国网华东分部资产所属输电线路合成绝缘子运行状况评估方法

卢波 赵文彬 唐敏 王浩洋

摘  要：合成绝缘子在中国已有20多年的运行历史，作者针对国家电网有限公司华东分部复合绝缘子的运行情况进行评价，并对其中48支绝缘子的老化情况进行了抽样检测，进行了表面憎水性、芯棒强度、伞裙撕裂强度试验，总结了合成绝缘子老化的典型特点。为电线路绝缘子的运行维护和生产厂家的设计制造提供参考，为电力部门制定运行维护策略及应对措施提供依据。

关键词：输电线路;复合绝缘子;运行状况;性能评估

中图分类号：TU83         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）27-0008-05

Abstract： Composite insulator in China has more than 20 years of operating history. According to East China Branch of the State Grid Co.， Ltd.， this paper evaluates the operating status of composite insulator and tests some samples of the 48 aginginsulatorsin terms of surface hydrophobic， core strength， umbrella skirt tear strength test， and summarizes the typical aging condition of composite insulator. This provides a reference for the operation and maintenance of transmission line insulators and the design and manufacture of manufacturers， and provides a basis for the formulation of operation and maintenance strategies and countermeasures by the power department.

Keywords： transmission lines; composite insulator; operating status; performance evaluation

1 概述

合成絕缘子的发展和应用至今已有50多年的历史。早期合成绝缘子材质包括环氧树脂、乙丙橡胶、室温硅橡胶等。20世纪70年代，随着高温硫化硅橡胶合成绝缘子在德国的问世，合成绝缘子相对于瓷、玻璃绝缘子更加优异的耐污特性等优点充分显现，使合成绝缘子步入了高速发展时期。80年代中期，北美35kV及以下电压等级的输电线路至少有200万支合成绝缘子在运行[1]。同期统计德国积累了15万支合成绝缘子的运行经验，瑞士也有近20万支合成绝缘子运行10年以上。近年来，合成绝缘子已在世界范围内得到了青睐和大量使用，其用量一直保持稳定增长。目前，全世界现在已有超过27个国家和地区使用合成绝缘子[2]。

我国对合成绝缘子的研制开发始于20世纪80年代初，尽管起步较晚，但起点高。在吸取国外经验教训的基础上，一开始就研制生产出高温硫化硅橡胶绝缘子。国产合成绝缘子从1985年首次挂网试运行至今，得到了生产运行部门的广泛好评，也引起了设计部门的关注[3]。近年来，合成绝缘子不仅在各电压等级交流线路运行调爬中广泛使用，而且在新建线路工程中得到大批量甚至全线路使用。2000年，合成绝缘子开始用于±500kV直流线路;2005年，又在750kV线路中批量使用。

我国电网的高速发展有力地促进了合成绝缘子产业的迅速壮大。目前，我国合成绝缘子的研究、制造和运行已居世界领先水平，运行经验也引起了CIGRE（International Council on Large Electric systems）和IEC（International Electro technical Commission）的关注[4]。实际运行表明，使用合成绝缘子是解决我国污秽地区输电线路外绝缘污闪最为有效的方法之一，不仅有效遏制了大面积污闪事故的发生，也大大减轻了繁重清扫及零值检测等运行维护工作量。随着合成绝缘子制造装备、工艺和管理水平的提高，以及设计和运行经验的积累，合成绝缘子性能将得到进一步改善和提高。可以预见，合成绝缘子必将在特高压电网建设中得到大量应用，为电网安全可靠运行发挥更大的作用。

华东电网为上海、江苏、浙江、安徽、福建四省一市提供供电服务。区域面积47.4万平方公里，占中国国土面积的5%，区域人口2.6亿，占全国总人口的1/5，经济总量约占全国的1/3[5]。文中统计了国家电网公司华东分部合成绝缘子的运行状况，为合成绝缘子的安全运行提供技术参考。

2 合成绝缘子运行情况

2.1 投运时间统计

截至2018年12月31日，华东区域500kV及以上电压等级交、直流输电线路上投运的合成绝缘子共276155支，其中2003年12月31日以前投运的合成绝缘子25587支，占合成绝缘子总数的9.27%;其中2004年1月1日至2008年12月31日投运的合成绝缘子49793支，占合成绝缘子总数的18.03%;其中2009年1月1日至2013年12月31日投运的合成绝缘子92309支，占合成绝缘子总数的33.43%;其中2014年1月1日至2018年12月31日投运的合成绝缘子108466支，占合成绝缘子总数的39.28%。

