China11ss

第三期

· 2012年 - 第三季度

国际输配电发展的信息之源 国际输配电发展的信息之源

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第 二 期 · 2010年 第二季度 · 第一卷 · 二号刊

第 三 期 - 2012年·第三季度·第三卷 - 十一号刊 / Issue 11·Quarter 3 - 2012·Volume 3 - Number 3

· 第三卷

· 十一号刊 Quarter 3 - 2012 · Volume 3 - Number 3 INMR CHINA

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第 第 第 · 2010第 第第第第 · 第第第 · 第第第 ISSN

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免费订阅表 ﹣ 传真：001-514-939-6151 第期 二- 20 期12年· ·第二20 季度·第 10年三卷 国际 - 十号 国际 输配电发 第 二季 刊 / 展的 w输 Issue w配 信息 度 w电 10·Q 之源 . i发 · n展 m的r.信 uarter 第 之源 c息 一2卷 om - 201 2· ·Volum 二e 号 3 - Nu 刊mber

第二

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本期内 容包括

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谈谈绝缘配合

这

一期有一篇文章，题为"挪威电力部 门在电压升级项目中重新确定绝缘尺 寸"。文中谈到：挪威电力公司为了发展电 力事业，需要新建更多的420 kV的线路，但 是遭到了公众的反对，公司难以获得新增线 路的线路走廊权，在这种情况下，只有利用 现有的300 kV的线路走廊，在此基础上升级到420 kV的电压等级。 在这种升级中，一般都是不动其杆塔和导线，那么剩下的部分就 只有改变线路的绝缘了，而线路绝缘即指绝缘子串的长度和线路 的空气距离。具体地说，就是在升级项目中，需要增加几片绝缘 子，以及在绝缘子串增加的情况下如何保证线路的空气距离，而 指导这些工作的理论基础就是绝缘配合，本文将根据严璋、朱德 恒主编的《高电压绝缘技术》(第二版)的内容对绝缘配合的某些概 念进行说明。 在高压电力设备的设计中，需要考虑其电压等级和运行环境, 其中 一个至关重要的问题就是确定它们的绝缘水平, 而绝缘配合就是电 力系统中用以确定输电线路和电气设备绝缘水平的原则和方法。 在绝缘配合中，首先要考虑电气设备的绝缘可能会承受的电压。 在运行中, 它们长期受到工作电压的作用, 此外还会受到由于各种原 因在电力系统中出现的异常电压升高，即过电压的作用。 为了电力系统的正常运行，必须保证电力设备具有规定的绝缘强 度，即具有一定的绝缘水平。如果绝缘水平确定得太低，容易导 致设备损坏，但如果确定得太高，也会导致设备造价及维护费用 过高。所以确定绝缘水平需要统筹兼顾。在技术上，需要处理好 工作电压、过电压的限制以及设备绝缘耐受能力三者之间的相互 配合的关系；在经济上，需要协调投资费用、维护费用和事故损 失费用之间的关系，以实现较好的综合经济效益。 通过上面的介绍，我们知道了绝缘配合的目的就是确定电气设备 的绝缘水平，而电气设备的绝缘水平是通过其各种试验电压来体 现的。设备的绝缘试验通常有以下几种类型：①短时(1min)工频 电压试验；②长时间工频电压试验；③操作冲击试验；④雷电冲 击试验。其中短时工频电压试验用来检验设备在工频运行电压和 暂时过电压下的绝缘性能。为了考核局部放电等导致老化的因素 对绝缘的影响或外绝缘的污秽放电性能，需作长时间工频电压试 验。后面的两种冲击试验，是分别检验设备绝缘耐受相应过电压 的性能。因此，绝缘配合的最终目的是确定电气设备的各种试验 电压标准。 绝缘配合的方法一般分为三种：确定性法（惯用法）、统计法及 简化统计法，本文只介绍前面两种。

一、确定性法(惯用法) 确定性法是考虑了设备绝缘上承受的 "最大过电压" 和设备具有的 "最低放电电压" 这两种极端情况，然后根据运行经验, 又考虑了适 当的安全裕度来进行绝缘配合的方法，也称惯用法。确定性法不

能定量地预估绝缘发生故障的概率，只能采用较大的保险系数， 因此设备的绝缘水平偏于保守。

二、统计法 统计法的特点是根据过电压幅值及设备绝缘的介电强度的统计规 律性, 分析计算绝缘故障率, 然后在经济技术比较的基础上, 合理确 定绝缘水平。 如果要确定输电线路的绝缘水平，即确定绝缘子串的片数及线路 的空气间隙，则对于330kV及以上线路，可利用统计法或简化统计 法进行绝缘配合，以期取得较高的经济效益。而对于220kV及以下 线路可采用确定性法进行绝缘配合。 具体的过程如下：根据杆塔的机械负荷选定绝缘子的类型，然后 确定绝缘子的片数，通常的确定原则为：①在工作电压下绝缘子 不发生污闪；②在操作过电压下绝缘子不发生湿闪；③绝缘子具 有一定的雷电冲击耐受强度，即保证一定的线路耐雷水平。 运行经验表明，工作电压是确定绝缘子片数的决定条件。所以在 设计中，通常是根据工作电压选定每串绝缘子的片数后，按操作 过电压及耐雷水平的要求复核调整。 绝缘子的片数确定之后，还要确定线路带电部分和杆塔构件间最 小的空气间隙。在确定空气间隙时，应该考虑导线受风力而使绝 缘子串摇摆的不利因素。就线路空气间隙所承受的电压幅值来 看，雷电过电压最高，操作过电压次之，工作电压最低；但电压 的作用时间则恰恰相反。 表1就是根据上述绝缘配合的原则和方法得出的线路绝缘子每串最 少片数和最小空气间隙(适用于海拔不超过1000m地区)。表中的绝 缘子指的是普通型绝缘子，污秽地区为0级污秽。

表1：线路绝缘子每串最少片数和 最小空气间隙 系统标称电压(kV)

35

110

220

330

500

雷电过电压间隙(cm)

45

100

190

260

370

操作过电压间隙(cm)

25

70

145

195

270

工频电压间隙(cm)

10

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55

90

130

悬垂绝缘子串的绝缘 子个数

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张德赛 INMR中文刊主编 武汉大学电气工程学院 desaizhang@whu.edu.cn

INMR CHINA Issue 11 · 第三期 · 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

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复合绝缘子的伞裙形状研究

悬

式电瓷绝缘子和玻璃绝缘子的形状复杂，为了获得 图四是在3种大伞间距条件下，大伞和小 较好的耐污闪特性以及自清洁性能，近百年来人们做 伞的平均伞伸出对污闪电压的影响，可

出持续努力，不断推出形状优化的绝缘子，这是一个长盛不

以看出，当平均伞伸出在80mm左右时

衰的研究课题，迄今形状各异的电瓷和玻璃绝缘子在输电线

对应的污闪电压最高。

路运行，气候条件、地理条件以及经济发展阶段的不同，对 绝缘子的伞裙形状有不同的偏好，例如在中国双层伞或三层 伞空气动力型的绝缘子普遍受到电力运行部门的青睐。 由于生产工艺的问题，复合绝缘子的伞裙形状不可能做得 很复杂，一般说来，伞裙的上下表面都是光滑的，能改变的 仅是伞的大小、相邻伞之间的距离以及伞的倾角。复合绝缘 子的伞裙形状对污闪电压的影响问题，尚缺乏深入系统研 究，认识模糊，有人认为，伞裙形状影响不大，爬电比距起决 定作用。优化复合绝缘子的伞裙形状是值得深入系统研究

图二: 36种绝缘子在相同绝缘高度下的污闪电压比较

的问题。 在中国，清华大学和南方电网公司合作，在生产厂家的大力 支持和配合下，研制出36种不同伞裙形状的复合绝缘子，按 一个伞裙单元内大小伞裙的数量分为一大一小、一大两小、 一大一中两小、一大一中四小等四大类。图1所示为一大一小

对于复合绝缘子伞裙形状的考虑，除了污闪因素外，还需考 虑防止覆冰闪络以及防止鸟粪闪络等因素，对此问题仍需进 行深入研究。

复合绝缘子的示意图，表示伞裙几何参数各字母的意义如图 所示。利用人工污秽试验的固体污层法，电压施加方式采用 恒压升降法，获得36种复合绝缘子的直流污闪电压如图二 所示。试验结果表明，复合绝缘子的伞裙形状对污闪电压有 较大影响，一大一小结构复合绝缘子有相对较高的污闪电 压。设22#绝缘子的污闪电压为1，其他编号绝缘子的污闪电 压都是相对22#的标幺值。在相同绝缘高度下比较，污闪电压 的最大差距可达22%。

伞间距 S1 (mm)

图三：大伞间距对污闪电压的影响 伞裙单元

絕緣距离

图一：一大一小复合绝缘子结构示意图

平均伞伸出 Pav (mm)

该研究中一大一小复合绝缘子共有19种不同伞间距和伞伸 出的试品，伞间距和伞伸出对污闪电压影响的试验结果分别

图四：大伞和小伞的平均直径对污闪电压的 影响

如图三和图四所示。图三表明，5种不同伞伸出的试品，都是 伞间距为100mm时对应较高的污闪电压。图三还表明，并不 是伞盘直径越大，污闪电压就越高，而是存在最优值，大伞 和小伞的伸出分别为90mm和66mm时有较高污闪电压。

关志成教授 清华大学深圳研究生院 guanzc@tsinghua.edu.cn

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第三季度

02 Message from Prof. Zhang Desai 谈谈绝缘配合

03 Message from Prof. Guan Zhicheng 复合绝缘子的伞裙形状研究

Utility Practice & Experience 26 世界上海拔最高的高压直流线路将 电力输送到西藏

42 加拿大电力部门面对电网组件

10 Editorial

的挑战

你的电网看上去'时髦/智能'吗?

42

52 挪威电力部门在电压升级项目中

12 Inside Track on Smart Grid

重新确定绝缘尺寸

让一切变得‘更加智能’

14 From the World of Testing

58 阿尔及利亚高压电网运营商抗击严

16 Transient Thoughts

64 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定

17 Reporting from CIGRE

—————————————————————

酷的污染环境

空气中的电流

分析

使用卫星选择绝缘子

52

Insulators

更新"复合绝缘子操作指南"

72 绝缘子表面的非可溶性沉积物

18 Pigini Commentary

当绝缘子寿命终期时:回收还是废弃

Arresters/ Cable Accessories

19 From the Research View

复合绝缘子的表面电荷和直流闪络 性能

20 Silicones Technology Review

64

—————————————————————

高温硫化固体硅橡胶(HCR)为您提供 广泛的可选生产方案

22 Focus on Cable Accessories

导线横截面和连接器设计的趋势

24 Woodworth on Arresters

78 护层过电压保护器保护高压 电力电缆

—————————————————————

Developments in Epoxy Materials 84 紧凑型需求推动了设计新型环氧 绝缘组件

—————————————————————

Perspective

90 极端天气凸现了需要监视污秽度

超越大学以外的功课

的变化

本期广告商 CSL Silicones

封底

15

Dalian Insulator Group

8

Siemens, Arresters Div.

EGU HV Laboratory

7

Wacker Chemie

21

Huayi Machinery Group

5

Yikun Electric

25

Hübers Verfahrenstechnik

7

Yizumi Rubber Machinery Co., Ltd

Huntsman Advanced Materials

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KEMA

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Zhengzhou Xianghe Group Electric Equipment

封二

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DALIAN INSULATOR

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。

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Does Your Grid Look ‘Smart’?

你的电网看上去'时髦/智能'吗?

本

期Richard Schomberg的专栏探讨了我

那么，为什么还要强迫已经使这一目标实现的聪明的

们世界中的一切如何正在变得更加智能。

工程师们去进一步让电网系统看上去‘时髦’。人们真

不仅是电网，而且是建筑物，甚至是整个城市。

的在意吗？即便在意，如何才能希望大型变电站或 50米高的电力铁塔看上去‘时尚’呢？ 但事实是庞然大物而且是混凝土或钢结构并非意味 着就一定很难看。举埃菲尔铁塔为例，这是举世闻名 并且为人喜爱的不朽象征。我无法想象在巴黎租了一 套公寓的人会抱怨“我究竟为什么必须从卧室就能看 到埃菲尔？”然而大多数人却哀叹：他们在向外看时， 最好永远也不要看到不得不看的沿输电线的铁塔。 输电行业错过了机会将铁塔及其安装看上

这座GIS变电站在加拿大蒙特利尔附近，吸引人的混凝土 饰带，环形特征，高而优雅的门型入口。

去‘smart’，并且越来越smart吗？ 当然，时髦是口味的问 题。对一个人来说，看上

但是，让我们稍停片刻思考一下，'smart’(智能)这个

去有吸引力的东西或许

词的真正含义是什么。 ‘smart’一词来自英语，显然

使另一个人退避三舍。

起源于大不列颠。如果我正确的话，在英国，如果你

说到展示建筑物是否

对某人说：“你看上真smart！”，这并不是在评述人

吸引眼球的美学，任何

的智力。在大不列颠， ‘smart’的意思是： ‘时髦，时

得体的建筑仍然可以告

尚，流行’。所以，至少根据大不列颠对这个词的惯用

诉你一些基本的要素。

法，电网值得被冠以‘smart’的标签吗？

例如，优雅的线条，比 例协调，对称，整洁都

公正地说，安全可靠地穿越长距离输送高压电力并且

会使任何铁塔，包括整

将损耗降到最低，这本身已经具有足够的挑战。

座变电站，看上去更友 好。图中的电力铁塔实 例虽然相对规模庞大， 但做到了看起来时尚 又优雅，从这种意义上

这基中国设计的直流铁塔虽 然40米高，尽管与巍峨的 周围环境相比拼，但设计大 胆，匀称并且相当简单，很 漂亮。

说，我认为它们是真正 的‘smart’。 期望设计来日的架空线路和变电站时，这是所有电力 系统运营商要跟随的方向。到那时，或许有英国人来 参观你的电力铁塔，很可能惊叹“我该用什么词呢？ 这看上去真太时髦了。”

中国大连220 kV铁塔简单至极 但很宏大。

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西班牙塞维利亚220 kV铁塔是 时尚和优雅的缩影。

Marvin L. Zimmerman Publisher mzimmerman@inmr.com

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Everything Becoming ‘Smarter’

让一切变得‘更加智能’

继

'智能电网'和'智能建筑物'之后，业界现在最 新的流行语似乎就是‘智能城市’了。那么， 需要用另一个术语表述的它们之间的共性和差异性 究竟是什么？让我们来探究一下。

智能建筑物：自成一体的能量系统 目前，全球的商业用户消耗了40%以上的产出能量 (多数是电能)，诸如零售商店、信息中心、办公楼和医 院这样的建筑物消耗的能量最大。 建筑物的结构可以很复杂，将各种不同的内部电力 用户融为一体，例如空调、制冷机、照明、电梯、自动 扶梯、计算机、通讯和监视系统，其它的机器中还有 传感器和激活器。供热仍然主要通过矿石燃料；但冷 却、通风和制冷占了电力消耗的大约20%，根据气候 和所处的位置而定。建筑物的照明通常消耗大约40% 的电能，包括办公室、仓库、工厂和所有外部照明。 展望未来，设计“零能量建筑物”，建筑物本身产生的 能量等于或大于消耗将是必要的。更重要的仍然是 翻新现有建筑物，特别是很多国家翻新商业和公共建 筑物的比率很低，而这些建筑的使用期限各异，可以 相差高达50年。需要对这些建筑物进行升级，加入智 能、自动化和更高效的能量系统，包括传感器、计时 器、程序化温控器、照明、热泵、能量储存器和可再生 能源。 幸运的是，IEC已经开发了很多适用于上述技术的国 际标准，帮助制造商建造可靠、高效和安全的产品。 此外，利用现有技术，将建筑物能量消耗降低30% (也许甚至多达50%）肯定可以达到。研究表明，以目 前的能量价格计算，这种投资能够快速收回。

更加可持续和更加健康的智能城市 目前有21个居民超过1千万的“超级城市”。此外，世 界人口的50%以上居住在城市。预测结果显示，到 2050年，这个比例将达到70%(也即总数大约64亿)。 然而，很多城市拥挤、污染和过度的基础设施，已经 接近了所能承受的极限。 城市是庞大的联合体，汇集了大量建筑物、基础设施 和控制/信息系统。问题是，城市的很多服务行业 (包 括发电、供水、供气、运输和紧急服务）却是彼此独 立的。这就是为什么无论机动车司机还是商店业主都 对道路反复被挖开抱怨不断，例如，先修理天然气管 道，然后修理供水管道，最后修复供电线路。为了提 高城市的“宜居性”指数和可持续性，将需要数字化 的基础设施，改进和分享各个部门和不同技术领域间 的实时信息。 12 INMR 中国

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第三期

把智能加入城市是相当大的挑战，但也提供了极好的 商机。关键的障碍是，确定使用哪些技术以及如何融 资，通过制定合理的政策使之运作起来。

系统的方法 目前有很多现成的技术可以解决城镇问题，但这些技 术却被孤立地应用。解决单一问题的方案可能获得短 期利益，但是对于长期发展来说却微乎其微。实现真 正的“智能城市”，需要共享基础设施和信息，降低 成本增加效益。技术互连以及允许多个公司参与技术 解决方案需要高层次的发展蓝图。标准促进技术之间 的互连，是通向这一过程的关键。标准使商业项目更 加令人信服，所以标准也消除金融界的顾虑并加速作 出“继续”的决策。投资被大家分担，但投资者却享受 到遍布各种基础设施的利益。 智能电网—关键的推动者 迈向城市更加智能化必不可少的第一步就是智能电 网。智能电网能够平衡所消耗的巨大电能，以保持供 电稳定，也为居民提供安全。临时电力中断不仅会造 成不便，而且也会对商业造成严重的经济损失，如果 关键设施发生故障，甚至可能付出生命的代价。 储存能量，平衡峰值需求 再朝前一步，城市需要增加能量储存装置，应对峰值 电能消耗，这可能包括充电式混合动力电动车的蓄电 池。当建筑群能够互相交换多余的热量或冷气时（或 共享更高效的大规模采暖通风和空调设施），可以实 现另一种形式的能量储存。储存能源也允许城市把更 多的太阳能电池板和客户送回的其它间歇电能进行整 合，并入电网。 "微电网"使社区能够计划从电网中消耗多少能量，以 及什么时候是使用分配和储存能量的最佳时间。外加 上智能仪表，将鼓励他们更有效地使用能量。未来, 直流微电网甚至可能帮助降低电能损耗和消耗。

能量消耗更加智能化，提高生活质量 智能电网能够实现智能建筑物一体化以及智能城市 一体化。但是，应对未来的能量挑战并且收获硕果将 取决于我们实现建筑物和城市智能化、自动化和系统 化蓝图的速度有多快，在这个过程中使一切变得更加 智能。这将是真正的挑战所在！ 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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There’s Electricity in the Air

空气中的电流

电

力系统的开断操作常常被认为是由诸如断路器

点。快速而又频繁的电压降会对附近的设备造成急骤的冲

等耐受力很强的专门设备完成。因此，人们往往

击，有时甚至会造成设备损坏。而无固定路径电弧也可能

会忽视高压电网中的大量开断操作实际上是由隔离开关 完成的。在高压电站中，隔离开关设备的数量实质上超过 了所有其他户外装置。

会扩散至过于接近相邻的导体，从而引起故障。 当电弧发生在看似安全的全封闭GIS环境下，并且需要 对甚至更低的电流，即几毫安电流进行开断时，隔离开

开断操作是相对简单的机械动作，只要接到了指令，两个

关电弧开断变得尤其复杂。虽然不再有任何声光现象，

接触刀闸就会慢慢相互分离。它的基本功能是将供电系统

仍然会有比在空气中重复性更高的小而短的电弧。这正

的不同部分之间进行可见的隔离，尤其是隔离需要进行维

是问题所在！

护的设备。

在SF 6 环境中的多次击穿会产生非常快速的暂态脉冲序

隔离开关也经常参与带电开断操作。这意味着即使被开

列，这些脉冲序列实质上能够在罐体内部无约束地到处

断的电网部分在没有带负荷的时候，开断过程中也会有电

自由游历。只要一有机会存在，例如在套管处，它们中的

流。在这种情况下，电流是由“寄生电容”引起的，而且尽

一部分就会逸出GIS并继续向外运动。此时，它们被称作

管只有十分之几安培，现象也相当壮观。在触头的分离处，

特快速暂态过电压（VFTO）并且变成了严重的问题, 特

电流不会就此停止，这主要是因为刀闸上接触点间的电压

别是当设备的额定电压值升高的时候。据报道，对 1100 kV

会立刻击穿热空气间隙。只有当触头间达到足够的距离时

以及 1200 kV 特高压设备而言，特快速暂态过电压达到

(即，当前电压不能桥接的距离），电流才会被截断。

了甚至超过雷电冲击电压的水平。

在操作的瞬间，可以看见电弧产生--也就是所说的“空气 中的电流”。电弧加热了空气而为自己创造了更加容易导 通的路径，自由燃烧的电弧的长度可以达到几米。只有风 可以吹断热空气及电弧，就像在断路器中能量更大的故障 电弧被强气流所冷却。 做为一个博士学位课题的一部分，埃因霍恩(Eindhoven)大 学最近对自由燃烧电弧的特性进行了研究，其目的是发现 增强隔离开关开断电流能力的途径。基于在不同实验室进 行试验的结果，人们发现隔离开关电弧特性具有很高的重 复性。还有一个特性是任何电弧均具有在电流过零时自动 熄灭的趋向。然而，由于在电弧熄灭后的短时间内被加热 的空气绝缘强度很差，通常不能承受回路电压，而会在下 一个周波中再次产生电弧。 上 述研究有助于 表 明电 弧与回路 瞬 时 状 态的 相互作 用是非常强烈的。这种相互作用在试验中会产生一定

