位的能量，此处基准 流进行积分（以库伦计）。 值为Ur 。
10 kA电站避雷器归类为20 kA，而在 以前的LD系统中，通过增加避雷器的 放电电压可能出现这种情况。目前，为 了把避雷器升级到下一个更高等级， 不仅能量耗散(kJ/kV)必须处在合理的 水平，而且电荷转移（以库伦计）也必 须是可以接受的。
重复电荷转移额定值 (Qrs) 试验原理 该试验适用于所有无间隙 MOV避雷 器。电站类和配电类避雷器之间的唯 一差别是，额定试验中施加的20个冲 击的波形不同。Q rs试验的目的是测试 避雷器耐受放电的能力，例如雷电或 操作冲击，试验仅在电阻片上进行，不 超过能量耐受能力的避雷器
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需要热等价部分。
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超过能量额定值的避雷器。
IEC维护小组的明确目标是把热能处
过或不通过的标准。试验的研究和开
损，就认为电阻片通过。如果有一只
理能力和冲击能量处理能力分隔开，
发期间发现，Vref的微小变化是电阻片
试品不通过，允许再加试10只试品，
所以连续施加10组，每组两个脉冲。
材料劣化的迹象。因此，如果Vref 的变
但加试的试品不允许任何不通过。
这种试验次数不会把电阻片的温度升
化大于5%，则认为试验试品不通过。
高到损伤材料的程度，所以相信是合
同样，残压对材料劣化很敏感，当残
理的。此外，每组试验之间进行冷却， 压变化大于5%时，也认为试验试品不 确保试验结果不是一次或两次冲击的
将按照电荷（库伦）而不是能量耗散(焦 耳）量化Qrs的特性。选择电荷作为试
通过。
验基础，目的是更好地比较不同型号的
额定值，而是在避雷器运行寿命期内 能够承受多次冲击的额定值。
额定值的考虑
对电站类避雷器来说，重复冲击施加的
MOV避雷器。用电荷乘上相应的操作
是操作冲击，波幅由制造商设置在预期
冲击保护水平计算出能量值。
试验程序
的单位电荷转移额定值的110%。如果
重复电荷转移试验取代长持续时间
输电线路避雷器使用200 µs为峰值
Q rs试验和最终的额定值应该处于0.5
电流冲击耐受试验，后者的试品为三
冲击，配电类避雷器使用 8/20脉冲。
到 25库伦之间。额定值用库伦表示，
只，对每只试品施加18次冲击，不允
每只试品施加10组冲击，每组2次，每
不代表类别或等级。但是，每种级别
许出现损坏，这种试验方法几乎不能
组之间的间隔为1分钟， 共20次。每
的避雷器确实都有必需满足的最低要
提供试品损坏概率的统计信息。而新
组之间要有充裕的冷却时间，使电阻
求见表1。在20次冲击系列期间，重复
的试验与此不同，仅对构成完整避雷
片返回到环境温度。
脉冲水平的90%被确定为额定值。
地保障了避雷器的性能。对电站类避
试验顺序结束时，一旦电阻片返回到
新的动作负载试验
雷器施加的是操作冲击或半正弦冲
环境温度，进行三个最终的试验：
对于电站类避雷器(U r ≥ 54 kV)，将
器的单个电阻片进行试验，更高程度
击。对52 kV或以下系统使用的避雷器
验证热能量额定值(Wth)。
(即配电类避雷器)，使用200 µs的半
1. Vref,
正弦波进行试验。
2. I n处的残压
对于配电类避雷器(U r ≥ 54 kV)，将 2
3. 施加一次0.5 kA/cm 峰值电流密
试验程序细节
验证热电荷转移额定值 (Q th) 。
度的8/20电流冲击 。
试验程序适用于电站类和配电类避
基本原理
雷器，唯一的差别是波形和波幅。准
第三项试验是为了对电阻片再施加一
这个新的动作负载试验是量化能量耗
备重复冲击时，测量在I n 和Vref时的残
次应力，确保前两项Vref或残压冲击不
散或电荷转移，能量或电荷是将运行
压。试验之后再次测量两者，作为评价 会导致电阻片材料内部产生裂纹，否 试品通过或不通过的一部分。
则，可能遗漏未探测到的裂纹。
值得注意的是，在避雷器的首次试验
如果电阻片的Vref和在I n处的残压变