由图1可知，华东区域合成绝缘子平均投运时间为7.32年。上海、安徽、浙江公司的合成绝缘子平均投运时间超过了华东区域平均投运时间。其中，上海公司的合成绝缘子平均投运时间最长，合成绝缘子整体上最为老旧[6]。而江苏、福建公司的合成绝缘子平均投运时间低于华东区域平均投运时间。其中，福建地区的合成绝缘子平均投运时间最短，合成绝缘子资产整体上最优。

考虑到各网省公司的合成绝缘子数量相差较大，当评定各网省公司的合成绝缘子管理水平及效率时，要综合考虑合成绝缘子的投运时间及数量，所以采用每千支合成绝缘子平均投运时间进行对比。网省公司每千支合成绝缘子平均投运时间见图2。

由图2可知，江苏公司、安徽公司的每千支合成绝缘子平均投运时间值最小，表明这两个公司的合成绝缘子管理水平及效率较高。上海公司的每千支合成绝缘子平均投运时间值远远大于其他公司，表明其合成绝缘子的管理水平及效率较低。

2.2 华东电网各单位运行特点分析

华东电网：合成绝缘子平均投运时间为7.32年。上海、安徽、浙江公司的合成绝缘子平均投运时间超过了华东电网平均投运时间。其中，上海公司的合成绝缘子平均投运时间最长，合成绝缘子整体上最为老旧。而江苏、福建公司的合成绝缘子平均投运时间低于华东电网平均投运时间。其中，福建地区的合成绝缘子平均投运时间最短，合成绝缘子资产整体上最优。

华东分部资产：合成绝缘子平均投运时间为12.14年。安徽、浙江、上海公司的合成绝缘子平均投运时间超过了华东分部资产合成绝缘子平均投运时间。其中，安徽公司的合成绝缘子平均投运时间最长，合成绝缘子整体上最为老旧。而江苏、福建公司的合成绝缘子平均投运时间低于华东分部资产合成绝缘子平均投运时间。其中，福建该公司的合成绝缘子平均投运时间最短，合成绝缘子资产整体上最优。

华东分部资产合成绝缘子平均投运时间已经明显超过了华东电网合成绝缘子平均投运时间，两者相差4.82年，华东分部资产绝缘子整体上较为老旧。

2.3 合成绝缘子故障及缺陷分析

经过统计分析，华东分部资产合成绝缘子的故障及缺陷方面主要存在芯棒断裂、灼傷、伞裙老化、芯棒发热等情况。

芯棒断裂方面：由浙江申工及德国赫斯特公司生产的合成绝缘子在运期间出现此类故障主要原因还是早期产品因芯棒本身质量问题而导致。

灼伤方面：部分合成绝缘子的均亚装置结构设计不够合理，导致其存在电弧灼烧的损毁情况。实际运行中应该进一步优化均压装置结构，使其能改善合成绝缘子的电位分布，同时保护不被电弧灼伤，其次还保护密封性能。

伞裙老化方面：运行中的合成绝缘子硅橡胶伞裙普遍存在的劣化现象主要集中在绝缘子表面憎水性、硬度和抗撕裂强度的变化上;同时这三个特性指标发生的变化，易于现场发现与判别。硅橡胶表面憎水性的下降，直接导致伞裙护套的电蚀损。

芯棒发热方面：芯棒发热是发生脆断的早期症状，芯棒酸蚀造成局部放电，合成绝缘子护套厚度薄，耐漏电起痕性能较差，导致护套多处烧蚀破损。

3 合成绝缘子老化评估

本次对于老旧合成绝缘子进行的老化评估试验，主要包括表面憎水性、芯棒强度、伞裙撕裂强度试验。

3.1 实验样品

本次评估试验的合成绝缘子共48支。其中：220kV线路的合成绝缘子34支;500kV线路的合成绝缘子14支。

以投运时间分：1995年3月投运的合成绝缘子5支;2001年5月投运的合成绝缘子5支;2001年6月投运的合成绝缘子10支;2003年12月投运的合成绝缘子16支;2004年4月投运的合成绝缘子5支;2006年11月投运的合成绝缘子3支;2013年12月投运的合成绝缘子4支。

