第四期
· 2012年 - 第四季度
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 四 期 - 2012年·第四季度·第三卷 - 十二号刊 / Issue 12·Quarter 4 - 2012·Volume 3 - Number 4
· 第三卷
· 十二号刊 Quarter 4 - 2012 · Volume 3 - Number 4 INMR CHINA
中国 国际输配电发展的信息之源
第 二 期 · 2010年 第二季度 · 第一卷 · 二号刊 国际输配电发展的信息之源
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应用附件系统提高复合支柱绝缘子的干闪络电压 今年第二期的主编寄语中，我谈到
在
图二为传统的110kV复合支柱绝
了可以在不增加绝缘子长度的情况
缘子沿面放电的实例，图中可
下提高其干闪络电压。本文将用带有附件
见，沿面放电总是发生在绝缘子
系统的复合支柱绝缘子的试验结果来证明
表面。
这件事情。
图三为110kV复合支柱绝缘子加
在电气设备的绝缘结构中，电场大多是不均匀的，而且通常间隙 距离很大，电场极不均匀。在极不均匀电场中，气体放电的第一 个特征是在电极间隙完全击穿以前，在曲率半径较小的电极附近 存在各种看得见的和听得见的放电形式，这称为电晕放电。电晕 放电源于一个电极，但是没有到达另一个电极，而且不断变更位 置。电晕阶段形成的空间电荷对以后的放电也具有特别重大的意 义。但是，传统的两元素结构绝缘子对电晕放电的电荷缺乏有效 的防范措施。
附件系统后的沿面放电，从图中 可以看出：通过附件系统的阻挡 和引弧作用，将传统绝缘子的沿 面闪络转变为空气间隙的击穿， 从而提高了工频干闪电压。
图二 : 传统的支柱绝缘子的 沿面放电
图四为在绝缘子表面的适当位置 设置中间电极，用以改善电场并 钳制电弧。 我们与南方电网超高压输电公司共同对110kV、220kV和330kV
图一为电气设备中的电晕
连续不断的放电, 蓝色光
放电的实例。
的复合支柱绝缘子进行了工频干闪络试验，对110kV复合支柱绝 缘子进行了雷电冲击闪络试验，试验结果表明，附件系统可以提 高绝缘子的干闪络电压。
此外，在绝缘子的事故 中，很多是沿面放电造成
干工频闪络试验结果见表1,雷电冲击闪络试验见表2。
的，而且沿面闪络电压比
在试验单位的实验室中，在施加高压处设置了一个很大的均压
气体或固体单独存在时的
环。在实际中，支柱绝缘子的电场是棒对板电极的电场，现在在
击穿电压都低。但是，传
支柱绝缘子的高压侧（棒极）有一个大均压环，因此大大均匀了
统的两元素结构绝缘子对 沿面放电缺乏有效的控制
图一：避雷器和电压互感器的电晕
措施。
试验时的电场。因此对不加附件的试品而言，比实际情况的干闪 络电压提高了。在试品送交试验单位之前，我们在自己的实验室
表1: 绝缘子的干工频闪络试验结果 kV,干工频闪络电压
试品编号
试品适用 的 电压等级
试品说明
1#
110kV
2#
实测值
平均值
校准值
不加附件，
416/402/362/410/379
393
378
110kV
加附件
492/443/448/454/477
463
445
3#
110kV
加附件
474/473/471/467/473
472
454
4#
110kV
加附件
513/517/512/519/514
515
495
5#
110kV
将4#绝缘子削去12个大伞裙，使 爬电距离与1#一致。
510/518/509/519/519
515
495
1#
220kV
不加附件, 两支110kV串联
609/616/632/585/587
605
595
2#
220kV
加附件, 两支110kV串联
691/728/746（648/631） 第4、5次附件粘接部位击穿
722
711
1#
330kV
不加附件, 三支110kV串联
816/736/820/780/788
788
781
2#
330kV
加附件, 三支110kV串联
884/888
886
878
试验时的气象条件：td =21.5°C tw =19℃ P =101.2kPa
INMR CHINA Issue 12 · 第四期 · 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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进行过多次试验，高压电
闪络，对附件的某些粘接界面会造成损伤。因此在工频试验
极处没有带大均压环，不
中，110kV试品的结果最好，220kV及330kV的提高幅度递减。
加附件试品的干闪络电压
雷电冲击闪络的试验结果更次之。试验后我们对试品进行了解
一般为360kV左右，而在
剖，的确发现试品在附件的粘接处都有不同程度的损伤甚至击
试验单位的试验结果却为
穿。一周之后，我们在同样地点、同样试验设备下，将试验顺
390kV。加附件试品的试
序倒过来，先做雷电冲击闪络试验，再做工频闪络试验，则前
验结果与试验单位的试验
者的闪络电压果然比表2提高很多。因此下一步将对附件结合部
结果相同。
分的工艺进行进一步的研究。
我们在工频闪络试验中， 是先对110kV试品进行试
图三：110kV支柱绝缘子加附件 系统后的沿面放电
验，然后再将这些110kV 试品串接后做220kV和 330kV的试品试验。工频闪络试验结束后，再对这些试品进行 雷电冲击闪络试验。由于每次试验这些绝缘子都会承受多次
表2 绝缘子的雷电冲击闪络试验结果 kV,雷电闪络电压
试品编号
试品适用 的 电压等级
试品说明
1#
110kV
2#
110kV
3#
110kV
实测值
校准值
不加附件，
705～718
691～705
加附件
756～815
741～800
加附件
842～847
826～831
试验时的气象条件：td =21.5°C tw =19℃ P =101.2kPa
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图四：110kV支柱绝缘子中间加附件 系统后的沿面放电
张德赛教授 INMR中文刊主编 武汉大学电气工程学院 desaizhang@whu.edu.cn
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复合绝缘子的在线监测问题 合绝缘子由于耐污闪能力强以及重
复
对复合绝缘子的在线监
量轻、价格低等诸多优点，在世界范
测主要是指对于上述各
围得到广泛应用，例如在中国，目前输电线
种原因造成的事故及损
路复合绝缘子的使用量已超过1/3，新建输
伤状况进行监测。对于雷
电线路复合绝缘子的使用量超过1/2，特高
击闪络事故，有雷电定位
压输电线路主要选用复合绝缘子。在世界范
系统，可以定位到遭受雷
围内硅橡胶复合绝缘子最长的运行时间已近40年，在中国硅橡
击的杆塔，在中国电力部
胶复合绝缘子最长的运行年限也近30年。随着复合绝缘子运行
门要求运行维护人员找
年限的增加以及使用量的扩大，复合绝缘子的运行安全以及缺
图二: 现场红外监测结果
到雷击闪络的复合绝缘
陷的在线监测问题研究就显得愈发重要了。
子，并把它替换下来，消除事故隐患。对于复合绝缘子的耐污闪
复合绝缘子在长期运行中可能发生的事故和安全隐患主要有
闪络事故，主要通过巡视观察杆塔上是否有鸟巢以及周边是否
几类：
能力，常用在线监测绝缘子泄漏电流的方法。对于鸟粪造成的 有体型较大鸟类活动。
1. 各类闪络事故
复合绝缘子硅橡胶伞裙的老化及损伤主要通过目测以及借助光
2. 老化问题
学仪器巡检。
3. 机械事故
复合绝缘子的芯棒断裂事故危害最大，也是最难进行监测的，
在各类闪络事故中雷击闪络
芯棒断裂有两类，一类是脆断，很多人对此进行过研究，并且在
发生的次数较多，因为雷击
实验室已成功模拟出脆断过程。另一类断裂近年来在中国已发
闪络主要取决于绝缘子的干
生几起，这类芯棒断裂的截面和脆断截然不同，典型断裂截面 如图一所示，该绝缘子取自贵州省某500 kV交流输电线路，在
弧距离，与绝缘子的材质关 系不大，如果复合绝缘子的
图一：芯棒断裂截面
该绝缘子断裂1个月前曾用红外测温仪拍摄到该绝缘子有局部
干弧距离和电瓷或玻璃绝
温升现象，如图二所示。在实验室对该断裂绝缘子施加运行电
缘子串的干弧距离一样，它们的耐雷击闪络电压的能力是一样
压，用红外热像仪和紫外摄像仪都在该绝缘子的温升部位检测
的，复合绝缘子虽然不能提高耐雷击闪络电压，但也不会降低
到有放电现象，成像图分别如图三和图四所示。此实例说明，对
输电线路的耐雷水平，雷击闪络的重合闸成功率很高，所以雷
该类绝缘子断裂事故，是有可能通过现场巡测，用红外热像仪
击闪络对线路安全运行的危害并不是特别大。
或紫外摄像仪检测出来的，目前世界多个国家都在积极开展直
由于硅橡胶材料的优良憎水性和憎水迁移性，复合绝缘子的耐
究。可以说，目前虽然有很多在线监测的方法，但有效、简易、方
污闪能力很强，污闪事故很少发生，这也是复合绝缘子能得到
便的方法还不多，为了保证复合绝缘子长期可靠运行，对于在线
大量应用的重要原因。鸟粪造成的闪络事故比污闪事故多，主
监测方法问题，还必须进行大量深入细致研究。
升飞机巡线检测，并取得可喜进展，但仍有很多问题需要深入研
要原因是大鸟在绝缘子上方排便，瞬间相当于一段导体悬浮在 空间，大大畸变了绝缘子周边的电场分布，如果鸟粪下落和绝 缘子的边缘较近，对电场畸变更严重，更易发生闪络。因为复合 绝缘子的盘径比电瓷或玻璃绝缘子的盘径小，所以由鸟粪造成 的复合绝缘子的闪络事故比电瓷或玻璃绝缘子多。在实验室里 已再现该类鸟粪造成的闪络过程。电力运行部门统计出一些复 合绝缘子不明原因的闪络事故，实际上多数不明原因的闪络事 故都是由鸟粪引起的。 绝缘子的老化主要是指硅橡胶材料在风吹日晒、寒暑交替等自
图三：断裂绝缘子的红外成像
然环境中所出现的龟裂、粉化等老化现象，硅橡胶材料的老化 会伴随憎水能力下降以及绝缘子的耐污闪能力下降。鸟啄也会 对硅橡胶伞裙造成损伤，已有多篇文章对此现象做过报道。在
图四：断裂绝缘子的紫外成像
强风区硅橡胶伞裙根部也有断裂现象发生。 机械事故主要是指复合绝缘子芯棒的断裂事故, 芯棒的断裂事 故往往会造成导线落地或掉落到塔窗上, 事故的危害严重。
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关志成教授 清华大学深圳研究生院 guanzc@tsinghua.edu.cn
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十二号刊 ·
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第三卷 · 第四期
第四季度
02 Message from Prof. Zhang Desai 应用附件系统提高复合支柱绝缘子的 干闪络电压
企业调整了优先应对措施
—————————————————————
10 Editorial
40 与绝缘子选择及规范相关的基本
12 Inside Track on Smart Grid
50 原材料对电瓷性能发挥的作用
Insulators 原则回顾
绝缘子行业'迎来了新时代' 艰难的'平衡’
—————————————————————
14 From the World of Testing
Maintenance
超越了限制的合成试验
56 故障复合绝缘子诊断方法的比较研究
16 Transient Thoughts
—————————————————————
绝缘子专家获得了认可
50
30 电网面临的新挑战促使摩洛哥电力
04 Message from Prof. Guan Zhicheng 复合绝缘子的在线监测问题
40
Utility Practice & Experience
Arresters
18 Reporting from CIGRE
62 避雷器故障的取证和鉴定
2012国际大电网会议
—————————————————————
20 Pigini Commentary
大多数绝缘子故障起因于不当选择
22 From the Research View
Testing 68 中压环氧绝缘户外设备运行状态的 预测研究
洲际输电:梦想还是将来的现实?
62
24 Silicones Technology Review '憎水性'面面观
26 Focus on Cable Accessories
新型'绿色'电缆绝缘材料对中高压 附件有何影响？
28 Woodworth on Arresters
IEC, IEEE与CIGRE有关避雷器的 最新会议讨论
荷兰新型380 kV 杆塔设计
本期广告商 CSL Silicones Dalian Insulator Group EGU HV Laboratory Fuerte Electric HSP Huayi Machinery Group Hübers Verfahrenstechnik Huntsman Advanced Materials
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封底 8 7 17 23 5 7 13
Imerys Ceramics KEMA Maxwell Technologies Siemens, Arresters Div. Wacker Chemie Yikun Electric Yizumi Rubber Machinery Co., Ltd Zhengzhou Xianghe Group Electric Equipment
3 15 19 封二 25 29 封面 11
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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。
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 INMRChinaIssue12.indd 9
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Insulator Industry ‘Comes of Age’
绝缘子行业'迎来了新时代'
本
期的英文版刊登了每年一度的INMR第 19期买家采购指南大全，列出了电力
绝缘子以及相关电网组件、金具和设备的领军 供货商。将本期和1994年10月出版的第一期采购 指南相比便能马上察觉到，在不到20年的时间里 绝缘子行业发生了巨变。 例如，八十年代期间和九十年代早期引领国际绝
尽管目前本性残酷的竞争迫 使必须做出调整是很痛苦的, 今天的绝缘子行业却比 20年前强大得多。
缘子业务的一些公司已经退居幕后，而另一些当 时甚至根本不存在的公司却异军突起，以强劲的 势头冲到了幕前。 此外，许多来自于诸如中国，印度和巴西的公司20 年前基本上集中供应本地用户，但现在的销售规 模却遍及世界。更令人叹为观止的是，近年来开 始活跃在绝缘子行业的新生制造商的数量。 然而，尽管在如此短的时间段内发生的这些变化 令人称奇也好，非凡也罢，也仅仅只代表了绝缘子
年前强壮得多。也许并非每一个人都认同这一评 价，特别是已知绝缘子远低于合理价格，或者全 球的一些地方深陷于经济萧条之中。尽管如此， 这依然是事实。 例如，产品的质量总体上更高得多，原因很简单， 任何一个产品质量低劣的竞争者在开放透明的市 场上都不可能生存太久。同样，行业内对新绝缘 子技术发出的反对声最终放弃了以前放慢向新技
行业发展规模的一部分。
术转换的努力。
早在九十年代初期，带有歧视性的地方标准，以
确实，当今极少听到说制造商试图毁坏新技术的
及受到诸如本国电力企业和本地电器OEM等本
声誉或者试图说服客户只有他们的技术才是有效
国客户的强力追捧，两者综合起来使这一行业大
和可靠的。他们似乎意识到了‘技术妖魔已经出
多‘与现实世界隔绝’。时至今日，随着IEC标准被
瓶’，没必要再设法将其挤压回瓶中。事实上，与
广泛认可，打开国门开放自由贸易以及OEM行业
过去不同，现在的绝缘子公司处在制定新绝缘子
全球化，所有这些保护壁垒实质上已经倒塌，同
技术国际标准的前沿阵地，实质上从电力公司手
时将这一行业推向完全但却痛苦的激烈竞争中。
中接过了这一任务。
许多八十和九十年代的行业‘参与者’无法适应新
因此，或许可以说， ‘休克疗法’和艰难时期有时
的市场冲击力下必然产生的快速调整，很快便从
对于曾经被壁垒保护而转向完全自我蜕变的行业
幕前消失了。诸如德国，芬兰，南非，法国，西班
是必要的。重生过后将更加高效和强健，不仅更
牙，意大利，英国，瑞士，澳大利亚，巴西，美国和
有能力服务好客户的长期需要，而且更好地满足
加拿大等地的一些绝缘子制造商关闭停业。另一
来自于员工和股东的要求。
些或者重组或者抛售，仅可以生存下去。 但是，尽管做出这些调整很痛苦，尽管目前的竞 争充斥着残酷的本性，今天的绝缘子行业却比20
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Marvin L. Zimmerman Publisher mzimmerman@inmr.com
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One Tough ‘Balancing Act’
艰难的'平衡’
可
再生能源（RE）在所有主要的电力市场中所
起的作用只能是越来越重要。但是，真正实 现将这些可再生能源大规模地并入现有的电网依然是 电网运营商和电业公司肩负的复杂重任。例如，是否 能成功地集成可再生能源极大程度上取决于电能储存 (EES)技术。因此，既开发大型也开发小型集中或分散 的电能储存系统将是必不可少的，以满足全球电力需 求的不断增长。 目前，大多数电能被即时消耗。这样一来，电能供应与 需求之间的任何不平衡都将导致供电不稳定和低质 量。电力需求也取决于一天中的时刻和季节，造成相 应的价格波动。此外，发电厂通常与用电区域有一定距 离，需要通过电网向用户供电，随之带来了故障或电网 拥堵的风险。 基于上述考虑，尽管在未来的总耗电量中，可再生能源 供电的比重毫无疑问将越来越大，但大规模并入电网 仍然不是一件容易的事。还有其它的因素使这种状况 越发复杂。风能与太阳能发电受地域限制，除了不可 控的变量和不可预测性，风能和太阳能发电也具有间 歇性。 尽管可再生能源发电厂像所有其它类型发电厂一样，是 基于整个系统的层面发电，但是仍有本质上的区别。 例如，可再生能源在发电、输电以及运行技术方面，具 有与传统发电完全不同的独到特点与要求。因此，了解 这些差异以及了解它们与电网中其它部分的相互作用 关系，成为了成功地将可再生能源大规模并入电网的 基础。