中，避雷器的参考电压被用作确定通
化不大于5%，而且电阻片自身完好无
中的避雷器温度升高到不稳定状态所 必须的 。测量高压避雷器的单位可以 是焦耳或库伦。测量配电系统避雷器 的单位可以是库伦或电荷转移。
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此外，就残压而言，使用电荷转移可
残余，已经取消了，况且，CIGRE的一
级。最后一组冲击之前，必须将避雷
以消除焦耳额定值引起的潜在混淆。
项研究表明，20次冲击对电气老化没
器加热到60°C，除非避雷器用于超高
如前所述，试验研发者的明确目的是
有影响)。这个试验的热恢复部分必须
压（在这种情况下，使用另外的试验顺
将避雷器的热额定值和冲击额定值分
在相应的热比例环境中进行。试品中
序确定温度）。按照试验程序，能量输
隔开。
必须放置温度传感器，以便能够测量
入如下：
带电部分的温度。如果没有对等的绝
试验程序
缘环境，需要进行另外一项试验以判
这个试验将成为新的动作负载试验。
断其绝缘部分是否合格。 （注释：这项
Ur ≥ 54 kV避雷器 (系统电压Us ≤ 72.5 kV)；
典型额定值≥54 kV的电站类避雷器， 试验不是本文的一部分。）
三分钟内一个或多个长持续时间电流
其热能量和电荷转移额定值将用焦耳
冲击或单极性正弦半波电流冲击，或
表示，而典型额定值＜54 kV的配电类 起始的Vref和I n试验被设置为以后评价 无间隙避雷器(NGLAs)用雷电放电冲 避雷器，其热能量和电荷转移额定值
热应力的基准。
将用库伦表示。如果电站类避雷器的
击，注入额定能量。 Ur < 54 kV的避雷器
额定值＜54 kV，可以用热能量额定值
接下来的两次高电流冲击是电阻片的
进行试验并将其作为额定值，即采用
电气老化试验（绝缘试验已经被分离
与额定值≥54 kV的避雷器相同的方
成另一个新的试验）。脉冲的电流幅
法测试。
值和先前的动作负载试验相同。这样
一分钟内两次8/20 µs雷电流冲击注
就可以将相应的热比例区和相应的绝
入额定移转电荷。
试验的鉴定和调整部分可以在静止空
缘比例区划分开（现有的避雷器标准
气中的电阻片上进行。但是，试验也可
中不是这样的）。
以在有相应绝缘比例的环境中进行，
(系统电压 Us ≤ 52 kV):
向试品施加能量或电荷之后的100 ms 内，施加升高的额定电压(U r) 10秒
以避免随后需要做的绝缘试验。("调
第四组也是最后一组输入到避雷器试
钟。然后，再施加升高的持续工作电压
整”是老式带间隙碳化硅技术留下的
验的能量数据用来确定避雷器的等
(Uc)至少30分钟，以显示其热稳定性。 电流的电阻分量或功率耗散、或温度 或这些因素的综合体将受到监视，直 到测量的值出现下降(即成功)，或热崩 溃变得明显（即失败）。 热电荷转移或热能额定值将是这两次 冲击的热电荷转移或热能额定值总和 的 100%。此外，在I n大于5%的残压 下，试品必须保持稳定。
图一：重复电荷转移额定值试验顺序。
额定系统 对电站类和配电类避雷器有最低额定 值的要求，但是，本试验并不强制性 规定实际的热额定值。电站类避雷器 的热额定值将由制造商给定，并按照 上述试验进行测试。其额定值(Wth)在 4 kJ/kV（此处基准值为Ur）到30 kJ/kV (此处基准值为Ur）之间。配电类避雷 器仅有热电荷额定值，必须满足表1的
图二：热能额定值试验顺序（新的动作负载试验）。
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最低要求。
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表2：新旧分类系统能量额定值等级 旧 的 LCD
要求的最小 试验能量 kJ/kV
相应的新热 能额定值 Wth kJ/kV
用旧LD试 验估算的 电流 A
用与旧LDC同样的电流和持 续时间计算的电荷，得出需要 的最小能量 C
相应的新的重 复电荷转移额 定值 C
接近系统电 压的范围 kV
1
1.0
2