有关GIS隔离开关试验的讨论已经持续了很长时间，随

的影 响 。在I E C 隔 离开关标 准早期版 本中，对 试 验回

着 IEC 62271-102 的发布，似乎可以“尘埃落定”。 然而,

路没有规定。在意识到试验回路对隔离开关电弧特性

"带电母线”开断功能类的试验仍然是各个方面真正的挑

(尤其是持续时间）的潜在影响后，出版了新的IEC文件

战。兆赫频率下的暂态过程必须在GIS罐体内进行测量,

(TR 62271-305), 对试验回路做了详细规定, 从而减小了

而实验室的高压电源必需保持稳定。这需要非常特殊的

试验的随意性。

技术及设备。KEMA实验室已经对 550 kV 及以下的设备

我们的研究工作还表明空气中的电流路径呈现出截然不

进行了试验，但我们也正在逐渐意识到安装带来的风险。

同的两种模式：一种是瞬时带电的“机关枪”模式，在相

因此，只有真正的专家在对几百仟安的开关进行试验时，才

距最短的触头间快速导通；还有一种是高度无固定路径模

会发现几毫安电流的断路器开断给他们带来的挑战。

式，像巨大的火焰非常“软”地燃烧，并且在空气中快速向 上扩散，常常达到几米长。 "机关枪"型电弧的重复特性（尽管对任何知识渊博经验丰 富的高压工程师来说都是迷人悦耳的）却有其自身的缺

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Rene Smeets Rene.Smeets@dnvkema.com

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Selecting Insulators Using Satellites

使用卫星选择绝缘子

今

年四月，标志着一个令人瞩目的监视地球环境

www.inmr.com，从文章档案库搜索中键入< NSDD >便可

的项目不幸终结。已经运行了比原计划寿命五

以方便地找到这篇文章)。伊朗Niroo研究院(NRI)记录到的

年多一倍的欧洲太空总署卫星Envisat突然停止传输信

NSDD最小值超过 0.2 mg/cm2, 这些数值通常高到足以将

号。在花费大约一个月时间试图重新启动这颗卫星之后，操

IEC 60815的现场污秽度评定提高一个等级：从“严重”提高

作人员宣布Envisat卫星使命结束。这是一个苦乐参半的时

到“非常严重”。

刻，Envisat带有10个精密传感器，已经传送了超过一千TB 的数据，在大约2500种不同的科学刊物中都能找到它们的 足迹。 幸运的是，一个卫星图像从我们的视野中消退了，却接收 到了另一个图像。五月八日，美国国家航空航天局(NASA) 的第一个臭氧成像和廓线仪装置(OMPS)将刚果尼拉贡戈 (Nyiragongo)火山附近二氧化硫含量的图像在网上发布。有 趣的是，事实上早在1979年NASA就一直保持着在线SO2观 察档案库。确实，今年7月23日是使用陆地卫星1号（Landsat-1）图像绘制第一张美国地质测绘图的40周年纪念日。 卫星还有大量其它的优点，其中可以独立监视绝缘子暴露 在污染下的长期趋势。这样，在确定泄漏距离时，不管是复

卫星光学厚度测定的年灰尘沉积速率(单位：克/平方米/年)。 Jickells等人, 科学, 308, 67-71 (2005)

合绝缘子、盘形瓷绝缘子还是长棒型绝缘子，都可以更好地 利用IEC导则。在这方面，INMR的读者可能有兴趣跟踪近期 在验证卫星测量污染方面取得的进展。 IEC 60815指南要求确立相关运行区域的灰密(NSDD)以及等 值盐密(ESDD)。传统上一直是通过下述过程完成：收集累积 的污染，从被试绝缘子上擦拭下积污，分析其化学成分，过 滤，最后称其惰性沉积物的重量。国际大电网会议技术手册 333 ( 2007年10月)增加了被试绝缘子带电的优点，达到还能 够监视其泄漏电流。 然而，像这种固定地点的监视本身具有一些基本的限制。例

卫星光学瞬态密度测定的年雷电速率, (CC+CG)/平方公里/年。使 用CC=2 CG建立"云到云"和"云到地"活动的关系。NASA OTD/LIS

如，虽然能够确立代表小变电站现场污秽度的评定，但却不 能获取发生在大变电站、或沿线紧靠道路或其它污染源线 路污秽的快速变化。

最近，我有机会在以色列电力公司见到了 Evgeni Volpov 博

监视各种不同带电绝缘子的泄漏电流（在变电站内或线路

士。他对Jickells等人灰尘沉积图的评价是：虽然该图的绘制

沿线）似乎很有吸引力，特别是提倡智能电网降低了收集和

使用了相对大型的电网，而且只有几个粗旷的等级，但仍然

处理上述数据的成本。然而，如果是新的设计，遥测监视污

提供了有用的预测和趋势。他继续评述，NSDD/ESDD比例

染度将有可能提供质量够高但成本更低的数据。

为10对于中东地区似乎相当合理。正如Claude文章中表明

从遥控监视的观点看，一篇发表在2005年《科学》杂志上的 研究激起了我的兴趣，研究的目标是绘制全球灰尘累积图。

的那样，这一趋势在Hormozgan州NRI的研究结果中也是明 显的。

作者比较了三项研究，这三项研究将卫星光学预测灰尘沉

多年来，在提高卫星测量污秽成像的清晰度方面已经有了显

积厚度与当地记录到的铁浓度相关联。然后，他们绘制了年

著进步，特别是NOx, SO2和微粒物质成像。户外绝缘子的用

2 /year)。 该

户以及制造商无疑要探究更多地利用卫星发送数据获取资

图显示了北非、中东和中国北部沉积速率为20 g/m2 /year

源的可能性。这些资源能够帮助我们开发更好的设计，更重

的区域。另一个图是全球雷电密度卫星图像。卫星预测灰

要的是，还可以确保绝缘子的技术规格始终最适应于实际

尘 沉 积 速 率 显 示 ，波 斯 湾 区 域 的 灰 尘 沉 积 速 率 是

的污染条件。需要进一步了解，请参考本期72页的文章。

平均灰尘沉积密度图(单位：克/平方米/年，g/m

2/year。

10-20 g/m

一些INMR读者可能回想起Claude de Tourreil撰稿的一篇 文章，该文叙述了波斯湾最先进的现场污秽度评定。 （登陆

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Dr. William A. Chisholm W.A.Chisholm@ieee.org

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Guide for Handling Composite Insulators: Update

更新"复合绝缘子操作指南"

由

于操作不当造成复合绝缘子的运行故障事件日益增多，导

幸运的是，经验表明，只有在相对极少的情况下，才会出现

致了国际大电网会议(CIGRE)工作小组22.03在2001年发

霉菌生长严重到需要拆除绝缘子的程度。一旦确定霉菌严

布了标题为“复合绝缘子操作指南”的技术手册184。 具有开拓

重繁殖，是否拆除的决定通常只是预防措施。实验室的调

精神的电业部门以及制造商参与了该文件的编写，其目的是向用

查结果证实了上述乐观的现场经验，调查结果表明，只有白色腐

户传授运输、储存和安装期间，不当操作会引起的风险。

菌Phanerochaete chrysosporium才能真正劣化硅橡胶聚合物

虽然复合绝缘子仍然常常被认为‘不会毁坏’(至少与同等瓷绝缘

的主要成分。

子相比），但是经验表明，这种说法只是部分正确。尽管它们具有

根据近来的报道，长期存放在板条箱中的复合绝缘子暴露在雨水

弹性好和不脆断的特性，但是处理不当仍然能够导致与其它绝缘

和暖温下，会发生霉菌生长。这些板条箱通常由木材制成，进口到

子技术相当不同的故障模式。例如，已经报道过悬挂导线的扭曲

很多国家之前需要进行预处理（即ISPM 15）。然而，研究证明，这

负荷过大引起耐张绝缘子密封系统或FRP芯棒损伤的例子（例子

样的预处理并不影响之后霉菌的生长，实际经验表明，木材板条

见图一）。

箱的设计需要折中：一方面，需要板条之间的间隙提供内部空间 的通风；而另一方面，间隙的尺寸应该小到可以防止污染物侵入或 动物进入。

图一：扭曲造成的芯棒开裂会引起复合绝缘子闪络和内部击穿的 电气故障。

虽然现有的国际大电网会议操作指南主要关注绝缘子的机械损伤 以及相应的过早老化故障，但是逐步丰富起来的运行经验已经使 很多电业部门因地制宜并且扩充了这一指南的内容。确实，随时间 图 三：Aspergillus niger和 增加的这些内容，现在应该被认为是对原始文件的必要更新。

1. 电晕/工频电弧保护

Cladiosporium的繁殖容易 除去。

图四：Chaetomium, Cladosporium和 Methylobacteria的繁殖留下粉 红色残余。

图二：由于没有适当的电晕保护, 245 kV耐张绝缘子运行1年以后,密 封破坏和端部表面劣化的例子 。

根据气候条件，当木材板条箱被置于完全暴露在环境中时就会迅 速变朽。如果板条箱内的绝缘子没有被保护或如果保护物被过早 拆除，夹带着木材有机成分的水就会与绝缘子表面接触并导致菌 类繁殖。全球产生这类“生物”污染的物种种类繁多。

过强的电场梯度造成高压侧或接

从用户的观点看，存在两种可能的情况：1.绝缘子被真菌物种覆

地侧附近的空气电离，称为电晕，

盖，例如Aspergillus niger和Cladiosporium，附在表面且容易

在设计复合绝缘子时，应该更多地

去除，以前繁殖的区域再次完全恢复憎水性；或者，2.霉菌物种

注意具有足够的保护防止电晕。这是因为它们的直径相对较小，

Chaetomium和Cladiosporium综合繁殖，与Methylobacteria

虽然就污染性能而言是优点，但在连续电晕放电的条件下却使它

相互共生，可以在绝缘子表面形成粉红色的外表层。虽然这些霉

们的护套和密封系统更加容易产生老化和损伤（例子见xx页的文

菌容易除去，但这些颜色却扩散进入并保持在硅橡胶的基体材料

章）。在电晕或电晕/工频电弧共同发生的情况下，绝缘子串的保护

内。清洁之后，带有粉红色残余的表面恢复憎水性，并因此重新恢

装置是必要的。供货商应该提供详细的说明书指导在线路上进行

复原始性能，但却失去了美学吸引力。

安装的人员。

又增加了超过11年的复合绝缘子运行经验之后（不同应用以及各

2. 霉菌生长

种环境条件下），升级现有的绝缘子操作指南现在提上了日程。因

在高湿高温以及存在各种霉菌为特点的运行环境中，瓷和复合绝

此，这可能成为国际大电网会议新工作小组的任务，即B2.21（绝

缘子的表面都能成为霉菌的繁殖地。因为惰性玻璃和瓷材料已经

缘子）的继任者。当然，读者就操作指南更新版本应该包括哪些内

呈亲水性，对这些绝缘子表面的影响相对较小。因此，霉菌生长仅

容等进一步的修改意见，欢迎随时和我联络。

能够增加污染层的厚度。然而，对于表面具有憎水性的复合绝缘 子，这一增强运行性能的宝贵特性却暂时减少,或者甚至丧失。

Dr. Frank Schmuck frank.schmuck@sefag.ch 第三期

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Insulator End of Life: Recycling Versus Disposal

当绝缘子寿命终期时：回收还是废弃

谈

到电气产品和其部件，传统上一直把重点放在质

多数初级和次级回收技术是将废弃物同原始新材料相混合，然

量和运行性能上。然而，随着公众环境意识的日益

后按照原始新材料的工艺进行加工。那么，归类为初级还是次

增强，致使制造商和用户目前都更加关注上述产品对整个

级回收实际上取决于加工工艺的成功程度。第三级回收指的是

生态的影响，即从原材料的萃取到寿命终期时如何处置。因

分离材料的化学成分（例如将聚合物分离为化学品和燃料），而

此，对于上述产业来说，评定任何产品‘从摇篮到坟墓’对整

第四级回收等同于将废弃物焚烧并利用其释放能量。

个环境影响的方法变得比以往任何时候都更加重要，例如，生 命周期评价(LCA)。

从材料利用的观点看，尽可能达到最大限度的回收通常是优 选的，例如，次级回收比第四级回收好。然而，从经济和资源

确实，类似于下列的条款越来越多地出现在当今绝缘子和其

利用的观点看，并非总是需要最佳的效果。次级回收可能需要

它设备的技术规范中，即把环境因素增加到过去仅仅提及制

过多的能源和其它资源（例如，设施，人力，添加剂，附加能量

造、试验和运输的规范要求中：

等），而第四级回收可能很简单，并且不需要能量或任何附加

"要求供货商说明产品的设计以及制造中使用的材料是否环境

的资源。

健康。特别是，应该说明诸如运行寿命终期时产品的回收和处

初级，次级和第三级回收过程都包括收集废弃物，分拣废弃

置这样的问题。"

物，回收废弃物然后销售。如果从经济上论证这一过程，回收

IEC TC 111将推动朝着这一领域的发展，IEC TC 111负责

材料的价值当然必须高于回收花费的成本。

"电气电子产品和系统的环境标准化”，正在制定相关的标准, 包括： ·IEC标准 62430:2009， “电气电子产品的环境意识设计"， 规定了要求和步骤，将环境问题融入电气产品的设计和开 发中； ·IEC标准 62474,“电气技术工业产品的材料声明”，正在制 定标准化声明，成品的所有材料都符合环境要求； ·IEC技术报告 62635,“电气电子设备寿命终期制造商与回收 商的信息交换导则，以及回收率的计算导则”，其目的是为 回收商提供信息，使回收商能够适当地最佳化处理寿命终 期。这个报告还依据反映产品真实寿命终期的属性，评定了 可回收性和可再生性。 诸如绝缘子和相关设备这样的产品对环境影响最严重的其 中一个方面是：寿命终期时通常采用的策略，即是废弃还是回 收。每年，输配电部门都产生大量的废弃物，例如环氧树脂、 硅橡胶和瓷材料，特别是在更新老化基础设施的项目期间。 此时，对这种废弃物的处理常常是填埋。 但是现在有一些地方，例如欧洲，废弃物管理法通过更多地 限制填埋鼓励再生和回收。例如，欧洲议会已经发布了废弃电 气电子设备 (WEEE)的法规，法规规定，所有上述设备必须回 收，有效地禁止了填埋处理。现在和未来对电气废弃物更严 格的限制意味着，高压电器的生产商和用户必须尽快地找到 其它的废弃物管理方法。类似的趋势在世界的其它地区也很 明显。 回收技术基本上分为四大类： ·初级回收，即将废弃物转化为性能和原始材料相同的材料；

就绝缘子而言，我们来审视一下目前常规的回收状况： 陶瓷绝缘子的次级回收是可能的（例如经过锤式粉碎机处理 后，用作混凝土或道路的填料），但并不是特别占优势。因此 大多数瓷材料仍然采用填埋处理，仅有金属零件被回收。玻璃 绝缘子的次级回收则更切实可行。 复合绝缘子不容易被拆卸和重新加工成新产品。因此，在初 级，次级和三级回收中，成本和环境效益兼备的方法仍然不 可行，而仅有金属配件能够有效地被回收。其结果是，除了金 属被回收以外，目前第四级回收（即废弃物焚烧产生的能量回 收）是复合绝缘子寿命终期时最有效的处理方式。同时应该 指出的是，得益于复合材料能释放很高的能量这一事实，复合 材料废弃物可以作为燃料用于发电或取暖。 鉴于近期内将需要更换大量的绝缘子、设备以及其它线路组 件，显然需要找到更聪明的回收或再利用方案。达到这一目标 也将有助于实现输变电系统整体上更大的可持续性。

·次级回收，即将废弃物转化为性能比原始材料低劣的材料； ·第三级回收，即将废弃物转化为化学品或燃料; ·第四级回收，即将废弃物转化为能量。

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Alberto Pigini pigini@ieee.org

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Surface Charge & DC Flashover Performance of Polymeric Insulators

复合绝缘子的表面电荷和直流闪络性能

上

期本专栏中解释了由于长期持续的电荷有可 能沉积在复合绝缘子的表面，对其进行的直 流耐受电压试验必须特别小心。确实，对全尺寸复合 绝缘子、各种原型以及材料样品的调查揭示，残留在 气体-固体界面处的电荷会影响闪络特性，所以，表面 电荷的影响目前已经成为了人们主要关心的问题。显 然，当设计和试验高压直流绝缘系统时，特别是特高压 绝缘系统，需要更好地理解和考虑这一现象。 对于各种工业应用中复合材料表面电荷的研究已经持 续了几十年。在高压户外绝缘中，过去一直不认为这是 严重的问题，这是因为最常使用的无机陶瓷绝缘材料 具有相对高的电导率。对于这些材料，沉积的电荷快速 衰退，不会改变施加给绝缘子的电场。然而，随着复合 材料逐步被引入到高压直流绝缘系统，电荷残留在复 合绝缘子表面的时间要长得多，由此带来的充电现象 已经开始受到越来越多的注意。

晕源（即在其周围放置针带）对上述模型充电时， 形成的电荷分布图形倾向于铃形或马鞍形，取决于 充电电压的大小。 电荷在绝缘子表面沉积的速度和动态实质上由其周围 的电场决定，在高压复合绝缘子的情况下，是在其表面 通常含有一个主导的切线电场分量。因此，如果在绝缘 子上施加外部电压，形成的电场（直流或冲击）或者被 电荷的电场强化，或者被弱化。 试验中通过改变电晕源的强度以及极性，测量了不同 充电条件下的负极性直流闪络电压。此外，基于流注放 电的标准研发了一种模型，用于计算闪络电压，与此同 时，根据所使用充电条件的特定模式，显示与该特定模 式相对应的表面电荷密度的形状。

负极性直流闪络电压的测量值和计算值均表示在附图 中，图中的结果相应于六个不同的电晕充电电压，标出 为了更好地理解这一现象，人们进行了试验，结果表 了试验的误差线。虚线和点线分别代表正极性和负极 明，电荷能够以不同方式沉积在聚合物表面，例如被周 性电晕充电电压下计算的闪络电压。表面（X-轴）上的 围空气中的电晕放电激活。因此，有关电晕放电的试验 电荷量指的是沉积在绝缘子表面上的均匀电荷量。 能够模拟真实的运行条件，同时，还能很好地控制电荷 正如观察到的那样，在表面未充电的情况下，闪络电 的沉积过程。问题是，大多数聚合物表面上的电晕电荷 压的统计变量很高，其值处于80 kV到100 kV之间(平 研究是在厚度范围由数十到数百微米的平面试样上进 均值是87.5 kV)。相反，当表面充电时，统计变量的范 行，并放置在接地的金属电极上。极少研究采用更加接 围狭窄得多。 近高压绝缘的厚样品（即数毫米）。 鉴于此，查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的学生们近来尝试分析用于户外绝缘材 料上的表面电荷行为，其目的是研究充电过程对直流 和冲击闪络电压的影响。试验在圆柱形复合绝缘子的 模型上进行，用4 mm厚的硅橡胶层覆盖环氧玻璃纤维 增强引拔棒（108 mm长x 30 mm直径），固定在两个 球形金属电极之间。因为绝缘子两端有3 mm长插入电 极槽内，有效的表面长度是102 mm。当使用同心的电

应该注意到，正极性电晕充电降低闪络电压，而负极性 充电却导致闪络电压上升。对于每种充电条件，计算出 的闪络电压处在与测量值相对应的统计变量范围内。 因此，来自模型的预测看来与试验结果是一致的，特别 是在负极性充电的情况下。或许也注意到，闪络电压的 试验值和理论值随着沉积在绝缘子表面上的电荷量呈 线性变化。看来现在是需要更大范围确认这些结果的 时候了。 有兴趣了解更多这项研究的读者可以参看Sarath Kumara, Yuriy Serdyuk和Stanislaw Gubanski在 近期(期刊号Vol. 10, No. 3, 2012)IEEE电介质和电气 绝缘（Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation）上发表的文章。

Prof. Stanislaw Gubanski Chalmers University of Technology stanislaw.gubanski@chalmers.se

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HCR Offers Range of Manufacturing Options

高温硫化固体硅橡胶(HCR) 为您提供广泛的可选生产方案

尽

管陶瓷和玻璃绝缘子长期以来一直在输配电市 场经久不衰，但它们正日益被各种复合材料、弹 性体材料和塑性材料绝缘子所取代。尽管这些非陶瓷材料 种类较多，但选用此类绝缘子的电力设施在多数情况下都 会采用有机硅材料，以便最大限度地满足其应用需求。

通常直接在玻璃纤维棒或甚至端部金具上浇铸。在这些情

有机硅聚合物具有高绝缘性，其体积电阻率至少在1x1014 欧姆• 厘米；而硅油的电击穿强度较高，非常适合变压器应 用。这些用于生产绝缘子的有机硅配方都需要使用基础有 机硅聚合物，从类似于水的低粘度硅材料到几乎无法流动 的高粘度硅材料，如硅胶中所使用的材料。

使有机硅固化（或交联）的方案多种多样。例如，因为通常

这些以硅胶为原料的弹性体之所以具有很高的粘度，是因 为它们都采用气相二氧化硅增强，因此在固化之前就是固 态材料。这种配方就是人们所熟知的高温硫化固体硅橡胶 (HCR)，其机械强度要比固化之前为可流动液体的弹性体 更好。即使固体硅橡胶在固化之前就是固态的，但借助一 系列生产工艺仍能将其轻而易举地加工成绝缘子。这些工 艺包括：简单的模压成型工艺、自动注射成型工艺以及各 种挤压成型工艺。

挤压成型工艺是一种连续生产工艺，通过口模将硅橡胶挤

高压绝缘子必须具有耐放电性，使用添加剂或填料即可做 到这一点，它们有助于固化弹性体有效预防因发热和电弧 燃烧造成的损伤。这些添加剂会不同程度地提高粘度，具 体取决于填料的表面积，添加剂是否完全分散对放电性能 的好坏至关重要。

剂加成固化工艺则是更为理想的解决方案，它可以是双组

与绝缘子伞裙模压成型工艺一样，硅橡胶部件成型工艺相 当简单，分为充模成型和加热两道工序。由于固体硅橡胶 粘度很高，需要确保模具在固化过程中完全密闭。未固化 的橡胶在高压作用下开始流动，并完全填满模具。预成型 切割和称重可以手动完成，但模压成型工艺却能迅速高效 地生产出大批一模一样的零部件。