如前所述，大容量可再生能源发电厂通常距离用电区 域遥远，因此依靠长距离输送电力，通常是交流（海上 风电厂例外，依靠高压直流输送）。未来，特高压交流 与直流输电系统将越来越普及，带来许多优势的同时 也增加了复杂程度。 鉴于上述状况，需要安装到位一系列新技术以增强电 网的灵活性，提升输电效率，当然，无论何时电网系统 都必须维持供需平衡。目前，人们利用传统发电正在实 现部分平衡电网的供需关系，如水电厂、核电厂、火力发 电厂，以及蓄水储能，应用广泛但限于局部。未来，借助 于智能电网、扩大输电容量以及电能储备，可以更大程 度地满足需求。 电能存储的使用和配置范围宽广，有助于多方位将可 再生能源并网，从通过平抑耗电量允许电力公司保持 可靠的供电，到通过电能存储降低可再生能源供电的 不确定性，再到均衡单个RE发电厂的电力。这样，电力 公司就能够调整电能质量、电压和频率，以及紧急情况 下控制波动，并且在电网出现任何故障时向用户提供 支持。 不同的电能存储系统（EES）适合于不同的应用，灵活 程度从数秒到数月不等。最终使用哪一种系统技术 则取决于存储系统的容量和能量的密度。在需要的时 候，高容量密度的电能存储系统能够释放大量的电能， 相比之下，高能量密度的系统能长时间持续供电。 上述电能存储系统的实例包括：飞轮与超导磁能存储 调节瞬时频率控制波动；各种蓄电池一次能帮助电网 维持数分钟甚至数小时的平衡；蓄水储能和压缩空气 储能等技术则能在数小时或者数天内缓和电网由于天 气变化而出现的波动；以及几项其它储能技术能够存 储电能达数天或数月，以备后续使用。 IEC近来建立了一个新的技术委员会（TC），将制定尚 没有任何其它组织涵盖，但EES系统需要的标准。该委 员会使用实例，创建框架和绘制蓝图，帮助业界建造造 价适当和可靠的EES电能存储系统，可以在任何地方将 EES系统并入现有的电网。 IEC同时也出版了关于可再生能源大规模并网的白皮 书。读者可以登陆下列网址下载： www.iec.ch/whitepaper/gridintegration
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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Synthetic Testing Leaps Over Earlier Limits
超越了限制的合成试验
全
世界电力系统的短路容量和短路电流在日益 增加。因此，对断路器(用来开断短路电流)的 开发也当然必须与时俱进。 断路器可以处理的实际开断容量是在每一次开断时以 GVA为单位测量得到的，每一次的开断都在一个单独的 灭弧室内进行。直到空气吹弧断路器技术一直占主导地 位的1980年，此技术才开始缓慢但稳步提高到一次开断 达到几个GVA。此后的SF6技术迅速追赶，到1990年迅速 发展到约20 GVA的开断容量。 随着日本的厂家研发一种断路器可在550 kV的额定系统 电压下，开断63 kA的故障电流，似乎达到了单间隙的最 大开断能力，而且确实至今还未被超越。研发新型断路 器的动机本是日本计划引入1000 kV的输电网，通过串联 接入两个‘超级断路器’，应对特高压输电线路的故障。 但是，经济萧条波及了日本，超级电网从未变为实现，也 就不再需要特高压断路器了。 开断能力的提高自然需要更高容量的试验设备。三相 '直接'试验法(由一个电源提供故障电流和电压)在40年 前已经达到了上限。尽管让三相之间可以自然地相互作 用的试验条件最接近于三相的实际运行情况，但唯有非 常大型的实验室才具备在这样的试验条件下对高压断路 器进行试验。例如，KEMA可以对额定电压达到145 kV电 压等级的断路器进行三相‘直接’试验。 克服试验容量受限的解决方案是采用两个电源：一个电 流源，即由一个或几个发电机提供足够的电流用于维持 断路器内部的故障电弧；一个电压源，由预充电的电容 器组创建开断之后断路器所需的(暂态)电压。这是自从 上世纪60年代第一次探索得到的解决方案，称为‘合成 试验’法，这一方法已被所有的主要大容量实验室采用多 年了。 合成试验应用的一大挑战是从电流开断那一刻之前的电 弧作用到此后的电压作用的无缝过渡。此外，传统的单 相合成试验法已通过引入一些巧妙特性得到了提升，更 好地模拟了三相试验条件。 然而，在中国启动1100 kV交流电网(2009年初已开始运 行)之后，传统合成试验技术的局限性变得更加明显了。 在如此高的电压水平下，断路器必须能够承受短路开断 之后瞬时出现的高达2000 kV的多个频率的暂态电压。 由于特高压断路器至少由串联的两个灭弧室构成，乍一 看，有人会认为可行的解决方法可能是对一个灭弧室进 行半电压(或者适当比例电压)的试验。 尽管这一方法可以大大地降低所需的试验容量，但遗憾 的是，当对金属封闭罐式开关或GIS开关进行试验时，
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在进行所有试验时，将整台 断路器按实际运行情况固定 在地上，能够缩短试验周 期、提高机械稳定性和断路 器二次控制性能。 技术上是不可接受的。必须在断路器端子间施加全电压 (包括暂态电压)来验证当断路器将热的和电离的气体排 到内部带电部件和接地外壳之间的间隙时，绝缘强度不 会受到影响。 用单一电压源来满足特高压合成试验的要求已经不再恰 当了。因此，现已开始对采用多于一个合成电压源的方 法进行了新的研究。在亚洲研究出一种方法，是将整台 断路器放在一个平台上，保证平台与地的绝缘强度在数 百千伏以上。 KEMA致力于一种更‘切合实际’的原理，在进行所有试 验时，能够将整台断路器按实际运行情况固定在地上， 从而缩短试验周期、提高机械稳定性和断路器二次控制 性能。这就需要由两级合成电压装置来提供特高压。通 过在恰当的时机触发不同的电压源，可以合成所需的标 准波形的暂态恢复电压并逐步达到最高电压水平。 起初，由搭建在试验区的临时试验回路证实了这个理 念。例如，在2006年，全极800 kV断路器的试验证明了 这个理论。两年后，第一个额定电压为1100/1200kV的特 高压断路器通过了试验。 自2012年初，临时的合成试验回路已改为永久使用，主 要用于测试额定电压为800 kV及以上的断路器。扩建后 的实验室能够对诸如额定电压为145 kV的三相金属封闭 开关进行三相试验。直到现在都没有其他可能的方法适 当地进行此类试验。 回顾合成试验的发展，这一试验看来已经摆脱了最早期 单相法的束缚，正在达到一个史无前例的高度。
Dr. René Smeets Rene.Smeets@dnvkema.com
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Insulator Expertise Recognized
绝缘子专家获得了认可
上
次瑞典之行，我参观了位于斯德哥尔摩
多年来，Masoud启发和指导了超过220位专业人士（包括
Gamla stan或老城区的诺贝尔博物馆。
我自己，因为我们合作撰写了两本书，并共同完成一系列有
在那里，我认出了过去对绝缘系统的化学与物理做出过
关线路避雷器覆冰性能的试验）。他还是多个IEEE工作小组
杰出贡献的科学家，其中包括Arrhenius(1903)、Lord
的负责人，鉴定覆冰条件下切实可行的绝缘子测试方法，这
Rayleigh(1904)、Thompson(1906）和van der
些工作，最终发展成为IEEE标准1783，即“冰冻条件下绝缘
Waals(1910），对于更近时期的获奖者，我不是很熟悉。
子电气性能评估的测试方法和程序导则”。
这些后来的诺贝尔获奖者中，与INMR杂志联系最紧密的 是保罗•劳特布尔博士(Dr. Paul Lauterbur），他曾经在 道康宁梅隆学院实验室中工作。在最终因为创立磁共振 成像脱颖而出，并因此分享了2003年诺贝尔医学奖之前， 他主要研究诸如炭黑或氧化硅这样的粒子是如何提高有 机硅弹性体性能的。
CENGIVRE是一个研究电网大气覆冰的国际中心，在这 里，Farzaneh教授和他的同事们完成了许多研究工作。其 中部分研究人员有了新的计划，研究防冰材料（LIMA），特 别重点研究亚微米级的材料。这些实用的纳米材料具有超 级的憎水性，水滴的接触角大到了表面甚至会排斥所有的 灰尘和冰。 加拿大这方面的研究得到了国家和当地政 府，以及几家电力公司和电气设备制造商的 支持。在美国，科学和工程领域的研究和教 育资金是由国家科学基金会（NSF）提供。我 很高兴地看到，在‘雷击’领域有很多国家科 学基金会的资助，一共设立了33个奖项，其 中包括Krehbiel教授、Orville教授、Pahwa 教授和Rakov教授这样的专家。这种支持无 疑体现出防雷对于保障电网日常安全运行的 重要性。但遗憾的是，在当前国家科学基金 会奖项数据库中查询‘绝缘子’，却没有出现 电气工程方面任何令人感兴趣的项目。 但我们仍然惊喜的看到了，绝缘子知名专家 Maciej Kumosa教授和他在丹佛大学的团队 刚刚收到了一笔基金，用于研究高压复合材
虽然劳特布尔博士对硅橡胶进行的研究发生在20世纪50 年代，并且这项研究没有使他成为诺贝尔奖获得者，但是 近来发生的两件事说明科学界确实承认绝缘专家们的贡 献。1923年在加拿大魁北克成立了法国-加拿大科学促进协 会（association francophone pour le savoir，简称
料导线的工程特性。Kumosa博士在脆断研 究领域非常有名，这始于他1994年对西部地区电力管理局 （WAPA）超高压系统的现场故障调查。在IEEE 2005年的 电绝缘杂志中有两篇文章对此项工作进行了阐述，内容涵 盖对脆断原因的研究与防范方法。
ACFAS），以表彰和促进研究成果。最近在蒙特利尔的
Maciej和他的同事们在电力系统建设上有丰富的实践经验
一次晚会上，来自Chicoutimi市魁北克大学的Masoud
以及渊博的知识。因此他们能够评估多种应力的综合影响，
Farzaneh教授获得了这个学科的最高荣誉Urgel-Archam-
如臭氧、污染、湿度、温升、高机械应力和复合导线的玻璃/
bault奖，该奖项涵盖了物理科学、数学、计算机科学和工 程学。 Farzaneh教授出生于伊朗，在法国完成了研究生阶段的学 习之后于1986年定居于加拿大最寒冷的地区。在那里，他 很快意识到解决绝缘子和导线覆冰和覆雪问题对提升电网
聚合物复合护套（PCCC）表面电场强度升高。由于聚合物 线芯的热膨胀系数比钢芯更低，这些导线松弛度也较传统 的铝制钢芯导线（ACSR）更低。 我在此对Farzaneh教授和Kumosa教授表示祝贺，他们出 色的工作得到了ACFAS和NSF的认可。
稳定性的重要意义。他加入了一个研究小组并之后将其发 展为更大的研究组（CIGELE）致力于解决相关问题，1998年 该地区发生了一次毁灭性的冰灾之后，该组织的研究变得 更有相关性。
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第三期
Dr. William A. Chisholm W.A.Chisholm@ieee.org
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CIGRE 2012 2012国际大电网会议 2012年，两年一度的CIGRE会议（国际大电网会议）如 期在巴黎举行，会议强有力地表明了，在下辖16个不同 研究委员会上探讨的课题继续占据着重要的位置。总计 约3200名与会者注册参会，参展商的数量增加到将近200 家，超过3600人参加了展会。 在B2架空线路（OHL）研究委员会上，当今的中心议题是 诸如如何使新修线路更加被公众接受，如何增强现有线路 的容量，以及如何提高线路的稳定性与可靠性等领域。除 了上述目标以外，任何市场反馈的新技术需求和要求都会 自动触发成立一个新的工作组准备技术手册，分析当前的 最新技术，这类技术手册往往最终将成为一个新标准（通 常由IEC制定）。
了简短的陈述以回答他们所提出的问题，并且，会议前期， 以张贴论文的形式展示了主要内容。SC B2研究委员会内 部还讨论了各种下列有趣的话题：使用超高压与高压直流 输电跨越长距离的互联；将‘智能电网’ （Smart Grid）作 为通用的术语用于描述更高效率的电网系统；智能运行状 况监测等，这些问题均属于论文涉及的范畴。 由于各工作组成员在本次CIGRE会议上再次相聚，许多工 作组召集了会议。针对复合绝缘子，D1.27工作组（材料） 和B2.21工作组（绝缘子）各自有一整天的会期。这很可能 是B2.21工作组的最后一次会议，因为目前该工作组只剩 下一项任务尚未完成，即‘借助在线监测手段对复合绝缘 子进行状态评估’这一技术手册尚未定稿。作为会议的召 集人，我正着手起草该技术手册的终稿，完成 之后、获准发行之前将送交指定的评审人员以 及所有研究委员会进行评估和征求意见。 SC B2委员会的下一个活动是将于明年四月 在新德里举行的国际特高压（UHV）研讨会， 会议包括参观届时已经投入使用约一年的 1200 kV国家实验站。同时，继在加拿大温哥 华举行的2013年INMR全球会议之后，CIGRE将 在明年9月16-17号，于新西兰奥克兰举行‘变化 环境下输配电的最佳实践’ （Best Practice in Transmission and Distribution in a Changing Environment）的研讨会，这给计划同时参 加两次大会提供了不虚此行的便利。
各个分会场为电力行业的参会人员提供了极好的先进技 术培训的机会。例如，在一周的会议中，一位普通参会者 能够听到各种各样的学术报告（每一个研究委员会有一天 时间），在会上介绍自己的研究成果，与世界各地的同行进 行讨论。虽然由于时间重叠，参会者无法同时参加所有感 兴趣的会场，但仍然收获良多。 一旦论文被所在的国家委员会接受，将被呈交给专门的 报告人员，报告人员在相关的技术分会内部分析论文。然 后，通常就文章提出1-2个问题，每个与会人员都有机会在 3-5分钟的时间内对其进行回答。这一过程被证明效率很 高，与以往来自作者的冗长陈述相比，可以有更多的人发 言，听取更多的意见和经验。 在今年的会议上，STRI公司的Igor Gutman与拉普(Lapp) 绝缘子公司的Alberto Pigini和Jens Seifert以及我本人联 合准备了一篇题为“架空输电线路复合绝缘子运行状态评 价”的文章，这篇文章主要反映了B2.21工作组当前的研究 成果。在经过专门报告人员的审核后，我们在大会上进行
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我的专栏中第一幅与技术无关的图片：CIGRE招待会上， 透过卢浮宫金字塔向外远眺的景观。
虽然放在结尾但却仍然值得一提的是，举行一场正式的招 待会是每届CIGRE会议的特色，而今年的招待会在卢浮宫 金字塔举行，可以通往这座伟大博物馆的奇妙艺术和古迹 区，使与会者度过了一个非常难忘的夜晚。
Dr. Frank Schmuck frank.schmuch@sefag.ch
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Most Insulator Failures Result from Improper Selection
大多数绝缘子故障起因于不当选择
最
近在巴黎召开的国际大电网会议（CIGRE）上，尤
与此类似，绝缘子故障有时是用户对现场污秽运行环境的估
其是在架空线路B2研究委员会分会期间，对于仍
算不准确所致。
然有争议的复合绝缘子尖端技术问题进行了大量讨论。
会上报道了一系列有关复合绝缘子大相径庭的实例回顾，差 异由完全满意的一个极端到完全不满意的另一个极端不等。 唯一的共识是与以前的设计相比，有了许多改进，而以前的设
CIGRE手册142-1999 解释 (强力推荐的参考指南)，实验室老 化试验及现场试验确认，在正常的湿润条件下，复合绝缘子存 在三类泄漏电流：
计占据了对其运行经验不满意中的大多数。但是有些专家更
a. 电流值低，断断续续；
深入了一步，声称最新一代复合绝缘子（一些供应商的第五代 绝缘子）的可靠性实质上与瓷绝缘子无异。
b. 几毫安，但远低于典型预闪络条件下的数值，相对较高的 平均电流；
因此，人们可能要问：复合绝缘子从首次引进，距今已超过四
c. 电流值高（即大约数百毫安），表明绝缘子接近闪络。
十五年，为什么就复合绝缘子技术是否已经成熟，或者它是否
瓷绝缘子的设计指标主要考虑‘c类型’的泄漏电流，而复合
将真正成为瓷绝缘子的有效替代品，仍然缺乏一致的意见？
绝缘子的设计则应该考虑‘b类型’电流。事实上，研究表明，
在我看来，之所以出现对可靠性大相径庭的观点，其背后的根
虽然‘a类型’电流对绝缘子的长期性能影响很小，但‘b类
本问题在于以下事实：即任何绝缘子的性能主要取决于所选
型’电流却可以导致漏电起痕和电蚀损，而且可能造成永久性
择的绝缘子设计是否适用于给定的运行环境。就复合绝缘子
故障。
而论，并非总能正确地完成这项工作。例如，从电气的角度来 看，不适当或者太肤浅的规范或许导致瓷绝缘子的闪络，但是 在复合绝缘子的情况下却能够导致不可逆转的损害。 复合绝缘子提供了许多公认的优点，但是与最初获得推广时 所推崇的正相反，它们并不是‘坚不可摧’的，而是恰恰相反。 因此，为了保证其性能可与瓷绝缘子相媲美或者甚至更优，对 复合绝缘子的规范、搬运和安装都必须非常谨慎。实际上，在 我直接参与进行故障分析的复合绝缘子中，其中大多数已报 道过的故障是因为从电气的观点看，存在规范和选型上的缺 陷。复合绝缘子的电气设计不应该依据仅看它们在短期试验 期间的闪络性能，而是必须基于由局部放电引起的表面退化 的风险，这在长期运行中可以造成漏电起痕、电蚀损以及最终
因此，选择复合绝缘子的时候，在最高耐污秽度和实际环境 污秽度之间应该永远有足够的设计裕度。考虑到运行压力对 其表面憎水性和润湿性的可能影响，关键要求是在整个使用 寿命期内限制泄漏电流。因此，就复合绝缘子（交流或者直 流）而论，不推荐使用基于IEC60815定义的污秽级别的常规 方法。而是必须制定即考虑环境参数也考虑特定绝缘子特性 的统计方法，以确保达到令人满意的运行性能。特别是，规范 中仅有关于所需的爬电距离是不够的。例如，在电弧距离已经 给定的情况下如果被迫增加太多的爬电距离，那么这种形状 绝缘子的功效可能变得非常低。理想的做法是，IEC60815的 指标更多地应该被视为‘导向工具’，但不能代替试验中得到
发生故障。
的数据。
如果在复合绝缘子的表面或者表面周围有连续的局部放电和
对于那些已经安装在线路上、改变其规范为时已晚的复合绝
电弧活动，则复合绝缘子非常容易受到损害，所以，这是复合
缘子，测量沿线选定复合绝缘子的泄漏电流，据此进行诊断，
绝缘子的致命弱点。例如，许多记录的故障是由于绝缘子没有
可以帮助识别任何不合理的设计，如果诊断平均泄漏电流值
安装适当的屏蔽电极以限制高压端附近的电场梯度（甚至在
达到破坏性的‘b类型’时，启动对绝缘子进行冲洗。
非常高的系统电压下，接地端也没有安装适当的屏蔽电极）。
虽然本专栏中考虑的只是电气设计方面，当然，从机械的角度 来看，适当的规范也很重要，如果是瓷绝缘子甚至更重要。同 样，许多报道的绝缘子故障中，特别是近几代复合绝缘子故 障，是由机械规范不准确造成的，或者是没有考虑到可能会发 生永久性损坏的错误装卸和安装行为造成的。 大体上，现在可以认为复合绝缘子的成熟性和内在可靠性是 令人满意的，并且可以和瓷绝缘子相媲美。然而，实际运行中 的可靠性将很大程度上取决于绝缘子的电气和机械规范是否 准确并且考虑了绝缘子特殊特性，以及对特定的运行压力和 安装方法所做出的反馈。
转轮法试验中失败的绝缘子。
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Alberto Pigini pigini@ieee.org
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Inter-Continental Transmission: Pipe Dream or Future Reality?
洲际输电:梦想还是将来的现实?