3.2 表面憎水性试验

憎水性是低表面能固体材料表面的一种物理性能。宏观上，憎水性表面不易被水分所浸润，水在憎水性表面的积聚状态为分离的水珠，而不是连续的水膜。本文的实验中用基于人工污层憎水等级（HC）的喷水分级法研究伞裙试样的表面憎水性，按照DLT 1474-2015《标称电压高于1000V交、直流系统用合成绝缘子憎水性测量方法》中5.2.1人工喷水方法进行试验[7]。

用于表面憎水性试验的绝缘子统计情况如表1所示。根据表1中试验结果，统计了不同HC值出现的概率情况，定义了相应HC值相应的权重值，如图3所示。并以此作为不同运行年限合成绝缘子HC值综合评定依据。

比较4个值，可知T5-10>T20>T15-20>T10-15，说明合成绝缘子整体上随着运行年限的增加，其表面憎水性出现劣化。其中，运行超过10年以上合成绝缘子的伞裙憎水性劣化与运行时间有着明显的规律性。

3.3 芯棒强度实验

芯棒强度试验采用上海华龙测试仪器有限公司的WLW-1000型卧式拉力试验机，按照GB/T 34937-2017《架空线路绝缘子标称电压高于1500V直流系统用悬垂和耐张合成绝缘子定义、试验方法及接收准则》中9.5.2机械负荷试验方法进行试验[8]。对试品施加拉伸负荷。拉伸负荷应迅速而平稳地从零升高到大约为芯棒预期机械破坏负荷的75%，然后在30s-90s的时间内逐渐升高到芯棒破坏或完全抽出[9]。由表2可知，随着运行年限的增加，芯棒强度劣化没有明显的规律性。

3.4 伞裙撕裂强度试验

伞裙撕裂强度试验采用美特斯工业系统（中国）有限公司的CMT4203型微机控制电子万能试验机，按照GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》中5.1.2规定制作试样[10]。

由表3可知，随着运行年限的增加，伞裙的撕裂强度虽然仍能达到规定强度，但出现了下降。尤其对于运行超过15年以上的合成绝缘子，其撕裂强度的下降与运行时间有着明显的规律性，这对于现场检测合成绝缘子是否出现老化有着较强的指导意义[11]。

3.5 合成绝缘子老化的典型特点

通过此次的老化评估试验，能够确认华东电网合成绝缘子的老化特点如下。

（1） 确认随着运行年限的增加，合成绝缘子在表面憎水性、芯棒强度、伞裙撕裂强度方面的性能都出现了老化的现象。从整体情况来看，运行超过10年以上的合成绝缘子老化迹象相对明显。

（2）合成绝缘子机械强度方面主要与制造质量相关，在密封性完好的条件下，未发现合成绝缘子断串或机械强度与运行服役时间的显著联系。试验表明，合成绝缘子的机械强度薄弱点往往在端部连接处。同时也证明，拉断抽检试验对于绝缘子安全运行的重要性。芯棒强度出现明显劣化，尤其此次浙江申工公司生成的5支运行20年以上的合成绝缘子机械负荷全部低于标准值。这要引起相关单位的重视，加强对运行中合成绝缘子的定期巡视检查。

（3） 伞裙的撕裂强度虽然仍能达到规定强度，但随着运行时间的增加，明显出现了性能下降的现象。尤其对于运行超过10年以上的合成绝缘子，其撕裂强度的下降与运行时间有着明显的规律性，这对于检测合成绝缘子老化情况有相对较强的指导意义。

（4） 善用化学检测手段能够有力支持合成绝缘子老化评估工作，有必要研究包括红外光谱在内的多种化学检测方法，能够提高合成绝缘子老化程度的客观性和准确水平。

4 结论

华东分部资产合成绝缘子整体平均投运时间为12.14年，整体上较为老旧，运行10年以上合成绝缘子老化迹象相对明显，基于目前的投运情况，未来5年华东分部资产所属合成绝缘子将达到寿命末期，如不采取整体的技术管理措施，2023年末整体平均投运时间将达到为15年，到2028年末将达到18年，届时设备外绝缘风险将显著增大。本文的研究为华东分部资产所属输电线路合成绝缘子运行状况评估的方法进行了总结，以期为合成绝缘子的安全运行提供技术参考。

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