影响，并且性能会有所降低，因此应当避免这种情况的发

注射成型工艺可以说是模压成型工艺的合理延伸。模压机 同样也是不可或缺的，但模具的设计能让未固化的橡胶通 过注胶口注胶进入封闭的模具内腔。为了简化这一工艺， 模压机上必须有辅助移动部件，这样才能将未固化的硅橡 胶料输送至注射区域，这主要通过两种方式完成：第一种 方法是利用活塞式圆柱形料缸将固体硅橡胶材料挤压至 进料螺杆内，并且需要有效控制其填充注射活塞的速度； 另一种方法是将条状的未固化橡胶直接送入进料螺杆内。 无论采用哪种方式，注射活塞在每次“注射”过程中都能 准确无误地将同样数量的硅橡胶料挤压入模具内。由于固 体硅橡胶通过混炼可以满足任何加工要求，因此注射成型 工艺的速度和效率对于模具设计的重要性更甚其他材料 参数。

能发生交联反应。如前所述，铂催化剂加成固化体系不会

此外，注射成型工艺和模压成型工艺还可以"混合使用", 这 样生产商就能直接在绝缘子结构件上浇铸。例如，生产商

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况下，需要使用有机硅底涂来增强粘合效果。而经过特殊 配制的固体硅橡胶则无需底涂即可完成粘合，但可能也会 发生粘住模具的问题，所以绝缘子配方通常需要易于从钢 材或金属合金工具上脱落，以缩短生产周期。

是在高压和不含空气的条件中，添加二烷基过氧化物是一 种常用的高效固化方法。在固化过程中添加铂催化剂则是 另一种更为理想的选择。如果小心控制温度，甚至可以使 用二酰基过氧化物完成注射成型。

压成型，然后硫化。挤压形成的管状硅橡胶可以直接包覆 在环氧玻璃纤维（FRP）芯棒的外部，该结构是连续生产带 硅橡胶护套的绝缘子芯棒的基础；硅橡胶通常在500°C左 右的温度条件下短短数秒内即可完成固化。对于这种无压 快速固化工艺，固化剂通常采用二酰基过氧化物（如过氧 化苯甲酰）。这种固化体系会产生不必要的副产品，这些 副产品必须在后固化过程中挥发殆尽；相比之下，铂催化 分生产前混合或者无需混合的单组份即用型产品。 加成挤压成型固体有机硅可用于生产螺旋式绕包空心绝 缘子。在固体硅橡胶注射成型过程中使用的空心管会在 压力作用下发生弯曲或变形，由于产品对称会受到不利 生。这就需要另一种替代解决方案。在螺旋式绕包工艺 中，独特的挤出型有机硅环绕在玻璃纤维管表面，直接形 成带有伞裙的空心绝缘子。 无论是使用无需加压的烘箱还是在加压加热的高压设备 中，铂催化剂加成固化体系和二酰基过氧化物固化体系都 产生不必要的过氧化物副产品，这些副产品带有明显的气 味，并在固化部件表面形成粉末。铂催化剂加成固化体系 还有另一个优势：能有效减少氧阻聚。这一点可以体现在 无压固化结束后，固化后的弹性体不会形成柔软而具有粘 性的外表面。 复合绝缘子由各种电气元件组成，这些元件可以通过使用 有机硅弹性体（如固体硅橡胶）全面提升性能。用户能够 享受到有机硅部件的高应用性能，而对于生产商而言，其 优势主要体现在提供了一系列切实可行的可选加工方案。

Toby Vick Toby.Vick@wacker.com

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导线横截面和连接器设计的趋势

为

了实现高压电缆系统更高的输电能力，稳步 增大直流电缆和交流电缆的横截面一直是业

界科研议事日程中的组成部分。1998年，铺设可能是 世界上第一条柏林地下400 kV交流复合电缆期间， “令 人深刻印象”的横截面为1600 mm²的铜导线在当时已 经被视为是足够了。

连接器是电缆接头最重要的 零件之一, 常常可能是造成

Misc. Components & Equip.

Trends in Conductor Cross-Section & Connector Design

电缆故障的主要原因。

相比之下，当前，用于110 kV到500 kV的横截面高达 2500 mm²的电缆也不再被认为是非同寻常。确实，目前 最大的电缆横截面通常都在3200 mm²左右。这代表着

横截面高达2500 mm²的电缆，目前也有了新型的剪切螺

发生了相当大的变化，在不到15年的时间内！

栓连接器。无疑，连接器技术将不断朝着这个方向发展。 为了减少在交流应用中导体“集肤效应”的影响，可以使 用被称为分割导体（Milliken Conductor）的设计，由单

Klaus-Dieter Haim教授 University of Applied Sciences Zittau/Görlitz, Gemany KDHaim@hs-zigr.de

独绝缘的多股组成（例子见图一c）。另一种应对上述现 象的可能性是使用涂上瓷漆的导线，即在所有的铜股线 上涂覆瓷漆涂层。在这种情况下，必需使用特殊的连接器

F CUS ON CABLE ACCESSORIES

或特殊的导线调节装置。

a)

b)

c)

图一：不同电缆类型的导线设计。a)400 kV直流海底电缆(纸 绝缘）1x1850 mm ² Cu; b)400 kV交流交联聚乙烯电缆(柏林 电缆）1x1600 mm ² Cu; c)1x3200 mm ² Cu分割导线，带有 压缩连接套筒。

a)

图二：高压和中压电缆的 连接器解决方案a)用于 3200 mm ² Cu导体的高 压压缩连接器; b)四种不 同类型中压剪切螺栓连接 器的设计变量。

实际上，连接器是电缆接头最重要的部件之一，常常可能 是造成电缆故障的主要原因。例如，在大电流和连接器 电阻不足的情况下，可能造成温度上升和导致接头绝缘 劣化。因此，稳定的连接器技术不仅对于接头本身的可 靠性而且对于整个电缆系统的可靠性都是重要的。 中等电压中，使用机械的或剪切螺栓连接器（如图二b所 示）正在变得越来越普遍。考虑到市场上有很多不同的导 线尺寸、材料和形状，和压缩连接器相比，螺栓型连接器 的优势迅速变得越来越明显。 较高电压和尺寸大于1000 mm²的导线中，传统压缩连接 器(见图二a)仍然很普遍。然而，即使对于这些应用以及

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Lessons Beyond University

超越大学以外的功课

今

年夏季见证了Michael Comber退休。将近四 十年，Michael Comber是过电压保护行业 的领军人物之一。近20多年来，Michael带领着合保电气 （Hubbell Power Systems）的避雷器研发小组，在此之 前, 领导通用电气（GE）科研组超过15年。最近几年，Mike 带领IEEE SPD工作小组3.3.11编写即将出版的更新版 C62.11‘MOV避雷器的测试标准’。近10年，他也是IEC TC37秘书处的成员。令人欣慰的是，Michael表达了计划 继续活跃在IEC标准的行业里。

真正意义，在这里可以直接观察到电感的效应，在这里还 可以很快地证明：没有任何试验在第一次都能得到正确的 结果。

找到一个良师 中国有句成语：听君一席话，胜读十年书。太对了，特别是 在我们这一行。我们从书本上学到的也只能这么多了，年轻 工程师应该去书本以外寻找并和有经验的人士建立关系， 即便不是本专业的人士。我所遇到的每一位成功的工程师 都有一位他们有问题可以随时求教的良师。

在此祝贺Michael！我希望他生命的下几个篇章将和以前 一样硕果累累。

学习使用模拟软件

行业中像Mike这样的‘偶像’的退出，使我想起了一个一直 萦绕在心头但却仍然未被深入探讨的问题，即如何填补这 般才干的人材告别舞台后留下的空缺。的确，人们发现电 力工程行业笼罩着匮乏经验丰富专业人员的阴影，各国家 的程度有不同。因此，迫切需要刚出大学校门的年轻工程 师发展技能，达到能够填补已离开的行业巨头的空位。

选择主攻专业之前掌握基础知识

软件中的样品可能会报废，但没关系。在这里，电路可以被 改变上千次而每次无需都需要一个月。在这里，可以很快 学会数据组合，仅仅因为这里产生了如此多的数据。

就这一问题，我想向希望将来崛起并成为明日‘Michaels’ 的各位提供一些建议：

先学好基本知识，然后才能去寻找一个少数人理解并可能 专攻的领域。同时，必须谨慎，确保所选的专业有发展前 途而不会很快变得过时。在这一过程中努力成为受人尊重 的‘专人’，一定要花费时间并且倾注激情去深入研究自己 所选择的领域。

在实验室里做作业

培养演讲技能

在我看来，没有什么比在实验室里测试诸如避雷器这样的 组件更有益于经验的积累。在这里可以体会到欧姆定律的

如果没有将知识有效传递给他人的技能，那么作为专家而 言，他对行业的影响将是微乎甚微的。诸如CIGRE，IEEE等 这样的电力工程会议提供了绝佳的论坛，供专家 们传播知识。我观察到一些人在论坛上表现出 色，令人着迷，而另一些人则由于交流技能不佳 完全错失了机会。当前，有越来越多的工程和商 务集会。因此，技术专家们不仅必须是本行业的 专家，而且还必须理解并参与如何将其专业知识 转化到市场中并获得商业上的成功。

勿扼杀创意，直至创意自己灭亡 托马斯•爱迪生曾经有句名言， “我没有失败，我 只是发现了一万种行不通的方法”。没有什么比 那些对超越可能性的东西视而不见，而只想到可 能办不成的原因更能快速地阻止创新。仅仅是因 为以前从未做过，并不意味着不应该去考虑。 最后，我想向本行业的人说，一旦遇到聪慧的年 轻天才，指导他们。或许以前太迟了，但通过共同 努力，我们可以成功地识别并培养下一代有能力 的工程师，填补电力工程专业不断出现的空缺。 还可以点击谷歌，键入“咨询专家”查询。

谁将设计明日的过电压保护解决方法？

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Jonathan Woodworth Jonathan.Woodworth@ArresterWorks.com

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益坤电气 - 造就高品质输配电产品 氧化锌电阻片 复合绝缘子

跌落式熔断器

避雷器

符合IEC,ANSI, EN等 行业标准 通过KEMA 或CNAL检测认证

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温州益坤电气有限公司 中国 浙江省平阳县敖江鹤祥路 325401 电话：86 - 577 - 63654852/53·传真：86 - 577 - 63676863 yikunelectric@gmail.com·www.yikun.cn

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企业电力实践和经验

世界上海拔最高的 高压直流线路将 电力输送到西藏

Tibet

World’s Highest HVDC Line Delivers Power to

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最近建成的750 kV/±400 kV青藏联网工

是距离最长的高压直流线路之一, 这一点尤

程当之无愧属于中国最宏伟的电网工程之

其值得瞩目。这是名副其实地沿着“世界

列。青藏联网工程于2011年底投入试运行,

屋脊”而建。例如，它穿越的平均高度为

该项工程与西宁至格尔木的750 kV交流线

4500米(将近15,000英尺), 翻越唐古拉山的

路连接，位于青海省中部，线路长约1500

最高点达到超乎寻常的5300米, 这里是通往

公里。然后, 经由格尔木一个新建换流站的

西藏(Tibet, 汉语拼音为Xizang)的门户。

±400 kV直流线路继续前行, 直达西藏自治 区首府拉萨, 行程一千多公里。

除了沿途跨越广阔和崎岖的青藏高原、气 候极端寒冷、冻土、强烈的紫外线照射以 及当地脆弱的生态环境给施工带来的挑战

750 kV变电站, 一个750 kV开关站和两个

以外，还有高海拔造成的影响，例如电晕

±400 kV换流站。西藏的220 kV交流环网

以及电磁场等。在这种环境下，设计最适

也是青藏联网工程的组成部分。据称工程

合的线路绝缘子、并且能够满足高压设备

总投资相当于约25亿美元。

外绝缘性能的要求也是非常严格的。

该工程新建的±400 kV线路段是迄今为止

INMR访问了格尔木, 以下是对这项独一无

世界上海拔最高的架空输电线路之一, 也

二电网工程的报道。

Photo: INMR ©

除了这些线路以外，该工程还包括两个

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Photo: Courtesy of State Grid Corp.

近十年来，中国投入扩建电网的资金 用“超乎寻常”绝不夸张。的确，如果 考虑到现实情况，例如2005和2010年 期间国家每年平均增加的电力容量相 当于英国整个电力系统的总容量，是 对上述庞大投资的最好解释。 这些投资中最显著的是已经取得突

近期中国特高压工 程概况，以及格尔 木至拉萨±400 kV 线路走向。

破性进展的特高压工程，包括交流 和直流，例如山西省和湖北省之间 的640公里长1000 kV交流线路（见 INMR 2010年第一期），或中国西部 迅速发展的750 kV交流超级电网（见 INMR 2010年第四期）。说到直流，中 国也见证了一系列日益增加的宏伟工 程，例如中国南部楚雄至穗东换流站

750 kV交流线路从西宁抵 达格尔木变电站。

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1400公里长的±800 kV直流线路（见 达到这个目标则要求建设多条新的线

预计，2014年底 中国"十二五" 规划之际，额定 电压110 kV及以 上电压等级将增 加大约30万公里 新线路

INMR 2009年第四期）。尽管近来经

路和变电站。例如，预计，2014年底中国

济发展放缓，而唯有这一行业的增长

"十二五" 规划之际，额定电压110 kV及

步伐却似乎只在加速。

以上电压等级将增加大约30万公里线 路，输送的总功率接近250太瓦(TW）。

推动庞大投资的是中国国家电网公司 (SGCC)所做出的承诺，根据能源输送

于佳骏先生是神马电力销售部经理，

总量按比例增加电力输送。目前，中国

他的工作重点放在中国新的电力基础

“十二五”期间，中国的国 的能源输送仍旧主要依靠公路和铁路， 设施。他说， 高达铁路运输能力的一半被用于运送 家电网公司和南方电网公司共将投资 煤炭。现在，中国国家电网公司计划增 加电力输送的比例，达到2020年煤炭 在能源输送中的比例将显著下降。

2万多亿元，以加强和优化电网建设， 其中有不少是超高压和特高压工程。 例如，有十多项特高压直流工程（多 数是±800 kV，但是有一项是±1100 kV）已经提上了未来几年的日程。这 些项目中，有今年将完成的哈密-郑州 和溪洛渡-浙江±800 kV直流工程。 神马电力名列中国最大的变电站设备 用空心和实心复合绝缘子的供应商之 中。前不久，总部位于江苏省靠近上 海的神马电力扩大规模，也供应架空 线路绝缘子，并且已经为数项超高压

从西宁过来的750 kV线路上 直线和耐张铁塔(下图和左图)。

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通向西藏的±400 kV线路沿线典 型的40米高直线铁塔。铁塔高度 由人口稠密地区的最大允许电磁 场来确定。 和特高压直流重点工程供货。神马电

清华大学电机系梁曦东教授，现任青

季河流水位低时，西藏电力短缺是普

力还赢得了新的±400 kV格尔木至拉

海大学校长，他指出，连接西藏同中国 遍现象。

萨线路上约60%复合绝缘子的供货

其余地区的青藏联网工程对于该地区

合同。

未来的经济增长至关重要。例如，冬

新联网工程的另一个优点是增强西藏 电网的可靠性。例如，几年前，承担着 西藏主要电力供应的羊湖水电站发生 故障，必须停止运行，造成了大面积停 电。梁教授说，新的±400 kV线路能 够调节青海和西藏的潮流，满足更好 地开发该地区丰富天然资源的需要。 显然，该条线路原计划设计为±500 kV。 但是，由于在这些高海拔下外绝缘受到 约束，加上实现西藏电力需求并非一

高速公路交叉处的双串 绝缘子。每个悬式绝缘 子8米长, 总爬电距离约 28 m。 Photos: INMR ©

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耐张铁塔示出盘形悬式瓷绝缘 子串和硅橡胶长棒形绝缘子电 弧距离的比较。在中国，一般 取瓷绝缘子正常情况下爬电距 离的75%确定为硅橡胶绝缘子 的尺寸。

定要求±500 kV系统电压，于是做出 了将工程的电压等级下降到±400 kV 的决定。 吴光亚先生是囯网电力科学研究院绝 缘子专家，研究院坐落在中国中部城 市武汉，吴先生担任中国国家电网公 司特高压特聘专家。吴先生解释说， 就绝缘子和金具例如端头和均压环的 技术规范而言，关键考虑因素之一是

极端的高海拔地区，其它因素包括线

悬式瓷或玻璃绝缘子串的优缺点进行

路运行在持续的强紫外线照射和频繁

了评定，基于评定结果决定新线路所

寒冷的地区。

有直线塔都选用硅橡胶复合绝缘子。 他评述，陶瓷绝缘子技术在中国电力

吴先生说，对复合绝缘子相对于盘形

系统中的应用一直以来都很成功,

选择绝缘子和相应 金具需要考虑的关键 因素：高海拔地区, 连续不断的强紫外线 照射, 长期寒冷和 地域偏远。

单串和双串±400 kV绝缘子上的均压 环, 必须能够应对高海拔下潜在的电 晕活动增加。

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格尔木门型塔入口处的盘形悬式 瓷绝缘子是变电站电晕噪音的主 要来源。

活动较高，钢化玻璃绝缘子比瓷绝缘 子更受欢迎。而在北方，玻璃绝缘子 的应用经验较少，更换遍布在青海和 西藏崎岖地形上的任何自爆伞盘，维 护上也是头疼的事。吴先生又说，华 北的灰尘和污染问题意味着双伞型绝 缘子串更优，但是在玻璃绝缘子的情 况下，这种设计仍然没有足够的运行 各种可能的伞裙设计或许满足了线路

外，如果由于检查不彻底导致遗留在

污秽性能的标准。

任何一个绝缘子串上的零值绝缘子数 量达到了临界值，则可能快速导致线

经验。 吴先生说，虽然决定新的±400 kV线

然而，他也提出，中国规程要求对盘形 路闪络。”

路直线塔上指定使用复合绝缘子，在

瓷绝缘子定期进行零值检查。每年检

运行环境已经给定的条件下仍然有两

查青海全境偏远地区的每基铁塔对维

说到玻璃绝缘子，吴先生说，观察到

个关键问题需要解决：在几乎恒定不

护工作是真正的挑战。吴先生说， “此

长江（中国南北的分界线）以南的雷电

变的强紫外线照射下可能发生的过早

Photos: INMR ©

格尔木变电站的穿墙套管和换流变压器套管，都配备有抵抗高紫外线照射的硅橡胶外套。

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老化，以及频繁寒冷的温度下性能降 低的风险。神马电力的于先生说，硅橡 胶抗紫外线问题是中国绝缘子行业一

中国的运行经验

直在讨论的问题，通过掺入填料的方法

显示, 环境温度

防止硅橡胶聚合物内的化学键由于高 能紫外线照射而断裂。而且，用于这条 线路的硅橡胶，其配方独特，具有伞裙 材料抗撕裂强度大于20 kN/m的高质 量，而通常的产品为7 kN/m。这显然是 另外一个要讨论的问题，近来的经验表

处于-2到-10°C之 间时，硅橡胶的 憎水性会下降。

明，西北沙漠地区的750 kV交流线路沿 线处于强风中，在持续风的剪切力作用 下，大伞裙易于遭到撕裂。 吴先生提出，中国的运行经验显示，环

吴先生说，为了克服持续寒冷温度下

境温度处于-2到-10°C之间时，硅橡胶

硅橡胶憎水性降低的潜在风险，需要

的憎水性会下降，持续寒冷对复合绝缘

研发线路污秽环境下最适合的伞裙尺

子的性能有影响。他说， “例如，我们已 用于中国西北沙漠地区750 kV交流 线路上的一些硅橡胶绝缘子，在连 续强风的剪切作用下，大直径伞裙 上产生的撕裂。

寸。根据青藏联网工程±400 kV的情 经确定了,在220 kV线路中这种绝缘子的 况，绝缘子有三种不同的伞裙直径： 闪络行为通常发生在雨天的早晨，此时 小、中和大，每个伞裙沿绝缘子主体的 温度下降到了这个临界值。在武汉进行

间隔距离是40 mm，在配置中，中等

的研究证实，这归因于憎水性的相对丧

直径和大直径伞裙的任何一侧都有一

失。”吴先生继续强调，来自同一研究课

个小直径伞裙。这样，任何两个连续

题的相关结果是，复合绝缘子上的水转

大伞裙之间的距离达到160 mm（吴

变为冰的温度不是在0°C而是在-3°C。 先生说，这小于中国特高压应用中通 常要求的180 mm间距）。 吴先生解释说，中国有五个主要的污 秽等级，最低的是‘A’,最高的是‘E’。 统一爬电比距(USCD)由通常低的 22.0 mm/kV到高达53.7 mm/kV 的‘E’级运行环境。吴先生说，这条 线路已经确定为‘C’级运行环境，通 常规定统一爬电比距为34.7 mm/kV。考 虑到这条线路是直流，整条线路海拔

± 400 kV绝缘子有三种不同直径 的伞裙，互相间隔40 mm。中伞 裙的两侧和大伞裙的两侧均是小 伞裙。 Photos: INMR ©

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该采用复合绝缘子仍有很多争论，如

表：青藏联网工程±400 kV和750 kV线路 复合绝缘子的设计参数* 电压等级

果应该采用，那么以评估使用效果为 目的时，复合绝缘子的比例占多少。一

规定机械负荷 kN

高度 mm

绝缘长度 mm

爬电距离 mm

些专家建议比例高达50%，而另一些

160

8000

7490

28030

果以试验为目的，20%是较好的目标

210

8000

7490

28030

300

8000

7490

28030

210

7150

6840

23530

420

7300

6890

23530

±400 kV

750 kV

* 资料来源：中国电力科学研究院

则建议仅为5%。我个人的看法是，如 效果。” 做为确认新±400 kV线路铁塔净距 设计参数的最后一个步骤，2011年夏 季进行了现场试验。试验结果供研究

超过4000m的地区超过了88%，应用 了1.28校正因子，最终的统一爬电比 距略大于44 mm/kV。

人员与工程施工之前在北京特高压试

"特高压线路上的耐张 绝缘子串是否应该采用

虽然新的±400 kV格尔木至拉萨线路 上的悬式绝缘子是硅橡胶复合绝缘子

复合绝缘子有很多争议,

类型，但绝大多数耐张塔上却使用盘

如果应该采用, 那么用于

形悬式瓷绝缘子。为了取得在这种运

试验目的时要使用的

行环境下瓷绝缘子自我清洁的运行经 验，屈指可数的铁塔上也选用了少量

比例是多少。"