277
0.56
0.4
—
2
2.1
4
538
1.10
1
高至 300
3
3.3
7
721
1.78
1.6
高至 420
4
5.0
10
962
2.75
2.4
高至 525
5
6.9
14
1118
3.75
3.6
高至 800
新旧分类系统的比较 新标准的附录K详细比较了新旧分类 方法。表2直接取自附录K，是目前系 统潜在额定值和等价额定值的例子。 旧的LDC中的第1级非常类似于新的 配电类避雷器，旧的LDC中的第2,第 3,第4和第5级将成为电站类避雷器的 分级。
L: 线路长度;
外套5000小时老化试验
c: 光速;
不再建议该项试验替代1000小时
Z: 线路波阻抗;
试验。
Ups: 避雷器残压取两次操作冲击电流 中的较低值;
超高压避雷器
Urp:有代表性的最大操作电压。
引进了对超高压避雷器的要求和试验 (最高系统电压µs>800 kV) 。
例如，如果使用上述公式计算出的避 雷器耗散能量为7 kJ/kV，期望的该 避雷器热能量额定值(Wth)应该最低为
选择正确的电站类避雷器的能 量额定值
7 kJ/kV。
应用这个新系统，可以通过下面的步
即将发行的60099-4版本中的 其它试验变化
骤确定要求的避雷器能量额定值：首 先计算系统放电到避雷器的能量等 级，然后选择高于系统反应的热能量
即将发行的60099-4的3.0版本中，还 包括下列几个重要变化：
分析软件确定系统要求避雷器具有
暂时过电压试验
的能量，但是如果没有该软件，IEC
新版本中是强制性试验，而非旧版本
60099-5中有如下简化公式：
中的选项试验。
陡波残压试验
充电到预期的操作冲击电压水平，在 该线路的两倍传输时间（对于操作冲 击）内，在系统预期的水平，通过避雷 器放电。 W: 对于给定的冲击水平，通过避雷器 耗散的能量（焦耳）;
随着新标准的颁布，业界将有一个最 终能总体减少能量额定值和能量试验
额定值(Wth)的避雷器。可以用暂态
该公式的推导依据是，假定整条线路
结论
新版本中，该项试验引入了新方法，要 求减少潜在的数据误读。
含糊不清的试验标准。而且，还能够 对不同设计的避雷器进行正确的比较 和评价。 避雷器技术规范的制定者可以要求明 确的能量额定值，所有提交报价的潜 在供应商现在将提供同种类型的避雷 器。因此，避雷器用户可以确信，在其 应用中就近使用正确的避雷器。 同时，避雷器制造商现在也能够为技 术规范制定者和用户双方进行标准化 和有实际意义的试验。
电阻片老化试验 过去，该项试验程序允许在试验结束 时增加功率。新标准中，将不再允许 功率损耗上升趋势的电阻片老化试 验。其结果是，热评价试验中的老化 试验不再要求调节电压。
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电 缆 附 件
CABLE ACCESSORIES
Developments in Designs, Materials & Manufacturing of Cable Accessories
电缆附件的发展: 电缆附件的发展: 设计、 设计、材料和制造 材料和制造
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电缆附件的发展：设计、材料和制造
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为了达到成本和性能的最佳平衡，中高压电缆附件 的制造正在越来越多地使用量身定制的复合材料以 及特殊的制造工艺。与此同时，电缆系统本身的发 展也在影响着为当前和未来开发的电缆附件设计。 本文由Wacker公司的Jack Qin(中国)和Jens Lambrecht(德国)、Gardy 技术公司的Rainer Röder、Vogel模具机械公司的Gerhard Mais以及 Pfisterer公司的Samuel Ansorge(后三位来自瑞士) 共同撰稿。文章概述了各种电缆附件总的市场趋势, 以及目前制造电缆附件的弹性体材料所必须满足的 关键性能。
