复合绝缘子由塑料异物引起的闪络与不明原因闪络

于东洋， 李 琳， 陈孟杨

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030; 2.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨150090)

复合绝缘子由塑料异物引起的闪络与不明原因闪络

于东洋1， 李 琳1， 陈孟杨2

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030; 2.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨150090)

为了解塑料异物对复合绝缘子发生闪路所产生的影响，在人工模拟塑料异物引起复合绝缘子闪络的基础上,对塑料异物引起的闪络机理及闪络条件进行了分析。研究发现塑料异物引起闪络需要较极端的条件(塑料异物破旧程度大并被打湿)。在以往认定的不明原因闪络中,有一部分实际上可归属于塑料异物引起的闪络。

塑料异物；闪络；复合绝缘子

随着电网建设的不断发展，输电线路的安全稳定运行对电网运行的安全性、可靠性、及经济性具有十分重要的意义[1-3]。引起输电线路跳闸的原因中，外力破坏已成为仅次于鸟害的第二大线路跳闸原因[4-6]。2015年黑龙江省110kV架空输电线路共发生线路跳闸18次，重合闸成功15次，重合不成功3次。在18次跳闸中鸟害跳闸占38.9%；外力跳闸占27.8%；雷击跳闸占22.2%；风偏跳闸、施工工艺引起的跳闸各占5.6%。可见黑龙江地区由于外力破坏引起的线路跳闸所占比例也较大。

外力破坏引起的线路跳闸，除了外力引起的断线、短接等具有较明显的特征外，塑料异物引起的复合绝缘子闪络并不具有明确的特征。由鸟粪引起的复合绝缘子闪络已进行了大量的研究，而由塑料异物引发的复合绝缘子闪络并未进行过深入地研究[7-8]。现有的对塑料异物引起闪络而发生跳闸的认定方法是：在跳闸线路附近若发现塑料异物即认为线路跳闸为复合绝缘子由于塑料异物的覆盖发生闪络而导致开关发生动作，这是一种常规的评判方法，但并不具有普适性及严谨性。

为了解塑料异物对复合绝缘子发生闪络所产生的影响，分别对表面清洁干燥的塑料异物、表面污秽干燥的塑料异物、表面清洁湿润的塑料异物、表面污秽湿润的塑料异物进行复合绝缘子沿面闪络试验，发现只有在表面污秽较严重并伴随阴雨大风天气的情况下，塑料异物吹落到复合绝缘子上会引起复合绝缘子发生闪络。

1 模拟塑料异物闪络试验

1.1 试验样品

为了真实模拟实际情况，从线路运行现场采集试验样品，并制备成可用于试验的样品，试验样品分为以下六种：干燥新地膜、湿润新地膜、干燥废旧地膜(表面污秽)、湿润废旧地膜(表面污秽)、干燥废旧棚膜(表面污秽)、湿润废旧棚膜(表面污秽)。样品采集现场图如图1所示：

图1 样品采集制备现场Fig.1 Sample collection and preparation site

1.2 试验装置

试验电源为频率50 Hz，电压126 kV直接升压的无晕高压试验电源，其特点是输出电压为工频，试验系统自身局放量<5 pC，各个单元之间均设置隔离变压器，系统有较好的抗干扰性能，与电网实际运行状况基本吻合，可以模拟试验研究的真实性。塑料异物所覆盖的绝缘子为应用于110 kV线路的相间复合绝缘子，110 kV相电压的额定值为63 kV，最高运行相电压为73 kV，试验原理图和装置如图2所示。

图2 试验原理与装置Fig.2 Test principle and device

1.3 塑料异物闪络试验

试验时将试样(塑料异物)覆盖在110kV复合绝缘子上，如图3所示。同时，为模拟实际运行情况，试验采用电风扇以均匀风速吹动试样，从而使试样舞动，为达到更好的试验效果，试验采用金属材料缩短放电间隙。