瓷长棒形绝缘子。

验室(海拔54m)，以及在新建的4300 米高西藏试验站的模拟试验中获得的 雷电和操作冲击数据进行比较。这项 工作由中国电力科学研究院(CEPRI) 在唐古拉山附近的模拟铁塔结构上 进行，该塔位于沿线的最高点(大约 5000米)。 按照中国电力科学研究院的试验，此 处的最小绝缘子长度必须是12 m(最 长14 m)，而特高压交流绝缘子一般是

吴先生说，中国多数特高压交流和直 流线路上，耐张塔上通常采用盘形陶

担心线路人员在维护或修理导线时，

9.75 m。这些试验结果适用于硅橡胶

瓷绝缘子串，而复合绝缘子技术仅在

跨过绝缘子串行走可能会损坏绝缘

绝缘子，在瓷绝缘子的情况下，这个值

直线塔上占主导地位。这主要是人们

子。吴先生说， “耐张绝缘子串是否应

会更大。

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单相750/330 kV交流 变压器，换流站 (右图)330 kV GIS侧和 备用变压器。

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盐湖附近停止运行线路上的盘形绝 缘子，证明了当地灰尘和污染的影 响。格尔木变电站的路面石砖上， 出现了变电站外持续不断的货车行 驶引起的盐沉积。

中国几个特高压工程施工期间的其中一

下，当地鸟类尖利的叨喙即便没有咀嚼掉 约2000个复合绝缘子安装之后、通电之

个问题是，线路通电之前鸟类对硅橡胶

大部分伞裙，也咀嚼掉了很多伞裙。据中

前被鸟类损坏。虽然多数情况下损伤轻

绝缘子伞裙的破坏。同样的问题在其它

国电力科学研究院的研究人员报道，山

微，仅损伤几个伞裙，但有些情况下，护

地方也报道过，如澳大利亚，最糟的情况

西至湖北的640公里1000 kV线路上，大

套本身被咬穿，则必须更换绝缘子。

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格尔木所有外绝缘的瓷表面均使用室 温硫化硅橡胶涂覆。沿750 kV GIS套 管安装増爬裙。

显然，鸟类啄损复合绝缘子的问题在至拉萨的±400 kV 线路完工期间也发生过，虽然多数并没有成为主要问题。 一起较严重的鸟类引发的问题是线路首次闪络，发生在 今年元月，鸟的流体状排泄物引起短路。 通向西藏的±400 kV线路起点是格尔木 750/330/±400 kV 换流站，这一庞大设施周围的景 色犹如辽阔开敞的沙漠地带。虽然该地区几乎没有工 业活动，但仍然被定为‘C’级，意即中度到高度污染 区。污秽主要来自附近的盐湖，这里有中国最大的碱抽 提设施。确实，盐湖影响的范围如此之大，格尔木四周 很多风扫过的路面都被发白的盐层覆盖。盐易于同灰

格尔木复合空心绝缘子主要用于 换流变压器和穿墙套管。

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尘混合，然后被货车扬起，沿着途经

格尔木换流站抗污秽的另一个补救

变电站的灰土道路行驶而过。试运行 措施是建造巨大的建筑物，把直流场 以后仅仅数月，格尔木的石砖路面上 安置在内，使其成为全中国仅有的三 已经清楚地显示了盐湖的存在。 确实，格尔木的污染环境极具挑战 性，致使所有瓷设备的外套和支柱绝 缘子在变电站通电之前都采用了室 温硫化硅橡胶涂覆。而且，因为对瓷 绝缘子要求的爬电比距高，而且要求 伞裙间距相对狭窄，所以在易受影响

配备有泄漏电流监视装

的地方安装増爬裙，例如750 kV GIS

置和放电计数器的设备,

的套管，保护暴雨期间雨水桥接或冬

比如避雷器和外壳带电

天的冰链。

断路器。

个此类全封闭设施中的一个。中国国 家电网公司研究人员魏杰先生认为， 和交流相比，直流电弧更难熄灭，而 且考虑到变电站处于海拔2800米的 地方，问题会更加严重，所以封闭设 施所增加的成本是合理的。 为了应对风险和严重的污秽，规定实 心复合电抗器支柱绝缘子以及避雷器 和在户内直流场内的电流互感器，都 必须有硅橡胶外套来增加安全性。这 Photos: INMR ©

也适用于阀厅外面的换流变压器套管 以及巨大的穿墙套管。 格尔木的另一个安全特性是换流变压 器周围的高金属墙，金属墙的目的是 隔音，当设备运行在或接近运行在其 额定功率时，保护变电站职工免受高

实心复合电抗器支柱绝缘子 以及硅橡胶外套避雷器和户 内直流场内的电流互感器。

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噪音的危害。工程师们说，该项目的设 计功率为2000 MW，而目前只有大约 1200 MW被输送到西藏，显然，现在 的情况还没有到这一步。 尽管使用了上述所有的防污秽对策， 格尔木变电站的夜间录像检查近来揭 示，330 kV避雷器的法兰附近有表面 放电活动。放电活动发生在五月中旬 的强降雨期间，据报这是自从变电站 投入运行以来第一次持续降雨。变电 站工作人员说，他们采取的对策是， 通过核实ESDD测量数据，评定对变 电站产生影响的当前污秽程度。根据 评定结果决定是否需要采取任何补救 措施，例如冲洗。 说到未来对这条通向西藏新线路的运 行性能有什么样的期望，中国电力科 学研究院的魏先生提出，中国不断扩 大的高压直流和特高压直流电网已经 为工程师们提供了越来越多的运行经 验，未来的绝缘决策将以此为基础。中 国第一条高压直流线路建于二十世纪 80年代末期，当时使用的仅仅是瓷绝 缘子串，虽然设计电压为±500 kV，但 直到1997年，仍在极端气候条件下， 低于设计的电压下运行。当时线路上 的闪络率是0.07次/100km/年，但是， 一旦线路升到其设计电压时，闪络率 就增加到0.27次/100km/年。 魏先生说，我们对闪络率为什么增加 进行了研究，其后将绝缘改变成硅橡 胶复合绝缘子类型，闪络率降回到了 Photos: INMR ©

高金属墙的目的是把阀厅外面的噪音水平降到最小(背景是正极性)。 将直流部分封闭在大型建筑物内是为了控制暴露在污染下。硅橡胶穿 墙套管的墙内部分。

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0.07次/100km/年。魏先生还评述， 线路换流站支柱绝缘子的爬电比距原 始设计是40 mm/kV，但最终认为应 用在±500 kV下太低了。接下来的几 个月中，采用了室温硫化硅橡胶和增

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变电站的刘工程师回放第一 次大降雨期间，避雷器放电 活动的图象。

爬裙，与此同时，一些支柱瓷绝缘子逐

发生在线路负极性侧，受到影响的仅

步被替换成带有硅橡胶外套的支柱复

仅是绝缘子的铁帽，它不像钢脚，未安

合绝缘子。

装防腐蚀锌环。氧化铁的残余物迁徙 到瓷表面上，将瓷表面变为微黄色。

近期特高压直流线路的运行还出现了 魏先生参与了对这种腐蚀现象的研

问题。到目前为止，绝大多数发生在云

究，他说，"导线处于负极性，绝缘子铁

南至广东的1400公里线路上，大约有

帽相对处于正极性。暴雨期间，某些电

20,000个盘形绝缘子受到影响。 ‘I’

解过程被激活从而引起腐蚀。虽然不

特高压直流线路绝缘子铁帽的

型绝缘子串没有出现类似问题，原因

一定是严重的运行问题，但中国标准

电解腐蚀问题仅仅出现在瓷V-

是这种现象似乎是由‘V’型配置绝缘

仍然要求必须更换受到影响的盘形瓷

型和极少量耐张绝缘子串上。

子串侧面的雨水引起的。显然，该问题

绝缘子。” Photos: INMR ©

双‘V’型瓷绝缘子串金属附件的腐蚀

格尔木至拉萨线路的绝缘子金具 上都装有固定锌环。

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盘形瓷绝缘子铁帽上配备有锌环, 防止电解腐蚀。

射的情况下，硅橡胶材料过早老化的风 险。”该课题的部分研究显然将在西藏 的高海拔试验基地进行，我们将同一家 Photo: INMR ©

大型国际工程公司合作，在这里精确 地监视带电悬式复合绝缘子上的泄漏

魏先生说，类似的问题也发生在向家坝 部。我们的研究表明，这种解决方案将 至上海的±800 kV线路上，但受影响

能够防止可能的腐蚀。” 神马电力的于先生说， 格尔木变电站

的盘形绝缘子数量显然少得多，仅有大 约2100个。

电流。

魏先生解释说，这类影响中国其它直

处于灰尘和盐分的严酷运行环境中，主

流线路的问题绝不可能发生在格尔木

要依靠室温硫化硅橡胶涂层确保其污

魏先生继续说，很多绝缘子铁帽的腐蚀 至拉萨的线路上。他说，"首先，线路上

秽性能。但是，中国西北特高压电网的

问题依据地理位置而集中，当地的气候

硅橡胶绝缘子的泄漏电流比其它地方

发展中，未来的变电站计划是更大程度

条件是问题的原因，目前还没有制定计

使用的V-型瓷串上的泄漏电流低得多。

地利用复合绝缘子。于先生说，例如，

划更换受腐蚀影响的绝缘子。他评述， 而且，途径沿线发生大雨的可能性低得

甘肃省一座750 kV交流变电站将在

穿过同等运行条件的其它±800 kV直

多。还有，任何情况下锌环已经被固定

2013年底之前试运行，而且已经决定

流线路，例如锦屏至江苏的线路，估计

在所有硅橡胶绝缘子的金具上。"

整个变电站，从母线支撑到套管、到隔 离开关、到外壳带电断路器、再到电流

也会遇到类似的问题，但会采取补救措 施。魏先生说， “对于这条线路，已经

魏先生补充说， “这条线路未来研究

将锌环固定到盘形瓷绝缘子铁帽的底

的重点将主要集中在连续强紫外线照

互感器等等，将全部使用复合绝缘。 于先生说， “复合绝缘子非常适合于特 高压工程，特别是在直流情况下，因为 不必投入费用每隔几年涂覆新的室温 硫化硅橡胶涂层。因此，尽管复合绝缘 子比瓷绝缘子的采购费用高，但在设备 的寿命期内，证明复合绝缘子便宜得 多。"说到甘肃750 kV沙州变电站计划 全部由复合绝缘所统治，于先生认为这 将代表着这一行业的一次里程碑，不仅 在中国而且是全世界。

格尔木至拉萨线路上的第一 基铁塔。 Photo: Courtesy of CEPRI

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世界上海拔最高的高压直流线路将电力输送到西藏

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Your entry to the international power transmission & distribution market.

For information on advertising contact: info@inmr.com INMRChinaIssue11.indd 41

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企业电力实践和经验

Canadian Utility Confronts Challenges to Network Components

加拿大电力部门面对 电网组件的挑战

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加拿大电力部门面对电网组件的挑战

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污染是影响架空输电网络和架空配电网络最普遍而且常常是最严重的问题之一。然而， 对架空线路可靠性的挑战还源于一系列其它与污染无关的因素。其中的诸多风险因素中, 设计不合理、处理不当、起伏不定的天气、成群的野生动物以及人为破坏也对关键线路 组件的性能有不利影响。 Forti sB C是 加 拿 大 西 部 卑 诗 省 ( Br i ti sh C o l umb i a ) 天 然 气 及 电 力 公 司，其管辖区 域相对原 始 ， 仅 有 孤 立 零 星 的 工 业 ， 几 乎 没 有 自 然 污 秽 。 然 而 , 像 很 多 其它供电 商一样， 该 公 司 必 须 应 对 各 种 可 能 降 低 电 网 可 靠 性 或 影 响 电 力 供 应的问题 。 本 文 讨 论 了 其 中 的 某 些 问 题 以 及 他 们 是 如 何解决这 些 问 题 的 。

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Photo: Courtesy of FortisBC

(左起)Leclair, Khalil-Pour和Williams 正在检查老化的绝缘子和熔断器的样品。

"因为我们的很多线 路都具有战略性意义, 是否能进入这些线路 区取决于一年中的 某个时间段,所以我们 抓住每一次机会在 问题发生之前先发 制人,预先研究好 对策,而不是仅在 断电事故发生时才 做出回应。"

FortisBC向卑诗省南部大约160,000

Gary Williams是渥肯拿根湖(Lake

个家庭和工业用户提供电力供应服

Okanagan)周边区域的电网服务经理， 围宽广的各种紧急事件。Williams先

务。该公司的历史可以回溯到1897年， 这里风景如画，丘陵起伏，森林茂密， 运营着4500多公里架空配电系统，多 区内有几个小城镇。Gary Williams先 数是15 kV，以及接近1400公里输电 线路，主要是63 kV，还有较小范围的

生说，"即便如此，因为我们的很多线 路都具有战略性的意义，是否能进入

生解释说，因为FortisBC融发电、配

这些线路区取决于一年中的某个时

电和输电为一体，公司具有各种才能

间段，所以我们抓住每一次机会在问

Photo: Courtesy of FortisBC

132/138 kV,160 kV和230 kV。

的技术人员。这使他们能够处理范

230/138/13 kV Lee变电站是#74线路的起点，这里已经发现了可能因电晕引起的绝缘子老化。

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端部金具上电晕的活动 (白色斑点)，以及密封区域附近引起老化的证据。

题发生之前先发制人，预先研究好对

端部金具以及相邻伞裙上的电晕，一

题。”Khalil-Pour先生继续提到，最

策，而不是仅在断电事故发生时才做

般由局部的高电场引起，有可能使绝

近报道了一例发生在美国的故障，正

出回应。”

缘子的护套和密封处发生老化，特别

是这类电晕诱发的老化最终引起脆性

是由复合材料制成的护套和密封。一

断裂和掉线，这一例子更强化了解决

旦密封遭到此类损伤，水汽就可能渗

这一问题的重要性。

工程部经理Mike Leclair先生带领的 部门负责电网的状态评估，包括定期 检查线路和变电站设备。他评述，"正 如当前很多电力部门那样，我们的业 务主要集中在运行，没有内部研发部 门。而我们靠的是积极跟紧电力行业 最佳的实践团队，以便先行一步，识 别出可能将发生在我们线路上的问 题。”Leclair先生说，"我们以8年为周

入内表面，引发故障机理，例如脆性 断裂。

为了收集更多的信息，Khalil-Pour先 生与几家大型绝缘子制造商联络，探

Khalil-Pour先生说， “鉴于电晕活动

究在63 kV到高达500 kV的应用范围

取决于海拔高度，我们从海拔400 m

内，业界对是否需要电晕环的意见。根

和2000 m处的线路上拆下了受影

据收到的答复，他编制了一个表格，他

响的绝缘子样品。现在，我们将把这

说，该表格将帮助指导FortisBC线路

些样品送到试验室进行试验。虽然

上未来的绝缘设计方法。

到目前为止，还没有发生任何断电或

期评定电网的状态，然后，在下一年

运行的问题，我们仍然感到，这次检

Khalil-Pour先生说， “但是，接下来

解决发现的问题。如果根据我们的标

查线路中发现了需要引起重视的问

马上要解决的问题是：目前的风险是

准，问题从不紧急演变为极为紧急，我 们可能会在当年解决。" 这种问题发展的一个例子是230 kV单 回路线路（#74线路）上已运行15年的 复合绝缘子发生了老化，该条线路约 35公里，从基隆拿市（Kelowna）的 Lee变电站向北到维农（Vernon）。输 配电线路工程工长Aram Khalil-Pour 认为，登杆评估和从这条线路上拆下 的样品揭示，一些没有配备电晕环的 绝缘子上，其端部金具附近出现微小 损伤区。

可供选择绝缘子设计的例子, 在没有均压(电晕)环时电场分布的结果。

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什么，在垂直和水平布置的复合绝缘

不同绝缘子对电晕环的要求* 系统电压

子上，我们是否需要改进电晕环。这一 工作要求计划安排战略线路停电，因

63 kV

115 kV

160 kV

230 kV

500 kV

聚合物水平支柱

无

无

无(< 1000 m) 有(> 1000 m)

有

有

聚合物垂直支柱

无

无

无(< 1000 m) 有(> 1000 m)

有

有

聚合物悬垂/耐张

无

有

有

有

有(两端都有)

忧虑的其它电网问题。他指出， “每当

玻璃

无

无

无(< 1000 m) 有(> 1000 m)

有

有

看到可能有此类需求时，我们便制定

瓷

无

无

无(< 1000 m) 有(> 1000 m)

有

有

此，明确这一点是很重要的。” Williams先生说，在#74线路上采用何 种绝缘子的决策也代表性地体现了所

* 基于对业界意见的调查结果。

投资计划。但是首先，我们必须对风 险进行论证，以获得投资的批准。在 这一阶段，我们需要依靠工程部提供 全面的调查。通过这种方法，将故障 进行内部分类，在任何需要的时候，为 未来的决策提供依据。”Williams先 生还提出，如果最终决定安装电晕环， 因为增加电晕环并不能逆转老化的问 题，所以必须检查待改进绝缘子的带 电端是否有老化的痕迹，特别是硅橡 胶绝缘子。 Leclair先生认为，另一条一直有问题 的输电线路是#43线路，在这条线路 上，木杆塔一直都有闪络发生，状态评 估发现，可能存在损坏的绝缘子。与没 有电晕环的复合绝缘子的情况相同， 样品已经被拆下，将送到试验室进行 试验。Leclair先生预测，或许需要在 今年晚些时候修复那条线路。 FortisBC公司还有另外一个需要关注 的电网问题的例子，这次受影响的是 配电线路。与瓷外壳熔断器的熔丝故 障有关。虽然卑诗省内陆污染几乎不 是故障的根源，仅影响到靠近矿石开

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#72和#74线路(上图左边铁塔)分别 是230 kV和138 kV绝缘子, 其中有 一些不带电晕环。

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Photos: Courtesy of FortisBC

由于周而复 始地遭遇水 汽渗入并伴 随着寒冷的 气温, 渥肯 拿根的瓷熔 断器已经发 生开裂。

Photos: Courtesy of FortisBC

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采场的一条专用线路，但各季节大范 围的温度波动影响了某些线路上部件 的老化过程。这里的夏季通常很热又 干燥，而冬季寒冷，常常伴有大量降 雨。这种形式的气候特征已经引起一 些熔断器熔丝发生故障，多数归因于 水汽渗入，紧接着产生瓷件开裂。

熔 断 器 故障与 制 造 日 期 之 间的 相 关 性 揭 示, 运行 仅 几 年 熔 断 器的 故 障 率 与 旧 得多

2011年早期，Khalil-Pour对上述问题 进行过一次调查，调查发现，自2004 年以来，安装在FortisBC电网中的大 约32,700个熔断器中，记录在案的故

的 熔 断 器大致 相同。

障有132例，累计故障率为0.4%。然 Photo: Courtesy of FortisBC

后他将这个故障率与故障熔断器的制 造日期相关联，发现故障熔断器的新 旧对故障事件没有显著影响。运行仅 几年熔断器的故障率与旧得多的熔断 瓷熔断器的设计简图。由于水汽 侵入和重复的结冰－解冻循环造 成熔断器开裂的例子。

器大致相同。他的结论是，正如故障 与当地运行条件下的老化问题相关一 样，这些故障与不良设计和制造期间 质量控制的相关程度与老化问题不相 上下。

Khalil-Pour先生认为，如果不正确的 制造工艺造成粘结到熔断器外壳的金 具直接同瓷件接触，就会产生先天性 的弱点。当熔断器暴露在高温下时，金 属发生膨胀并且可能造成瓷件开裂。 他还说，另外一种更普遍的故障模式 与用于防止水汽侵入单元的密封涂料

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目前在FortisBC所有新安装的设施 中优先采用复合外壳熔断器。

老式熔断器的设计显示，紫外线 对熔丝管老化产生的影响。

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在杆顶变压器套管和避雷器上安装鸟害保护器现在是标准做法。

或环氧树脂密封剂有关。如果这种密

现在我们已经批准了三元乙丙橡胶

与此相关的问题是当地的鸟类，例

封剂劣化，水汽就会侵入。随后的结

(EPDM) 和硅橡胶的设计方案。”

如肉食鸟类鹗喜欢把窝筑在配电

冰－解冻循环过程将导致瓷件开裂，

杆塔上，因为这是捕食的最佳高

并最终引发故障。Khalil-Pour先生提

鸟类和其它野生动物引起的断电

度。Harrison坦承，在这样的情况下，

出，进一步的故障原因源于不当搬运

事故是大多数配电线路运营商

将鸟窝迁移到另一个地方往往是不成

或安装，造成瓷件破损或在瓷体本身

的问题，FortisBC 也不例外。确

功的，因为鸟类通常返回到原址并在

产生应力。

实，FortisBC 公司近期执行了在所有

原址重新筑窝。

新设备（例如杆顶变压器套管和避雷 影响FortisBC配电线路熔断器的另 外一个问题却不是瓷护套而是熔丝管 装配。施工部工长Tom Harrison先生 说， “熔丝管长期暴露于紫外线中会引

器）上要求使用绝缘保护器的标准。 甚至用复合材料覆盖避雷器的绝缘支 架，最小化鸟类可能引起的短路。

Harrison说，虽然如此，FortisBC仍 然在几个知名的实例中取得了显著的 成功，将鹗窝成功搬迁到了附近没有 架线的特制杆上，同时，将原址的杆塔

起明显的老化，因此我们现在要求使

顶部用塑料材料制成的倒立‘V’形盖

用特殊的含有紫外线抑制剂的涂层保

覆盖，防止鹗鸟重新做窝。然后，在搬

护熔丝管。与瓷件开裂担心的是线路 工人的安全问题不同，这是更棘手的 问题，但仍然是我们在技术规范和采 购中正在努力解决的问题。” Williams先生说，2010年，相关的 CSA标准(C310-09配电等级聚合物熔 断器)(Distribution Class Polymer Cutouts)发布之后不久，FortisBC开

日益增加指定 采用复合线路 绝缘子的决策与

址上供公众观赏：

相关,其推动力主 要源于复合

Williams认为，虽然人为破坏被看作

绝缘子相对容易

存在的问题。他说, "虽然加拿大的其

安装和运输。

们还是决定等待标准发布后再使用。

内部的活动，其图像被输送到一个网

(http://www.fortisbc.com/ Electricity/Environment/ EnvironmentalInitiatives/Pages/ Osprey-nest-camera.aspx).

