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现场对 430千伏瓷开关的带电清洗
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墨西哥 变电站中绝缘子 的运行经验

March 8, 2017 • Utility Practice & Experience, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

历史经验的概述 在上世纪 80 年 代,墨西哥联邦电力委 员会 (CFE)开始将复 合绝缘子应用于 400KV 的 输电线路。不幸的是,由于这批绝缘子运行失败, 使得国家电网遭受了灾难性的事故,因此很快地被 撤除。 然而到了 1995 年,CFE 决定恢复使用复合绝缘子, 但这次主 要是将其运用在中等电压等级的输电 网中。在应用过程中,复合绝缘子在污染环境下 的性能表现出色,但其表面老化问题却很快凸现 出 来。可以确定,这个问 题主要是由于其绝缘材 料与运行条件不相适应 所造成的。
因此,为了能够更客观地比较各种新设 计、形状和材料 的性能,CFE 选取若干不同厂商的绝缘子并将其安 装于 试验测试站。然 后,在 1996 年,CFE 采用了考虑各种因 素的 污秽实验室的方法,按 照当时的国际标准开始 评估 不同绝缘子性能。 这项工作还要求墨西哥电力研究所和 LAPEM 共同绘制国家的污秽分布图,并要求 CFE 独 立制 订复合绝缘子的标准,以预防任何不合理 的设计或有缺陷 的设备被应用于电网。 复合绝缘子在墨西哥除了应用在架空输电线上外,在变电 站中的应用之外也占有一席之地。概括地说,以下三个主 要因素使复合绝缘子的应用范围越来越广泛:地震活动、 污染的环境以及安全问题。 在地震多发地区, 复合绝缘子在变电站设备上的应用表现 出卓越的性能,同时使绝缘子重量大大减轻。不仅如此,由 于污染问题,在变电站使用了复合绝缘子后的运行成本比 使用瓷绝缘子、玻璃绝缘子的成本要低,同时复合绝缘 子非润湿的独特性能使闪络危险性也降低了。最后,在 发生灾难性故障的情况下,基于变电站人员和附近设备 的安全,特别是周围设备连带受损使成本增高等这些 因素,使复合绝 缘子越来越受到电力部门的青睐。
地震因素
在墨西哥的大部分地区,潜伏着可能发生严重的火山 和地震活动的灾害,一旦发生就会 造成变电站设备的严 重 损坏。近年来最严重的 地震活动发生在 1995 年10 月和2003年1 月。这两次事件的震级 都超过了绝大多 数变电 站设备的额定承受等级 (如电力变压器:2.0 gh & 1.5 gv;断路 器: AF5,5 m/s,0.5g;电流互感 器和电压互感 器: 0.5g)。其结果造成 位于曼萨尼约 (Manzanillo) 港地 区的大型水电站内的绝大多数电力设备被破坏,而其中大 部分设备 使用的是瓷或玻璃绝缘 子。这样使发电站瘫 痪 了两个月并需要昂贵的 重建费用,因而造成了巨大的 经济损失。 目前,一种安装了复合绝缘子的新一代外壳接地断路器已 通过地震测试,分别为 0.5g/1.4Hz 和1.0g/33HZ。这些
设备在预测模型和动态测试结果的相关性上有非常好的 性能。新型套管选择复合空心绝缘子,它们用于取代那些 已经被损坏了的传统套管。这样做不 仅减少了运输时间, 也因其自身重量轻而降低了运输成本。令 CFE 在选择使 用它们时感兴 趣的原因,还有这些套管的非脆断特性和非 粉碎特性,这些特性降低了运输和现场安装过程中可能造 成的损坏概率。 这些套管达到了针对瓷套管设备制定的技术要求,甚至在 某些情 况下超过了这一技术要求。它们被安装于盐雾以 及工业污染地区。通过定期检查其绝缘状态来观察绝缘 子表面污秽情况,同时确定最佳的 维护方案。 污染因素 在大多数情况下,绝缘 子的污秽是人们改用复合绝缘材料 的主要原因,因为硅橡胶材料具有传统瓷或玻璃绝缘材料 没有的诸多优良的物 理性能。在墨西哥,多 个大型发电 厂的燃烧残 留物是影响到附近变电 站绝缘子污秽的主 要原 因。这种绝缘子表面的 污秽引起了闪络的频繁 发 生。由于绝缘体表面 与污秽物粘接很紧密, 给绝缘子清洗带来困难,所以需要经常带电清洗,因此也造成了相 当 高的维护费用。