概述 虽然在世界范围内，人们仍然看得到各种交替使用的电缆技术在运行，从气 体绝缘式到充油式都有，但是从上世纪80年代后期以来，交联聚乙烯型开 始在新的应用中占据主导地位。与此同时，在此期间，交联聚乙烯电缆的附 件一直经历着长足的发展和改善，特别是最近的十年期间。例如，第一代电 缆附件是充液式，而目前更加“环保”的干式附件正在成为首选。 现在，要求电缆附件具备的其它特性包括适应性强和容易处理。例如，GIS 或变压器的电缆终端一般要在现场安装，这意味着，GIS或变压器也必须在 现场安装和测试，但这并非总是很便利的。最近生产出来的可插拔式终端 可以消除必须进行的附加现场试验，而且在安装上也有其优势，即该终端 独立于GIS或变压器，仅仅需要后者预设的插座。用户可以随后决定，该工 程中电缆终端还是架空线路终端更合适。 现在，用于架空线路连接的可插拔式套管以及更加紧凑型可插拔式避雷器 也已经面世，而且可以在电缆的任何位置进行连接-无论是水平、垂直还是 介乎于两者之间。 可插拔式连接器系统的心脏部分是插座，必须能够控制电场，而且其设计 能够满足不同应用的需求。因为插座将放入GIS或变压器中，插座将在油或
带有硅橡胶外套的高压终端代表了电缆附件产品的发展趋势。►
电缆附件的发展：设计、材料和制造
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SF 6中工作，而油和SF 6 具有不同的介电常数。因此，电 场控制元件的设计必须能够涵盖不同应用环境下一定 范围的不同电场强度。
目前，要求电缆附件具备的
电缆未来的发展将集中在更高电压、更大横截面以及
关键特性中包括适应性强并
开辟新的应用领域。虽然目前电缆的工作电压已经高
且容易处理。
达800 kV，但是在这种电压下，对电缆制造、运输和维 护的要求都非常苛刻，这是挑战所在。增加电流能力将 要求电缆的导体横截面由正在迅速普及的2500 mm² 增加到3000 mm²甚至更大。 向可再生能源发展的趋势也驱动着高至300 kV直流电
须获得相关的现场经验，才能研发适合这一新兴市场的
缆的需求在增长，将海岸风力发电站与电网相连接。在
产品。
这些应用中，需要附件具有不同的材料性能，制造商必
电缆附件的发展趋势 目前，多数中压电缆和越来越多的高压电缆装置使用挤 压成型的聚乙烯绝缘。电缆内部的铝导体由导电聚乙烯
典型交联聚乙烯电缆的截 面图。
制成的屏蔽层围绕，主要绝缘层和外部导电屏蔽层由聚 乙烯制成，而外导体由外层套管覆盖。 在应用中，需要把不同长度的中高压电缆连接并且集成 到变电站和架空线路中。这里是电缆接头和电缆终端主 要的应用之处。 每当电缆被连接到架空线路或电气装置时，外部导体和 屏蔽层必须被剥切，电缆绝缘必须用电缆终端覆盖。此 处，电缆终端的主要任务包括： · 控制剥切的外部屏蔽层端部的电场； · 覆盖聚合物绝缘； · 污染运行环境下提供所需的外部爬电距离。 几十年来，中压系统的电缆终端实质上一直由聚合物制 成，例如三元乙丙橡胶和硅橡胶，更高电压下的发展趋势 似乎与此相似，也是向聚合物外套过渡。和瓷相比，硅橡 胶外套高压终端具有很多优势，包括更安全、降低环境风 险以及缩短安装时间。例如，与瓷外套相比，安装聚合物 终端所需要的时间估计可以缩短高达20%，根据电压等
一种35 kV终端的设计被切开（左图）。典型的终端 设计示意图例（右图）。
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级而定。
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近来选用的终端。
中压终端的设计改进工作数年来一直 电缆将连接到另外一条电缆上，例如 电缆接头也同样有新式紧凑型和高性 在稳步进行，产生了更高性价比 、外 当损坏的截面需要修理或者需要设置 价比的解决方案。 形更小巧型的产品。具备相似优势的 分支时。这时可以使用不同类型的接 电场屏蔽技术也有望产出更小巧的高 头，其主要功能包括：
与电缆终端的情况一样，对更快速和
压终端。