适
逢两年一度的CIGRE大会，输电行业的人们都
如何通过诸如连接中亚和欧洲这样的±1100 kV直流输
会聚集在巴黎，讨论一系列不同但彼此相关的
电线路的百万级项目，实现更好地开发全球的能源。
实际问题。今年8月，将近100个国家的3000多名行
业内专家和决策者参加了本次会议。与此同时，大幅度超 过往年规模的相关技术展览也使与会代表们能够跟踪有
人口稠密地区不断加剧的能源短缺，加上需要最终重新 回到持续依赖化石燃料的局面，引发了更加努力地提高
关电力系统的运行、工具、设备和材料的进展。
可再生资源的比例，如风能和太阳能。然而，尽管在电能
在B2（架空线路）和D1（材料及新兴测试技术）研究委员
需平衡并非总能得到保障。欧洲就是一个很好的例子，据
会的分会场，讨论了与绝缘子和类似部件的相关问题。在
估计，到2030年欧洲高达70％的能源消耗将依赖'进口'。
C4（电力系统的技术性能）研究委员会的分会场，也讨论
在设想的可能出现的情况中，包括直接从周边的大陆，例
了防雷保护和绝缘配合的主题。例如，在B2分会场上由
如北非和中东，向欧洲传输电能。
Frank Schmuck、Jens Seifert、Igor Gutman和Alberto Pigini合写的一篇论文综述了复合绝缘子状态评估的最 新工具，引起了对这项技术的成熟性和可靠性的辩论（参 见22页Pigini评述专栏）。虽然与会代表一致认为，复合 绝缘子在设计和性能上都有了很大的改进，但谈到污秽
分配上电网的作用日益加大，但是达到世界范围内的供
刘先生指出，根据±1100 kV直流线路输送11GW容量的 性价比距离至少为5000公里的事实，中国西部新疆、哈 萨克斯坦甚至西伯利亚等都可以作为潜在的电力能源， 在未来的某一天将电力输送到欧洲。所有这些地区都有
条件下的预期性能时仍然存在着很大的分歧。
过剩能源，包含化石和可再生能源，按照预期情况作出的
在D1分会上也讨论了线路绝缘子的耐污性能，深度探讨
先生说，鉴于德国核电站关闭后可能发生能源短缺，相对
了沙漠条件的影响，以及该环境下绝缘子最佳伞裙形状
于将北海新建风力发电场并入国家主网的成本，洲际输
所起的关键作用。会上也指出：诸如灰尘周期法这样很复
电更具有竞争优势。 （有兴趣了解本课题更多细节的读者
杂的试验方法很难被标准化，所以，焦点应该是用更为
可以点击www.cigre.org搜索摘要。）
简单的试验方法取而代之，例如固体层法。此外，也提出 了需要标准化大雨条件下的试验方法，准备工作将由新
设想是，在当地发电，通过直接或中继连接进行传输。刘
高压设备制造商在开发特高压直流输电网（UHVDC）所
成立的由Alberto Pigini领导下的工作组来完成。
必需的设备上已经非常先进，无疑，这一构想在技术上看
不过，尤其深深吸引我注意(以及很多其他与会者注意)的
测试了一台1100 kV换流变压器。他们也在倾注特别的关
则是中国国家电网公司总经理刘振亚的会议开幕致辞。
注，开发新的绝缘系统，而复合绝缘子在其中显然将会发
将发表主题演讲的殊荣授予刘先生当然是再恰当不过
挥重要作用。此外，针对需要在真实运行条件下验证这类
了。当今，似乎整个世界都将目光投向中国不断增长的特
设计绝缘子的性能，新的现场测试点也正在搭建。
高压交流（UHVAC）和特高压直流（UHVDC）电网，将其
来是可行的。例如，ABB的工程师最近宣布成功制造和
视为该领域未来发展的样板。
然而，刘先生的大胆设想是否能够成功，主要的问题很
令人惊讶的是，刘先生的演讲并没有侧重于所有已经取
行。即使在今天，世界各地仍然担忧供电安全以及外部
得的成就，而是概述了他大胆的设想，尽管尚存争议，即
供给的能量对环境造成的冲击。在欧洲部分地区，这种
可能将是公众是否接受，而不是经济或技术上是否可
担忧源于过去由俄罗斯供应天然气的经历，在与能源相 关的谈判期间，'关闭阀门'的威胁为上述担忧提供了有 力的论据。 欧洲有满足其未来能源需求的替代解决方案吗？也许没 有。但是，无论答案如何，将来有一天将洲际输电的前景 变为现实，长期的区域稳定性以及国际合作伙伴之间强 大的信任是关键的先决条件。
Prof. Stanislaw Gubanski Chalmers University of Technology stanislaw.gubanski@chalmers.se
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Everything You Wanted to Know About Hydrophobicity
'憎水性'面面观
在
上世纪八十年代，'憎水性’一词对于电力行 业工作者来说还很陌生，很少有人知道它的 正确发音更别说解释它的含义。但在过去的二十年中, 这个曾经几乎只为植物学家所知的外来词汇，却成为 外绝缘领域的一个‘热门’话题。鉴于此，有必要对'憎 水性’做一简要回顾。
多，比如过度湿润、电晕(由水滴或金具引起)和表面电 弧活动。
硅橡胶发生憎水性变化是永久性的吗？
如上所述，诸如乙丙橡胶之类的橡胶材料丧失初始憎 水性的速度相对较快，而且也是不可逆转的。而与之形 成对比的硅橡胶，却具有重新恢复憎水性的能力，这是 什么是憎水性以及它在外绝缘领域有何作用？ 因为低分子量化学键在不断地从内部迁移到表面。然 材料的憎水性是材料阻碍水在其表面流动的固有能力 而，仅仅是材料中有大量低分子量化学键还不能确保 的一种量度。如果一种材料阻碍了水在其表面流动，这 憎水性将得到恢复，而是取决于材料通过与浓度梯度 种材料是高度憎水的，相反，如果水滴能轻易在材料表 成比例的扩散过程，将这些化学键从内部迁移向表面 面流动，那它就是亲水的。英文Hydrophobicity(憎 的能力。该过程被称为‘憎水性恢复’。从迄今为止的经 水性)一词源于希腊文，hydro意思是水，phobus意 验来看，一个使用优良配方生产的硅橡胶绝缘子在正 思是‘恐惧’。因此，憎水性的字面意思是‘对水的恐 常工作寿命期间，该化学键由体积内部向表面的扩散 惧’。显然，绝缘材料当然被期望具有憎水特性，尤其 运动会一直存在。 是在环境污染较严重的地区。绝缘材料表面的水若形 成水珠，会显著降低泄漏电流水平以及雨雾天气时污 表面积污对硅橡胶的憎水性有什么影响？ 闪的风险。 在重污染地区运行的绝缘子表面会很快积污，硅橡胶 的另一个卓越性能再次展现，即低分子量化学键穿越 憎水性是如何测量的？ 积污层的迁移能力，使它在积污情况下有效地将积污 衡量现场绝缘材料憎水性的最早也是迄今为止最常用 层包覆从而恢复憎水性，该过程被称为'憎水性迁移' 的方法之一，是在上世纪九十年代初由瑞典的STRI推广 但持续时间从几小时到几天不等，视积污程度而定。 普及的一种描述性度量法。材料的憎水性被分为七类, 测量手段包括在绝缘表面喷水以及把结果跟最能代表 所有 硅 橡 胶 都 具有憎水性恢 复和憎水性 迁 移 每一类的参照图片相对比，确定憎水性类别。 能力吗？ 要说几乎所有用于电力绝缘子的硅橡胶材料在初始状 评价憎水性的另一种做法是监测其泄漏电流，因为通 态都具有非常好到极好的固有憎水性能并不为过，但 常泄漏电流水平与憎水性直接相关，一般来说，憎水性 与此同时，不同的材料在憎水性丧失、恢复和迁移方面 丧失的越多，泄漏电流越高。 的表现也不尽相同。因此并不能推断所有硅橡胶材料 在绝缘子运行寿命期间表现完全相同，因为通常生产 在实验室条件下，憎水性还可以通过测量水滴和材料 厂家有其独一无二的所有权配方。每一个供货商在决 表面之间形成的接触角来定量衡量。该参数代表了水 定材料组成时(包括基本的硅橡胶、不同的填料、粘合 跟材料分子结构间接触面的表面应力。接触角越小表 剂和其它成分)都会综合考虑材料成本、产品成型周期 明材料表面越容易被浸润。亲水性材料的接触角在 的产量最大化、现场绝缘性能和抗老化能力等多方面， 35°以下，90°以上起表示憎水性不断增强，一直到接 找到一个最佳的平衡点，一些配方非常好而另一些没 触角为150°的超级憎水性材料。 那么好。
硅橡胶的憎水性由何决定？
除了材料配方还有其它因素影响硅橡胶的长期憎 诸如陶瓷和玻璃之类的无机材料天生是亲水性的，而 水性吗？ 像乙烯、丙烯橡胶和特种环氧之类的聚合材料，则根据 其分子结构的不同呈现出不同的初始憎水性。然而遗 憾的是，多数聚合绝缘材料在运行寿命期间将不可逆 转地丧失这种憎水性。不同的是，硅橡胶材料的憎水性 源于表面的低分子量化学键，这些化学键在表面越集 中，憎水性越好，而硅橡胶憎水性的丧失是由于这些化 学键在表面被暂时消耗引起的，造成消耗的原因有很
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是的，这些因素通常与绝缘子的运行环境息息相关，包 括放电和电晕，积污层的污染物类型，温度，湿度，还 有紫外线强度。所有这些因素，无论单独或是综合起 来，都会影响硅橡胶的憎水性能。 憎水性的丧失、恢复和迁移将在以后的专栏中进行更 深入的讨论。
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新型'绿色'电缆绝缘材料对 中高压附件有何影响？ 2011年，在法兰克福举行的国际供电会议(CIRED)
表1：中高压电缆绝缘材料的电气特性
和巴黎举行的国际电缆会议(Jicable)上，应用于中压 领域的新一代电缆绝缘材料进入人们的视野，该材料
单位
纸
EPR
XLPE
HPTE
体电阻率
Ohm cm
1015
1015
1016
1016
损耗因素
10-3
3~9
5
<0.4
0.25
介电常数
—
3.5
3
2.3
2.3+(0.1-0.3)*
介质强度
—
非常好
好
非常好
非常好
有望成为一种真正意义上的‘绿色’复合材料。例如， 与传统的绝缘材料交联聚乙烯(XLPE)相比，它的碳足 迹显然减少了超过50%，此外，在生产工艺中水耗和能 耗也有显著降低。 这种激动人心的新材料是一种聚丙烯热塑弹性体， 由Prysmian所开发，并已在意大利和荷兰的10kV到 36kV应用中测试了几年。由于它是一种新开发的聚 丙烯电缆绝缘材料，生产厂商为它取的缩略名称不 是PP (ropene Polymer聚丙烯)，而是HPTE (High Performance Thermoplastic Elastomer)，即高性能
F CUS ON CABLE ACCESSORIES
热塑弹性体。
* 根据PP(聚丙烯)做相应修正
以上种种都说明，现有的接头和终端同样能适用于新绝 缘材料。此外，HPTE抗油脂和抗化学腐蚀的性能满足了 热缩或冷缩附件应用的条件，甚至满足了连接纸绝缘电 缆的过渡接头的应用条件。因此，上述问题的答案显然
让我们聚焦有关HPTE的一些基本问题：
是‘可以’。
与交联聚乙烯(XLPE)和乙丙橡胶(EPR)相比， 它的优缺点是什么？
可以预期HPTE用在高压电缆上吗？
表1比较了可选择的电缆绝缘材料的基本特性，可以
征，表明电缆在机械应力挤压下结构形变。此外，高压
看到XLPE与新型的HPTE之间没有大的差异。然而有
设备对绝缘的厚度要求更高，使用HPTE将导致更大的
必要说明的一点是，从局部放电存在下的长期表现来
硬脆性。考虑到在低温环境下脆断增加，尽管该新型
看，HPTE相对更佳。
材料有优异的环保优势，但对高压电缆的适用性可能
HPTE和XLPE的工作温度分别是110℃和90℃，极限温度
图二b中，横向切开电缆后截面上出现的白色是典型特
不如XLPE。
分别是130℃和105℃。低温情况下，HPTE比XLPE质地 更硬脆，因此在冬季应用时会产生问题隐患。
Klaus-Dieter Haim教授 University of Applied Sciences Zittau/Görlitz, Gemany KDHaim@hs-zigr.de
现有的中压附件能与新的电缆匹配吗？ 图一是新材料用在电缆绝缘上的一种构建方式，这 种方式下，屏蔽线是层压铝箔，电缆‘径向防水’。生 产商称该绝缘材料阻碍水树枝的能力至少与传统的 XLPE相同。
a 图一：HPTE应用于电缆的一种可选结构。
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Misc. Components & Equip.
What Impact on MV & HV Accessories of ‘Green’ New Cable Insulation?
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b 图二：HPTE绝缘导体的横截视图 a)切割后磨光；b)刚切割后。
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2012BG_.
Misc. Components & Equip.
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Latest IEC, IEEE & CIGRE Arrester Activities
IEC, IEEE与CIGRE有关 避雷器的最新会议讨论
十
月中旬在美国加州圣地亚哥举行了一次别具一格的
片故障。尽管Hinrichsen教授警告说，在所有研究数据完成之
避雷器会议。IEEE雷电冲击保护元件工作组
前，不要急于开始规定这种实验，但是我仍然为这项实验可能
WG 3.3.11和WG 3.4.14与IEC避雷器标准维护组TC37-MT4会
为避雷器行业带来的影响感到振奋。随着我们进入了百万伏
面。同时与会的还有CIGRE A3.25工作组。IEC-IEEE-CIGRE三
输电时代，避雷器需要的阀片数量显著增长。找到更有效的方
方会面为我们提供了一个了解世界避雷器现行标准动态的绝
法，将仅达到边际质量标准的阀片剔除出来，是确保系统高可
佳机会。在下文中，我总结了会议更新的避雷器标准的内容。
靠性必不可少的。
新版的IEEE C62.11（高压避雷器实验的主要标准）已经完成，
均压环设计
并将在今年年底出版。新版本的IEEE标准与相对应的最新IEC
我们知道，与安装了设计正确的均压环的避雷器相比，未安装
实验标准草案（60099-4）协调一致。IEEE历史上首个规定避
均压环的避雷器上会出现过冷与过热区域。但是，专家们惊讶
雷器耐热通流容量的标准化实验问世了。新版本也包括了首次
地发现，将避雷器推出其热稳定极限范围时，安装与未安装均
进行耐冲击通流容量实验，以及改进的放电电压实验。
压环避雷器之间的差别不大。Hinrichsen在会上介绍，他的研
标准维护组的成员在这次会议中就大家针对最新委员会草案 (CD)的反馈意见进行了接近2天的讨论，新的IEC 60099-4标 准现在已进入询问阶段（CDV），将在明年初发往不同国家的 委员会过目，进一步征求他们的意见并投票。最新版本的要点
究小组将很快使用精密的非线性热--电仿真工具建立模型。可 以想象，1000 kV避雷器配置的小尺寸均压环恰好足以能在操 作过电压时抑制电晕以及最终不出现闪络，由此将节省空间尺 寸，给安装和运输带来很大的便利。
是，改进了之后的能量实验中，现在的耐热与耐冲击能量实验
阀片老化
将分开进行。从目前的反馈来看，IEC会员将接受这一新方法。
对几个运行接近20年的避雷器进行实验，确定老化会否对其
同时，改进并简化了系统最大工频暂时过电压值（TOV)实验。
通流容量造成影响。目前的研究结果显示，对于MO型避雷
维护小组的成员一致同意，关于电阻片的老化实验，过去使用
器，老化的影响非常微小。其中一个样品出现异样，但看上去
的根据其它实验数据调整电压的老化实验方法已经不再合理
与老化无关，而是起源于生产原因。目前为止，仅对10个避雷
了。因此去掉了这一实验。但是，我们仍在努力寻求如何在老
器上的阀片样品进行了实验，希望更多的可供实验的样品添加
化实验中正确评定样品的性能，以便所有的产品都能得到合理
进来。因此，CIGRE的工作组正在寻找20世纪90年代生产的、
的处理。下一次会议将于2013年六月在英国加地夫举行。
已经运行多年并且可以用于本实验的MO型避雷器。如果您知 道相关样品的信息并且可以捐献的话，欢迎联系我们。
有关高压直流换流站避雷器的第一版本标准IEC 60099-9也 处于询问阶段（CDV），在本次会议中，也审阅了收集到的针对 委员会草案（CD）的意见与建议。本标准基本上仅用于陶瓷外 套避雷器，树脂浇铸避雷器，复合外套避雷器以及GIS避雷器， 用于直流母线以及直流线路/电缆的避雷器。到目前为止，唯
Jonathan Woodworth Jonathan.Woodworth@ArresterWorks.com
一的此类避雷器的实验导则来自于1989年出版的CIGRE技术 手册TB34。从整体来看，该技术手册显然已经过时，所以显而 易见，需要制定正式的新IEC标准。 目前，CIGRE工作组A3.25已提供了避雷器实验和应用的最先 进和有用的避雷器信息。来自达穆斯塔特科技大学（Darmstadt）的Volker Hinrichsen教授与Max Tuczek教授与CIGRE 工作组携手，继续贡献非凡的和令人深受启发的研究。本次会 议讨论的研究内容如下：
交流冲击实验 本项研究的目标是，量化不同类型的冲击对变阻器材料产生的 影响，尽力在生产过程中找到将好与坏阀片分离的实用方法。 目前，在制造过程中，采用操作冲击或者大冲击电流来评价变 阻器质量。初步的研究结果显示，对MOV材料施加的1-2个周 期的短冲击电压信号不会影响完好阀片性能（即冲击不会劣 化阀片）。但是对于含缺陷的阀片，冲击电压将有效地导致阀
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装不同配置均压环的高压避雷器的热学特性。
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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
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企业电力实践和经验
UTILITY PRACTICE & EXPERIENCE
Moroccan Power Utility Adjusts Priorities to New Network Challenges
电网面临的新挑战促使 摩洛哥电力企业调整了 优先应对措施
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电网面临的新挑战促使摩洛哥电力企业调整了优先应对措施
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随着每年将近10%的电力增长需求，摩洛哥国 家水利电力办公室(Morocco's Office Nationale de l'Electricité et de L'eau Potable，简称 ONEE, 前身ONE) 面临着与过去大不相同的挑 战。举例来说，始于1995年的一项致力于全国 农村电气化改造的长期项目(PERG)，已经使摩 洛哥成为发展中国家向偏远乡村地区输送电力 最成功的国家之一。又比如，有选择地采用复 合绝缘子替换盘形悬式玻璃绝缘子，使曾经被 视为电网天灾的问题，即向绝缘子扔石头的人 为破坏现象，减少了80%。 与此同时，ONEE还完成了重要的电网跨国互 联。分别于1997年和2006年竣工的两条400 kV 输电线横跨了古希腊神话中被称为大力神之柱 的直布罗陀海峡。7条海底电缆(其中一条备用) 构成了一座12 km长连接欧洲和北非的
'跨海桥', 在相隔13个世纪之后将不同文化重新 融合。另一个与东部邻国阿尔及利亚联网的双 线路工程分别在1988年和2009年竣工，而目前 该条线路已经与突尼斯实现联网。 ONEE当今仍面临挑战，但更多来自于需求的快 速增长以及横跨两条漫长海岸线上高度多样化 的环境。此外，摩洛哥越来越依赖复合绝缘子 的状况使ONEE有必要找到有效监测复合绝缘子 状态的方法。 INMR撰稿人以及外绝缘专家Raouf Znaidi采访 了ONEE公司的管理层、工程师以及运行工作人 员，以下是上述和其它问题的相关报道。