人为破坏不

始使用聚合物熔断器，应对瓷熔断器 它电力部门更早就开始使用了，但我

迁鸟窝的上方安装闭路摄像机，观察

是电网关注的另一个问题，但是与多 数其它问题相比，却不是特别严重。 但是，采访了基隆拿市Hollywood 变电站之后，在一台电流互感器和

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为鹗专门搭建的鸟窝(其中一个采用了CCTV摄像机和调制解调器)

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人为破坏造成伞裙碎裂的例子。

搬运方面也经历了学习曲线。KhalilPour先生提到，例如，过去配电型复 Photo: Courtesy of FortisBC

合绝缘子运抵的时候仅包装在硬纸箱 内，受潮后易于塌陷，造成伞裙变形， 特别是箱子底部的绝缘子。他说，这 种情况的对应措施是改变采购技术规 范，要求用木箱进行运输，正如在输电 配电型复合绝缘子要求的新包装。

型绝缘子中更普遍使用的那样。

开关支柱上发现了几例瓷伞裙破

基于这个经验，以及消除未来不当搬

碎，Hollywood变电站坐落在城市中

运造成绝缘子损坏的风险，Khalil-

心外围一条颇受民众喜爱的延河路

Pour编写并散发了内部培训手册，供

边。Harrison先生观察到，显然，即使

线路人员以及由现场运回绝缘子的外

变电站周围筑起的高围墙也不足以阻

部承包商使用。

止有人抛掷石头。 回想公司应对这一系列挑战电网可靠

Williams先生说，FortisBC决定增加

性的过程，Williams和Leclair感到,

指定采用复合线路绝缘子，替换过去

最佳策略是定期检查，紧接着对发现

使用的瓷和玻璃绝缘子，这一决策与

的任何问题进行调查，并在短期内做

时而发生的人为破坏没有关系，其推 动力主要源于复合绝缘子相对容易安

出回应。Williams说, "我们已经看到,

装和运输。

能够走在任何问题继续恶化之前提前

像很多其它电力公司应对技术转变一 样，采用复合绝缘子的过程在运输和

基隆拿市Hollywood变电站, 瓷开 关支柱绝缘子伞裙上显示金具生锈 产生的锈迹。

预知的关键是在尽可能的早期阶段识 别问题，紧接着调查原因并决定正确 的补救措施。”

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企业电力实践和经验

Norwegian Utility Re-Dimensions Insulation in Voltage Upgrade Project

挪威电力部门在电压升级 项目中重新确定绝缘尺寸

使用带电作业方法增加4个盘形玻璃绝缘子，将300 kV铁塔上的V-型串延长。

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挪威电力部门在电压升级项目中重新确定绝缘尺寸

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挪威电力公司Statnett营运着 132 kV到420 kV的10,000多公 里的架空线网络。近来的潮流变 化使增加功率成为必须，因此， 像世界上很多输电系统营运商 一样，Statnett目前正朝着建设 新一代电网迈进。面对公众反对 架设新线路，以及难以获得新增 加线路的走廊权，实现增大功率 很大程度是通过升级现有线路， 显然，这是任何地方同类项目中 最大之一。 目前，挪威42 0 k V 的 线 路 有 2,200 km。但是到2030年该项 目完成的时候，该电压等级的线 路长度将增加三倍多，达到7,500 km。类似的还有大约5,500 km 的300 kV线路，其中大约1500 km是双分裂导线。Statnett计 划将这些线路升级到420 kV，在 此期间，线路功率可以提高大约 40%，与此同时保留现有的铁塔 和导线。

Photos: INMR ©

红线示出当前以及到2030年升级完成时的420 kV系统。

对不同绝缘子类型的覆冰和污染 行为进行了系统的研究。在试验 室和现场均进行了绝缘子和空气 间隙雷电和操作冲击性能试验。 目的是将延长现有绝缘子的需要 降到最小，空气间隙保持在最小， 确保电压升级带来的视觉影响减 为了优化升级线路的绝缘配合， 到最低。

本文由Statnett公司(挪威)Sonja Berlijn、以及STRI公司（瑞典） Igor Gutman和Jan Lundquist 撰稿，回顾了重新设计电压升级 线路的绝缘尺寸所需要进行的试 验和工作，在很多方面，比设计新 线路更具技术挑战。

近年来，多数电压升级项目都涉及保

子配置(例如用‘V’型串或支撑线路

的300 kV铁塔, 其横担和拉线之间的

留现有的铁塔和导线，主要变化则是

柱式绝缘子代替现有的‘I’型串)。

空气间隙仅有2.4 m，显然从一开始， 这种升级就是不容易实施的。

改变线路绝缘。或者将现有的绝缘子 串加长，例如增加盘形绝缘

例如，为了遵守420 kV线路所要求的 绝缘水平，300 kV的‘I’型串通常需

考虑到这种限制，Statnett公司的工

换为一种不同 要从14个标准盘形玻璃绝缘子增加

程师开始提出了一些基本问题：绝缘

子(见图一)，或者更

的绝缘 到18个(21吨)，总串长度达到3.5到

子串能够缩短吗？如果能，可以缩短

3.6 m之间。同时，按照欧洲标准

多少？此外，如果能够将原来估计的

EN 50341，这种绝缘水平所要

大约3.5 m串长缩短，那么空气内部

求的基本空气间隙必须

间隙要减少多少才能不对线路性能

达到2.8 m。考虑 图一：典型300 kV 'V' 型串加装4个盘形 玻璃绝缘子使串长增 加的部分。

产生不利影响？

到挪威典型 依靠基于概率的方法并且由绝缘子 和空气间隙的精确数据支持的"智能"

挪威电力部门在电压升级项目中重新确定绝缘尺寸

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Photos: INMR ©

图二：Statnett公司典型的300 kV铁塔。

工程方法，证实了Statnett 300 kV电

基于上述寻求最小化延长原有绝缘子 充分代表了Statnett的运行环境。这

网上的多数铁塔的确刚好有足够的空 长度的论证，在瑞典STRI实验室进行

就确保了试验结果真正适用于任何

间使升级成为可行。然而对于其它铁

了一系列覆冰和污染试验。试验室的

基于统计法确定绝缘子尺寸的方法

塔，由于限制条件太严格，必须根据

试验程序是模拟当地的环境条件而

(按照IEC 60815-1)，目前已经问世，

风、覆冰、线路温度、地理位置和线

特别制定的，因此，试验方法被视为

被称为线路性能评估的软件(LPE)，拥

路角度确定不同的解决方案。

有版权使用方便。

由于期望尽可能在

绝缘子的性能 A.污染和覆冰试验 在挪威，选择线路绝缘子时，需要考 虑的两个主要环境重点是覆冰和污 染，结果是Statnett 300 kV线路采用 的传统绝缘解决方案是玻璃绝缘子 串。玻璃绝缘子串被优先选用的原因 是基于其在覆冰条件下的性能、维护 要求低以及长期的预期运行寿命，它 们被视为最佳选择。此外，由于期望 尽可能在带电作业条件下进行420 kV 的升级，最具成本效益的策略是，在

带电作业条件下进 行4 2 0 kV 的 升 级 ，

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典电网运营商Svenska Kraftnät合 作开发）进行覆冰试验，现在该方法 已经列入IEEE标准1783-2009中。为

策略是, 在任何可

融化水的电导率范围宽泛，从100到

能的地方仅增加 原有玻璃绝缘子串 的长度。

串的长度。 ®

(IPS)方法（由STRI与Statnett和瑞

最具成本效益的

任何可能的地方仅增加玻璃绝缘子

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按照广为接受的 "覆冰逐步应力"

了得到50%的闪络电压，覆冰试验 300 µS/cm。 然后按照IEC 60507并进行修正，使 之符合测量到的绝缘子NSDD低值 (从挪威电网中拆下)，用“固体层 法”进行了试验。同样，在0.03到

挪威电力部门在电压升级项目中重新确定绝缘尺寸

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外，依据“统计法决定绝缘尺寸”后 发现，甚至能够证明，少数420 kV铁 塔上，仅使用16个绝缘子也是可以接 受的。

B. 绝缘子和空气间隙的雷电和操作 冲击性能 确立了已升级线路上预期的绝缘子 污染和覆冰性能之后，Statnett工程 师把注意力转到了空气间隙以及雷电 图三：准备接受覆冰试验的 绝缘子(上图)。 图四：绝缘子串积冰近景图 (左图)。

和操作冲击的性能上。这里要解决的 关键参数是：不会对线路性能产生危 害所要求的最小间隙，以及需要多大 距离才能确保铁塔组件不发生闪络， 诸如拉线。 为了回答这些问题，在奥地利格拉茨

Photos: INMR ©

技术大学建立了一个全尺寸的铁塔模 型，进行了雷电和操作冲击试验。还 0.16 mg/cm2宽泛的盐密范围内, 得

按照上述试验程序得出的试验结果

针对悬垂塔的不同空气间隙建立了

到50%的闪络电压。

证实，如果应用“确定法决定绝缘尺

实际间隙因子，实际间隙的闪络电压

寸”，升级后线路上绝缘子串中的绝

与标准的棒-板间隙的闪络电压的比

缘子数量可以从18个减少到17个。此

值，例如这些间隙包括：绝缘子串两

对Statnett公司多数300 kV电网中 当前使用的特定伞裙悬式玻璃绝缘

端的间隙，以及相导体和具有不同绝

子进行了试验室试验。也对其它伞裙

缘子风偏角的铁塔或拉线之间的间

形状的玻璃绝缘子以及复合绝缘子 进行了污染和覆冰试验。这样就可以 建立一个能够进行结果比较的数据 库，可以用于将来某一天的项目中。 近来，在涂覆RTV的绝缘子上并且模 拟湿雪的条件下，也获得了类似的试 验结果。 做为应用统计法确定绝缘子尺寸的 基础，污染和覆冰试验的结果被绘 制为闪络电压特性曲线，计算中的关 键参数包括：U50 –具有50%闪络概 率的电压水平；l –绝缘子的轴向长 度；g –污染或覆冰的严重程度；A和 a-由试验推导出的试验常数。

任何电压升级 的关键之一是 找到最佳的 绝缘子长度和 相匹配的空气 间隙, 确保故障 次数最少。

隙。其结论是，Statnett悬垂塔的实 际间隙因子大于标准中的典型值，这 就提供了在升级中应用的有价值的裕 度空间。例如，对于标准的‘I’型串配 置，这意味着在“无风”条件下，间隙 可以减少大约10%。 在耐张塔的情况下，重要的是确定分 裂导线相对于横担和拉线的最佳位 置。由于安全的原因，认为多数闪络 发生在导线和横担之间更好。试验结 果证实，如果分裂导线到拉线的距离 等于电晕环到横担的距离，记录到的 闪络中大约80%发生在这种情况下。

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图 五 a.铁塔窗口垂直摆放，测试绝缘 子串两端的闪络电压 (右上图)。 图 五 b. 铁塔窗口倾斜摆放，测试导线 和铁塔腿或拉线之间的闪络电压 (左上图)。 图 五 c.闪络试验用全尺寸耐张塔模型 (右下图)。

Photos: INMR ©

统计法绝缘配合

• 污染和覆冰的严重程度

总之，在任何电压升级项目期间，最

在知道了污染、覆冰、雷电和操作冲

• 地面落雷密度

优化可利用的铁塔顶部空间是必须

击条件下预期的绝缘子性能和确认 了间隙因子以后，Statnett工程师开 始探究统计法的绝缘配合（代替标准 的“黑或白”的确定性方法），并使用 LPE程序计算升级后420 kV线路的未 来性能。该程序根据以下数据预测线 路性能：

• 土壤电阻率 • 铁塔接地电阻 • 绝缘子串的几何数据（例如招弧角 的位置，金具长度） • 铁塔几何形状 • 边相、中相及绝缘子串两端的雷电 和操作冲击的间隙因子。

• 系统电压

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舍。在Statnett的升级项目中，图六有 助于最好地解释这个问题，图六代表 了用于该项目LPE程序成果的“屏幕 转储”。 例如，假定绝缘子串的长度相对于最 佳选择值缩短了10 cm（在X-轴上， 相当于-0.1对0.0），则污染或覆冰引

• 年度污染和覆冰事故次数

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的，可能还必须做出一定的权衡取

挪威电力部门在电压升级项目中重新确定绝缘尺寸

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Photos: INMR ©

起的故障次数（或%）会增加。同时， 因为空气间隙增大，雷电和操作冲击 的性能会降低。 因此，任何电压升级的关键之一是找 到绝缘子长度和相匹配的空气间隙， 确保故障次数最少，整体线路性能 最佳。此外，因为挪威当地的地形多 变，铁塔的设计常常多种多样，对于 Statnett来说的最佳解决方案，还必 须考虑为每种具体的铁塔类型量体 裁衣，与此同时，当然要考虑整体线 路的性能是主要目标。

图七：使用线路性能评价软件，计算出升级线路性能的图示。

事实上，根据诸如Statnett升级的项 目经验，LPE程序的功能还可以扩展 到利用每种铁塔结构设计软件输入 进来的数据。这些数据包括：导线位 置、绝缘子长度和在不同风载条件下 计算出来的铁塔顶部间隙。有了这些 数据就可以对每个不同铁塔的所有 雷电、操作冲击、工频、污染和覆冰 性能进行评价。从而实现优化全部升 级线路的统计绝缘性能。 确实，通过LPE的结果，Statnett的

型串。如果不能替代，则考虑改进铁

总结

塔的接地或安装线路避雷器。如果

近年来，Statnett参与了世界上最大

需要提高操作冲击性能，线路避雷器

的电压升级项目之一。项目的目的是

也是一种选项。同样，可以用各种方

最大化地利用现有的铁塔和导线，所

式克服污染性能低劣，例如安装‘V’ 以，延长绝缘子串和增大空气间隙的 型串、使用复合绝缘子或者使用更长

余地有限。因为可利用的空间裕度非

的玻璃绝缘子串。可以通过诸如指定

常小，绝缘配合也必须准确无误。

使用大伞距的绝缘子设计提高覆冰 性能。

使用基于统计的工程方法，结合对绝

线路设计师能够对照为整条线路设

缘子和空气间隙进行的广泛试验结

置的目标，即100公里/年可以接受的

果，可以证实，以高性价比的方式和

故障次数，验证所计算的雷电、操作

相对小的视觉影响将现有的300 kV

冲击、污染和覆冰性能结果。如果不

升级到420 kV是可行的，所有这一切

能满足这些目标，那么线路设计师便

都使用带电作业的方法完成 。在不牺

能识别哪种铁塔结构造成了性能低

牲整体线路性能的同时，绝缘子串长

劣，并提出适当的补救措施。图七示

度和内部空气间隙保持在了最小。

出某一段线路的计算结果，用园形分 格统计图表示，描绘了五个被选铁塔

为了恰当地利用如此精确的工程方

的性能。

法，必须进行一些科研项目，但是回 过头来看，证明投资这些项目颇有成

为了提高Statnett升级项目的雷电性 能，首要任务是用‘V’型串代替‘I’

图六：线路性能评价程序(LPE) 的屏幕转储。因故障导致不同 原因断电的比例(以%表示)。

效。

挪威电力部门在电压升级项目中重新确定绝缘尺寸

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企业电力实践和经验 第二部分

Algerian HV Grid Operator Combats Harsh Pollution

阿 尔 及 利 亚 高压电网运营 商 抗 击 严 酷 的污染环境 由INMR撰稿人和输变电(T&D)专家，突尼斯人Raouf Znaidi撰 写的本文第一部分，刊登在INMR中文刊2012年第二期上。文中 报道了阿尔及利亚输电电网运营商GRTE如何处理对架空电网可 靠性有负面影响的各种污染并存的挑战。本文是第二部分, 重点 讨论该国一个污染特别严重的特定地区，在一个特殊的试验站 中进行了绝缘子性能的比较，并将其成果应用于整个电网上。

更糟糕的是，阿尔及利亚的这部分地

人员选择Oran做为评定绝缘子选型

度，能够与西北部城市Oran相匹敌的

区又是大量迁徙鹳的栖息地，鹳通常

设计相关性能，以及补救措施的试验

地方寥寥无几，该城市是阿尔及利亚

在铁塔上筑巢，进一步加剧了大范围

场地。

高压电网运营商GRTE所管辖的五个

污闪问题。区域输电经理Mokhtar

维护地区之一。石油化工厂星罗棋布

Said解释说，尽管进行频繁的带电清

例如，2007年进行了一项污染现象的

的烟囱无休止地冒着黑烟，笼罩着城

洗，几条分别使用7个和18个防雾型

研究，其目的是为了识别在当地的严

市附近整个大片的工业区域。黑烟同

玻璃悬式绝缘子串的60 kV和220 kV

酷运行条件下，哪种类型以及哪种形

来自附近地中海的盐分相溶合，迅速

线路，通常每年经历每100公里多达

状的绝缘子性能最好。另外一个目标

沉积在附近与海岸线平行的220 kV和

20次断电。他说，当地污染源的共同

是通过确定最合适的清洗周期，优化

60 kV线路的绝缘子上。

作用极其严重，致使GRTE公司的维护

昂贵的清洗程序。

Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE

说到工业和海洋污染共同作用的烈

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阿尔及利亚高压电网运营商抗击严酷的污染环境

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Oran输电网的发展 Said评述，Oran周围区域工业的迅 速发展创造了电力需求的急剧增加， 导致阿尔及利亚西部输电网扩大。确 Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE

实，2007到2011年期间，区域输电线 的长度增加了将近80%，达到了目前 已经占到了该国电网的近三分之一。 GRTE公司Oran地区维护部长Tewfik Bentabet说，该地区迅速沉积在绝 缘子表面的固体污染层，随后又被

被污染的220 kV线路占据着一条狭长的走廊。

盐雾或夜间的潮气润湿，通常是引 发持续不断闪络的原因。他评述说， 这些问题导致了逐步从防雾型转换 为空气动力型玻璃盘形悬式绝缘

表1：Oran区域输电网络的发展(2007到2011年)

子。复合绝缘子的应用也一直在增

线路长度，公里（2007）

加。Bentabet说， “我们期待着受益 于空气动力型绝缘子串的自我清洗 性能，或者复合绝缘子优异的耐闪络 性能，甚至是极少维护到免维护。”

污染试验站 为了评定如何最佳地应对混杂着盐 雾和干盐的重度工业污染，GRTE近 期进行了被污染绝缘子的南-南和

线 路长度，公里（2011）

系统电压

400 kV

220 kV

60 kV

总计

400 kV

220 kV

60 kV(包 括90 kV和 150 kV)

总计

阿尔及尔

-

1961

1529

3498

981

2108

1853

4941

Oran

-

2049

2219

4267

848

2398

4346

7592

GRTE总数

263

9195

6651

16,765

3236

9806

10,245

23,288

Oran占总 数的％

0

22.2

33.4

25.5

26.2

24.5

42.4

32.6

南-北研究。这项工程同突尼斯STEG 国际服务公司以及法国电业部门咨

表2：受污染影响最大的Oran地区的线路*

询专家合作，其中的一个目的是绘制 阿尔及利亚污秽图。Bentabet先生 解释说，"这项研究的主要目的是更

Oran地区有问题的线路

系统电压（kV）

2011年总断电次数

Saida-Mechria /Bougtob

60

59

Ain Skhouna-El Bayadh

60

32

Zahana-Senia

60

23

BHE-ZAH

60

13

Tlemcen-Zahana

220

35

染试验设施的场地，配备有监视五个

Marsat Hadjadj Station-Relizane

220

25

不同类型带电绝缘子泄漏电流的系

Ghazaout-Oujda

220

26

统，该系统通过单相变压器和熔断器

Oued Sly-Relizane

220

10

好地了解输电线路沿线的污染环境， 从而更好地选择并确定适合我们运 行条件的绝缘子类型和尺寸。" 作为这项工程的一部分，Oran附近 的Marsat EI Hadjaj变电站被选为污

供给绝缘子17.5 kV相-地电压。该变 电站还配备有功能齐备的气象站，可 以测量例如湿度、温度、降雨和风速

* 尽管进行了频繁带电清洗和其它维护, 若干60 kV和220 kV线路 (绝缘分别采用7个和18个特殊防雾型玻璃绝缘子的线路)仍然经历了每年 100公里超过20次断电

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下表面上积聚的不可溶解污染物通常 比上表面高（实例参见图一）。 关于绘制涵盖所有阿尔及利亚运行条 件的污染图，在GRTE电网的五个不同 区域最终建立了多达36个不带电试验 Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE

站。联合研究小组每年测量ESDD和 NSDD。

化学分析 对安装在Marsat试验站的绝缘子，以 及参照用标准形状玻璃绝缘子上积聚 平行排列的220 kV线路，绝缘采用复合绝缘子和玻璃串绝缘子。

的污染物进行了分析，结果表明，IEC 标准中的人工污染物成分，并不能代 表诸如阿尔及利亚这样的国家中实际 运行的条件（见表4）。

表3：试验站选用的绝缘子排名

绝缘子类型和形状

参照表面

ESDD 排名

NSDD 排名

自我清洁 性能排名 K

Bentabet指出，污秽成分和积聚程度 总排名

的调查结果使GRTE怀疑，IEC中对于 像Oran这种地区的最佳绝缘子选型

A: 上表面

第二

第三

A: 下表面

第三

第三

B: 上表面

第一

第二

B : 下表面

第一

第一

C: 上表面

第二

第一

C: 下表面

第二

第二

第三

第三

第一

第一

导则是否适用。特别是，调查结果导 致在所有与海岸线平行以及穿过邻近 工业区延伸到内陆30公里的输电线路 上，使用空气动力型设计或复合绝缘

第二

第二

等气候变量，然后与泄漏电流数据进

证实空气动力型玻璃悬式绝缘子荣

行对照。

获第一，交替伞裙硅橡胶复合绝缘子

子逐步替换不适合的防雾型以及特殊 防雾型玻璃悬式绝缘子。

次之，标准玻璃悬式绝缘子排名第三 每年对标准伞形的玻璃悬式绝缘子

(见表3)。

进行3到4次ESDD和NSDD测量，基 于此评定现场的污秽度。

Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE

按照Beloufa的观点，在Marsat EI Hadjaj试验的绝缘子中（即标准形状

Oran地区GRTE维护部的Mohamed

玻璃绝缘子，空气动力型玻璃绝缘子，

Belouf说，试验场地前18个月得到

交替伞裙硅橡胶绝缘子，以及同样几

的结果提供了比较当地条件下不同 绝缘子性能的宝贵信息。例如，根据 ESDD和NSDD测量，将试验的各种 绝缘子设计的表现进行了初步排名，

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何形状的三元乙丙橡胶绝缘子），不同 绝缘子的污染物积聚差异很大。而且 污染沉积物的分布不均匀，致使伞裙

Marsat EI Hadjaj变电站的试验设施。

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鸟类对输电线路断电的影响 标准形状绝缘子上表面

正如INMR过往期刊中所报道的，有些 国家例如中国的经验表明，线路上高 达43%的闪络(即使配备了复合绝缘 子)可以归因于鸟类的流体状排泄物

标准形状绝缘子下表面

(通常归类在 "不明原因故障")。这也 正是阿尔及利亚的情况，季节性迁徙 的大量鹳鸟在铁塔上筑巢，成为影响 当地输电线路性能的主要问题之一。

图一：标准形状绝缘子上下表面的污染物分布。

该国的第一位‘女线路员’，也是Oran 断电分析师Goumari女士说， “鹳鸟 流体状排泄物与导线相接触是我们这 一区域维护人员极为关注的问题。其

表4: 阿尔及利亚自然污秽与IEC标准中要求的 人工污秽的比较分析

结果是，我们必须依赖补救措施，其 中最有效的是我们称之为‘伞技术’的

化学元素

阿尔及利亚自然 污秽(%）

Tonoko (%) (按照IEC)

高岭土 (%) (按照 IEC)

Si

8.3

61

73

Fe

-

17

1.5

Al

-

14

23

Ca

100.6

-

-

K

13.28

6.5

_

减少污染物积聚在绝缘子串伞裙下表

Mg

6.47

0.6

_

面的优点。

Na

32.5

_

_

Ti

-

0.6

1.6

补救措施，即在悬垂串的顶部安装一 个大直径的空气动力型伞裙，或安装 在接地侧。保护防雾型伞裙免于发生 鸟类粪便以及当地酸雨引起可能的短 路。”Goumari认为，这种技术还具有

另一个有价值的工具是同SONELGAZ 科研中心合作开发了“鹳鸟线路图”， 图中标出了阿尔及利亚全境鹳的迁徙 路线与架空输电线之间的关系。 Beloufa解释说，为了减少鹳对悬垂 串闪络的影响，采用的一个措施是构 筑次级做窝地点，通常选择在不易受 影响的附近耐张塔上。然而，根据研 究鸟类对架空电网影响人士的观点， 鹳鸟的习性通常在距离被拆除或被搬 迁的原址非常近的地方筑新巢。

Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE

硅脂和室温硫化硅橡胶涂层 2009年以前，GRTE保护变电站瓷绝缘 季节性迁徙期间，鹳鸟定期在铁塔 上筑巢，导电的流体状排泄物(电导 率大于25ms/cm)堆积在绝缘子串 上，降低了绝缘子的有效性。使用 伞型空气动力型绝缘子可以保护绝 缘子串不出现这样的问题。

免受石油化工、工业、海洋和沙漠污染 影响的主要解决方案是涂覆硅脂。然 而，虽然证明有效地防止了污闪，但是 在像Oran这样的重度污染环境中，其 寿命预期通常不超过3到5年。

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考虑到严酷的运行环境以及重度污 染下硅脂功效呈递减的经验，2009 年，GRTE开始涂覆室温硫化硅橡胶 涂层。自此以来，1000多公斤RTV已 经涂覆在关键的变电站设备上，例 如断路器外壳、避雷器、电流互感器 和套管。INMR采访期间，Marsat EI Hadjaj变电站的绝缘子涂层几近完 成，其中引起关注的一点是当地维护 人员选择的独特涂覆技术。Beloufa 说， “对于绝缘子和瓷设备外套，我们 十分慷慨地涂覆涂层，其RTV的总厚 度大于0.5mm,但是从接地端算起，涂 层仅覆盖绝缘子总长度的一半，或至 图二：鹳的总量和迁徙图与GRTE架空输电线之间的关系。

多三分之二。” 准备涂覆前瓷表面的清洁工作使用一

"此处我们十分慷慨地给绝缘子和陶瓷设备的

系列不同的手工操作，需要投入大量

外壳涂上涂层，其室温硫化硅橡胶涂层材料的

结在表面的干硅脂。表面清洁之后，

总厚度大于0.5mm, 但是从接地端算起涂层的

时间除去所有固体污染物以及仍然粘 涂覆工作相对较快。

覆盖面绝不大于绝缘子总长度的一半，或至多

目前，Marsat EI Hadjaj变电站以及

三分之二。"

期间高湿度下可以听到电晕噪音以

周边的工作人员报告说，除了下雨 外，RTV涂层似乎明显表现良好。

总结 Bentabet和Beloufa回顾了近期的运 行经验并认为，或许对各种补救措施如 何减少Oran地区污染问题作出明确的 评价为时尚早。然而，他们认同，更适 合的绝缘子设计，结合带电线路清洗， 以及越来越多地使用复合绝缘子，已经 改进了过去问题严重的线路的性能。现 Photos: Courtesy of R. Znaidi and GRTE

在这些线路主要混合采用空气动力型 玻璃绝缘子和硅橡胶及三元乙丙橡胶 (EPDM)外壳制成的复合绝缘子。 展望未来，他们认为，在GRTE的其它 区域也将采取类似的措施，其目的是

Marsat EI Hadjaj变电站一览。

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通过系统地减少污闪，改进整体的运 行质量。

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硅脂在Oran区域的应用。

当地多种污染源的共 同作用极其严重, 致使 Oran被选为评定变电 站各种绝缘子选型设 计的相关性能, 以及补

从接地端算起,涂覆的RTV 涂层不大于瓷件长度的一 半, 或至多三分之二。

救措施的试验场地。

回到阿尔及尔总部，GRTE维护总监 Fathallah Souker说，看到了复合绝 缘子在阿尔及利亚得到了稳步，但有 控制地应用。他说， “为了最大限度发 挥我们输电线路的绝缘性能，即使逐

表5：阿尔及利亚使用复合绝缘子的发展和评价 总长度 GRTE电网总长度 (公里)

2002

2006

2008

2010

12,234

17,403

21,683

大约 23,000

306

475

913

1184

步更多地应用复合绝缘子，我们将仍

安装复合绝缘子线 路的总长度 (公里)

然依靠带电线路清洗。尽管GRTE努力

220 kV线路数

9

9

10

26

确保复合绝缘子的正确选择标准，甚

60 kV线路数

3

-

2

3

至考虑了它们克服污闪的经济和性能

· 工业、海洋、鸟类和农业污染。 断电和运行故障的 · 绝缘水平和绝缘配置低。 主要原因 · 人为破坏

优势，我们将继续遵循谨慎的方法。 我们所等待的是时机，即在我们所处 的环境中，复合绝缘子的实际预期寿 命更加明了，以及在检查和带电线路 作业方面不再感到有任何运行风险的 那一刻。”

复合绝缘子的主要 选择标准和优点

· 购置成本：降低36到44%。 · 运输和安装成本：降低37%。 · 同玻璃串相比, 垂直距离不变但爬电距离加长, 即加长31到66%。 · 免维护(免去清洗)，闪络减少(减少高达90%)。

· 运行寿命不确定。 复合绝缘子的缺点 · 线路带电作业不理想。 和风险 · 检查、探测缺陷和更换故障单元相对困难。

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Forensic Analysis of a Fractured 500 kV Composite Insulator

500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析

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500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析

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引言

提及复合绝缘子的机械故障, 人们通常 只考虑脆断缺陷。但是,越来越多的证

与玻璃或陶瓷绝缘子相比，复合绝缘子在高电压线路上的 运行经验还相对缺乏，对运行中发生故障的复合绝缘子进 行深入研究就显得尤为重要。通过对故障复合绝缘子故障

据表明：随着材料质量与产品设计的提

机理与缺陷类型的深入分析，可以帮助复合绝缘子生产厂

高, 复合绝缘子的脆断事故显著减少。

似故障的再次发生。

但是, 如果复合绝缘子在护套成型过程 中存在瑕疵或在挂网运行时承受过大 的机械负荷, 复合绝缘子也可能发生断 裂事故, 该类事故芯棒的断裂特征和脆 断有显著差别。

家与电网公司改善生产工艺，提升运行维护水平，以避免类

本文所研究的复合绝缘子于2010年9月断裂，故障发生时， 该绝缘子已在中国贵州省一条500 kV交流线路上挂网运行 5年，依据IEC60815标准，事故地区为轻污染地区。在事故 发生前的例行检查中（事故发生前2个月），运行维护人员 使用红外相机观察发现故障绝缘子存在明显的局部发热现 象，发热位置距高压端金具1.5-2m，温升大致1-2K，除此 之外，没有其它异常现象。

本文主要研究一起断裂特征与常见脆断 特征相异的500 kV交流复合绝缘子断裂 事故。依据对该断裂绝缘子的检测分析 结果，分析了复合绝缘子出现类似断裂 特征的原因。本文还对复合绝缘子的生 产工艺以及运行维护提出了一些建议， 以引起绝缘子生产厂家与电网运行公 司对复合绝缘子护套与芯棒交界面质量 的重视，预防交界面老化缺陷。本文 的主要工作由清华大学深圳研究生院的 博士后Bernhard Lutz 博士，研究生成 立，INMR专栏作者关志成教授，王黎 明教授以及中国南方电网的张福增博 士共同完成。同时，本文引用了部分 作者以前所著论文的结果[1-2]。

图一: 断口截面-高压侧（上），低压侧（下）。

500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析

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故障复合绝缘子长5.315m，芯棒直径30mm，护套厚度

然较高，足以引起电晕放电现象。使用仪器测量导通缺陷区

5mm，与另一只同型绝缘子双串并联，以V串形式悬挂，该

域的直流电阻值，阻值在1 MΩ至120 MΩ之间，其中，在两

并列悬挂的绝缘子并没有出现断裂或明显的老化痕迹。事

个蚀孔之间的区域，其直流电阻值较低。

故绝缘子的断裂点距离高压端金具300mm，断口截面部分 呈现深褐色，与通常绝缘子脆断后出现的光滑截面不同的

表面积污与憎水性

是，本文研究的绝缘子断口截面呈扫帚状并表现出多孔性， 依据IEC 60815-1，对断裂复合绝缘子与未断裂的并列悬挂 因此其故障机理也应与通常的脆断机理相异。 的绝缘子进行ESDD与NSDD测量，分别在绝缘子靠近高压端 在靠近高压端的区域内，故障绝缘子护套上共有25个蚀 孔，其中约半数蚀孔内部充满微小的腐蚀老化后的硅橡胶 (SIR) 粉末，在后续实验中，可以使用针轻易地将这些腐蚀 材料挑出。可以认为，这些蚀孔是绝缘子内部缺陷引发的老 化过程所带来的结果。

部，中部与靠近低压端部选取伞裙单元，测量伞盘上下表面 的积污情况。ESDD与NSDD的测试结果显示：断裂复合绝缘 子高压端附近伞裙下表面的积污量为并列悬挂未断裂的复 合绝缘子的5倍。而在其它部分，积污情况则差别不大。 在运行过程中，如果断裂的绝缘子内部存在导通性缺陷，缺 陷区域附近的电场强度将增大，在微风环境下，由于电场力 的作用，细小的污秽粒子将加速附着在绝缘子表面。因此对 于局部高场强区域，其积污也更加严重。 依据IEC TS 62073，采用喷雾法对绝缘子各部分表面憎水 性进行研究。对于两支绝缘子高压端附近的伞裙，其上表

图二: 护套上蚀孔的初始状态(左) 挑出腐蚀材料后的状态(右)

红外与紫外成像检测 在对故障绝缘子进行解剖分析之前，首先对去除均压环的绝 缘子进行红外与紫外检测，试验电压为550 kV /√3= 318 kV 。 加压5分钟后，在距断裂点880至1040mm的区域内出现局部 的表面温升（温升 2-3 K，图三，左），同时通过紫外成像也可 以在该区域观察到明显的电晕现象（图三，右）。值得说明的

Photos: INMR ©

是，出现局部温升与电晕区域的护套存在蚀孔。

面憎水性情况相似，但是断裂绝缘子伞裙下表面则近似表 现出亲水性（HC=6），这也与断裂绝缘子该区域严重的积 污情况相互印证。

表 1: 断裂绝缘子与并列悬挂的未断裂绝缘子 * 的ESDD, NSDD与憎水性分级(HC)情况 位置 高压端 中部 低压端

绝缘子

ESDD 上/下表面 (mg/cm1)

NSDD 上/下表面 (mg/cm1)

HC 上/下 表面

断裂

0.015 / 0.040

0.285 / 0.487

5/6

同串未断裂

0.010 / 0.008

0.182 / 0.050

5/4

断裂

0.014 / 0.012

0.122 / 0.083

6/3

同串未断裂

0.011 / 0.007

0.048 / 0.046

5/2

断裂

0.011 / 0.009

0.131 / 0.093

6/3

同串未断裂

0.012 / 0.009

0.040 / 0.026

2/2

剥离护套 对断裂绝缘子解剖时，可以十分容易地将硅橡胶护套与芯 棒剥离，护套与芯棒之间粘结性已经完全丧失。并且，在护 套内侧可以发现有少部分芯棒材料的残余，这说明芯棒材

图三: 在318 kV交流电压下，故障绝缘子的温度与 电晕分布 。 红外与紫外检测的结果表明：在故障绝缘子高压端附近， 存在近1m左右的导通缺陷区域，并且缺陷区域由高压端向 低压端延伸。此外，在远离高压端的蚀孔处，其电场强度仍

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料的机械特性(如芯棒内部玻璃纤维与树脂之间的微观交界 面的机械特性）已经开始出现老化。 解剖护套后，在蚀孔附近的护套内侧与芯棒表面均可以发现 黑色斑点，并且部分芯棒也已经出现严重的烧蚀痕迹，与断 口处的扫帚状芯棒纤维类似，其阻值下降严重(R<100Ω)。在 解剖了更多含蚀孔的护套区域后，可以发现其内部交界面均

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存在类似的老化情况，交界面的老化现象表明，距高压端 1.1m处的蚀孔区域内曾经出现过较大的局部泄漏电流。 剥离未出现蚀孔的护套材料后，可以发现其粘结性仍有所 丧失（图五），但是没有在护套内侧发现芯棒材料残余与 明显的芯棒变色现象。这说明，在未出现蚀孔的区域，其 芯棒内部微观交界面的质量要优于护套与芯棒之间宏观交 界面的质量。

对芯棒的分析实验 依据IEC62217，对芯棒进行品红渗透与水扩散实验。

品红渗透实验 分别从绝缘子断裂点附近与低压端处截取老化变色与未

研究结果强调了复合 绝缘子护套与芯棒 交界面质量良好对 长期安全稳定运行的 重要性。

老化变色的芯棒样品各3片进行品红实验，实验开始仅3分 钟后，品红溶液渗透并出现在老化变色的芯棒样品上表面 (图六)，而直至4小时的实验结束，仍未在未老化变色的芯 棒样品表面发现品红贯通的痕迹。品红渗透实验的结果说 明，在断裂点附近的芯棒内部，其微观交界面质量下降严 重，品红溶液能在毛细作用的推动下，快速贯通内部被破 坏的芯棒样品。

水扩散实验 从故障绝缘子上切下10份试样，其中部分样品的护套被 剥离，以将其与未剥离护套的样品进行对比。取样位置位 于绝缘子的中端与低压端。经过100h的水煮实验后，依据

图四: 护套蚀孔(左)与低压侧蚀孔附近 老化的交界面(右)

IEC62217,整理测试结果如表2所示。 对于含有护套的样品材料，其1分钟后电流均大于1mA，未 能满足要求，而对于剥离护套的芯棒材料，其电流在0.024 至0.027 mA之间。水扩散的实验结果说明：护套与芯棒间 宏观交界面的质量是影响整个老化过程的重要因素。

扫描电子显微镜检测 使用车床等工具从绝缘子不同部位截取芯棒材料进行电 镜扫描检测，芯棒薄片样品厚度为1mm（图七），另从断 口附近截取部分芯棒纤维进行分析。

图五: 芯棒与护套交界面的粘结性，左图距断裂点3.9m, 右图距断裂点1.2m

透光观察芯棒材料的切片，可以很清晰的发现在老化变色 的芯棒材料中有部分黑斑，而在未老化样品中则没有发现 Photos: INMR ©

类似的黑斑。值得注意的是，出现黑斑的绝缘子取样于距 离断裂点850mm处，这说明在断裂发生前，复合绝缘子 远离断裂点处的芯棒内部微观交界面已经出现明显的老 化现象。对有黑斑的芯棒材料进行SEM电镜扫描，可以清 楚的显示黑斑区域内芯棒材料腐蚀严重（图七），并且变 色芯棒内部玻璃纤维表面的被腐蚀度以及粗糙程度要远 高于未变色的芯棒材料（图八，九）。电镜扫描的结果还显 示，对于老化的芯棒材料，玻璃纤维更多的暴露在外界环 境下，玻璃纤维与树脂的微观交界面的粘结性丧失十分严

图六: 品红实验开始3分钟后，老化变色样品被贯通的情况

重。同时，我们还应该看到，这种微观交界面的破坏也会影

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响芯棒的机械性能，最终可能导致绝缘子的断裂故障。电

表 2: 芯棒材料的水扩散实验结果 *

镜扫描的结果再次证明了复合绝缘子护套与芯棒交界面质 量的重要性，宏观交界面的质量直接关系到复合绝缘子能

样品编号

取样位置

是否剥离护套?

1分钟后电流 (mA)

否长期稳定安全运行。

c

中端

是

0.024

化学分析

2

中端

是

0.027

为了更好的了解故障绝缘子内部交界面老化的机理，使用

3

中端

是

0.025

傅里叶变换红外光谱分析的方法对芯棒材料进行研究，绘

4

低压端

是

0.024

5

低压端

否

0.025

6

中端

否

1.087

7

中端

否

1.718

8

中端

否

1.278

9

低压端

否

>2

10

低压端

否

1.818

*从不同位置截取的，含护套与不含护套材料的芯棒样品

制材料的透射率曲线。 将老化样品（#2，#3）与未老化样品（#1）的FTIR光谱进行 标准化处理，可以根据透射峰的位置与高度来判断样品内 的组分。得到结果如下： 1. 与未老化变色材料相比，在老化变色材料中，发现了更多 的硅酸Si(OH)4（透射峰位于波长倒数472…475 cm-1），这

可能是树脂与玻璃纤维微观交界面发生玻璃侵蚀与离子交

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换过程的结果，当水分侵入芯棒后，将破坏玻璃纤维中的 Si-O-Si键，即为玻璃侵蚀作用，而离子交换作用则主要是由 于金属离子（如Na+）被氢氧基OH-替代造成的。这两种过 程均需要水分的参与，并且都将破坏微观交界面。 2. 在老化变色的芯棒材料（#2，#3）中发现了更高含量的 硝酸HNO 3存在（波长倒数1385 cm -1），这可能是局部放 电作用，水分侵入以及臭氧共同作用的结果。

图七: 老化变色(距断裂点850mm)与未老化变色 (距断裂点4.4m)的芯棒材料

3. 在老化变色的芯棒材料（#2，#3）中发现了更高含量的 羰基CO（波长倒数1627-1638 cm -1）与羟基OH（波长倒 数3440-3500 cm -1），这是树脂材料吸水而发生水解作用 的结果。 值得注意的是，上述的老化过程，如玻璃化侵蚀等，均需 要水分的参与，因此可以认为，水分侵入护套与芯棒交界 面是诱发该类型复合绝缘子断裂缺陷的必要因素。

热重分析 图八: 老化变色样品的电镜观察结果(平行纤维方向)

使用热重分析方法对老化与未老化的硅橡胶护套材料进 行研究，其中老化的硅橡胶材料(#5)取自蚀孔内侧，而未 老化材料(#6)则取自远端护套无蚀孔区域。 由图十一可以发现，未老化的护套材料有两次明显的质量 减轻，这是由于Al(OH)3填充材料在加热过程中脱水所致， 而在已经老化的硅橡胶材料中则未能观察到这种明显的质 量变化，这证明了在此绝缘子护套内部曾出现了剧烈的局部 放电及漏电起蚀，最终导致护套上蚀孔的出现，排除了外部 因素，如雷击或闪络等造成蚀孔的可能性。

图九: 老化变色(左)与未老化变色(右)的电镜观察结果 (垂直纤维方向)

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硅橡胶材料的渗水性

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如前所述，水分在此类复合绝缘子老化过程中扮演着十 分重要的角色，因此对硅橡胶护套材料的渗水特性进行 研究。选取1mm厚的与故障复合绝缘子护套材料相同的 HTV硅橡胶样品进行实验。将样品覆盖在无盖玻璃瓶上， 间隙使用真空密封胶密封（图十二），瓶内放置干燥剂以保 证瓶内相对湿度恒定在3%以下。在实验过程中使用高精 确度温湿计记录瓶内相对温度与湿度。同时使用玻璃片覆 盖的玻璃瓶作为参照组同时进行实验。 将实验组与参照组同时放入不同相对湿度的塑料箱中，使 用不同种类饱和盐溶液调节箱内相对湿度，在实验过程