更低安装成本的需求目前正在推动预
· 提供正确的绝缘，特别是径向电场； 模制式接头用于高压。因其零件更少， 但是，电缆不仅仅只是被连接到架空 · 控制电缆外屏蔽层端部的电场； 内置的压缩力不需要现 场再放 置 压 线路上和其它设备上。大多数情况下， · 覆盖接头并提供必须的机械强度。 缩器，预模制式正在逐渐替代预制接 头。零件较少降低了生产成本。
除了上述两种电缆附件，即终端和接 头的发展以外，第三种电缆附件-连接 器-目前也提供了更好并具有更高性 价比的电缆解决方案。连接器被用来 把电缆插入到电气设备中，例如开关、 变压器、测量装置等。高精度模制硅 橡胶部件严密地连接到环氧树脂的相 一个典型高压终端的剖视图(左图)以及如何控制电场分布的示 意图（上图）。
应位置上，可以实现安全和可靠的连 接，在需要时又能快速分离。
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连接器有多种设计，附加的辅助设备 各种特殊等级的硅橡胶弹性体越来 范围宽广。例如，插入式避雷器能够 越可以满足上述需求，每种应用使用 抵御接地的雷电冲击，而且相同的技 正确的硅橡胶等级对运行性能和优 术甚至可以用于制造母线连接器。
化制造是非常重要的。例如，中压范 围最先进的电场控制可以使用相对
材料要求和性能
介电常数大约为15的硅橡胶来达到。
制造电缆附件的材料必须具备的最 在高压应用中则使用导电屏蔽控制 重要特性包括，电气应力下的弹性、 电场。 20 kV户外终端典型设计演变的例
耐腐蚀以及长期稳定性。 与此类似，还发现硬度范围从25到
子。第一代户外终端(左图), 由两部分 组成。一部分是模压的厚壁RTV硅橡
为不可能滑动终端去越过金具。最新
在这方面，硅橡胶弹性体优异的电气 40肖氏A的液体硅橡胶(LSR)或高稠 度橡胶(HCR)的抗腐蚀梯度是理想的 绝缘性能，加上抗老化和长期稳定的 电缆终端材料。而且，它们的高弹性 弹性，很快使其成为很多电缆附件的 很容易装配，不需要额外的工具。 首选材料。以接头为例，因为硅橡胶
的设计(右图)由薄壁液体硅橡胶(LSR)
天性柔韧以及具有保持持久机械压力
胶, 另一部分是再次进行模压的导电 电场屏蔽。硅橡胶有限的机械性能需 要多种尺寸去配合所有的电缆截面,因
组成，易于安装在电缆上。像软管似 集成的电场屏蔽可以允许更小巧的 设计。
的固有能力，与环氧树脂的金具部分 结合时，能够保证可靠的电气界面。
最新一代干式电缆接头和终端有一 个共同的特征，即绝缘组件内置了电 场控制元件，这一每个干式附件的 "心脏"部分通常由硅橡胶和预制零 件制成，通常在制造商的试验室进行 试验。
就户外电缆而言，例如终端（特别是 在污染的条件下），硅橡胶弹性体最 显著的优点是其固有的憎水性。电力 行业对此已经广为认知，同瓷材料相 比，爬电距离更短，维护要求更少， 实现了更经济的设计。
制造需要 硅橡胶弹性体接头一般由各种模压 工艺或多层挤压技术制成。
多层挤压成型的典型硅橡胶中压接头 (上图)。新式紧凑型中压接头的例子 (下图), 由多层硅橡胶制成, 并带有连 接器。
用于400 kV的预制电缆接头（右上 图）正在逐渐被具有内置应力松弛 装置的预模制接头所取代（右下是 为161 kV设计的接头的例子）。
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目前，用于所有电压等级的电缆附件
作AVT的专利系统，两种组分的硅橡
越来越多地基于硅橡胶，特点是不导
胶在热交换器内被预热，将缩短30
电硅橡胶和导电硅橡胶的应力锥内
到50%的固化时间。所有不必要的返
部绝缘。就电缆终端而言，或者直接
回研磨也被减少到最低程度，同时，
再模压外部绝缘，或者使用空心绝缘 降低了质量控制成本。 外套。 总的来说，随着电缆工业接到越来越 过去，这些类型的附件多数使用室温
多的高压（例如高达500 kV）电缆接
硫化硅橡胶制作。然而，由于降低成
头和终端的订单，用量可能高达80公
本和加工时间的压力，目前越来越多
升硅橡胶进行优化生产应力锥的需