图3 试验装置细节图Fig.3 Detail picture of test device

2 塑料异物闪络过程及机理分析

试验过程中通过调压器逐步升高试验电压，升压速率为500 V/min，直至试样发生击穿或沿面闪络。六种试样的局部放电电压及击穿形式如表1所示(其中每种试样的测试次数为10次，局放电压为10次测试结果的平均值)，由表中可看出：发生局部放电的电压范围为45～88 kV。

表1 六种试样的局部放电电压及击穿形式Table 1 Partial discharge voltages and breakdown types of 6 kinds of samples

在上述试验条件下进行试验，图4从左至右依次为干燥新地膜、干燥废旧棚膜及干燥废旧地膜局部放电过程及表面烧蚀情况。图5为湿润新地棚膜局部放电过程及表面烧蚀情况。图6为湿润废旧地膜、湿润废旧棚膜局部放电过程及表面烧蚀情况。

从干燥新地膜、干燥废旧棚膜、干燥废旧地膜及湿润新棚膜局部放电过程及表面烧蚀情况等四种试验样品的局部放电过程及表面烧蚀情况可以看出：针对干燥的或者表面清洁的塑料异物，闪络形式为空气间隙击穿闪络，当电弧经过塑料异物时，由于电弧产生热量，塑料异物表面出现被烧蚀的小型孔洞。

图4 干燥新地膜、干燥废旧棚膜及干燥 废旧地膜局部放电过程及表面烧蚀情况Fig.4 Partial discharge processes and surface burning situations of the dry new mulch film, the dry wasted greenhouse film and the dry old mulch film respectively

图5 湿润新地膜局部放电过程及表面烧蚀情况Fig.5 Partial discharge process and surface burning situation of the humid new mulch film

图6 湿润废旧地膜、湿润废旧棚膜 局部放电过程及表面烧蚀情况Fig.6 Partial discharge processes and surface burning situations of the humid wasted mulch film and the humid wasted greenhouse film respectively

干燥的新地膜无法形成沿面闪络，地膜与棚膜的材料种类主要为聚乙烯，聚乙烯是一种优质的绝缘材料，所以无法在复合绝缘子表面形成导电通路，只会随着电压的升高而使得空气发生击穿，空气击穿时放电所产生的热量烧灼地膜使地膜产生被烧灼的小型孔洞；干燥废旧棚膜与干燥废旧地膜不会形成沿面闪络，是由于虽然棚膜与地膜附着污秽，但污秽并不会在棚膜和地膜上连续分布，所以废旧干燥的棚膜与地膜上也无法形成引起沿面闪络的导电通路，结果是附着干燥废旧棚膜与干燥废旧地膜的复合绝缘子也只会随着电压的升高而发生空气击穿而不是沿面闪络。

附着湿润新棚膜的复合绝缘子也无法发生沿面闪络是因为聚乙烯本身是一种憎水性材料，模拟自然湿润环境下，湿润新棚膜上并不会使得水滴在新棚膜上形成联通的水路，所以附着湿润新棚膜的复合绝缘子随着电压的升高也只会发生空气击穿而无法发生沿面闪络。

湿润且表面污秽的塑料异物产生沿面放电，随着自持放电的发展，局部电弧的熄灭和重燃不断交替，最终发生闪络，在塑料异物表面形成放电通道，由于电弧产生热量，对塑料异物进行持续烧蚀，烧蚀程度比干燥时严重，并且塑料异物沿面放电电压随着其潮湿及污秽情况成呈现下降趋势。

附着湿润废旧地膜与湿润废旧棚膜的复合绝缘子均会发生沿面闪络，并且其沿面放电电压随着潮湿程度与废旧程度加剧而下降，因为污秽物质具有亲水性，水滴附着在含有污秽的地膜与棚膜上，污秽颗粒会附着水滴，使水滴在地膜与棚膜上形成水路，从而形成了导电通路，随着电压的升高，由水滴连成的通路发生放电，在地膜与棚膜表面便形成了沿面放电，随着污秽程度的加剧，附着水滴的能力增强，使得沿面放电发生的更为容易，随着潮湿程度的加剧，同样会使得沿面放电发生的更为容易，因此附着湿润废旧地膜与湿润废旧棚膜的复合绝缘子均会发生沿面闪络，并且其沿面放电电压随着潮湿程度与废旧程度加剧而下降。