图十: 断裂点附近，未老化变色与老化变色芯棒样品的 傅里叶红外光谱

中，各个塑料箱中相对湿度恒定。这样，硅橡胶样品两侧 将存在一个恒定的相对湿度差，水分也将持续渗透通过 硅橡胶样品与密封口进入瓶内被干燥剂吸收。其中，通过 密封口进入的水分与通过硅橡胶样品进入的水分相比，可 以忽略不计，干燥剂增加的质量由渗透通过硅橡胶的水分 决定。

表 3: FTIR 透射峰与波数

基团

在实验过程中，通过定期称量干燥剂的重量Q(t)来得到水

透射率

波数 (cm-1)

#1

#2

#3

分通过硅橡胶的速度（图十三），分析实验结果可以发现， 在不同相对湿度下，水分进入硅橡胶的质量均随时间呈线

Si(OH)4

472-475

0.99

0.96

0.63

性增长，而当样品两侧相对湿度差不同时，水分的渗透速

HNO3

1385

0.99

0.96

0.86

率dQ(t)/dt也有所不同，相对湿度差越高，渗透速率越快。

C=O

1627-1638 1736

0.97 0.98

0.96 0.93

0.92 0.90

根据实验结果可以得到HTV硅橡胶样品的渗透系数P。

-CH2 + -CH3

2920-2932 2962-2970

0.98 0.98

0.97 0.96

0.96 0.95

计算得到，该型HTV硅橡胶材料的渗透系数P=1∙10 -7g

-OH

3440-3500

0.92

0.93

0.81

此水分渗透穿过硅橡胶材料的速度更快。当复合绝缘子处

cm -1s -1cmHg -1，远大于玻璃纤维增强树脂的渗透系数，因 于高湿度环境下时，水分可能快速通过护套材料进入绝缘

#1: 断口位置未老化变色样品

子内部，特别是当护套与芯棒交界面存在空隙、脱粘等缺

#2: 断口高压侧老化变色样品

陷时，护套无法很好地隔绝水分。

#3: 断口低压侧老化变色样品

结果讨论 对断裂复合绝缘子的检测分析显示，问题绝缘子的芯棒与 护套交界面质量下降与水分的加速老化作用是导致绝缘子

#5 含有蚀孔的老化护套材料

#6 不含蚀孔的护套材料

最终断裂的关键因素。 水分能够以液体或者蒸汽的形式进入复合绝缘子内部：在 雨季，积聚在绝缘子表面的液态水首先通过扩散过程进入

相 对 重 量

硅橡胶护套。如果有长时间的大雨，扩散的水分能够到达 芯棒和护套的交界面处甚至进入到芯棒材料中。然而，由 于水分在FRP材料中的扩散过程比在硅橡胶材料中慢，因 此水分的侵入量非常少，故不能引起芯棒材料性能的急剧 下降。但是，当护套－芯棒的交界面质量由于水解而下降， 可能引发进一步的老化过程。 温 度 [°C]

图十一: 含有蚀孔的老化护套材料(#5)和不含蚀孔 护套材料(#6)的TG曲线

吸入的水分能够进一步在交界面缺陷处积累（比如空洞， 裂缝和空隙），从而形成了高电导率和绝缘贯穿的区域。

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在潮湿天气下，当复合绝缘子交界面存在缺陷时，水分的 渗透将更易引发绝缘子的劣化过程。因此，如果绝缘子内 部护套与芯棒交界面存在空隙，水蒸汽将渗透通过护套进 入其中，并凝结。当空隙湿润后，以下老化作用将发生： 1. 局部发热 2. 护套出现蚀损 3. 在局部放电的作用下，护套出现蚀孔 4. 雨或其它酸性物质通过护套蚀孔进入交界面后,

图十二: 渗水实验装置

加速老化过程。 以上描述的过程强调了护套－芯棒交界面质量对复合绝缘 子长期安全稳定运行的重要性。当水分侵入含缺陷交界面 后，可能引发绝缘子护套出现蚀损与蚀孔等，进而加速老 化过程。事实上，采用含人工缺陷的复合绝缘子进行的老 化实验证明：含有缺陷的护套－芯棒交界面可能会导致护 套的蚀孔与蚀损。而当护套出现蚀孔之后，芯棒将直接暴 露于外部环境之中，在玻璃化侵蚀，离子交换，水解与局部 放电的共同作用下，芯棒材料将持续老化，最终断裂。

结论

时间[天]

在本文中，采用外观检查，热重分析，化学分析等手段，研 究了一起断裂特征异于常见脆断的500kV交流复合绝缘子 断裂事故。在一系列水分参与的老化过程（如离子交换，

图十三: 不同相对湿度下，通过1mm厚度硅橡胶的渗水 量随时间变化情况，温度23±3℃。

玻璃化侵蚀，水解等）的共同作用下，问题绝缘子芯棒的机 械性能持续下降，同时宏观与微观交界面也持续劣化。 问题复合绝缘子的护套与芯棒交界面处存在粘结性不佳等 质量缺陷，此时，环境中的水蒸汽将轻易地穿过护套材料

多雨或潮湿的季节

下降

与交界面放电的发生。一旦出现蚀孔，芯棒将彻底暴露于

护套和芯棒吸水 材料质量

部放电与发热现象，造成护套的蚀损 ，进而导致护套蚀孔

缘子

存在缺陷

的绝缘子

并在缺陷处凝结。当缺陷被浸润以后，缺陷位置将出现局

不存在缺陷的绝

外界环境中，老化将加速发展直至断裂。 为了保证复合绝缘子的长期稳定运行，本文指出，必须要确 保芯棒与护套交界面质量良好，因此需要在复合绝缘子交界

水蒸气渗入到充满空 气的缺陷中＋凝结

水分导致缺陷形成

面质量的在线与离线检测领域展开更深入的研究。 为了能在日常的在线检测中发现此类复合绝缘子的老化， 我们建议在巡线过程中，特别是雨季与潮湿天气中，使用

由于导电率和泄露电流密 度增大导致发热点形成

温度压力和局部放电使护 套出现裂纹

芯棒暴露在环境中 (进一步老化的开始)

漏电起痕和腐蚀过渡引起 护套蚀孔和交界面缺陷 的增大

红外相机进行检查，着重观察复合绝缘子是否有局部发热 点。一旦复合绝缘子出现局部发热点或者护套出现蚀孔， 应立即对其进行更换。

参考文献： [1]吕政，鲁兹，成立. 复合绝缘子硅橡胶护套材料吸水性与渗 水性的试验研究[J]，陕西电力，2012,40（7）：14-19.

图十四: 水分侵入引发的老化过程流程图

[2]冉学彬，鲁兹，成立. 复合绝缘子脆断事故研究与劣化机理 分析[J]，高压电器，2012年5月投稿，已收到录用通知.

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绝

缘

子

Non-Soluble Surface Deposits on Insulators

绝缘子表面的 非可溶性沉积物 高电压工程师非常了解，即使在高污染 环境中，绝缘子干燥时通常保持安静。然 而，一旦污秽表面被雨水或凝露湿润，局 部放电活动迅速将绝缘子点亮。局部放电 的程度取决于绝缘子的表面是属于可以形 成连续水膜的亲水性，还是因其固有的憎 水性形成水珠。 因为过度的电弧活动会导致闪络，针对系 统电压和污秽环境选择具有足够泄漏距离 的绝缘子伞型，是处理这一潜在的影响可 靠性问题的最佳方案。本文由INMR专栏 作家William Chisholm博士撰稿，探讨了 绝缘子表面灰尘和污染物的沉积，目的是 更准确地识别适用的运行条件和更好地确 定绝缘子的类型。 All photos: INMR ©

一些地方，如中国和北 非，NSDD远超过ESDD。

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当同金属接触并与水汽 化合时, 非可溶灰尘可以 导致不同的问题, 例如加速 金属腐蚀。

按照IEC 60815确定现场污秽度

立。然而，IEC 60815还要求估算沉积污染物中的附灰密度

IEC 60815基本上建议将绝缘子泄漏距离的应力调整到

(NSDD)。

5:2以上的范围，从非常轻度的现场污秽度(A级)22 mm/ kV相电压，到非常重度的现场污秽度(E级)55 mm/kV。当

NSDD对绝缘子电气强度的影响

然，合理应用这个标准的关键是，在选定绝缘子的类型之

沉积在户外绝缘子和金属表面上的NSDD常常远超ESDD

前正确地确定现场的污秽度。如果低估了现场的污秽度，

(在中国大约是5比1）。当同金属接触并与水汽化合时，非可

在防止放电和闪络的问题中，标准几乎没有价值。

溶灰尘可以导致不同的问题，例如加速金属腐蚀。

幸运的是，有很多导则可以帮助电力工程师评定所有运行

例如，正确解析NSDD所起作用的一种方式是在导致腐蚀

环境下的现场污秽度（或SPS）。这一问题最好的实例在

的条件下，将其重量（单位mg/cm2）与绝缘子表面水的数

INMR第69期（2005年第三期）中有论述，涉及了绘制全国 量进行比较。在“临界相对湿度”时，水被直接吸收到含 污秽图的系统性长期计划，并将从户外绝缘子中进行污秽

有盐污染的表面，引起的水层厚度重约0.001 mg/cm2。在

取样列为其中的一部分。例如，在诸如伊朗（Niroo研究院

100%相对湿度时，该值增加到0.1 mg/cm2，当被露水覆

实施）和中国（国家电网和中国南方电网实施）这样的国

盖时，又增加到1 mg/cm2，被雨水湿润时，最终会增加到

家，已经实施了这一长期计划。

10 mg/cm2。

评估导电的沉积物构成了这些研究的基本部分，基于等

NSDD影响表面润湿的本性，对绝缘子的电气性能也很重

值盐密(ESDD)的测量选择相应泄漏距离的方法也已经确

要。带有大量且惰性灰尘沉积物的绝缘子表面将使任何导

合理应用IEC 60815 的关键是, 在选定 绝缘子的类型之前 污秽度。

Photos: INMR ©

正确地确定现场的

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NSDD影响表面润湿的 本性, 对绝缘子的电气性能 也很重要。 电污染稳定化，并助长反复发生局部放电和干带。附着在 表面的灰层还能够直接吸收空气中的二氧化硫和水蒸气。 加剧了吸潮性的盐（包括氯化物和硫化物）从潮湿的空气 中吸食足够的水用来“自我湿润”的风险，从而形成连续 的电导表面，降低绝缘子的闪络性能，即使在没有雨或雾

Photos: INMR ©

的情况下也是如此。 确实，通过清洁雾方法的污秽试验，多年来已经就NSDD 闪络应力(泄漏距离, kV/m)

的作用达成了共识。试验标准要求，无论在预污秽的 浆料中使用何种电导污秽物，高岭土的浓度必须总是 40 g/l。这就产生了清洁雾试验结果的可重复性，依据 R.Matsuoka教授1996年的研究，按照IEC 60815标准选 择绝缘子时，0.05-0.07 mg/cm2的低数值NSDD仅对绝 缘子选型产生最小的影响。 等值盐密（mg/cm2）

然而，当NSDD更高时（例如高到1 mg/cm2），对电气 强度的影响递增。例如，作者2009年分析的试验结果表

图一：下表面带棱的盘形瓷绝缘子临界闪络应力。

明：ESDD按5:1增加（由0.04到0.2 mg/cm2），闪络性能 下降30到40%。反之，NSDD按7:1增加（由0.14到 0.95 mg/cm2），闪络性能降低20到25%。 硅橡胶表面优于玻璃和陶瓷的重要性能主要是表面的高

闪络应力(泄漏距离, kV/m)

能材料能将连续的水膜击破，不管是复合绝缘子还是室温 硫化硅橡胶涂层都具有这一能力。这确保了从端部金具到 整个绝缘子表面没有直接的电气通道。 硅橡胶材料应用中一些“尚未解决”或尚在讨论的问题 是：是否能够在任何环境下都保持这种性能上的优势。可 能存在某个临界的负载水平，超过了这一临界值，惰性灰 等值盐密（mg/cm2）

尘沉积物就会摧毁硅橡胶材料因其低分子量(LMW)本体 憎水性迁移的特性而形成水珠膜的能力。

图二：双伞型和三伞型盘形瓷绝缘子临界闪络应力。

估算全球灰尘沉积速度 当然，可以根据经验用某个常用的乘数估算NSDD，例如中

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图三：卫星光学深度估算的年 度灰尘沉积速率(g/m2/year) (摘自Jickells等人，科学杂志 308, 67-71/2005）

国建议用ESDD的5倍，或中东建议用ESDD的10倍。然而， • 不降雨时允许灰尘沉积 独立估算非可溶性污秽和可溶性污秽通常是更好的方法。 • 下雨天洗去所有灰尘 在这方面，使用卫星进行观察似乎提供了新的经济的途 经，收集覆盖全球大片地区有用的NSDD数据，以及研究

这个模型用于绝缘子上表面明显好于下表面。大灰尘流量

不同地区NSDD/ESDD的比例是如何变化的。

10 g/m 2 /year的情况下，NSDD增加率每天为 0.0027 mg/cm2，见图三。为了达到NSDD产生非常强影响

19位作者的一篇文章发表在2005年科学杂志上，他们使

的1 mg/cm2，将需要1/0.0027天，大约一整年无雨天。遗憾

用了三项研究，这三项研究将卫星光学深度估算的灰尘沉

的是，仍然没有完善的计算机模型确定掠过绝缘子表面的

积与当地记录到的铁浓度相匹配。然后，他们提出了一个

空气流是如何影响下表面NSDD的增长率，或长期运行以后

年度平均灰密图，图中醒目地标出了北非、中东和中国西北 NSDD如何达到平衡点。 沉积率为20 g/m2 /year的地区。

灰尘沉积观测 在这个阶段，确认可以指导应用灰尘沉积速率估算绝缘

通过干燥或湿润沉积除去空气中的灰尘。绝缘子表面

子NSDD的相对非常少。例如，据报道，俄罗斯一条待建

NSDD沉积的简单模型如下：

1000公里输电线路的沿线，40个测试站的NSDD处于

• 灰尘流量全年保持均匀

0.02到0.14 mg/cm2的范围内，中间值为0.04 mg/cm2。

上表面

Photos courtesy of George and del Bello, CIGRE

灰尘沉积模型

下表面

伊朗运行三十年后的绝缘子上下表面灰尘沉积（来源：George和del Bello,国际大电网会议）。

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Courtesy of NRI

Bushehr 州

Hormozgan 州

图四：根据IEC 60815现场污秽度分级图表划分伊朗的污秽度。

卫星全球图显示，年度灰尘沉积速率是1-2 g/m2 /year，折

为这样的分布在选择绝缘子时更有帮助。它们忠实地体现

合每年0.1-0.2 mg/cm 。

了试验结果的宽泛分散性，而简单的平均值和正态分布

2

标准偏差值则做不到。NSDD值的分散性证明了与相应的 伊朗Bushehr地区被测绝缘子的NSDD在0.2到0.8 mg/cm2

ESDD测量值相同或小于偏差。

的范围，而Hormozgan地区则是0.5到3 mg/cm 。然后， 2

将这些数值以及测量的ESDD值绘制到IEC 60815现场污

以色列电力公司的Evgeni Volpov博士证实，他信任全球

秽度的分级图表中。仔细研究了Jickells等人对该地区的图

灰尘图的数据，并建议10:1的NSDD/ESDD比例确实适合

发现，年度灰尘沉积速率也不同(即Bushehr是

中东地区。上述Hormozgan的观察也支持这样的细分。

10-20 g/m /year，而Hormozgan是20-50 g/m /year)。两 2

2

种情况下，接近海洋处确保了ESDD超过0.1 mg/cm2/year

绝缘子在靠近巴西Itaipu大坝±600 kV直流线路上长期

的高水平。

运行以后，测得的NSDD值超过了2 mg/cm2。已知当地的 ESDD是0.4 mg/cm2，5:1的比例似乎适用于这里。如前所

在IEC污秽图表的两个坐标轴上特意使用了对数坐标，因

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述，这一比例也被推荐用于中国的许多绝缘子应用中。

绝缘子表面的非可溶性沉积物

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不同的NSDD/ESDD比例或许也适用于其它地区和户外的 条件。例如，按照全球灰尘图，加拿大安大略省属于年度水 平低的地区（即0.2到0.5 g/m2 /year）。自然降雨频繁的冬 季测量时，观察到的NSDD/ESDD比例小于3:1。以统计上 来计算，NSDD值(S ln NSDD =1.5)的自然对数标准偏差比相 应的ESDD值(S ln ESDD =0.5)高三倍。这与伊朗的污染水平形 成对照，伊朗NSDD与ESDD的偏差更小。 另一方面，当地的非可溶性污染沉积物的来源，例如水泥 厂，可以导致绝缘子所有表面的NSDD高达极限水平。例 如，印度尼西亚靠近一家水泥厂的绝缘子，在27年期间聚 积了大量沉积物，这里的灰密与加拿大大致相同，如果没 有水泥厂，频繁的降雨本应该使这里的污染水平很低。如 果不考虑NSDD，0.7 mg/cm2的ESDD本应该划分为"中等 污秽"，但如果加上NSDD，则应该认为 "非常重度污秽" (比IEC 60815污秽分级图表中的最高级别高出 26-29 mg/cm 2)。在这种罕见的情况下，NSDD/ESDD的 整体比例是大约400。

结论 本文使用全球卫星观测图讨论了在已知NSDD的情况下确 定适合当地的绝缘子设计。更多的验证，特别是在年度灰 尘沉积速率变化陡度很大的国家做更多的验证，加上卫星 图的进一步改进，将有助于朝着绝缘子表面灰尘沉积模型 更精密的目标发展。 同时，也许需要计算机气流模型，反映出污秽物沉积在 选定绝缘子外形表面的流量密度，从而估算下部表面的 NSDD沉积率。

文字说明：印度尼西亚靠近水泥厂运行27年后绝缘子的 污染（来源：George/del Bello,国际大电网会议）。上 部/下部表面ESDD: 0.077/0.06 mg/cm2。上部/下部表面 NSDD: 24/29 mg/cm2。

All photos courtesy of George and del Bello, CIGRE

巴西±600 kV直流线路上运行25年以后观察到的污 染，ESDD=0.4 mg/cm2; NSDD=2 mg/cm2 (来源:George/del Bello,国际大电网会议)。

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避 雷 器 / 电缆附件

Sheath Voltage Limiters Protect HV Power Cables

护层过电压保护器 保护高压电力电缆 近十年来,对铺设线路更长 、电流容量更高的高压电力 电缆的需求，要求用新方法防止损耗。同时，确保这些 线路的高可靠性越来越重要。综合起来，上述发展急剧 加速了将过压保护装置用于地下电缆网络中。

高压电缆

本文由避雷器专家及INMR专栏作家乌德沃尔兹 (Jonathan Woodworth）撰稿，解释了用护层过电压 保护器(SVLs)进行过压保护的设计，SVL装置用于瞬态 事件中保护电缆外护层免受电应力的影响。目前的高 压电缆有一系列不同的种类和设计，所以，为了简单起 见，本文的重点放在带有金属护层和聚合物外护层的 单芯高压电缆上(如图一所示)。

主导体 主绝缘 金属护层 外护层 图一: 单芯高压电缆，其聚合物外护层需要过压保护

引言

电压差可能超过电缆外护层的承受能力，从而导致击穿。

随着铺设地下电缆数量的增加，更多的注意力集中在地下

这可能成为潮气的进入口，可以导致绝缘和故障问题。

电缆对环境产生的一些潜在的负面效应。由于电缆常常装 有金属护层，流过电缆线芯的电流会被感应到护套上并直

虽然有一系列的配置用于减少电缆系统的损耗(包括护层的

接流向大地，相当于100%的能量损耗。在这个过程中, 电

交叉互联和相导体的换位)，分段与电缆外护层过压保护的

缆的温度也被升高，随后成为系统过载能力的限制因素。

联合使用仍被认为是最有效的。在这种情况下，接线箱是 通用的密封连接箱，安装在工作井或箱柜中，过压保护器

减少这类损耗的方法通常是将电缆护层分段(见图二)。然

和护层交叉互联的节点也在箱内。图四是这种接线箱的典

而，如果用分段切断护层的感应电流,也必须采取措施限制

型安装，护层过电压保护器和护层的交叉互联也安置在此

在瞬态事件中护层上的感应电压。否则，护层与地之间的

处。相导体不进入接线箱，仅有护层或护层连接线进入。

如果用分段切断护层的 感应电流,也必须采取措施 限制在瞬态事件中护层上的 感应电压。 78 INMR 中国

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带有绝缘护层 的终端

在电缆分段处使用SVL 保护外护层 护层

电缆外护层

护层中断处 的连接箱

图二: 使用分段和护层过电压保护器减少电缆 系统中的损耗

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SVL 护层过电压保护器(SVL)实质上是避雷器，使用了不同的 术语名称。其功能与避雷器相同，在大多数情况下，实 质上是重贴标签的配电避雷器。

护层过电压保护器的两个例子参见图五和图六。图五中 的SVL特别设计为仅用于接线箱内干燥的环境下，避雷器 没有伞裙。而图六中的SVL类型用于户外，具有类似避雷 器的伞裙。 SVL的典型安装。

选择SVL 如前所述，护层过电压保护器的主要作用是钳制或限制 电缆外护层两端的电压应力。如果电缆护层两端接地，

相避雷器

稳态时电缆外护层两端的电压应力很低，并且瞬态时也 相对较低。然而，如果为了减小损耗而将电缆分段或者 沿电缆在换位或交叉互联处有接线箱，那么在这里安装

带有对地绝 缘护套的电 缆终端

架空线路

SVL很重要，以消除电缆外护层或接线箱绝缘被击穿的任 何风险。

转换杆塔上的典型 SVL配置

护层与SVL之 间的连接线

IEC或IEEE没有规定选择电缆护层/外护层保护最优参数的 标准方法，因此，基于与电缆供应商、避雷器供应商的

护层过电压 保护器

讨论，以及借助于系统的瞬态模型确定瞬态时过电压的 影响，提出了以下建议。

高压电缆

上述分析假定护层分段是单点互联(护层的一端接地), 护 层的另一端不接地。 图三: 转换杆塔上的电缆、SVL和相避雷器的典型 配置, SVL安装在电缆终端的底部附近