地使用液体硅橡胶。就成本以及电气
求将日益增加。非优化生产工艺中使
和机械设计而言，这种材料已经显示
用室温硫化硅橡胶、或甚至液体硅橡
出良好的效果。例如，材料的固有性
胶可能花费很多小时，因此，实施自
能可以实现不同硅橡胶之间的粘结， 动化工艺变得更加重要。共同的基本 导电的和不导电的，无需任何外部的
目标是，通过把加工硅橡胶本体的每
粘结剂或处理剂。
一个单独的加工步骤整合到一个可
T型连接器的特点是有三层特殊的硅 橡胶屏蔽：内部导电层；绝缘层；和 第二次模压的外部导电层。10 kV连 接器的应用例子（下图）。
控的制造工艺中，减少总生产周期， 可以使用不同的制造技术，常常依据 包括：模具准备；预热；液体硅橡胶 附件的电压等级而定。例如，在中压系 充入模具；固化控制；模具冷却到室 统，硅橡胶应力锥上的水平脱模线通 温；打开模具；芯体从硅橡胶本体中 常是可以接受的。在这种情况下，对于 自动取出；清洁模具，为下一个周期 比例为1:1的双组分液体硅橡胶而言， 做准备。 典型的制造设备由称量和搅拌单元组 成，旁边有标准的锁模机(还可用于中 大批量生产高压电缆附件中，优化生 压环氧树脂部件)。套管的制造有特定 产工艺参数对达到高质量产品是至 的制造工艺，模具也是专门设计的。 关重要的，这意味着内部模具的压力
预模制硅橡胶电缆接头(前）的特点 是硅橡胶绝缘本体(蓝色）和导电的 硅橡胶外层（黑色）。安装好的接头 (后）。
生产区可以配置特殊的通风系统以及 可以控制（无返回研磨）和非常好的 采用闭环制造和试验程序。
材料流动性。采用这种方法生产出来 的最终附件具备最佳的机械和电气
电业部门要求的电缆系统正在朝着 性能，以及电场控制部件和绝缘硅橡 更高的电压等级发展。随着这个发展 胶之间的完美粘结。 趋势，对材料的电气性能和自动化生 产的要求只会越来越高。例如，因为
总结和展望
硅橡胶的厚度通常需要很长的硫化 当前，在电缆附件的应用中，对其材 时间，带应力锥和外部绝缘子电缆终 料的机械性能以及压缩形变性能的 端的一种特殊设计要求更加专用的 要求越来越苛刻。与此同时，电压等 制造装置。但在此处，使用了一种称 级变得越来越高，而总的寿命周期成
第一代硅橡胶外套终端的特点是有14 个防雨伞裙，而同等瓷绝缘子则需要 更长的爬电距离，大约27个伞裙。
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就接头而言，因为硅橡 胶天性柔韧以及具有保 持持久机械压力的固有 能力，与环氧树脂的金 具部分结合时，能够保 证可靠的电气界面。
电缆接头和应力锥的典型制造示意图。 本(包括原材料、生产、现场装配和维 护成本）却处于要求尽可能低的压力 之下。在这种环境下，一种类型的附件 适用于一定范围内不同的电缆截面应 该是理想的。 展望未来，随着电缆电压等级的不断 攀升，以最优方式制造大型硅橡胶附 件，需要进一步量身定制的解决方案 冷缩接头原理。弹性材料预制的电缆附件被预扩张，套入螺旋状支撑芯。将支撑
将不断增长。在这方面，也需要行业
芯抽去，扩张的橡胶体便收缩至电缆的直径。这一技术要求具有独特的机械性能
间进行合作，包括电缆终端和接头供
以及长期的弹性，有赖于最新一代有机硅弹性体材料。
货商、相关生产设备制造商以及硅橡 胶材料供应商。
液体硅橡胶制成的完整三相电缆接头。
用液体硅橡胶制造的中压附件典型 制造装置和模具。
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电缆附件的发展：设计、材料和制造
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第 二 期 · 2010年 第二季度 · 第一卷 · 二号刊
第 二 期 - 2012年·第二季度·第三卷 - 十号刊 / Issue 10·Quarter 2 - 2012·Volume 3 - Number 2
本期内容包括
· 十号刊
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