CFE 有约百分之四十的电力设备靠近海岸线附近的地区, 这些地区具有典型的盐雾气候天气,它们严重地影响 着 周边的几个变电站和 线路。在墨西哥湾地区, 11月到3 月是关 键的季节。在此期间, 有多达 60 次风暴(被 俗称 为 nortes)可能 过境,它们每次过境都可造成绝缘子表面 高达2mg/cm2 的污秽(包 括盐和风沙)。为了防止闪络发 生,在风暴期 间不管是否有降雨发 生,每三次风暴过后会 都要进行一次带电清洗。(即在这 5 个月中有多达 20 次 的带电清洗) 。 然而,即使花费如此高昂的费用进行带电 清洗,闪络仍然 频繁发生。因此,为了使设备能够继续正常运行,对这些地 区变电站的设备增加了绝缘尺寸,或者 增加备用设备。由 于增 加了这些投资以及相应 的维护费用,这些费用 相当 于同电压等级的成 套 SF6 变电站的造 价。 基于这些因素,在 上述受影响地区 CFE 的部分电力设施 已改用硅橡胶材料作为 230 千伏和 400 千伏系统 中的 母线支撑材料和变压器套管。这一解决方案降低了闪络 造成的危害, 同时也减少了维 修费用。
从每年 11 月份到第二年的 3 月份 是一个很严峻的时期, 这里可能有 多达 60 次风暴 的袭击,被称作 nortes , 它们使绝缘子表面污秽 高达 2 mg/cm2。
绝缘子涂层 作为解决变电站 瓷、玻璃绝缘子积污问 题的补救措 施,CFE 对其一些可行方案与更换 绝缘子的高成本方案进 行了评估。在某些情况下,优先选择了将不同 的 RTV 涂 层应用到电 力设备中,如变压器套 管,母线绝缘子,空气 开 关等。这些措施被证 明是行之有效的,并且 涂料具有五 年的使用寿 命这样的耐久期。5 年之后,通常需要清除掉 原有涂层并重新涂刷新 涂层。附着有涂层的绝 缘子清洗 的次数会因此 减少,从而大大降低了 维护成本,同时还降低 了闪络带来的风险。 对新的复合绝缘材料以及涂层建立一个定 期检查的制度, 以监测 绝缘子表面状况并对表 面积污情况进行评估。 安全性思考 现场对 430千伏瓷开关的带电清洗 变电站 墨西哥 变电站中绝缘子 的运行经验 mexico考虑到设备发生故 障后的安全性,用复合 绝缘子替代瓷 绝缘子就能够很好地保护周围变 电站的设备以及确保周 围人员的人生安全。如 果空心复合绝缘子发生 爆炸,其内部产生的巨大压力将随着空心管的解裂而被释放,从而 避免了如瓷绝缘子爆炸后 造成的那样巨大损失。
标准 直至目前为止, CFE 已经制定了两套标准,适用于 400 kV 及以下电压等级的线路复合绝缘子,并建议在恶劣环 境中以及易受到蓄意破坏的情况下使用这些绝缘子。对 于电力变压器,电力电抗器和断路器,这套标准推荐在地 震活动或严重污染的地区使用复合绝缘材料,特别当泄漏 比距的要求高于 31 毫米/千 伏的情况下。 CFE 的标准还包含这样的内容,在重污秽 地区以及考虑 到故障发生时周围人员和设备的安全因素,推荐选择使 用复合绝缘子。 所有的这些标准和 规范正在随着越来越多的经验积累 而定期评议。 结论 鉴于复合材料较瓷、玻璃有着无可替代的优 点,大力 推荐在如下情况和地区的变电站中使用复合绝缘子: 重污染 地区,地震活动较多地 区。 ● 至今为止,没有任 何有关投入使用在 CFE 设备上 复合绝 缘的母线支撑和变 压器套管出现特殊 问题的 报道。硅橡胶表面一直没有任 何明显的蚀损,说明其憎水性良好。 同时也没有其他 生 物污秽或动物破坏的相关报告。 ● 使用了这些复合绝缘子,对设备维护的次数减少了, 这 使得维护费用显著降低。仅此一点就 足以支持改 用复合 绝缘子的决定,当 然这还取决于使用 在什么 地区。 CFE 的设备现在具有了 很高的可靠性,是由于设备的 复合绝缘具备了优良的防爆性能,因而降低了设备的 故障率,对周围人员及设备的危害也减少了。 ●尽管复合绝缘子具 有上述所知的优点,但 CFE 认为, 目前继续积累其运行经验是很有必要的,这样才 能更全面地比较传统瓷绝缘子和复合绝缘子的性 能。此外,还 有必要对外部的供应商以及内部的相 关人员进行培训, 使他们以最佳方式运输和装卸复 合绝 缘子,避免对它们造成损害而导致未来事故的 发生。  

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