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Bardach(巴达赫), 大量新的输配电工 程启动在即。
电力系统环境和需求增长 基于它的地理位置，摩洛哥大部分 地区属于温和的亚热带气候。而在 内陆，温差极大，冬季寒冷潮湿，夏 季干燥炎热。在阿特拉斯山脉沿线， 气温通常在0℃以下，而沙哈拉沙漠 周边，气候干燥，有时也非常寒冷。
年平均相对湿度约为78%。北部地 区的年降水量平均423mm，而南部 的降水量微不足道。 Abdellatif Bardach是ONEE的输电 主管，现在也担任'MedGrid'项目的 副总，该项跨国项目2010年启动，致 力于建立一个 电网，将最高达 20GW的可再生
能源送往北非和欧洲，主要是太阳 能。他解释说，过去数年摩洛哥对电 力的需求稳步增长，预期的短期年 增长率在9.7%左右。据此他预计到 2020年电力需求会翻番，而到2030 年将会增长4倍。 为应对如此爆炸性的增长，ONEE 已经启动了一个宏大的投资计划， 旨在到2020年将现有的6677 MW
表1：ON EE预计的能源比例 变 化 2020 对比 2010 煤炭 石油
天然 气
风能 太阳能
2010
27.9%
28.2
27%
13.4%
3.5%
0%
2020
14%
27%
10%
21%
14%
14%
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水电
图一：ONEE电网分布。
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图二：预计的ONEE输配电增长。
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摩洛哥一直是发展 中国家将电力输送
如今，摩洛哥几乎98%的居住地区拥有电力供应, 而在1995年，这一数字还不到20%。
到许多分散乡村和 定居地最成功的
表2：全国农村电气化比率 1995到2011 %
1995
2000
2002
2004
2006
2007
2009
2011
18
45
55
72
88
93
96.5
97.4
国家之一。
装机容量扩大到至少13000 MW。而 一样，将会拨款20亿欧元上马一些
今运营着超过21548 km的输电线
且，Bardach表示这将主要更大程度 新项目，扩建我们的电网和新建变
路, 240座变电站和超过196700 km
地依赖可再生能源，也就是说预计
的配电线路。这其中包括分别与西
电站”。
到2020年可再生能源占总装机容量 的比例将达到42%。 Bardach还表示，另一个关键的投
班牙和阿尔及利亚互联的400 kV和 Brahim Fafouri是总调度指挥部
225 kV双线路"。Bardach和Fafouri
下的部门主管。他说，举例来说，
认为，将电力成功地输送到摩洛哥
去年分配到电网基础建设中的预
全境超过32000个分散乡村和定居 地，是过去15年来类似投资项目效
输电网基础建设。他说， “正如去年 展。Fafouri说，"其结果是，ONEE如
果最明显之一。
Photos: INMR ©
资目标是进一步发展摩洛哥现有的 算已经实现了电网系统的显著发
上世纪九十年代，投扔石头砸坏玻璃绝缘子串的人为破坏现象在诸如盖尼特拉(Kenitra)这样的地区是很严重的问题。 恶劣的运行环境使60 kV盘形玻璃绝缘子的金具腐蚀严重。 Photos: INMR ©
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ONEE对复合绝缘子的要求是所 选复合绝缘子尺寸的爬电比距 必须与玻璃绝缘子串的爬电 比距相同。 ONEE输电系统 摩洛哥的架空输电线路有4个工作电压等级，400 kV (1413 km), 225 kV(8389 km)，150 kV(147 km)和 60 kV(11590 km)，最近几年400 kV线路的发展最迅 速。管理输电工程的工程师Abdellah Mdarhri说, "从1996年开始，ONEE决定扩建输电系统，并且已经建 了数百公里的新线路，这些线路的设计电压是400 kV 但大多数仍然运行在225 kV。在此期间，我们的线路 员和运行人员在绝缘子检查、更换和在线清洗等维护 方面获得了宝贵的经验。” 摩洛哥在复合线路绝缘子的使用经验方面已经成为 北非的先驱。
同马格里布（Maghreb）的其它国家一样，传统上，玻 璃一直是摩洛哥架空输电网指定使用的主导 绝缘子类型。另一方面，陶瓷则专门只用在
表 3 ： 摩 洛哥225 kV与400 kV线路的百公里年跳 闸率 2006
2007
2008
2009
2010
2011
截至到 2012年9月
225 kV
2.44
2.69
2.33
2.30
2.85
2.44
1.55
400 kV
0
2.67
0.23
0.60
0.28
0.14
0
变电站绝缘中。然而，上世纪九十年代，投砸 绝缘子的人为破坏现象十分盛行，400 kV线 路上单串几乎所有24片玻璃绝缘子都被石块 砸坏的现象并不罕见。在最严重的地区，比 如盖尼特拉，由此造成的线路跳闸率高达12 次/100km/年。 当今，通过复合绝缘子的使用已经大大减 少了这一问题。据运行部主管Mohamed
Mouchtakiri所说，在这一过程中，ONEE在复合绝缘 子的使用数量和运行经验的积累方面已经成为北非 的先驱。在绝缘水平和绝缘配合方面，ONEE对复合 绝缘子的要求是，所选择复合绝缘子尺寸的爬电比距 必须与玻璃绝缘子串的爬电比距相同。
图三：2006年到2012年225 kV和400 kV年跳闸率的变化
事实上，从2008年开始，ONEE的外绝缘策略就是： 各种电压等级的新线路，包括400kV，主要都配置复
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合绝缘子，尤其是在重污染和历来人为破坏严重的地 区。Mouchtakiri表示，因为各项关键的性能指标都得 到了改善，该策略被证实是十分成功的。例如，摩洛哥 输电系统400 kV和225 kV线路每百公里的年跳闸率分 别降到了0.14和2.44，与此同时，平均断电时间也大幅 度降低。
地区输电调度面临的特殊问题 ONEE北部输电调度基地位于沿海城市丹吉尔 (Tangiers)，管辖着摩洛哥西北部的电网。地区输电 主管Abdellah Kabiri解释说，丹吉尔和盖尼特拉周 边地区的输电网占整个摩洛哥400 kV线路的半数以 上，225 kV线路的12%以及60 kV线路的17%。 根据ONEE的污区图，该地区的污染程度通常被划分为 非常严重(N4)甚至异常严重(N5和N6)，主要污染源是 大西洋季风带来的含盐污染物。此外还有少量的工农 业污染，特别是在5月到10月之间的干季。为了应对上 述多污染源为主导的运行环境，地区维护策略包括，对 仍然安装玻璃绝缘子的线路每年定期安排两次带电清 洗；而变电站由于较少暴露在污染物中，而且绝缘情况 较好，因此每年只在6或7月份进行一次清洗。
与西班牙互联的400 kV电缆终端变电站的瓷绝缘子，其尺寸 被设计为每年只需清洗一次，尽管该站靠近海岸线。
图四： ONEE普通馈线(无备用线路)与加强线路(有备用 线路)年断电时间变化趋势对比 2005年 － 2012年。
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ONEE带电清洗同等程度地使用直升机和地面两种方式。
地区输电部门的Ahmed Hamid
由于过去人为破坏绝缘子集中发生
说，除了传统用卡车带电清洗技
在盖尼特拉附近地区，因此摩洛哥
术，ONEE最近还采用了直升机清洗
使用复合绝缘子的最初运行经验大
绝缘子。如今有了约5年的直升机清
多在西北地区获得，确切地说可以
洗经验后，整个电网每种方法的清
追溯到上世纪八十年代。事实上，正
洗效果大致相同。Hamid评述，至于 是第一代EPDM复合绝缘子总体令 相对效率，用传统的卡车清洗，以5
人满意的表现促使ONEE的工程师
个线路员一组，每组每天通常清洗
采用这项技术并扩展到硅橡胶绝缘
40串玻璃绝缘子，而用直升机清洗， 子。Kabiri说， “我们按部就班地发 展到复合绝缘子，最初主要在60 kV
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这个数字将上升到每天250串。
复合绝缘子表面的电场强度 异常检测。
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图五：对225 kV铁塔绝缘子的调查结果显示, 在30到35片和40到45片之间存在局部高电场。
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"确保复合绝缘子 的检查准确可靠, 要求检查团队不 仅熟悉各种设计
复合绝缘子护套上严重腐蚀 的实例。
的总体性能,而且 熟练程度足以能
巡查期间拆除的225 kV复合绝缘子 (一个EPDM，另一个硅橡胶)，放在 地面上做更仔细的调查。
线路上选择性地将玻璃绝缘子替换
Kabiri评述，同时，随着复合绝缘子
为复合绝缘子，接着，随着解决污闪
使用数量的日益增多，定期检查监测
问题和人为破坏问题经验的增加， 应用范围扩展到225 kV和400 kV
监测结果。"
复合绝缘子的状态变得很重要。他 说， “我们主要的评估策略与ONEE 的惯常做法相似，是基于每月定期
线路。这一策略的结果是，我们可以
检查最重要的线路。检查方法是红
说，如今由人为破坏绝缘子造成的
外照相机以及专门为测试复合绝缘
故障只不过是对过去一段令人不愉
子设计的电场测量仪。借助这些仪 器，我们的工作人员能检测到任何
快的回忆。”
够正确地解释
劣化，即便是肉眼看不到的劣化，或
图六：盖尼特拉变电站巡视的红外成 像结果。
诸如局部热点的老化迹象。任何可
表4：北部输电调度基地绝缘子分配情况
疑部件将会被替换并送交我们的技 术人员进行彻底调查。”
系统电压
复合
%
玻璃
%
400 kV
1920
41
2754
59
据盖尼特拉的线路维护人员评述，
225 kV
1772
47
2001
53
检查复合绝缘子要比玻璃绝缘子相
60 kV
8650
61
5599
39
对困难。输电区域主管Mustapha
合计
12,342
54
10,354
46
Fsihi说， “对盘形悬式玻璃绝缘子 来说，只需要简单目测便能查出现场
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绝缘子(一个EPDM，另一个硅橡胶) 洛哥北部遇到的一个新挑战。尤其 显示有严重腐蚀和断裂，但第三个
是鹳鸟越来越成为问题，这些大型
尽管显示沿面场强有异常的峰值加
候鸟从欧洲向南飞的途中在输电杆
倍，却没有明显的外部迹象证明该
塔上筑巢，造成丹吉尔周边约80%
绝缘子被损坏。
的跳闸事件和盖尼特拉周边约60% 的跳闸事件。
Photos: INMR ©
鸟类带来了运行的另一个挑战 除了少量局部重污染问题和主要集 鹳鸟触电死亡引起的断电实例。
Fsihi报告说，鹳鸟意外接触以及触
中在盖尼特拉的人为破坏的遗留问 电死亡目前是他所在地区最优先 题，有效处理大量迁徙鸟类成为摩
忧虑的问题，特别是由此引发的跳
破损的伞盘。遗憾的是，对复合绝缘 子来说，尚没有如此简单的技术，复 合绝缘子护套的配方和制造技术差 异巨大。” Fsihi认为，鉴于此，确保复合绝缘 子的检查准确可靠，要求检查团队 不仅熟悉复合绝缘子每种不同设 计的性能，而且熟练程度足以能够 正确地解释监测得到的数据。Fsihi 说，盖尼特拉的绝缘子巡视一般是 地面和登塔检查，与丹吉尔一样， 包括使用红外成像和在线电场测量 仪等设备。 他解释说， “识别出任何显示高故障 Photos: INMR ©
风险的绝缘子是我们的主要目的，这 个过程将给ONEE带来更多有关线 路上复合绝缘子的总体现场经验， 同时也增长了参与巡视的技术人员
60 kV绝缘子特殊布置示例，限制鹳鸟触电引起短路。
的知识。但是，我们不同的供货商有 不同的设计和护套材料却给这项工 作带来了更大困难，因此可能有必 要在我们解读检查结果的过程中，
表5：盖尼特拉地区安装鹳鸟防护装置的复合绝缘子串数量 2008至2012
也考虑每一个特定的供货商。” 举例来说，就在INMR采访之前，不 同厂商的几个225 kV复合绝缘子刚 被拆除，经地面巡视和电场诊断仪
2008
2009
2010
2011
2012
全部
防鹳鸟绝缘子串
178
156
85
60
57
536
额外费用/千 (欧元)
27
24
13
9
8.5
82,000
检测出有潜在的问题。其中的两个
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22 kV系统上混合型绝缘子的实例，包括60 kV系统上非常旧的瓷绝缘子。
闸率是盖尼特拉地区唯一没有达到
大多数情况下由一家当地的生产商
总的ONEE全网所有的实际信息将
ONEE总部（位于卡萨布兰卡）规定
供货。然而，仍然可以找到第一代设
构成一个无价之宝的数据库，有助
指标的原因。Fsihi说， “我们已经研
计的瓷和玻璃绝缘子在运行，即使
于未来的维护工作，也对参与制定未
究了各种应对措施防止这类事件发
是在恶劣的当地运行条件下，仍起着 来线路绝缘子规范的工程师大有帮
生，同时也保护这些鸟类。”比如，
绝缘的作用。比如卡萨布兰卡北部
助。Bardach说， “理想的情况是，这
的一些老式22 kV杆塔，标准的4片
个数据库也包括实验室研究，以及
式玻璃绝缘子是其特点，一般相当
就预期的绝缘子残余寿命问题与生
于36 kV的绝缘水平。
产厂商进行合作。这将帮助我们不
从2008年开始，额外投入资金对超 过536个复合和玻璃绝缘子串加装 了特别装置，专用于保护鹳鸟，防止 意外短路。
仅能校验将绝缘子从运行中撤除的
220 kV系统的外绝缘 与输电线一样，ONEE配电网的外绝 缘也越来越多地应用复合绝缘子，
回到ONEE总部，输电主管Bardach
决定是否适当，而且也能客观地衡
认为，通过现行的巡线检查以及对
量我们正在采用的各种诊断是否可
查到的故障进行研究，目前正在汇
靠。”
表6：盖尼特拉地区年跳闸原因总数 原因
2008
%
2009
%
2010
%
2011
%
2012
%
鹳鸟
36
56
27
29
24
31
23
24
19
18
污染
12
19
15
16
12
15
4
4.2
5
5
恶劣天气
6
9
24
25
16
2
22
23
7
7
不明原因
10
15
29
31
26
33
46
48
75
71
总计
64
95
78
95
106
百公里跳闸率
2.9
4.3
3.5
4.3
4.8
表7：盖尼特拉地区月跳闸数 原因
七月
八月
九月
十月
鹳鸟
5
10
7
5
污染
4
3
2
6
恶劣天气 不明原因
一月
二月
三月
四月
1
五月
六月
4 6
5 5
6 10
十一月 十二月
8 4
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电网面临的新挑战促使摩洛哥电力企业调整了优先应对措施
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绝
缘
子
INSULATORS
Review of Fundamentals of Insulator Selection & Specification
与绝缘子选择及规范相关 的基本原则回顾
目前，各有千秋的成熟的绝缘子技术 有三类：陶瓷绝缘子，钢化玻璃绝缘 子与复合绝缘子。由于每种绝缘子技 术都拥有各自的特点，并提供其相应 的独特 优势，为了确保 线 路和电 站 的高度可靠性以及其整个寿命期最 合理的成本，电力工程师应当对不同 40 INMR 中国
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材料绝缘子的优势和缺陷有很好的 了解。 本文由美国亚利桑那州州立大学的 Ravi S. Gorur教授所写，回顾了绝 缘子的选择方法，重点放在系统运 行电压高于700 kV AC或±500 kV DC，现在通常称为UHV。
与绝缘子选择及规范相关的基本原则回顾
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引言
几乎每隔25年，输电系统的电压等级
19世纪后期，架空输电线首次被用于
都迈上一个新的台阶。用电需求一直
北美与欧洲的电力输送，自此以来，
在不断增加，表明每一次电压等级的
输电线路所采用的电压等级一直稳步
大跳跃都是为了满足当时那一阶段的
提高。许多原因论证了电压等级的提
需求上升。
高，例如： 目前，随着至少已有几个国家的 1. 减小导线的热损耗；
1000/1200 kV AC与±800 kV DC输
2. 减少电能输送所要求的平均线路
电系统或已投入运行或正在进行规
走廊宽度； 3. 与低压输电系统相比，高压输电 系统的输电容量更大； 4. 由于需要维护的铁塔和组件数量 减少，高压输电系统可靠性更强。
划，世界正处于下一次电网电压等级 的大提高阶段。
绝缘子技术回顾 自从最早期的输电线路以来，一直采 用陶瓷与玻璃绝缘子。甚至今天，如
输电线路电压等级与早期相比有了 极大的提高。
果把整个电力系统中的各种电压都涵 当线路长度超过1000 km或者需要
盖的话，它们仍然是绝缘子的主导材
长距离地下线路时，高压直流输电系
料。并且，陶瓷也是电站中用于支持
统比交流系统更加经济合算。
多年来，电瓷的材料和制造工艺一直在不
和设备绝缘（例如护套、套管等）的
断进步。通常使用氧化铝基的陶瓷，以满
最普遍使用的材料。
足多数输电电压（230 kV及以上）所要求 的高机械强度，而含硅酸陶瓷则用于生产 较低电压等级的绝缘子。户外玻璃绝缘子 采用钢化（或预应力）玻璃，使每一个玻 璃盘都具有很高的机械强度。 复合绝缘子于二十世纪六十年代首次出 现在输电线路中，它由玻璃纤维芯棒与包 裹其上的弹性护套材料组成。现在，复合 绝缘子被应用于所有电压等级下的输电 线路上。近年来，电站中的设备套管和护 套也开始越来越普遍地使用复合绝缘，尤 其对于电压等级高于230 kV的系统。在高 电压中，无论是线路绝缘还是设备绝缘， 硅橡胶已经迅速成为套管选用的聚合物 材料。 聚合物材料中的乙丙橡胶（EPR）家族也
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被用于制造绝缘子护套，特别是在中国以 外的地区。同时，环氧材料也被用于中压 绝缘设备中，例如干式仪表变压器，自动 开关，母线支撑等，在多年的运行中一直 图一：架空输电线路系统电压等级（AC与DC）的变化历史。
表现出了优良的电气与机械性能。
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昆明附近的±800 kV试验线路。
表1列出了各种不同类型绝缘子技术的
提高时，我们无法简单地线性增加绝缘
来有一些例外，某些地方减小了复合绝
独到特性，这些特性成为了某些应用的
子长度。
缘子的泄漏距离，以充分利用硅橡胶
理想选择。表2则列举已知的每种线路
材料固有憎水性的优势。这种应用在中
绝缘子在运行中的故障原因。尽管闪络
图二显示了世界范围内不同交流电压等
压条件与污染程度不构成严重问题的
可能不必立即更换绝缘子，但是由于其
级（69 kV到765 kV不等）下，通常使用
地区可能很成功。对于超高压与特高压
会造成供电的临时中断，因此，仍将其
的标准盘形悬式陶瓷/玻璃绝缘子的单
输电系统（等于高于500 kV），中国已
归为一种绝缘子故障。
元片数。并且根据最佳组合，拟合出了
经试用多年了，并且到目前尚没有出现
1000 kV与1200 kV交流系统所需的标
问题的报道。
如何设计与选择绝缘子以实现长期安全 准形状陶瓷与玻璃绝缘子的单元片数。 稳定的运行，需要我们对绝缘子的故障