工频电源引起的护层过电压 因为电缆护层非常接近线芯，所以护层不接地端的电压 可以达到很高，并且与流过相线芯的电流直接相关，这 种关系在稳态及故障时均适用。

图八描述了一个27kA故障电流在护层上产生3800VRMS电 Photos: courtesy of contributor

压的例子。选择避雷器保护护层的最普遍原则是，选择 的SVL启动电压大于最坏情况下工频感应电压。这意味 着, SVL不需要在故障造成暂态过电压（TOV）期间消散 任何能量。对于架空线避雷器，通常不这样规定，而是 可以将避雷器设计为TOV期间可以导通电流，但又不至 于导致故障。架空线中根据避雷器驾驭TOV的能力确定

图四: 装有3个SVL和交叉互联护层的接线箱

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避雷器的原则不被用于SVL的选择，除非需要达到更好的 边际保护范围。

护层电压计算 稳态电压梯度是在1000 A电流持续流过的情况下，沿 图五: 用于接线箱内的护层过电压保护器，典型额定值 0.8～4.8 kV Uc (MCOV)(本照片由Tridelta公司提供)。 Photos: Courtesy Tridelta

1 km长的护层上出现的电压，它是电缆沟中的电缆布置 及其尺寸的函数。有两种基本的电缆沟布置：三叶形配 置，由三根彼此等间距排列的电缆组成，其横截面形成 一个等边三角形;平面配置，电缆放置在相同平面且相邻 电缆间的距离相等。 如果电缆制造商没有提供所使用配置的电压梯度，可根 据IEEE 575" 额定电压5～500 kV单芯电力电缆的护层和 屏蔽层结合导则" 导出的相关公式和方法进行计算：

E=k (S/d)

n

式中: E 护层电压梯度（V/km/kA） k 常数 S 电缆中心到电缆之间的中心距离（米） d 护层直径（米） 对于三叶形配置和平面配置的中心导体 E=75 x (S/d)

466

对于平面配置的外部导体 E=107 X (S/d)

图六: 室外用护层过电压保护器，典型额定值4～14kV Uc (MCOV) (本照片由Tridelta公司提供)。 Photos: Courtesy Tridelta

选择最优护层过电压保护器的步骤 步骤1 : 确定瞬态事件中护套上将会出现的电压

369

一旦得出1000 A下1 km的电压梯度，甚至也可以计算故 障发生期间，出现在电缆分段中不接地端的电压。确定 这个电压水平很重要，因为SVL的额定电压值（Uc）需 要设置得更高，以便避雷器在故障事件期间不导通。如 果避雷器在这种情况下导通，则需要求具有比通常配电 型避雷器高得多的能量耐受能力。如果在以后的定型设 计中发现需要较低的Uc值，瞬态分析将确定SVL适当的

步骤2 : 选择AC额定值和暂态过电压(TOV) 额定值

Uc和能量额定值。

步骤3 : 校验所选额定值的边际保护范围

假设边际保护范围是足够的，那么SVL的额定值Uc将大

步骤4 : 校验SVL的能量额定值是否足够

于或等于不接地端(Eopen)处的电压，如下所示：

步骤5 : 校验安装和故障模式保证功能良好。 图七: 建议确定SVL额定值采取的步骤

UC≥Eopen=电压梯度x分段长度x最大预期故障电流 其中，电压梯度是V/km/1000A、长度单位为km，故障 电流用kA表示。例如，如果某一个特定系统上的电压梯

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故障电流

护层电压

图八: 三叶形排列电缆，27 kA故障电流时护层过电压的例子。

流过1 km线路上额定电压Uc为4.8 kV的SVL电导电流

图九: 流过设计合理的SVL电导电流。

流过2km线路上额定电压Uc为4.8kV的SVL电导电流

图十: 流过设计不合理的SVL电流，每半个周期的电流峰值在600 A范围内。

2 km线路上Uc为4.8kV SVL温度升高

图十一: 设计不合理的SVL温度升高，显示如果开关不马上切断故障，将立即发生故障。

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度是200V/km/kA、线路长2 km，潜在电流是17.5 kA，

护层中断处和外护层的操作冲击耐受值被假定为与其

那么可接受的SVL最低额定值Uc将为7000 V。请注意，

它的绝缘子类型相似, 即具有83％的雷电冲击耐受额

如果该线路仅1 km长，SVL的最低Uc将是2 km长线路的

定值(BIL)。

一半，其最小值可能是3500 V。 当电缆的线芯遭受操作冲击事件时，通过它的电流将以 图九显示了，在上述电压梯度和故障电流下，电流流过了

等同于在稳态或故障事件中的方式，在护层上产生感应

按照1 km线路折算的SVL额定值。可以看出，只有一些微

电压，即使波形有明显不同。由于在操作冲击中线芯上

安级的电流通过SVL，而这正是预期的。然而，如果相同

的电压和电流不是正弦脉冲或者甚至不是单一的脉冲(参

的SVL额定值被用于2 km的类似线路，通过SVL的电流将

见图十三），因此不可能准确预测护层上所得到的电压

是显著的(如图十所示), 温度升高造成的故障见图十 一。

和电流。

因此，当确定SVL适当的额定值Uc时，除非所有的分段

准确地确定实际护层电压和电流的唯一方法是通过暂态

长度是相等的，否则不能选择一个额定值用于所有的接

仿真或真实的现场测试。由于现场测试是不实际的，暂

线箱。此外，如果正确选择了SVL，在系统故障期间, 将

态仿真实际上是唯一的选择，通过运行这样的仿真模

不需要SVL消化任何很高的能量。

拟，已经得出了一些有用的经验法则：

保护外套免受操作冲击的影响

1. 如果选择的SVL用在电导电流最小到没有严重导电的故

高压电力电缆系统中，外护层和护层中断处的绝缘水平

障事件中，那么额定电压为10 kA配电型避雷器的操作冲

通常最弱。图十二显示了IEEE575标准中护层的耐受电

击能量耐受能力已足够。如果SVL的规格不能驾驭故障事

压值。

件，那么可能需要使用电站型避雷器。

护层中断处和外护层的典型基本冲击绝缘水平 (BIL)耐受值 kV 峰值 (1.2x50 µs 波形)

2. 如果没有提供1000 A的操作冲击残压，则 8/20µs，1.5 kA下的雷电冲击残压可用于计算边际保护 范围。

系统 kV

护层对线芯

护层对地

外护层

69-138

60

30

30

161-240

80

40

40

护层上的操作冲击电压将上升到100 kV以上。根据图

345-500

120

60

60

十二，这比外护层或护层中断处绝缘能够承受的超出

图十二: 护层中断处和电缆外护层的雷电冲击耐受值。

在图十四以此为依据的案例研究中，无SVL保护时，

了40 kV，表明电缆外护层注定发生故障。在这种情况 下, 使用9.6 kV Uc的SVL, 护层上的电压被限制在最大 33 kV的水平。

图十三: 345 kV电缆线芯上的操作冲击，有避雷器保护（绿色）和无避雷器保护（红色）。

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图十四: 有和无SVL保护的345 kV电缆护层上的感应操作冲击电压，线芯上的3 pu操作冲击, 有SVL保护（红色）和无SVL保护（绿色）。

图十五: 距转换杆塔几个档距处，100 kA的冲击电流雷击导线，在345 kV 电缆线芯上的电压和电流。

为了计算操作冲击下的边际保护范围，建议使用1000 A下

制，避雷器普遍安装在这个位置，大部分冲击电流被分流

的操作冲击残压。由于操作冲击残压不是配电型避雷器的

到大地。然而，较大幅值的冲击电压也可以进入电缆并带

强制性测试项目，可能没有1000 A下的残压可以使用。在

有适度的电流。例如，图十五显示了进入345 kV电缆的电

这种情况下，合理的替代操作冲击电压是1.5 kA下8X20µs 压和电流，假设100 kA的雷击发生在几个档距之外。 的残压。对于上述研究中使用的9.6 kV SVL, V1000=1000 A 30/75µs，残压为28.4 kV。

计算在雷击时的保护范围（MP1）与计算操作冲击的情况

从图十二可以看出，345 kV线路外护层的BIL耐受水平 为60 kV。这意味着这种情况下的操作冲击边际保护

非常相似。这里，10 kA用作匹配电流，完整的BIL用作外 护层和护层中断处绝缘的耐受能力。使用上述相同型号的 SVL来进行操作冲击计算，10 kA下的残压是35 kV，电缆

是：MP2=([(BILx.83)/V1000]-1)x100=111%。

的BIL为60 kV。因此，MP1=([BIL/V1000]-1)x100=71%。同 样，Uc为9.6 kV的SVL将为电缆外护层提供足够的绝缘保

保护外套免受雷电冲击的危害 当雷击转换杆塔前的架空线路时，雷电流被避雷器所钳

护。

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DEVELOPMENTS IN EPOXY MATERIALS

Photo courtesy of Georg Jordan

创新环氧树脂材料

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紧凑型需求推动了设计新型环氧绝缘组件

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Compaction Driving Design of New Epoxy Insulation Components

Photo: INMR ©

紧凑型需求推动了设计 新型环氧绝缘组件

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正如降低成本和减少维护的要求正在影响 着架空输电线路的设计，当前中压应用中的 一个核心推动力是要求更小更轻的绝缘组 件。INMR采访了总部在德国的环氧绝缘子供 货商，了解最新一代环氧树脂材料是如何帮 助达到这一目标的。

长期以来，环氧树脂一直是范围宽广的整体中压绝缘组件 的主导材料，用于诸如开关和变压器以及接触网和牵引电 传动的设备中。多年来，环氧树脂的配方经历了周而复始 的改变，目的是提高可加工性并且克服运行中遇到的任何 问题。例如，双酚A环氧树脂（BPA）在大多数室内中压应 用中仍然是主导材料，但发现在户外应用中却丧失了稳定 性，特别是热带地区，在持续的太阳光下双键芳香族化合 物结构断裂。为了克服这一缺陷，在化学上将BPA树脂改

"开发诸如新型憎水性半柔性 的环氧极大地拓宽了可能的 设计, 满足客户不断变化的

善为抗高能紫外线的结构。结果产生的脂环族环氧树脂材

需求。"

料（CEP）从此成为了各种不同户外线路和变电站应用的 标准。 近年来，为了使这一材料的应用更广泛，CEP也经历了产品

的开发，结果诞生了新的配方，保持长期的憎水性，在更高 Hubert Wilbers是总部位于德国的亨斯迈先进材料有限 公司技术支持专家。据Hubert Wilbers介绍，这类开发使 运行温度下甚至展示了半柔性。 绝缘组件生产商有更大的可能性实现设计最佳化，满足不 断变化的市场需求。Wilbers说， “新型的憎水性半柔性环 氧极大地拓宽了可能的设计范围。当今，这些材料不仅是 传统一次浇注复合材料整体绝缘子的理想材料，而且也是 一系列内有芯棒或芯管，但用环氧取代硅橡胶外绝缘的复 合绝缘子的理想材料。” Georg Jordan是一家中等规模的绝缘组件供货商，总部 位于德国的Siegburg，这家绝缘子制造商正在使用这种 新材料扩大产品开发工艺。Jordan已有约60年的历史，一 直使用后续开发的大多数新一代环氧材料。该公司现任总

Photos: INMR ©

裁Ulrich Jaegers解释说，现在，生产为客户量身定制的

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Jaegers(左), Wilbers和环氧GIS套管。

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环氧绝缘组件这一行业的变化速度像材料本身的变化速

注了半柔性憎水性的CEP所包覆。目前，该产品进入了最后

度一样快。

测试，将很快进入市场，允许导电弓架绝缘子支撑的重量 减少高达40%。

他评述， “过去，客户通常带着具体的设计要求来到公司， 我们的基本作用是制造工具并浇注产品。但这种生产模式

Jaegers坦承， “当然，在这一应用中，硅橡胶复合绝缘子

已经变了。当今，客户不仅寻找产品，而且寻求预期的产品

也可以满足减轻重量的目标，但是对于运行速度高达

机械和电气行为的技术建议。客户甚至需要故障模式分析

300公里/小时的机车来说，硅橡胶的解决方法不现实。问

专家，目的是确定会发生什么问题，以便在发生之前就能

题在于伞裙摆动得太过剧烈，伞裙的大直径导致碰撞上面

预测潜在的问题。”

的伞裙，有效地降低绝缘性能。我们的新型环氧解决方法 克服了这一缺陷，同时仍然满足了减轻重量的要求。”

Jaegers补充说，除了扩大服务范围以外，组件本身也在变 化，一个关键因素是更紧凑型设计的需求增加，以节省能

Wilbers解释说，在这种情况下，材料的柔性必须达到在

源或空间，或两者兼备。15年来，Jordan的其中一个主要

弯曲应力下随芯管而移动，却没有与芯管关键界面处发生

市场部门一直是机车牵引，高速铁路系统的生产商要求诸

分离的风险，所以，新型半柔性CEP被视为护套的理想材

如导电弓架绝缘子这样的电气硬件更小更轻，以迎合他们

料。他说， “在中心有芯棒或芯管的情况下，标准环氧材料

自己的客户需求。这反过来推动绝缘组件供货商缩小产品

太易脆。需要一种柔性足以能够随着芯棒朝任何方向移动

尺寸以及重量。

的材料取而代之。这一固有的柔性也确保机械冲击情况下 具有足够的拉伸长度并且防止断裂。”Wilbers评述，在使

Jordan公司的一款新型导电弓架绝缘子已经进入了产品

用复合材料的设计中，相对于硅橡胶，环氧材料的另一个

开发的收尾阶段，是这一趋势最好的实例。与被替换的单

优势是外部伞裙和FRP芯棒之间优良的粘接，生产中不需

元不同，该产品不是整件而是复合件，中心FRP芯管被浇

要底涂。

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目前很先进的整体导电弓架绝缘子采用标准的CEP(左图)制造，凭借其半柔性憎水性，新开发的复合绝缘组件替代产 品的重量轻得多。

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真空浇注可以看到树脂和固化剂存放在单独的罐体中，等待着进入真空管之前送入静态混合机。

在这种情况下，最终用户附加了减少维护的要求，憎水性 CEP被认为占据优势。机车运行中导电弓架绝缘子暴露在 从架空线上脱落的污秽环境中，憎水性确保了这种运行环 境下的良好电气性能。Wilbers说，加速老化试验表明，环 氧材料伞裙在绝缘组件预期的30年寿命期内将保持憎水 性迁移和恢复的特性。

"新型更坚固的环氧材料, 诸如憎水性CEP, 允许我们有 机会开发品质高、重量轻、

像多数环氧绝缘子制造商一样，Jordan使用两种截然不

壁更薄的产品。"

同的生产技术，真空浇注和自动压力凝胶工艺（APG）。尽 管两者都使用类似的环氧树脂、固化剂和速凝剂，两种工 艺的差别之一是所生产组件的产量和相对尺寸。例如，真

空浇注的固化温度只有约80°C，生产周期长达2到3个小 时，通常用于生产较大的组件，诸如直径高达等于或大于 1.8米的发电机护套。因为产量较小，要求工作人员一个工 作班次内管理使用多个不同的生产工具实属正常。 APG占Jordan总生产的70%，固化温度高达150°C，生产 周期短得多，有时只有15到30分钟。Jaegers说，由于浇注 发生在相对很短的时间内，发生断裂的风险实质上高于真 空浇注工艺。他强调说， “使用APG时，比真空浇注期间的 收缩率更高，必须时刻认真考虑使用的材料。” 气泡的存在是导致产品报废的有效因素，不论哪种技术，关

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采用APG生产15 kV环氧铁路绝缘子的先进模具。

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键的一个生产参数是保持绝对的真空，消除气泡的风险。事 实上，组件接受常规X光检查，查找并且测量任何可能的夹 杂物的比例，确定是否需要工作人员调整生产参数。 新型复合导电弓架绝缘子的研发过程是Jaegers所说的 本行业的业务已经发生改变的典型代表。他说， “当今， 我们在诸如贸易展销会上不断寻找产品创意，并且思考 如何采用不同的方式、用不同的材料制造新产品。”例 如，Jordan的设计部门近来一直在考虑研发用于隧道中的 紧凑型环氧铁路绝缘子，与现在的瓷绝缘子相比，隧道中 更少维护和更轻重量两者兼备的环氧绝缘子是理想的。

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X光检查是否有气泡存在以及气泡的大小，如果需要可 以修正APG工艺的参数。

这一设计的研发过程包括模拟震动，目的是确定提出的设 计在正常运行条件下的表现如何。设计部长Stefan Jutz 解释说，这种绝缘子将附加在2.5米长的芯棒上，因此， 必须能够承受很高的机械力。正如新型的导电弓架绝缘 子，这里考虑采用的材料也是同样的憎水性半柔性环氧材 料。Jaegers提到了采用传统CEP的一款令人振奋的更紧 凑型电力变换器设计，现在接近研发阶段的尾声，Jordan 希期这一产品年底进入市场。 以Jordan采用新材料以及现代制造方法为坚强的后 盾，Jaegers看到了Jordan有能力满足现在客户提出的对 特殊绝缘组件的需求。他说， “客户告诉我们需要什么产 品，我们则必须以高生产品质达到客户的需求。令人欣慰 的是，技术帮助我们达到了这一点，例如静态混合机这样

设计部门在新型环氧隧道绝缘子上进行模拟。

的设备。与以前的搅拌混合机不同，静态混合机确保了更 好地控制工艺和恒定的生产条件。” Jaegers认为，就环氧材料本身来说，除了过去为了提高 生产效率努力改进可加工性以外，近年来也取得了很大的 进步。Jaegers说， “新型更坚固的环氧材料，诸如憎水性 CEP，允许我们有机会开发重量更轻、壁更薄的产品，更好 地满足不断变化的市场需求。”他说，与此同时，要求缩短 绝缘距离的更紧凑型设计需要更多产品设计和制造的专 业知识，现在需要更高水平的专家。 Jaegers总结说， “所有这些本行业的变化使制定方案的 时间比过去更长。但是，有了更好的分析和测试，客户现在 趋于更信赖最终产品。对于我们来说，客户对我们产品质 量的信赖是最重要的。”

Jaegers，对我们来说，最重要的是客户信赖我们的产 品质量。 All photos: INMR ©

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Weather Extremes Highlight Need to Monitor for Changes in Pollution Severity

极端天气凸现了需要监视 污秽度的变化 正如去海滩的路上没人愿意听到预报坏天气一样，当今，多

表面污秽类型的最主要因素。此外，预期的海平面升高，更

数人更愿意不重视气象学家发出我们的生活可能很快会大

多的沙漠化以及更大的风力活动，确切地说，现在，这些变

改变的警告。近一年来关注这些事件的人们仍然不得不自

量正在以前所未有的速度发生着变化。

问‘发生了什么事’？酷暑干旱横扫美国中部。俄罗斯，泰国 以及近来日本场面壮观的洪水，北京的暴雨。滔滔的雨水引 发巴西的山体滑坡。美国东北部突如其来的狂风雷雨。龙卷 风、台风、飓风、森林大火，它们或者来的更快，更频繁，或 者冲击更猛。 7月份，美国国家海洋和大气局（NOAA）发布了美国大陆刚 经历了自约115年前有记载以来最热的12个月。最热年份的 记录是1998年，但现在看来，2012年很有可能打破这一记 录。根据NOAA的消息，特别不祥的征兆是，全球最暖的10

地球迅速变成了一个极端 天气的地方。没有几个行业 应该比电网运营商更加担忧 这一状况。

年中9年发生在2000年以来。 我们可以就这些统计数据背后的原因进行争辩，但比争辩 更重要的是地球正在迅速变成一个极端天气的地方。电网 的基础设施常常首先受到并且是最严重的影响，因此没有 几个行业应该比电网运营商更加担忧这一状况。 或许，在风、雪和冰的重负下，避免架空线路的损耗方面几 乎无计可施。但地球的气候变化还有其它方面，它们更加隐 蔽，但也会影响系统的可靠性，即便在铁塔没有倾倒的情况 下也是如此。 现有线路和变电站多数绝缘的尺寸，是按照基于运行参数 如降雨、风、湿度、温度等历史经验所制定的标准来确定 的。这些是影响全球灰尘分布以及沉积率和堆积在绝缘子

或许有一种倾向相信，面临着变化中的污秽条件，只需要增 加爬距就能增加电网绝缘的安全裕度。但是正如第3页所讨 论的，这未必是正确的。伞裙形状和尺寸影响绝缘子‘自我 清洁’的效果，而伞裙间距影响覆冰行为以及大雨期间潜在 的桥接。此外，在直流中，增加爬距而又不会影响绝缘距离 的裕度会受到限制。 同时，表面ESDD和NSDD的相对比例会影响到绝缘子的 性能，也会产生其他问题，如过多泄漏电流引起的腐蚀。 确实，本期中William Chisholm撰写的一篇文章，讨论 了非可溶性污秽物影响闪络性能的重要性。正如William Chisholm提出的那样， “NSDD影响表面润湿的本性，对绝 缘子的电气性能很重要。带有大量 且惰性灰尘沉积物的绝缘子表面将 使任何导电污染稳定化，并助长反 复发生局部放电和干带。附着在表 面的灰层还能够直接吸收空气中的 二氧化硫和水蒸气。加剧了吸潮性 的盐从潮湿的空气中吸食足够的水 用来“自我湿润”的风险，从而形成 连续的电导表面，降低绝缘子的闪 络性能，即使在没有雨或雾的情况 下也是如此。” 极端天气的运行环境下，避免因污 闪造成可靠性问题的关键之一是， 通过更频繁的现场污秽度评定以及 加强绝缘监视并保存可靠的数据。

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