3 塑料异物闪络与不明原因闪络的 关系

复合绝缘子不明原因闪络是指尚未查明原因的闪络事故，电网维护单位希望不明原因闪络的概率尽可能的降低，从而找到闪络发生原因而加强预防。

外力破坏故障的认定，除了外力引起的断线、短接等具有较明显的特征外，对于由于塑料异物引起复合绝缘子闪络而发生的跳闸事故认定的主要依据为故障线路附近出现塑料异物，但对塑料异物引起的线路故障研究表明：表面清洁、干燥的塑料异物，不发生沿面放电，闪络形式为空气间隙击穿闪络：表面污秽、干燥的塑料异物，不发生沿面放电，闪络形式为空气间隙击穿闪络；表面清洁、湿润的塑料异物，不发生沿面放电，闪络形式为空气间隙击穿闪络；表面污秽、湿润的塑料异物，发生沿面放电，闪络形式为沿面闪络。根据试验结果可以推断得出：当110kV复合绝缘子串上悬挂污秽的塑料异物，遇到长时间阴雨天气情况下，其表面将形成大能量的放电通道，持续对塑料异物进行严重烧蚀(甚至可能完全烧蚀)，造成线路闪络，引发保护动作。被烧灼的塑料异物会变成较小的碎片而从复合绝缘子上飘落，飘落的塑料异物由于体积较小可能会被吹落到远离故障线路的地区，从而无法明确复合绝缘子发生闪络的原因，使得一些闪络故障被认定为不明原因闪络。在秋收与多雨的田间线路附近，如果发生复合绝缘子的闪络故障而无法找到闪络原因可在较远范围内进行塑料异物的排查。

4 结 论

1)塑料异物引起复合绝缘子闪络的机理为：污秽颗粒具有亲水性会附着水滴，使水滴在地膜与棚膜上形成水路，从而形成了导电通路，随着电压的升高，由水滴连成的通路发生放电，在地膜与棚膜表面便形成了沿面放电，随着污秽程度的加剧，附着水滴的能力增强，使得沿面放电发生的更为容易，随着潮湿程度的加剧，同样会使得沿面放电发生的更为容易，因此附着湿润废旧地膜与湿润废旧棚膜的复合绝缘子均会发生沿面闪络。

2)对塑料异物引起复合绝缘子闪络的认定时，不可仅仅以事故附近发现塑料异物作为认定依据，要充分考虑当时的自然环境及塑料异物本身的状态。

3)不明原因发生的闪络在秋收多雨的田间线路附近时，应将搜查异物范围扩大，若找到了破损的塑料异物应再次排查事故原因，确认事故原因是否由塑料异物引起。

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(编辑 陈银娥)

Composite insulator flashovers caused by plastic foreign matter and unknown reasons

YU Dongyang1，LI Lin1，CHEN Mengyang2

(1.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China.2.State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited, Harbin 150090, China)

In order to understand the influence of plastic foreign matters on causing composite insolator flashovers the artificial simulation is made on composite insulator flashovers caused by the plastic foreign matter. Based on this, the mechanism and the condition of the flashovers is studied. It is founded that the flashover caused by the plastic foreign matter could occur under extreme conditions when the matter is damaged severely and wet out. Practically, some of flashovers which were thought to be caused by unknown reasons may be caused by the plastic foreign matter.

plastic foreign matter; flashovers; composite insulator

2017-03-21。

于东洋(1979—)，男，高级工程师，主要从事电力系统及自动化方面的技术管理工作。

TM855

A

2095-6843(2017)03-0245-04