根据交流电压69 kV，单元片数5个
图三显示了电站支柱绝缘子的干弧距
机理以及实施恰当的补救措施有深入
(每片直径254 mm，泄漏距离305 mm,
离(高度）。依据图三似乎有理由推测，
的了解。
相邻片之间间隔146 mm）直接外推出
全球大多数超高压与特高压线路与变电
图二上方的虚线。
站所处区域的污染并不是主要问题，所
绝缘子尺寸的重要性
要求的爬电比距只有16 mm/kV，相当
由于受到实际的制造工艺，铁塔重量，
大部分国家都参照陶瓷绝缘子的泄漏
于IEC 60815等级1。即便如此，部分线
空间以及安装方法等限制，当电压等级
距离决定复合绝缘子的尺寸。但近年
路段和变电站可能需要建在污秽区，这
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具备固有的抗电晕、表面放电与化学侵蚀
表1：不同类型绝缘子技术的独特优点与理想的适用场合
能力。 当局部电场强度足以击穿空气时，绝缘组
绝缘子类型
独特优点
理想适用场合
电瓷
价格便宜, 原材料充足, 易于生产制造成长圆柱型
电站内支撑设备 （母线, 开关）
钢化玻璃
价格便宜, 原料充足, 伞裙破损 后仍保持机械与电气 强度，易于发现故障
盘形悬式线路绝缘子串可 靠性高, 维护简单
交界面（通常被称作三相点）的电场强度
紧凑型线路用绝缘子 (线路支柱), 污秽区域, 特 高压和超高压电站的绝缘 设备
图四绘出了干燥天气下，不同电压等级下
复合材料
高强度轻重量柔性芯棒, 护套材料具有憎水性
件将出现表面电晕。在恶劣天气条件下， 当电场强度达到15 kVrms/cm后，引发电 晕现象。在天气干燥时，空气-绝缘-电极 总是最高，并且在附近区域逐渐降低。
绝缘子的电场分布情况。图中绝缘子的 材料是陶瓷，类型是电站支柱绝缘子，尺 寸与不同厂家的目录一致。从图中可以看
表2：线路绝缘子故障的主要原因以及相关的故障模式 绝缘子类型
故障原因
故障类型
表面积污 (硅酸盐)水泥膨胀 击穿
闪络 伞盘裂隙 闪络时机械故障(铁帽与伞盘脱离)
钢化玻璃
表面积污 人为破坏
闪络 伞盘爆裂(也称为自爆)
复合材料
电晕 芯棒的化学腐蚀 沿面放电
护套损坏 脆断(机械故障),闪络 漏电起痕和电蚀损
电瓷
出，当电压低于500 kV时，由于绝缘子 表面的最高电场强度不足以引发电晕放 电，因此不需要采取特别的措施降低电 场强度。盘形悬式绝缘子每个伞盘单元 之间均有金具，使电场分布比支柱绝缘子 更加均匀。鉴于此，即使电压等级达到了 765kV，仍然很少对陶瓷或者玻璃绝缘子 串加装抑制电晕的装置。如果使用了这些 装置，其主要目的是减缓对附近无线电， 电视机以及通讯设备的干扰。 在变电站中，陶瓷绝缘子使用了电阻或者
种情况下其爬电距离将与IEC 60815
需要强调的是，爬电比距仅是众多确
半导体材料的均压装置并取得了很好的
标准中等级2或者等级3相对应。
定绝缘子污秽性能参数中的一项，其
效果，这是控制电场分布起很重要作用的
它的参数包括，伞型，伞间距，材料特
很好实例。但是，由于存在粘接剂膨胀并
图二与图三说明了，绝缘子的尺寸与
性和电场控制（其内部、外部场强）
电压等级之间并不是一个线性关系， 等。但是，爬电距离仍然是技术规范 因此，当系统电压上升时，绝缘子表
中使用最广泛的参数，因此，随时可
面电场强度将上升。考虑绝缘子尺寸
以提供任何所需要的爬电距离。
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时，主要从线路张力，净空距离以及 防雷击等方面出发，所以，较低系统
电场强度的分布与控制
电压等级下，绝缘子材料内以及表面
与套管、避雷器等设备不同的是，线
的电场强度也相对较低。因此，当绝
路与电站绝缘子在内部没有任何能
缘子材料或者设计存在某种缺陷时， 使电场均匀分布的结构。因此，如何 低压绝缘子可能不会发生太多的事
控制电场分布是关键问题，尤其对于
故，这是完全可能的。但是，在较高系
高压系统。用于电压等级等于和高于
统电压下，如果不妥善处理这些绝缘
400 kV的分裂导线系统能够部分缓
子的缺陷，其故障类型和绝缘子片数
和导线附近绝缘子端部的电场分布，
都会高得不成比例。
而陶瓷和玻璃属于天生的无机材料，
均压环附近的表面出现劣化的证明,说明 在已知的电场强度下均压环尺寸不当。
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导致瓷盘开裂的问题，这一理念对于线 路绝缘子不适用。 与陶瓷或玻璃绝缘子串相比，复合绝缘 子没有金属电极而且外形更细长，它们 的电场分布更加不呈线性，从而创建了 高电场强度的区域。而电晕放电产生的 臭氧，在与水分以及护套/芯棒材料共同 作用后，可能会生成有机酸或无机酸。 已知，复合绝缘子有多种表面劣化形 式，例如腐蚀与断裂等。如果酸性物质 侵入并与芯棒接触，可能导致漏电起痕 与芯棒脆断。鉴于上述原因，电场分布 的控制对于复合绝缘子极为重要。
图二：不同交流电压下, 标准盘形悬式玻璃或陶瓷绝缘子的单元片数。 (下方实线)：北美实际所用单元片数。(下方虚线)：根据最佳组合拟出的 1000 kV与1200 kV系统所需单元片数。(上方虚线)：基于系统电压69 kV 需要5片外推出的片数。
当外部界面出现空隙，如伞盘与护套
抗电晕，以及绝缘子外部交界面数量
力很困难而且昂贵得多，因此必须在
粘结不当，或者金具密封处有缺陷或劣
最小化是关键。
新项目的设计与选型阶段慎重考虑防
化，由于空气与复合材料的介电常数不
污闪能力的问题。
匹配，也会形成高电场强度区域。这些
图五给出了最佳空心复合套管电场分
区域因此成为潜在的电晕形成区域。
布的仿真结果，图中显示了均压环降
积污和湿润的综合作用可以引发绝
低三相连接点处电场强度的过程。从
缘子表面出现放电现象，由于绝缘
图中可以看出，距三相连接点（金具-
子多处有高场强，这可能在某些条件
绝缘材料-空气）的相同距离位置，左
下造成绝缘子闪络。污闪机理一直
图带均压环的绝缘子电压下降9%，
是深入研究的话题，但仍没有完整清
对于额定电压230 kV及以上的复合悬 式绝缘子，我们在25年前就已经意识到 加装均压环的必要性。事实上，现在多 数绝缘子生产厂家推荐甚至在电压 115 kV的悬式绝缘子上加装均压环。均 压环减小三相连接点（金具-绝缘材料-
而不带均压环的绝缘子则下降28%， 晰的解释。 差距达3倍。 通常，我们采用爬电距离更长的陶
抗击污秽
瓷与玻璃绝缘子改善其耐污闪性
高至230 kV以上的绝缘子在高压端使
户外绝缘子的性能很大程度上取决
能。IEC 60815给出了适用于不同污秽
用1个均压环。高于230 kV的绝缘子则
于它们在潮湿或者积污环境下的表
地区陶瓷与玻璃绝缘子泄漏距离的导
要求在高压端与接地端同时加装均压
现。这是基于下列事实：正是在上述
则。对于最高至500 kV交流系统，规
环，其中高压端均压环直径通常稍大。
条件下，运行在额定电压下的绝缘子 定在污秽运行区域增大泄漏距离相
并且，系统电压等级越高，所要求的均
最易出现闪络。陶瓷与玻璃绝缘子
压环尺寸越大。
均是亲水性材料，凭借着适当的泄
空气）及两端金具附近的电场强度。最
尚没有均压环设计的标准，因此，不同
当有效。
漏距离与伞形结构确保其良好的绝
但是，对于应用于特高压输电系统的
缘表现。
绝缘子，仅增长泄漏距离并非总是可
厂家的均压环标准各不相同。在实验室
行的或并非总能非常有效地阻止闪
试验中，通常使用电晕相机验证均压环
而对于硅橡胶复合绝缘子，除了泄
的设计效果，同时通过计算机仿真计算
络。图六显示了一支电站支柱陶瓷绝
漏距离与伞形结构之外，材料固有的
出电场强度以优化均压环的尺寸。除了
缘子的电场分布。在仿真时，假设伞
憎水性增强了保护功能，防止污闪发
正确设计均压环以外，护套材料足以抵
盘的上表面湿润下表面干燥，雨水电
生。对于已建成线路，提高防污闪能
导率为20 µS/cm。
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当局部电场强度超过8 kV/cm，伞裙间可 能出现流注放电。除了空气-绝缘-导体三 相连接点之外，伞裙边缘处电场强度也很 高，在伞裙间形成电弧。这种放电可能在 绝缘子上大部分区域发生，电弧也将跃过 大部分的泄漏距离。这样，即使在通常要 求污闪电压较低的轻微污秽条件（ESDD 较低）下，仍可能造成闪络。
图三：不同交流电压等级下，电站支柱绝缘子的高度（干弧距离）。 (下方实线)：北美采用的干弧距离。(下方虚线)：根据最佳组合拟合出的 1000 kV与1200 kV电站支柱绝缘子高度。(上方虚线)：依据69kV系统绘制 的干弧距离曲线外推。
为了增强UHV玻璃/陶瓷绝缘子在湿润污 秽条件下的耐污闪能力，一种方法是在其 表面涂覆憎水性材料，例如RTV硅橡胶。 在对图六中绝缘子涂覆RTV后，其电场分 布如图七所示。由于硅橡胶材料的憎水 性，在图七中可以看到，绝缘子的沿面电 场强度明显下降，从而最小化湿润条件下 伞裙间的放电。当然，上述情况下，复合
Corona initiation threshold
绝缘子也是可选方案。
状态监测 输电线路对于电网的可靠运行以及避免 断电导致巨大经济损失至关重要，因此， 必须定期监测绝缘子，理想的情况是，应 当可以在线监测。在绝缘子的选型中，尤 图四：干燥天气下，沿着电站支柱绝缘子最顶部的电场分布情况。图中， 横轴代表整支绝缘子（pu），pu=0表示高压端，pu=1表示接地端。
其是超高压与特高压，综合考虑下列因素 起很大的作用：便于检测缺陷或损伤部分 和在线更换。检测故障陶瓷和复合绝缘 子要求使用相当复杂的工具（详见56页 文章）。而相比之下，损坏的玻璃绝缘子 通常爆裂，通过肉眼可以看到缺失的玻璃 伞盘，钢化玻璃绝缘子的状态诊断相对 简单。 表3总结了目前可用的各种状态监测手 段。以钢化玻璃绝缘子的维护费用为基 准，大致给出了瓷和复合绝缘子的在线监 测与维护费用。实际的监测与维护费用视 绝缘子的质量和设计以及其它因素而定，
图五：带均压环的空心复合绝缘子(伞裙未标出)的电场分布情况, 端部 金具以及中间导体为100%或1个单位电压。观察距三相连接点 (金具-绝缘材料-空气) 同样距离的位置的电压, 左图加装均压环的绝缘 子电压下降9%(从1降至0.91)，而右图未加均压环的绝缘子则下降 28%(从1降至0.72）。
如线路位置以及线路的关键程度等。 表4列出了已劣化的绝缘子的残留特性。 电瓷绝缘子伞盘的劣化可能表现为击穿 或出现裂口。瓷绝缘子机械强度的降低是
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不可预测的，而且根据劣化程度不同差 异巨大。闪络发生时，电弧将通过伞盘 的外表面而进入受损的内部，从而导致 绝缘材料与其它硬件分离。 对于复合绝缘子，我们无法从外观上看 到玻璃纤维芯棒的损伤（起因于漏电起 痕或者脆断造成玻璃纤维断裂），也不 可预测其机械与电气强度丧失。当需要 更换损坏的绝缘子和零件时，三种可选 绝缘子技术的紧急程度有很大不同。 由于高场强引发流注放电，在特高压系统中，仅依靠泄漏距离无法阻 止所有闪络。
技术规范 由于详细的材料配方与工艺通常是制造 厂商的机密，绝缘子用户必须依靠经过 精心准备的技术规范，以确保令人满意 的运行效果。技术规范通常引用不同的 行业标准。这些标准列出了一系列试验 和规定，全新状态下的绝缘子必须满足 这些试验和规定的要求。由于绝缘子的 劣化程度以及故障模式由许多因素决 定，并且尚没有完全被理解，因此，无法 预测全新绝缘子的运行寿命，也无法预 测故障发生前的临界状态。
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图六：765 kV交流电站支柱绝缘子的电场强度分布，伞盘上表面 湿润，下表面干燥。横轴代表整支绝缘子（pu），pu=0表示高压 端，pu=1表示接地端。
雨淋条件下，积污陶瓷绝缘子下部伞裙 的放电活动。
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图七：765 kV交流有RTV涂层的瓷绝缘子电场分布，横轴代表整支绝 缘子（pu），pu=0表示高压端，pu=1表示接地端。
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对于复合绝缘子，ANSI C29.11，C29.7, IEC 61109，IEC 61462，CSA 411.4是 相关国际标准，论及了与运行性能有关 的问题。由于目前尚没有评定悬式绝 缘子抗脆断能力的试验，一些供电公 司依据CIGRE工作组的研究成果，包含 了一项抗脆断试验。同样，也可以加强 ANSI C29.17电晕试验，以确保试验电 压达到115%额定电压时，绝缘子不会 出现任何电晕现象。
新疆乌北变电站涂覆RTV的陶瓷绝缘子。
还必须考虑到，如果绝缘子运行在高 海拔地区，电晕的起始电压随之下降， 因此必须在相关试验中通过按比例施 加更高的电压引入一个参数。国际大 电网会议D1研究委员会的D1-14工作 组已经起草了一份评价重要护套特性 的技术文件，内容包括耐电晕，憎水性 迁移，耐紫外线，耐火性等。 一些生产厂家在产品设计中，也遵循 并使用了高于标准规定的更严格的规 范。例如，标准的芯棒材料无孔试验使 用品红进行渗透实验，但是一些绝缘 子生产商要求采用比品红更为敏感的
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染料。又如，采用无硼玻璃纤维芯棒， 用肉眼很容易观察到爆裂的玻璃伞盘。
它比标准要求的无碱玻璃纤维芯棒具 有更强的抗脆断能力。
行业定期更新标准，以体现最新的研
用于严格检验块状材料和内部交界面
究成果与实践经验，但是这是一个非常
的绝缘特性，将该项试验列入规范中
缓慢的过程。业内人士一致认为，产品
是值得的。
质量仅达到边际合格指标的绝缘子仍 然能通过大部分现行的实验，但遗憾的
北美的一些供电公司根据长期运行
是，这些产品可能正是在运行中发生永
经验修改了下列项目的验收标准：机
久性故障的绝缘子。
械热特性、机械破坏负荷以及残留强 度试验，确保只有高质量的绝缘子才
为了努力提高绝缘子质量，几家电力公 能通过试验。另外一个实例也说明了
材料特性 世界上有许多电瓷绝缘子生产厂家。 因此，可以预料，不同厂家生产的电瓷 绝缘子长期运行表现差别很大。电瓷 是一种由不同粒度、气孔以及许多内 部颗粒交界面组成的复合体。含杂质 的材料中的电场强度高于实心的绝缘 材料。不同生产厂家采用的电瓷原料 以及烧结方法也大不相同，也取决于
司已经采取措施，增加更多的实验或
采用更严格规范降低了故障，提高了
者提高实验的通过标准要求。针对悬
可靠性的，即修改了ANSI标准中的硅
式陶瓷与玻璃绝缘子，尽管IEC 61211
酸盐水泥膨胀试验，将原来通过实验
中含有陡波实验，ANSI标准中却没有
的上限值0.8%降低至0.12%（ASTM
剂对复合绝缘子的长期运行性能也很
要求做该项试验。但是由于陡坡实验
C151-84）。
关键。
从地下开采出来的矿物质的纯度(参见 50页的文章)。连接瓷件与附件的粘接
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需要强调的是,爬电
表3：用于绝缘子状态监测的方法汇总 运行条件
钢化玻璃
电瓷
复合
线路带电
外观检查
外观检查 光学测量 电场测量 嗡嗡声实验 超声波测量
外观检查 光学测量 电场测量 超声波测量
线路 不带电
外观检查
高阻表 电阻测量 外观检查
外观检查
距,材料类型与电场
是否需 天气干燥
否
是
是
控制也对绝缘子的
美国的 维护费用
1美元/km(基准值)
15美元/km
26美元/km
比距仅是众多决定 污秽条件下绝缘子 性能参数中的一项, 除此之外, 伞型, 伞间
运行产生影响。
由于多年来一直使用陶瓷，人们对陶瓷
表4：受损绝缘子或含有损坏伞裙绝缘子串的残留特性 特性类型
钢化玻璃
电瓷
复合
机械
超过额定值80%
额定0-100%均有 可能，无法预计
额定0-100%均有 可能，无法预计
电气
电弧从完好表面通 过 （熄灭）
电弧进入并可能造 成绝缘材料与金具 分离
无法预计
发展为致 命缺陷的 风险
没有
非常紧急
非常紧急
维护措施
不紧急
紧急
紧急
配方和生产工艺的许多方面已经有了 很详细的了解。表5总结了对绝缘子性 能有重要影响的材料的特性，可以在 实验室中使用标准仪器和分析技术对 其进行验证。 与陶瓷绝缘子相比，钢化玻璃绝缘子 的绝缘特性分布更为均匀，并且从本质 上，可以将玻璃绝缘子等效为超级过冷
及表面放电造成的劣化可以开辟出一
美国太平洋联线±500 kV线路段使
液体。因玻璃绝缘子耐击穿强度高于传
条通往绝缘子芯棒的通路，那么绝缘
用硅橡胶复合绝缘子取代陶瓷绝缘子
统陶瓷绝缘子数倍。通常采用铝土型作
子出现故障只是时间的问题。
后，复合绝缘子已经被使用并成功运
为玻璃绝缘子的粘接剂。
行多年了。由于该区域相当干旱，缺乏
高压直流绝缘子
天然自清洗能力，露和雾导致空气中
在中国和世界其它地方有许多不同的复
早期运行经验中的直流系统特有的
的污秽与凝露共同作用，致使线路中
合绝缘子生产厂家，已知绝缘子的产品
离子迁移问题使人们认识到，与使用
质量和运行性能差异巨大。所采用的材
在交流线路上的陶瓷与玻璃绝缘子相
料配方、制造工艺也不同。
比，直流线路的陶瓷和玻璃绝缘子必 须具有更高的纯度（更高的电阻）。此
的陶瓷绝缘子串发生多次闪络，因此 需要频繁对绝缘子进行清洗。 在地处有污秽问题的直流变电站中， 越来越倾向于采用在现有的陶瓷绝
简言之，公平地说，复合绝缘子的性能
外，直流绝缘子还要求在钢脚区域加
完全取决于护套材料、金具以及密封技
装锌牺牲阳极，以保护绝缘子免受电
者RTV硅橡胶。但是由于使用寿命终
术对玻璃纤维芯棒的保护能力。电晕以
化学腐蚀的侵害。
结时将带来除去和妥善处理硅脂的
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缘子上涂覆憎水性材料，例如硅脂或
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表5：影响陶瓷绝缘子质量的材料特性汇总 特性
简介与影响
正面表现
多孔性
多孔性是指材料内部存在气 孔,压力将集中作用在气孔处, 降低材料的机械与电气强度。 材料成分恰当并采用正确方法 烧结的瓷体的气孔很低, 因为 烧结过程中消除气孔, 从而形 成高密度和高强度产品。
气孔分布均匀，且材料气孔 低。
多孔性高、结块或存在连续的 气孔。
细微结构缺陷
在压力作用下, 材料内部出现 细微结构缺陷, 从而降低电气 与机械强度。
无细微结构缺陷存在。
材料内有细微的裂隙。
结构相
石英-由于残留的石英能够 引起内部压力与裂隙, 因此 它降低材料的强度。在冷却 过程中,当温度为573摄氏度 时，α-石英将转化为β-石 英，并收缩使体积减少2%。 收缩产生的压力足以造成材料 内部的裂隙。开裂的严重程度 取决于冷却速度与石英颗粒大 小。石英晶体为25µm时，含 硅酸陶瓷强度最高。
低石英残余量
石英残余量大并含有大粒度石 英晶体, 在石英晶体周围可观察 到裂隙。
刚玉(α-AL2O3) - 与石英相比, 刚玉具有更高的杨氏模量,因 此其机械强度更高。在冷却 过程中, 刚玉也不会发生体积 变化。
高含量的圆柱刚玉晶体，当晶 体在4-9µm之间时，其机械强 度更高。
大颗粒的有尖锐锋利棱角的刚 玉晶体, 成团的刚玉晶体造成 压力集中从而有损材料的机械 强度。
莫来石-莫来石为陶瓷烧制过 程中的高温产物，一次莫来石 (2Al2O3:1SiO2 or 2:1)形成温度 较低，为多鳞晶体状。二次莫 来石(3Al2O3:2SiO2 or 3:2)为狭 长的针状晶体，在烧结过程的 后半段产生。
适当含量与尺寸的针状莫来石 能够有效地提高材料强度, 这 是因为二次针状莫来石之间彼 此交错, 结构较为稳定。
在更高温下形成的粗糙针状大 块莫来石彼此之间契合不佳, 降低材料强度。
问题，因此，目前涂覆RTV成为了首选。即便在某些污染不
负面表现
极高电压等级遇到的高电场强度加剧了绝缘材料的劣化，并
构成的问题的地区，在雨水条件下，陶瓷穿墙套管也由于不 且其劣化模式极少在过去低压系统中出现。因此，需要依靠 均匀受潮而发生闪络。采用在套管上（户外侧）涂覆RTV硅
用户自己确保用于绝缘子选型的各种标准在技术上的可靠
橡胶涂料很好地解决了这个问题。目前，上述应用中的硅
的。尽管我们能够从标准中获得一些帮助，但是过去的运行
橡胶护套干式设备套管已经面世。
经验告诉我们，满足了标准的要求并不能保障长期安全运 行。由于修改标准是一项既耗时又具挑战的工作，最好的途
总结 目前，很多厂家生产用于交流与直流系统的陶瓷、钢化玻璃 和复合绝缘子。但是，早期线路建设的高峰时期却没有这 么‘奢侈’的众多生产厂家。
径是，用户强制采用更为严格的验收标准以确保只选择高品 质产品。也建议评估潜在供货商生产的绝缘子的运行经验和 产品的运行历史。
与绝缘子选择及规范相关的基本原则回顾
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绝
缘
子
INSULATORS
Raw Materials Play Role in Performance of Electrical Porcelain
原材料对 电瓷性能 发挥的作用 做为卓越的绝缘材料, 陶瓷一个 世纪以来一直用于无数的架空线 路和变电站中, 这一点已经为大 多数电力工程师所熟知。然而， 人们知之甚少的是, 电瓷性能的 优劣不仅取决于精确控制的制造 工艺, 而且同样取决于制成陶瓷 坯体的原材料。认为陶瓷的原材 料不过与 '普通泥土' 无异的看法 非常司空见惯, 但事实上, 从土壤 中将其提取的瞬间起, 原材料的 成分和物理参数就必须严格监管 和监控。 INMR采访了法国Imerys(英格瓷) 公司的专家, Imerys公司是矿业 巨头, 也是世界专用原材料的主 要供应商之一, 其中包括陶瓷绝 缘子行业专用球粘土, 了解原材 料所发挥的重要作用。
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球磨(上图)是将原材料混合为均匀含水泥浆。经过榨泥机制 成泥饼(中图), 在真空练泥机中将空气从浆料中去除, 得到理 想的电气和加工特性(下图)。
已知陶瓷具有非同寻常的使用寿命，陶瓷起源唯一恰当的 推算也许当属远古时期。确实，构成陶瓷体主要部分的球 粘土，是从大约4千5百万年前，地球始新世时期起一直运 动着的自然力作用的结果。数千年以来，富含高岭土的岩 石沉积物从山丘上被冲刷下来，并且被沿海三角洲等地区 截留并沉积和堆积于地下，等待着人们的发现和提取。
原材料对电瓷性能发挥的作用
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谈到用于高压线路和设备绝 缘子的电瓷，对球粘土的属 性要求通常非常苛刻。 多赛特(Dorset)球粘土石场。
Neil Mifflin是技术经理，负责位于多塞特县(Dorset)
的重要性。其它的关键参数是细粒度和低残留物含
英国球粘土运营的质量控制实验室。他说，能够汇集
量。具有上述特性后，就能够使其成型为很大的单
所有天然条件的区域在世界上相当罕见，造成高品质
件而不产生变形，而且在随后的窑中烧结时释放出
球粘土沉积稀缺。但是，位于英格兰南部的这一地区长
零气体，避免有可能导致陶瓷体内产生气孔。
期以来以出产富含陶瓷行业应用的理想性能的球粘土 而闻名。事实上，早在罗马时期该地区就被开采，18世
此外，这些性能在所有批次中还必须保持一
纪期间崛起并成为陶瓷生产和技术的先驱之一，乔舒
致。Mifflin说， “对用户而言，最重要的因素是球粘
亚•威基伍德（Josiah Wedgwood）公司的原材料供
土的所有关键参数保持一致。这就是为什么我们在
货商。术语“球粘土”也显然有其历史根源，起初这种
粘土的每一个加工步骤中都必须进行质量控制，无
可锻铸的材料是以小立方块的形状出售，继而经过处
论是开采期间还是随后的加工期间。”
理后逐渐变成了球形。 基于这种考虑，供应某种陶瓷应用的采石场可能并 谈到用于高压线路和设备绝缘子的电瓷，对球粘土的
非是其它类别陶瓷应用的理想原料产地，这是很正
属性要求通常非常苛刻。其中最重要的是高强度、高塑
常的。Mifflin说，彭宁顿矿井 (Povington Pit) 非常
性以及良好的干燥性，最低的有机物含量。采用传统
适合并且满足了电瓷以及耐火材料和瓷砖的特殊要
的湿法陶瓷工艺中，大多数生产周期取决于相对高湿
求，而位于德文郡（Devon）附近的Imerys采石场，
度的‘泥坯’体需要多长时间能达到干燥到成型和随后
则供应主要用于卫生洁具和日用陶瓷的球粘土。
烧结的程度，考虑到这一点便能更好地理解优良干燥 Eugen Alexa负责销售Imerys公司用于全球陶瓷绝 缘子行业的原材料。他说，陶瓷具有高机械强度和 介电性能，加上对环境的良好惰性，这些特性使其 长期以来是首选的电气绝缘材料。Eugen Alexa解 释说，但是，电瓷的特定成分可以有很大不同，视其 应用不同而定，陶瓷有多种类别，包括C110，C111, C112，C120，C130和C140。
“对用户而言，最重要的 Photos: INMR ©
因素是球粘土的所有关键 用于变电站关键组件的陶瓷，例如断路器，必须具有均 匀的高机械强度。
参数始终保持不变。”
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表1：按照陶瓷绝缘子类型分类的 原材料典型比例* C110
C120
C130
球粘土
30
30
30
高岭土
20
10
10
长石
25
20
25
石英
25
20
–
氧化铝
–
20
35
材料
* 重量百分比。
开采电瓷用球粘土时，要求机器操作人员必须作出从现 场的哪一层进行提取的计划，以便确保后续加工用的材 料保持始终如一的高质量。
C110主要是富含SiO 2的氧化硅粘土，而C112含有方石
填充剂（目的是提高特性，如增强机械强度）。此外，还
英(具有不同晶体结构的一种SiO 2变体）。最常用于中压
使用包括水和添加剂（例如粘结剂）在内的各种辅助材
和高压绝缘子的是C110，C120和C130，后面两种富含
料促进加工，这些辅料在高达1300°C的窑炉燃烧温度
氧化铝(Al2O 3)。
下都将被烧掉。
Alexa说， “通常，陶瓷体是按照严格的配方进行制备， 陶瓷绝缘子成型的关键原材料成分是球粘土和高岭土。 配方折中了不同成分的相对含量，以满足诸如使用寿命 球粘土被视为其中最关键的，同时也是最难得的资源， 长、易于生产，或者低成本和优性能兼备等目标。”陶瓷 如果性能稍有差异，可以导致生产期间的一系列问题。 体的典型配比将含有不同比例的球粘土、高岭土（用于
例如，球粘土的可塑性应该高于高岭土，这是因为球粘
提高‘泥坯’强度和可塑性，便于加工）、长石（有助于在 土的化学结构更为复杂，横截面的粒度仅有约2微米。 窑体中烧结的熔剂）和如石英、氧化铝或熟矾土之类的
同时，碳含量必须很低并且具有良好的干燥性能。
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'泥坯' 状态陶瓷成型需要具有高的可塑性，而要达到所有理想的最终特性则取决于在窑炉中达到完全陶瓷化。
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与球粘土一样，高岭土也是经过数百万年自然 形成的，粒度通常较大，但是受到诸如金属氧 化物等有害材料的污染较低。理想情况下，它必 须具有始终如一的高含量氧化铝，低含量游离 石英，粒度分布保持在狭窄的规定范围内。据 称，Imerys是世界上高岭土提取和应用的领军公 司，原料来源的矿产远至巴西、法国、新西兰、泰 国、乌克兰、英国和美国。 除了这些主要成分以外，长石（主要是富含钾的砾 石）在降低陶瓷体的烧成温度中起着很重要的作 用。因为有助于降低热塑性，建议使用富含硝酸 钾的长石，从而使沉重的陶瓷物件在关键的烧结 过程中也能够承受其本身的重量。长石的氧化钠 必须很低才能担当这一重任。
Povington矿井开采球粘土经历了长时间的计划，从测绘 储量到开采后将土地恢复原状。
最后一点，陶瓷体中还含有填充剂，例如煅烧的 氧化铝，通常是配方中最昂贵的，或使用费用较低 的石英取而代之，这两种填料的目的都是增加烧 结强度和抗弯强度。通常，原料的氧化铝含量越 高，则高岭土的含量将成比例地下降（见表1）。
釉料通常在球磨机或环缝磨机中制备，加入水和各种 成分，诸如石英、长石、白云石、高岭土和锆石等。也加 入一些氧化铁上色，以及化学物，如粘接剂和凝聚剂。 然后，使用磁铁通过筛分工艺清除任何金属杂质。上釉 使陶瓷表面光滑无孔，风力和雨水容易将污秽物清除， 最小化大气中的污秽物附着在表面。此外，釉在陶瓷体 上产生轻微的压缩力，提高绝缘子的整体机械强度。
Alexa说，在评价了所有这些不同原材料以后， 已知随后的干燥和烧结中将受到约束，我们的主 要目标是在此之前达到最佳的配比，确保陶瓷体 在尚未烧结的‘泥坯’状态时就具有足够的可塑 性以及和易性。另一个重要因素是实现瓷件与釉 质面之间良好的热膨胀配合。还有另一种特殊成 分，其主要功能是起保护作用，并把绝缘子的最 终机械强度提高高达百分之三十。
Imerys公司位于Dorset矿的专家评述，提取和控制这 类原材料的过程远比人们想像的复杂。例如，就球粘土 来说，探明其储量，然后制定计划进行开采通常需要数
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十年，而不是数年。钻孔深达约50处进入未开采区域，
开采的球粘土被粉碎成碎块，然后在仓中混合加工，确保陶瓷产品的参数始终如一。
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"我们服务的陶瓷 绝缘子行业要求材料 始终一致, 所以, 我们 这一行业的关键是保持 产品的一致性。" 钻取芯样在实验室中评估其特性。矿井操作人员绘制 代表储量的精确三维图，示出不同类型粘土的位置和 深度。此外，在诸如英国这样的地方，就开采结束后如 何将采矿场恢复到开采之前的状态，公众机构要求一 份详细的方案，所以，制定的计划必须持续到开采之后 的善后恢复。因此，一方面从矿井中开采的材料中仅提 取出需要的部分，而另一方面，从中赚取‘小费’之后， 仍需要继续将剩余的无用材料进行随后的回填，所以， 总存在两者之间平衡的问题。 同样，提取并破碎之后仔细分析所有的粘土，确保其成 分和性能保持一致。分析过程包括在每一个材料样品 上贴上带有编号的标签，干燥之后磨成粉，然后测试。 例如，测量的主要参数中包括表面积和化学成分。湿度
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含量8％的预制盘形样品用于焙烧试验，也做断裂模数 试验，包括3－点弯曲试验，评定机械强度。 David Heys是位于Devon附近资质优良的陶瓷技术中 心的陶瓷科学家。他说， “我们服务的陶瓷行业要求材 料始终一致，所以，我们这一行业的关键是保持产品的 一致性。从我们的矿井中开采出的材料成分是恒定的， 从这一点来看我们是幸运的，但尽管如此，我们仍然持 续不断地需要地质专家确认球粘土的实际成分，并且知 晓出现的任何变异。”Heys强调说，在这方面，连续不 断的测试和开采计划两者都是必不可少的。 Imerys陶瓷公司的技术经理Alexandre Sevagen对这 一观点有同感。他解释说， “我们尽力找出关键所在, 并 据此设计我们的产品。就电瓷来说，粘土具有较高塑性 意味着产品更佳，又因为矿井中每一层土的质量不同, 我们必须先分层提取，然后混合，以达到一致性的要 求。事实上，计划制定为20年不仅是为了确保我们随时 有对路的产品供应给客户，而且始终处在开发新产品的 状态。"
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矿井不同区域的球粘土样品被挂上标签, 干燥并磨成粉, 使用N2吸收法和X射线荧光分析法测量表面积, 鉴定成分的相对含量。
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试 维验 护
TESTING MAINTENANCE
Comparison of Methodologies to Detect Damaged Composite Insulators
故障复合绝缘子 诊断方法的比较研究 近年来，随着挂网运行的复合绝缘子的比例呈螺旋上升，监 测并发现复合绝缘子致命缺陷（特别是内部缺陷）的精确方 法凸显了最为重要的作用。复合绝缘子的严重缺陷除了显而 易见地影响电网的稳定性以外，为了确保维护人员的安全， 带电作业之前评估并确保复合绝缘子运行状态安全可靠也 同样很重要。 遗憾的是，到目前为止，尚无一种单一的诊断技术能够识别 出复合绝缘子可能存在的所有缺陷类型。所以，在实际生产 中，我们通常需要采用多种方法与设备来监测它们。其中， 在各类诊断方法中，供电公司最感兴趣的是在线监测手段， 这些手段可以在带电状态下监测复合绝缘子的运行状态。 近年来，CIGRE工作小组B2.03（现已解散）和IEEE 15.09.04.01 均致力于出台一套新的、体现现代技术水平 的、综合各种诊断技术的复合绝缘子监测方法。本文由 INMR 2012年度Claude de Tourreil电力绝缘子领域终身 成就纪念奖获得者、来自瑞典STRI公司的Igor Gutman撰 写，论述了目前可供选择的复合绝缘子监测手段。
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故障复合绝缘子诊断方法的比较研究
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图中的绝缘子取自加拿大西部输电线路, 仅用外观检查明显发现的两类复合绝缘子缺陷。
外观检查
可以快速地进行定位与分析。一些现场缺陷照片如图二
目前，外观检查仍然是最常用的监测复合绝缘子运行状
所示。
态的技术手段。通过登塔检查、直升机巡线或者升降机 用望远镜观测等方法，能够轻易地发现多种类型的复合
为了确保外观检查的准确性，检查人员作业时需尽可能
绝缘子的表面损伤，因此，这种检查技术通常效率很高。 靠近复合绝缘子，或者使用高倍望远镜进行观察。 截至目前，已有一定数量的外观检查指导手册面世。它们
仪器诊断
详尽描述了一些典型的故障类型，并提供精选的照片，图
直升机搭载红外热像仪巡线是一种常用的检查输电线路
示典型的故障类型，从而有效地帮助维护人员进行日常
连接部件运行状况的检测方法。因此，与此同时也检查复
的维护。
合绝缘子看来是合乎情理的。事实上，运行经验表明，相 对于其它方法：例如紫外、超声或电场检测而言，红外检
在外观检查的过程中，电力部门维护人员必须对整支绝
测出的复合绝缘子早期缺陷的比例更高。
缘子进行检查，为了便于检查，人们将复合绝缘子设计为 在过去几年中，几家电力公司参与并投资进行了广泛的
的文字说明，这样，对于任何肉眼可见的老化与损害，都
研究，并且将实验室以及现场运行中复合绝缘子的检查
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按功能进行区域划分（图一），并且提供了侧视图和相关
图一：用以帮助检查人员外观检查的 复合绝缘子设计简图。
图二：几种常见的可以使用肉眼检测到的 复合绝缘子缺陷。
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结果和已知的内部缺陷进行综合，从而制定出了直升 机红外巡线的操作导则，并随后被瑞典、挪威、美国和 日本在实际运行条件下得以验证。然而，目前仍需要继 续收集更多的现场数据，因此，导则建议：一旦绝缘子 出现内部温升，应当立即对其进行更换，并将其解剖， 以分析内部缺陷的程度。 另一个实验也验证了红外监测的有效作用：对39只含人 用于复合绝缘子诊断的直升机巡线装置。
为缺陷的复合绝缘子施加操作冲击电压，通过红外热像 仪观察，有11只复合绝缘子温度升高，施加正操作冲击 电压对其进行的随后诊断证实，这11只发热的复合绝缘 子中，大部分都损坏了（图三）。而未出现温升的22只复 合绝缘子均通过了正操作冲击电压实验。根据此次实验 结果得出的结论是，对于特定类型的复合绝缘子缺陷， 红外检测优于外观检查或其它检测方法。 此外，即使在寒冷和大风天气中，也表明直升机载红外 成像设备对复合绝缘子进行监测很有效。这一结论与 Kinectrics公司所做的含缺陷绝缘子的实验相吻合， 图四（左）显示了加拿大多伦多Kinectrics公司的这项
图三：含人为缺陷操作冲击实验的 复合绝缘子评定结果。
实验。电晕摄像机以及图像增强器基本上无法发现这 类内部缺陷，但是，它们的异常发热却在红外设备的监 测下无所遁形。 但是，红外监测实验的结果并非总是相同一致的。造 成这种不一致的一种解释是：红外监测是否能成功地 检测出内部缺陷可能与试验的特定缺陷类型不同有 关，造成了红外监测结果的差异。例如，在某些实验 中，所模拟的人为缺陷为导电、半导电的通路或者水分
图四：人为制造内部缺陷, 用于评定红外检测方法的有效 性(左图：漏电蚀痕，右图：含去离子水沟槽)。
的侵入（图四，右），但是在另一些试验中，研究人员则 人为地在芯棒上制造裂痕，或者在芯棒与护套交界面 上制造一个含有去离子水的沟槽。此外，还有实验者将 半导电的RTV材料置于芯棒和护套的交界面上。 使用红外成像仪可以在约30m外清楚地发现上述类型 的人为缺陷，其温升在2℃到40℃之间，取决于缺陷的 类型。而在另外的研究中，研究者在潮湿环境下，复合 绝缘子制造过程中使用5-10mA电流在未刷偶联剂的 芯棒表面烧蚀出一条蚀痕，在实验室中，这类缺陷也能 很容易通过红外手段被发现，但是其温升约为8℃。
图五：清晰可见的外表面裂痕, 源于人为内部半导电缺 陷, 运行约2年之后的复合绝缘子。
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从原理上说，但凡缺陷隐藏在绝缘子内部并且出现了 异常发热，红外检测手段可以被视为最有效的诊断方
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法。但是，一旦内部缺陷已经发展到绝缘子外表面并且 photo courtesy Wallace Vosloo, Eskom
出现电晕放电现象（图五），紫外检测手段则是首选。
光学放大设备 夜间监测 使用图像增强系统在夜间观察绝缘子（通常，进光量等 于或大于20,000X）能够发现其表面的放电或者电晕 现象。但是，由于电力企业更希望在白天对绝缘子进行 测试，因此需要对这些监测设备进行改进。后来市场 上出现了可在白天使用的紫外仪，或更简便的白天或
图六：原用于观察动物与鸟类活动的、可在白天与夜晚 同时使用的相机, 这种相机捕捉到的放电现象 (照片承蒙 Eskom公司Wallace Vosloo提供)。
夜晚均可使用的商用相机，用于监测复合绝缘子。 最近，南非的电力企业Eskom使用一种原本用于观察 动物的相机来探测绝缘子的放电现象，这种相机装备 了动态的红外探头与自动触发装置，因此，也可以用于 调查由于鸟类活动引发的电网故障（图六）。
日间监测（紫外） 日用紫外仪在白天和夜晚均可识别复合绝缘子的电晕 放电现象，该相机能够将阳光屏蔽，然后把电晕图像与
图七：日间紫外仪的工作原理。
物体图像进行合成。尽管日光下可以观察到电晕放电， 但是，如果不具备将电晕图像与受损绝缘子相叠加的 能力，则不可能对电晕的具体位置进行定位。日用紫外 仪使用紫外分光器，采用双光谱成像，将拍摄的图像分 成两幅，一幅通过日光过滤器进入图像增强器与电荷 耦合器CCD中，另一幅则直接成像，最后将两幅合成输 出，使图像上电晕的位置与其真实位置完全一致。使用 此种紫外仪得到的图片能够使维护人员确定电晕放电 的准确位置并采取正确的行动（参见图八）。
紫外-红外监测（多功能相机） 多功能相机能够同时研究可视、红外与紫外光谱区域 内的电磁辐射，除了轻便（2.6kg）与可随身携带之外， 这种相机的主要优点是能够将紫外与普通拍摄或者红
图八：使用日间 紫外仪拍摄的 电晕图片。
外与紫外拍摄手段相结合，这种多功能相机的主体类 似于普通的摄像机（参见图九左图），并配置有3个可 以分别接受红外、紫外与可见光的2D光学传感器，以 及控制器件和镜片。记录下来的信号经处理之后将以 照片或者影像的形式呈现出来。在拍摄过程中，紫外与 肉眼可见光信号从一个通道进入相机，并利用紫外分 光器件将紫外光与可见光信号分离，而红外光信号则 从另一个孔进入相机。为了保证所需的高放大倍数，目 标频谱以外的光将被过滤掉。
图九：多功能相机 (UV/IR) 外观 (左图)与其工作原理(右图)。
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表1：运 行 中 实 际 采 用 的 可 供 选 择 诊断方法
STRI公司在瑞典进行的现场实验已经证实了这种多功 能相机具备的实用能力，由此可以得出，这种多功能相 机显然是便捷的工具，通过放出的紫外辐射能够帮助 维护人员识别出引发电晕的绝缘子缺陷。与此同时，红
诊断方法
地面
升降车
登塔
空中
肉眼
适用
适用
适用
适用
红外
适用
适用
适用
适用
鉴于直升机巡线可能需要更灵敏的技术手段，建议这
紫外
适用
适用
适用
适用
种相机主要用于地面监测（例如变电站的监测）。
电场
不适用
不适用
适用
不适用
外通道可以识别造成异常温升的绝缘子缺陷。
电场监测 复合绝缘子在挂网运行时，一旦出现电气缺陷，其缺 陷附近的电场分布将发生变化。据此设计了一种便携 的、由人工操作的电场检测仪器，对复合绝缘子进行 在线监测。由于复合绝缘子缺陷区域附近的电场强度 往往会出现明显的下降，因此可以采用这种仪器分析 沿绝缘子表面的轴向交流电场来探明缺陷。仪器通过 一个带探针的U型模块来测量与记录电场数据。 图十：使用多功能相机所 拍摄的图像, 左上图：瓷件 附近存在裂纹的盘形悬式 绝缘子，右上图：紫外照 片, 左下图：红外照片。
STRI公司所做的实验表明，使用电场检测手段可以识 别出大多数绝缘子金具区域出现的缺陷，其有效性与 紫外检测手段类似。此外，电场检测也是唯一的一种 可以清晰诊断‘悬浮电位’缺陷（如绝缘子中部受潮） 的检测方法。但是，由于电晕环的存在阻挡了电场检 测探针的靠近，使用电场检测设备无法检测金具附近 的细微缺陷。因此对于装备电晕环的复合绝缘子，无 法使用电场检测方法对金具附近15 cm（一般4个伞 裙）的区域内进行诊断。目前EPRI正在致力于改进现存 的检测设备，以提高测量精度。
地面与空中监测的比较 如表1所示，上面讨论的监测手段中，绝大部分可以或 图十一：电场检测探针，以及STRI气候实验大厅中的电 场在线内部缺陷检测装置。
者在地面或者在空中进行。 通常，多数空中检测使用直升机搭载设备完成，巡航速
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度20-30 km/h。不同供电公司采用的检测方法各不相 同，从采用飞越线路移动检测到采用盘旋在线路上空 固定检测不等。还有公司采用小型飞机、旋翼机、甚至 飞艇等其它航空器材进行巡线。
在线与离线监测的比较 图十二：用于巡线的迷你直升机：左图的直升机由专业 驾驶员操控，右图则是由GPS导航。
由于红外与紫外监测方法是利用缺陷绝缘子上出现的 局部温升（红外）与电晕（紫外）进行检查，被监测的 绝缘子必须加压进行诊断。但是，发生某些事故后（如 雷击），线路可能跳闸，并且由于绝缘系统已经被损坏
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故障复合绝缘子诊断方法的比较研究
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表2：在线 /离 线 中 实 际 采 用 的 可 供 选 择诊断方法
结论 近15年来，用于检测含缺陷绝缘子（尤其是复合绝缘 子）的主要诊断方法没有发生改变，其中包括：外观检
诊断方法
在线
离线
查、憎水性测量、红外、紫外检测和电场检测。尽管针
肉眼
适用
适用
对外观检查以及憎水性测量已经有了相当完善的标准
红外
适用
不适用
紫外
适用
不适用
电场
适用
不适用
化方法，但是，其它检测方法仍然依赖经验丰富的专 业人员，尤其在需要对结果进行分析解释这方面。 目前尚没有单一的最佳诊断方法能够有效地检测出 所有类型的绝缘子缺陷，红外与紫外方法能够发现绝 缘子的物理变化（例如温升与局部电场增强引起的电 晕放电）。因此，对于遥控检查复合绝缘子，将两种方
而无法立即重新供电，此时，唯一能够并且应该采用的
法结合或采用多功能相机可以最清楚地掌握绝缘子
是肉眼监测（参见表2）。
的运行状态。
部分业内人士提出了一种理论上的可选监测手段：在绝
大多数诊断方法都可以用于在地面或者使用直升机在
缘子上安装闪络报警之类的装置，例如安装特制的鲜红
空中进行。所有这些方法都应当适用于绝缘子的在线
色玻璃绝缘子，当‘被保护的复合绝缘子’电场强度上
监测。在无法进行在线监测的情况下，可以考虑采用
升20%-50%时，将发生爆裂。
特殊的自我破坏装置。
带电作业前的诊断
外观检查可以轻易地发现玻璃绝缘子的损坏之处，而
在进行带电作业之前，需要明确缺陷的形状，以及作业
瓷绝缘子采用与复合绝缘子相同的基本诊断方法也
过程中可能出现的最大缓波前过电压，缺陷长度相对
一样有效。
关系不大。调查表明，即使导通性缺陷长度达到复合绝 缘子整体长度的三分之一也是可以接受的。此外，即使 是内部缺陷，也极有可能诱发肉眼可见的绝缘子外表面 退化（参见图五）。因此，尽管外观检查有可能得出相当 保守的结论，但仍然应当将外观检查作为首选方案。 使用紫外或者红外检测手段可以量化评估绝缘子运行 状况，采用电场检测可以得出特定情况下的更多数据。 有了上述信息，无论是陶瓷绝缘子还是复合绝缘子的 带电作业都将会变得更安全。
适用于不同类型绝缘子的诊断手段 由于盘形悬式玻璃绝缘子的缺陷通常表现为爆裂， 而且可以采用双筒望远镜用肉眼识别，所以，诊断相 对容易。而对于盘形悬式瓷绝缘子，肉眼无法直接观 察到伞盘的裂孔，诊断更加复杂。需要采用其它的诊 断手段，例如‘嗡嗡声测试’、红外、紫外以及电场检 测。考虑到由于缺少人力，许多供电公司已经停止采 用‘嗡嗡声测试’，瓷绝缘子通常采用和复合绝缘子相 同的诊断方法。
图十三：加装闪络自我破坏报警装置的220 kV 复合绝缘子。
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避 雷 器
ARRESTERS
Forensic Forensic Analysis Analysis of of Surge Surge Arresters Arresters
避雷器故障的 取证和鉴定 避雷器本质上是转移雷电冲击和 操作冲击的设备,有时它的过载会 达到失效的程度。发生这种情况 时,正确地判定避雷器(或伴随避雷 器)失效的原因是非常有用的。这 将使电力公司的维修工程师明确: 避雷器寿命终止的事件是否仅是 避雷器在执行其预期的保护功能 时所造成, 还是其他需要解决的问 题,如果是其他问题,有可能牵扯到 整个系统。 这就是取证发挥有价值作用的 地方。就像在电视剧中,专家办 案警察设法找出犯罪的真正罪 魁祸首。本文由INMR专栏作家 Jon Woodworth 撰写, 就如何最好 地寻找和确定避雷器过载的根本原 因提供指导。 前言
故障的迹象。那么，取证分析是正确判 终端过载基本上是指避雷器承受的应力 断真实故障原因的唯一途经。 超过了其设计能力时发生的任何事件。 事件发生时，避雷器可能完整无损，也可 在大多数情况下，进行取证分析的根本 能破碎，在电气上避雷器表现为代开路 原因是，几个相同设计的避雷器发生终 端过载，受到影响的电力公司需要找出 或短路。 该问题是否是由整个系统原因所造成 虽然在上述情况下，避雷器可视为未能 的。如果是整个系统的原因并因此引起 履行其职能，但事实不一定如此。例如， 故障，与只是由避雷器本身原因的孤立 在过电压事件中，如果长期运行的避雷 事件相比，可能会需要不同程度的处理 器保护了高价值的设备，发生了终端过 策略。事实上，取证分析的主要目的之 载，这几乎不能被称为失效。事实上，这 一是，确定是否有另外的、与避雷器不 相关的电力系统问题需要解决。 种情况应该被称为是真正成功的。 然而，如果避雷器在通电几天后并且在 没有任何过电压发生的情况下，出现了 终端过载，更有可能是发生了某种形式 62 INMR 中国
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的另外一个相上，其生产批号和类型与 过载避雷器类似。取证分析过程中研究 这些避雷器极其重要，在这方面，伴随 避雷器最好未曾遭受过同样的过载或爆 炸。这是因为任何发生过终端过载的避 雷器，工频故障电流造成的损害掩盖了 大部分取证证据。这个故障电流通常沿 避雷器由系统流向大地，并把各种组件 的温度升高并超过它们的熔点。因此， 在确定问题的根本原因时，获得合适的 伴随避雷器成为了关键的因素。
相关的系统数据
伴随避雷器
收集与过载事件相关的系统数据，对任
伴随避雷器与附近的过载避雷器安装 在同一相上，或安装在过载避雷器附近
何分析都是有益的，但往往是取证检查 中最困难的部分。这些数据应包括：
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1. 系统电压； 2. 电源变压器的中性点配置（如接地、 未接地、经阻抗接地）； 3. 有效故障电流的大小； 4. 避雷器的位置；
特写图像的不间断工作状态。这一阶 段的工作包含其他相关的内容，确保没 有任何遗漏。 • 如果部件没有大的损坏，则进行更多 的电气测试，逐一核对应查项目，找出
可疑迹象。 5. 相同相上、相同变电站或相同线路上 的其他设备（例如电容器、开关、断路 • 一旦测试和检查完成后，把部件归 器、变压器和电抗器）以及在过载期 位，至少直到所有的照片都已被审查， 间及之后的状态； 最好是在大屏幕上审查而且其放大倍 6. 故障位置的历史（例如过去几年里 率尽可能高。 的其他过载）； • 写取证报告，列出潜在的根本原因，消 7. 在当时或前几周操作冲击或雷电冲击 除任何基于照片和测试所认为的不可 的活动情况； 能的原因。 8. 与系统上使用的相同批号和相同设 计的避雷器的性能历史； 失败的主要原因和标志 9. 是否有可能提供根本原因线索的任 何其他取证分析的数据。
在收集以上信息时，避免不相关或不准 确的信息，尽可能多依据那些直接参与 过载处理人员所提供的信息，这将是非
1. 潮气进入 潮气进入可能是世界各地避雷器故障的 最主要的单项原因，无论是瓷外套避雷
在大多数情况下, 进行取证分析的根 本原因是, 几个设计 类似的避雷器发生 终端过载, 受到影响 的电力公司需要 找出该问题是否 是由整个系统原因
器还是潮气最有可能进入的空心复合外 套避雷器。潮气的进入或者通过排气系
所造成的。
统的金属隔板发生，或者沿橡胶密封件
常有用的。最后收集事故现场碎片的人
周围发生。在复合外套避雷器的情况下，
员通常有最多信息，如在事件之后避雷
潮气也可以随着时间的推移直接通过橡
器的真实状况。了解过载避雷器是否仅
胶迁移或沿上下端部密封件迁移。
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在大暴雨之后被摘除也是有价值的。
分析 使每一个分析尽可能有效的观察程序包
1a. 常见原因： 制造缺陷、在运输过程中的处理不当或 损坏密封件的外部闪络。
括以下内容： • 从尽可能多的渠道收集尽可能多的系 统数据。要采访能对故障情况提供不 同介绍的几类人员。 • 检查故障避雷器，并从标签、货运单 据和铭牌中记录尽可能多的数据。 • 收集有关避雷器的原始目录和文献。 • 全面收集故障避雷器元部件的照片。 • 如果避雷器单元(已过载或伴随)是完 整可用的，对其进行全方位的电气测 试，如Vref、功率损耗、局部放电和泄 漏电流。 • 如果避雷器内部有空气间隙时，在拆 卸前取样并进行气体分析。 • 仔细拆卸避雷器，给全部零部件贴上 标签，照相机要处于能拍摄高分辨率
1b. 失效机理： 这往往是一个长期的故障机制，由于避 雷器的内部气体和外界大气之间的压力 差，从而使水分沿老化、破裂或其他缺 陷的密封件被吸入到内部。一旦密封件 失效，这种吸收机制在晚上将使避雷器 吸入潮湿空气，因为这时内部压力低于 大气的压力。 由于潮湿空气在内部气体和大气之间交 换，内部的相对湿度达到与外部相同的 水平。在某一个湿润的内部气体温度低 于露点上，潮气沿着避雷器电应力内部 组件的方向凝结。这将导致干燥带电弧 和沿润湿表面的介电起痕，并最终将导 致避雷器单元的短路。
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避雷器的气体抽样
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1c. 标志 当潮气进入是失效机理的部分原因时， 往往有以下情况显示，金属部件上有褐 色锈（或铝件上有白锈）、工作电压下 的功率损耗增加、沿电应力组件上的起 痕、红外图像中的温度升高、绿色的铜 氧化、气体分析中有水的存在、橡胶密封 件硬化并且弹性所剩无几。
1f. 失效机理 与瓷外套避雷器一样，这往往也是一个
2c. 标志 电弧在避雷器的高压侧留下痕迹，有时 长期的失效机理。如果确定水蒸汽传输 也可能在接地端（轻度到重度电弧在外 是原因，这种蒸汽聚积在橡胶/MOV（金 套上留下标记）。
显示故障前(深色)和故障后(浅色)钢部 件生锈, 故障前的锈迹上有熔融铝。
复合外套避雷器潮气进入。
属氧化物压敏电阻）电阻片界面处的任 何小空隙里，并在低温下凝结，这将导
3. 过多的局部放电
短时期内避雷器内部发生一些局部放电 是可以普遍接受的，例如在雨中或降水 效机理是，水渗透了压力密封件，并以 毛细管的形式沿玻璃纤维填充的组件传 过程中，这时，与干燥的内表面相比，其 旧铁锈被电弧所产生的碳的副产品所覆 输。如果这些毛细管承受电应力，可以 外表面上有不同的电压水平，从而产生 盖，说明在故障之前已有铁锈产生。 显著的径向电应力。如果过多的局部放 导致介电击穿和完全失效。 电存在，这可能导致电阻片以及避雷器 1d. 注意事项 瓷外套避雷器存在与上述问题的所有相 绝缘的退化从而导致其完全失效。 由潮气引起的绝缘失效所导致的故障 同标志。使用红色染料渗透液可以有效 电流，外观与暂时过电压造成的过载相 地定位此类气体入口和毛细管。 这种类型的故障模式主要发生在具有大 似。通常情况下，避雷器内部的长时间 量内部空气间隙的避雷器单元，如瓷外 局部放电活动将导致产生足够的臭氧来 2. 外部闪络 套和复合空心外套（管型）避雷器。由于 氧化避雷器部件，类似于在潮气进入时 外部闪络故障是2.5 kV(Uc)到25 kV(Uc) 这是一个长期的过程，如果局部放电保 所发生的情况。 持在低水平，可能永远不会导致避雷器 之间的短避雷器的最常见故障。然而， 失效。 因为避雷器外套基本上是一个可自恢复 1e. 潮气进入无空气间隙的复合外套设 的绝缘子，所以这种故障也可能从来不 计 3a. 原因 会被检测到。这种情况通常由50或60 Hz 虽然复合外套避雷器享有最佳防潮密封 制造缺陷、潮气进入、处理不当、过多污 造成，与雷击无关。 的声誉，但尚无证明这是正确的。空气 秽和外部表面上的水分。 间隙非常小的复合外套避雷器，在金属 2a. 原因 端子与本体结合处仍然容易受到潮气进 3b. 失效机理 这种类型故障的主要原因或者是动物或 入。而且硅橡胶、EPD（三元乙丙橡胶) 局部放电活动开始规模很小并从初始点 者有雾存在时的严重污秽。 及其他橡胶都会以不同的速率传输水蒸 继续发展。长时间的放电后，放电区域 气。随着时间的推移，这可以使整个避 内的绝缘强度会降低，这可能导致电应 2b. 失效机理 雷器的相对湿度上升到与环境大气相同 力部件的闪络。局部放电也会减少电阻 如果闪络是动物造成的，动物触电致死 的水平。 片周围空气中的氧含量，并在某些情况 并在避雷器的外套上产生外部电弧。然 下甚至改变电阻片的特性。 后系统的某个过流装置将闪络产生的故 潮气传输特性导致了开发一些不受此现 障切断。如果接地故障电流被限制，并 象影响的避雷器设计。这意味着，不允 3c. 标志 且系统一般可以在事故发生后马上被重 许任何传输的水蒸气凝结在内部零件 在电气测试中，局部放电活动在工频跟 新通电，那么避雷器甚至有可能完全不 上，也不允许以毛细管的形态聚集或对 踪中以高频尖峰表示，使用RIV(无线电 受影响。 避雷器性能有害的任何形式的凝结。 干扰电压)或PD(局部放电)设备会有高
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致沿界面的介电击穿。另一个潜在的失
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使用红色染料渗透液定位裂缝或 漏气隔板。
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读数的局部放电值，在元件边缘、边角 和接触点附近会变色，在橡胶元件上也 可能出现多重颜色。 3d. 注意事项 长时间低水平的局部放电可以腐蚀和氧 化避雷器的金属部件，与潮气进入的方 式类似。
能其MOV材料会产生极化，因此在极性 一端任何地方的电导率与相反极性一端 的电导率将相差5％-20％。如果过电压 仅损坏了避雷器的电介质并最终导致长 期的绝缘失效，目前还没有有效的方法 来确认这种情况。如果复合外套避雷器 出现的故障电流较小，橡胶可能不显示 任何故障迹象。但电气试验可能会显示 其出现短路或接近短路的现象。
4. 雷电
置、铁磁谐振、系统的中性点断开、电阻 片老化或线路接触了更高系统电压的 线路。 5b. 失效机理 在TOV过载期间，避雷器两端的电压将 上升，这时电阻片的传导电流远超过稳 定状态时的电流。这种电流将导致电 阻片的温度急剧上升，这反过来又降低 了其电阻，导致更大的电流，最终导致
超出避雷器设计极限的雷击可能导致其 内部电介质的终端过载。如果避雷器遭 受直击雷，故障可能随之产生。然而，如 果过电压造成的损害很小，故障也可能 随后产生。例如，在雷电冲击时产生的 轻微损伤会最终引发局部放电，继而导 致介电起痕和电气性能完全失效。
MOV电阻片的交流测试可以显示其极 化。如果电阻片遭受大的过电压，它将 显示得非常明显。
避雷器故障。如果TOV过载仅在临界状
4d. 注意事项 如果故障电流足够大，它可以掩盖雷击 引起过载的所有证据。
5c. 标志
4a. 原因 这种故障的原因可以包括：高幅值的单 次雷电流冲击或幅值较大的多重雷电 流冲击、不适当的雷电额定负载、连续 冲击同一避雷器，或冲击故障后超过避 雷器容量的电路故障造成暂时过电压 (TOV)。
5. 暂时过电压
4b. 失效机理 如果雷击超过避雷器的容量，MOV电阻 片将开始吸收过电压，急剧升温，或许 电阻片破裂然后闪络。这将导致工频闪 络和故障电流，它可以掩盖事故的所有 证据。如果雷电冲击仅对避雷器的电介 质造成相对轻微的损坏，它会由于上述 其它原因而在后期产生故障。
发生。
这些标志包括在两种极性下电阻片特征 的变化、芯组中几个电阻片的破裂、电 阻片的闪络、在复合外套避雷器内部或
超出避雷器设计容量的基波工频电压所 造成的终端过载的情况并不少见。设计 避雷器时应该能够耐受这种过电压，在 安装时如果适当地调整尺寸，不会出现 过载的结果。然而，有时电路配置会改 变、或断路器处于开路状态、或其它电 路问题产生的电压超出了避雷器的设计 极限。遗憾的是，从取证的角度来看，取 证人员可能立即误判为暂时过电压造成 避雷器故障，实际上，避雷器失效可能 与暂时过电压无关，而是由来已久的其 他原因引发的故障（如上述原因）造成 避雷器损坏。
在瓷外套避雷器的开式通风口处产生 爆炸。 5d. 注意事项 避雷器在雷击过程的最小损坏、电阻片 老化或操作冲击都可以导致类似TOV过 载的故障模式。取下电阻片的故障部分 并对该部分进行AC测试有助于确认其 是否TOV过载。
6. 操作冲击过载 这种过载模式在下面情况下可能发生： 避雷器遭受由投切电容器组、对长线路 进行切换或合闸、对高压线路进行切换
5a. 原因 TOV类型故障的典型原因包括：三相系 统中非故障相的过度电压上升、避雷器 的不正确使用、改变系统的中性点配
或导致超过避雷器设计极限的其他情况 产生的过电压。通常情况下，这仅发生 在220千伏以上系统或安装有特高电压 电容器组的系统。
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4c. 标志 如果避雷器遭受高幅值的过电压，很可
态，上述的温升可在一个较长的时期内
发生了外部闪络和密封受损的复合 护套避雷器。
局部放电对有机元件的影响。
电阻片呈现极化可能是过高 冲击造成。
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6a. 原因 断路器的再次击穿或预击穿，电容器投 切的再次击穿或预击穿。 6b. 失效机理 本质上与雷电的机理相同。
8. 避雷器故障和过载的其他原因 外部污秽 这种类型的过载可能导致瓷外套的外部 闪络或过多的内部局部放电。
样，如果弹簧的压力太低，在冲击事件 中会更容易发生局部放电或损坏电阻片 的情况。
机械应力 如果避雷器在安装过程中承受了过多 不适当的Uc或TOV的额定等级 安装Uc值低于稳态系统电压的避雷器可 的机械应力，那么经过长时间后可能失 6c. 标志 能会导致其故障，故障结果看上去仅如 效。这种不当安装通常导致密封件失 在圆盘铝电极上有许多小孔，一般沿圆 效，失效的密封件反过来导致内部元件 轻微的TOV。例如，如果系统已安装有 盘电极的周边分布。另一个标志是较低 中性点阻抗，需要高于接地中性点的最 的绝缘失效。 水平的电阻片极化。 大持续运行电压（MCOV）的避雷器，并 且系统上的故障可以导致非故障相上的 毛刺 6d. 注意事项 如果使用带有尖角或尖棱的导电部件 初始过载后的故障电流损坏可以掩饰真 避雷器发生故障。 组装高压避雷器，会导致内部的局部放 正的原因。 电。这种设计或制造上的缺陷可导致避 不平衡电场 如果避雷器被安装在距离另一相接地装 雷器的绝缘失效。 7. 电阻片的老化 MOV避雷器自推出以来，业内人士已广 泛认为：金属氧化物电阻片在长期电压 作用下，其特性可能发生变化，被称为 老化。如果这种变化导致电阻片在正常 工作电压下产生更大的功耗，可能会导 致避雷器失效。
置太近时，可能发生这种故障模式。这 种不正确的安装可能导致避雷器内部间 隙的局部放电并最终产生故障。由于电 压不平衡，它也可以导致电阻片过热。 避雷器上使用了不适当的均压环也可以 导致这种类型的故障。
7a. 原因 主要是电阻片的不当制造。
电阻片柱错位 在优化设计中，瓷外套避雷器内的单个 电阻片柱应该始终处于中心位置。如果 电阻片在运输或安装过程中出现错位， 可能导致稳定状态下的局部放电超出可 接受水平。运输过程中错位的电阻片柱 也可能导致电阻片边缘的物理损坏，结 果是在雷击事件中随时发生局部放电或 者甚至发生闪络。
7b. 失效机理 在正常工作电压下，功耗逐渐增加会导 致避雷器内部发热。当产生的热量超过 避雷器散发到环境的能力时，将导致绝 缘失效和系统故障。
不正确的弹簧压力 如果避雷器内的弹簧没有足够的压力， 电阻片柱更容易出现错位。这种类型的 缺陷可导致和上述相同的错位问题。同
拆卸注意事项 用于取证分析目的解剖避雷器时需要熟 悉其内部元件。因此，建议在拆卸前，应 保留所有内部元件的图纸或草图。 如果避雷器是瓷外套，并且使用螺栓不 能很容易拆卸时，最好的解决办法是直 接用锤子砸开避雷器。虽然内部弹簧压 力通常没有高到将瓷片弹出几厘米远 之外，但最好还是用毯子或厚纸覆盖避 雷器以便收集所有零部件。应该在任何 时候都使用厚手套，以避免瓷碎片造成 的伤口。因取证分析需要对复合外套避 雷器进行解剖时，通常只用剃刀已经足 够。
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7c. 标志 这种类型故障的主要标志是在正常运行 温度下避雷器发热，在运行电压下功耗 过大，电阻片的功耗与同一柱中其它电 阻片的不同，电阻片的非线性系数降低 (如伏安曲线所示)。
绝缘强度不足 如果避雷器内的任何材料，其内部或表 面的绝缘强度不足以耐受稳态电压或冲 击电压时，它们会起痕或闪络。过电压 事件将使这类制造缺陷更加恶化。
TOV过载造成电阻片裂为两块。
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凿下的一块电阻片显示了遭受冲击 的历史。
击碎瓷避雷器进行分析, 电阻片显示 发生了闪络。
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INMR China 2013年第一期预览
我
们正处在这样一个时代, 取得新架 空线路的走廊越来越难得到公众
的批准, 过去的传统杆塔设计规则已经不 再适用。为了正视这一现实, 荷兰输电系 统运营商TenneT与DNV Kema合作, 近来 着手启动了一项大胆的项目, 开发全新的 杆塔、绝缘子和导线布置, 整体全新的布 局达到了简洁、美学价值高、线路走廊 更窄的严格标准, 以及或许对于人口稠密 国家最重要的极低的电磁场。 INMR采访了线路的设计者, 带领您走近 这一大胆设计的成果, Wintrack杆塔, 2013年三月将通 电, Wintrack杆塔实际上建立了与21世纪令人瞩目的 新线路相匹配的高标准。
的从超高压向800 kV的转换表明了不 但没有放慢的迹象, 而且在更快的势头 上。随着这种变化而来的是, 需要大尺 寸的套管, 其设计能应对所有相关的机 械和电气应力, 特别是直流线路。 INMR采访了德国HSP/传奇(HSP/ Trench), 报道了大型套管制造商如何响 应这一新要求。
油
浸纸技术继续在大多数套管应用中占据主导 地位是事实, 但这并不意味着套管技术很少有 创新, 而是正相反。 输电行业很少有人在几年前就能预测到全球大型电 网的电压等级提高的速度有多快。的确, 正在进行中
中国 国 际 输 配 电 发 展 的 信 息 之 源
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试 测验 试
TESTING TESTING
Predicting Performance of MV Epoxy Insulated Outdoor Equipment
中压环氧绝缘户外设备运行 状态的预测研究 凭借其硬度，聚合物材料中的环氧家族在户外绝缘领 域中占据独特的位置。例如，这种特性意味着它不能 像硅橡胶一样被归类为弹性材料，但却可以充当承载 负荷的部件，因此不需要玻璃纤维芯棒（无论是芯棒 还是芯管），而玻璃纤维芯棒是复合线路和复合设备 绝缘子不可缺少的组成部分。
氧绝缘设备也不需要使用油，以及显然与此相关的维 护问题。甚至能以任意方向悬挂环氧绝缘设备，这在 净安装空间十分紧张的地方是优势。 但是，环氧材料必须不仅像复合绝缘子一样能够耐受
这带来了一个问题：为复合护套绝缘子和设备制定的
各种严酷自然环境的考验，而且也必须耐受因材料内 部活性组分的存在而产生的任何内部电应力，才能实 现上述所有潜在的优势。
实验和标准能否适用于环氧绝缘设备？如果不能，又 该如何评价环氧绝缘设备？由于环氧绝缘设备被广泛 应用于诸如下列的中压中：母线支撑绝缘子，外壳保
目前，多数用于室外设备的环氧材料是脂环化合物 (CEP)类，而不是用于制造玻璃纤维实芯棒和空心管的 双酚类。CEP的特点是饱和的分子结构，因而具有更强
护设备（如真空重合器，分段隔离开关），熔断器，仪 表变压器（电站内电压电流测量装置），套管，针式以 及支柱绝缘子等，当然亟需上述问题的答案。 的确，在国际大电网会议（CIGRE）内部，它们一直被 称为“结构聚合物”，以与其它的线路和设备绝缘子的 护套材料区别开，这种表述能否被技术行业接受还有 待观察。 环氧绝缘设备具有优于陶瓷的诸多优点。环氧绝缘设 备重量更轻，是非脆性材料，意味着更易安装，不会碎 裂或断裂。它们也可以被浇注成型为各种形状。由于 同一种材料具有承担电气和机械双重负荷的功能，环 氧绝缘设备消除了交界面这一重要的环节，而交界面 可能不仅是生产中也是运行中的问题根源。此外，环
的抗漏电起痕与电腐蚀性能。这种特殊特性在双酚环 氧树脂中则较为逊色，即便双酚环氧树脂拥有非常优 良的机械与电性能也是如此。 创新也正在涌现。几年前引用了憎水脂环环氧化合物 (HCEP)，也一直在研发适用性灵活的各种HCEP，用于 复合绝缘子的伞裙。而现在另一种创新应用也面世 了，即可以将导线直接连接到铁塔的环氧绝缘横担。 在没有环氧树脂标准测试方法的情况下，可以综合使 用下列方法解决有关环氧树脂预期运行效果的问题： 实验室以及现场测试、计算机创建闪络和劣化模型以 及统计分析。这是本文的目标所在。本文总结了ABB 美国公司和美国亚利桑那州立大学Ravi Gorur教授近 年来共同研究的成果。
使用复合材料的户外绝缘有两种主要故障模式：其中
此外，为了更好地将实验结果与实际环境下的运行状
一种是漏电起痕和电蚀损造成表面劣化，另一种是表
况相关联，建立了两座新的户外实验站，一座位于亚
面污秽造成闪络，使设备无法继续支撑系统电压。本
利桑那州立大学工程研究中心的屋顶上，另一座在位
项目主要研究中压设备变压器，但也涉及对绝缘子的
于北卡罗莱纳州Pinetops的ABB公司内。选择这两个
评定。
地点主要是不仅便于研究，而且也涵盖了对复合－绝 缘设备很重要的大部分环境条件，比如，亚利桑那州
实验内容 在实验室中，依据ASTM D2303/IEC 587进行斜面法 实验，确定耐电蚀损与漏电起痕性能。实验采用与最 终产品材料相同的长方形环氧板。使用盐雾法在实验 室中评定闪络特性。采用了已经在IEEE上发表的以前 项目中建立的理论模型，扩大预测范围。
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的实验站夏季炎热漫长，从总的年紫外线辐射来看， 属于最严酷的地区之一。Pinetops实验站全年高湿 度，气候相对温和，是许多运行区域的典型代表。 每个实验站安装了8支全新样品。实验电压15 kV（相
中压环氧绝缘户外设备运行状态的预测研究
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当于25 kV系统电压），等于2倍于额 定工作电压。这一过电压提供了加速 因子，加速了劣化过程，对于促进样品 绝缘子即使在一个相对干净的环境中 仍能在合理时间内出现劣化是必不可 少的。 ABB公司通常会把所有新产品在南 非的Koeberg绝缘子污秽实验站 (KIPTS)进行至少一年的实验。该实验 站离海很近，是世界上污染最严重的 实验站之一（既有海洋污秽也有工业 污秽）。事实上，KIPTS实验站的污秽 级别极高，依据IEC 60815的标准将归 类为‘非常重度’。本项目采用的几个
b
样品曾在KIPTS进行过为期一年的实 验，两个实验站均配备有泄漏电流监 测仪器。实验站的图片如图一所示， 重要的天气数据列于表1。 本项目还从芬兰和挪威运行高达20年 的绝缘设备中取样。关于20年运行寿 命期间，预期的物理和化学变化程度， 这些样品提供了至关重要的信息。
实验结果分析 表2列出了项目中各种样品的评定结 果，样品均是大小伞裙交替。
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风化造成了所有现场老化的样品表面 粗糙，图二展示了一支针式绝缘子样 品的顶部和底部伞裙，该绝缘子在北 欧运行了约20年，值得一提的是，图 中垂直安装的绝缘子，其下表面相对 没有变化。 使用表面光洁度检测仪检测现场老化 样品的表面劣化情况，暴露在外的表 面平均粗糙度约为20 µm，而在全新 样品以及受到保护的下表面则几乎没 有测到粗糙。可以合理地预见，运行
图一：（a）位于美国Pinetops户外实验站（b）北卡罗莱纳亚利桑达州立大学 Tempe校园户外实验站（c）南非开普敦KIPTS户外实验站。
几年之后表面粗糙度将趋于平稳，并 且在绝缘设备剩余的寿命期内保持稳 定。这强调了，能够保护表面免受损害
中压环氧绝缘户外设备运行状态的预测研究
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的绝缘子伞裙形状非常重要。在项目
表1：实验站天气数据 实验站位置
中，还采用了傅里叶变换红外光谱分
最高温度 ºC (ºF)
最低温度 ºC (ºF)
年紫外辐射 (MJ/m2)
美国亚利桑 那州凤凰城
46 (115)
14 (58)
334
美国北卡罗莱 纳州Pinetops
32 (90)
南非开普敦
28 (82)
-0.5 (31)
191
17 (62)
250
补充说明
色散x射线分析法研究表面特性。 实验站全年气 温超过37℃ (100°F)天数大 于150天 位置
为了模拟被夸大化的风化表面，在ASU
年平均相对湿 度65%
粗糙度达到50 µm（见图三）。用高岭
暴露于海洋和 工业污染下的 样品
达到ESDD：0.2 mg/cm2，NSDD：
种类
和Pinetops实验站，首先用风沙处理 几件全新的仪表变压器，使其表面平均 土和盐对其中部分样品施加人工污秽 1 mg/cm2。然后，将预处理过的样品 与全新样品同时安装在实验站。 样品在户外实验站运行两年后的观察
表2：样品的详细评定结果 样品编号
析法（FTIR），扫描电镜（SEM）能量
结果总结如下：
运行年限
额定电压 等级 (kV)
泄漏距离 (mm)
1. 来自KIPTS的三支样品表面有相当
1
针式绝缘子
19
15
405
多的盐污秽，其中的两支曾经历多
2
支柱绝缘子
15
25
720
次保险丝动作，说明其曾出现闪络
3
针式绝缘子
19
15
405
4
支柱绝缘子
17
25
或者大电流。所有三支都显示了局
560
5
针式绝缘子
19
15
405
部表面劣化。
6
支柱绝缘子
8
25
720
7
支柱绝缘子
8
25
720
8
电流互感器
全新
15
455
9
支柱绝缘子
全新
25
720
10
支柱绝缘子(KIPTS)
2
25
720
11
支柱绝缘子(KIPTS)
2
25
720
12
支柱绝缘子(KIPTS)
2
25
720
13
电流互感器
全新
15
580
a
b
2. ASU和Pinetops实验站的新样品 和风沙处理过的样品均未出现持续 的超过1 mA的泄漏电流（较低的 泄漏电流信号被除噪装置滤去）。 3. 人工施污的样品用喷壶人为喷湿 时，显示极少量超过10 mA的电流 峰，没有人工喷湿时，泄漏电流小 于1 mA。
表面劣化情况预测 斜面法试验的基本试验设置与ASTM D2303非常相似，试验流程见图四。 样品详细尺寸，电极和样品位置按照 标准的规定。使用5kVA，0-7.5kV变压 器供电，使用软管泵提供电解液。
Photos: INMR ©
首先在标准实验环境下对环氧材料样 品进行斜面法实验，未出现漏电起痕 与电蚀损，与预期一致。然后，通过改
图二：运行20年的针式绝缘子（a）受到保护的下表面 (b）暴露在外的上表面。
变试验电压（1 kV至4.5 kV）和电解质 电导率（500至3000 µS/cm），进行 了更多的试验。
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第四期
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中压环氧绝缘户外设备运行状态的预测研究
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b
a
KIPTS装备了记录持续10分钟泄漏 电流峰值的记录仪，图六中提供了6 个月的电流峰值数据，从图中可以很 清楚的看到，某些时候泄漏电流很高 (2008年8月16到9月10号），而其余 时间泄漏电流幅值低于10 mA。从这 一特定样品上观察到了电蚀损类型的 劣化。 由于电子设备容易受天气、电流与电 压波动的影响，在户外实验站获取可
图三：（a）全新电流互感器 (b）风沙处理后的电流互感器，平均表面粗糙度为50 µm。
靠的检测数据是主要问题。但是，所 获得的数据仍然与实验室的检测数据 有一定的相关性。
采用可变的实验电压与电解液电导率
4. 当局部电流的幅值与电弧持续时
闪络情况预测
进行实验，使得样品表面的放电过程
间的乘积上升时，劣化过程开始的
户外复合绝缘装置的耐压能力取决于
相对缓慢。如前所述，部分样品经过
时间降低。
材料状态（例如憎水性，表面粗糙度， 老化）以及表面积污情况。但是，与诸
风沙处理，以复制现场老化样品粗糙 的表面。然后监测泄漏电流值与局部
由于电流小于10 mA时没有劣化，将
如玻璃和陶瓷等惰性材料不同的是，
电弧维持时间。
修正过的电流值(i’＝i-10)与电弧持续
只用ESDD无法预测闪络情况。因此，
时间（60 HZ时的周期数）的乘积以韦
湿润条件下的表面电阻率被证明是预
伯分布形式绘图如图五所示，纵坐标
示复合材料装置闪络情况的更灵敏和
将上面所得的，同一位置的电流强度 与电弧持续时间相乘，可以计算出该 位置的温升，而局部温升则被认为是 引发电蚀损与漏电起痕劣化过程相关 联。采用四支样品在不同实验环境下
代表出现劣化的概率。图形显示数据 分布与‘粗铅笔检测法’相当吻合。
分别测量全新、风沙处理过、运行老
a
化后以及人工施污后的样品表面电
进行实验，得到一组不同的实验数据
阻率，实验设置如图七所示。使用超
(如图四b所示），短到1小时即发生明
声喷雾器在一个不锈钢腔中喷干净水
显劣化的样品，长到甚至6小时候后仍
雾，实验采用2-4 kV的交流电压。该电
无任何蚀损的样品。
压足够在样品上产生一个可被测量到 的泄漏电流，且不会高到产生局部放
将重要的实验现象归纳如下： 1. 放电电流小于10 mA时，没有劣化 现象发生。
可靠的方法。
电。实验电极为铝制薄片。将样品变
b
压器在实验腔中垂直悬挂，电源通过 一个电阻，串联向样品供电，使用示 波器读取泄漏电流。
2. 当放电电流大于10 mA，局部区域 的电弧持续时间约为3秒时（实验 频率60 Hz，含180个周期），材料
在完成每次表面电阻测量之后，使用
开始劣化。
相同的样品进行额定电压闪络或耐压
3. 经过风沙处理过的样品开始劣化 的时间早于全新样品。
图四：（a）斜面法实验示意图（b）实 验期间显示样品的劣化程度
实验。实验显示，只有那些人工施污 非常严重的（如ESDD> 0.6 mg/cm2） 的样品出现了闪络。
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喷雾器
高压端
样品
Photos: INMR ©
图五：依据电流时间乘积所绘韦伯分布，可靠区间95%
接地
图七：表面电阻测量实验设置。
图六：KIPTS实验站支柱绝缘子的泄漏电流数据。
使用韦伯分布，绘出闪络概率与电导(表面电阻的倒数）如图八所示。尽
图八：闪络随表面电导的韦伯分布，可 靠区间95%
2. 当样品表面被风沙处理到粗糙程度
管不如图五清晰（这可能是样品数量过少导致的），但是通过图八，我
超过那些运行20年、同时放电频繁
们仍能看出闪络概率与电导之间相当关联。
超过30 mA的现场摘取的样品时， 才能观察到其表面劣化。这表明，多
遵循'优势可能性（51%）'的标准，依据图五与图八的结果，做出以下运
数户外地区也不太可能发生实验中
行中的情况预测：
使用的材料劣化。
1. 如果ESDD低于0.2 mg/cm2，这些装置不太可能发生闪络，依据最 新的IEC 60815污秽划分，ESDD=0.2 mg/cm2为重度污秽。因此，
目前，将两种劣化模式整合为单一模式 的工作正在进行之中。
对于可以被定为轻度到中度污秽地区的大多数户外绝缘设备，目前 的材料与产品设计是适当的。
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