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污秽问题也影响着绝缘子,尽管新西兰有相对较少的工矿 企业,但绝缘子设计中却考虑了重度到非常重度
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抗击电缆终端站污秽的持久战

November 26, 2015 • Bushings, 最近文章汇总

在世界各地的输配电网络中,许 多地区的电网污秽极其严重,使 电力设备的绝缘性能和绝缘效果 面临着最严酷的挑战。位于开普 敦附近的Koeberg绝缘子污秽试验 站(KIPTS)就是其中之一,这里 以其严重的海洋和工业污染环境 而闻名于世,多年来,最先进的绝 缘子设计应用到这里也一直面临 着挑战。另一个地区位于阿尔及 利亚东海岸,其附近的炼油工业 与海风共同作用导致大量致命污 秽物的混合体沉积在绝缘子上。 然而,一个“绝缘子的克星之 地”却座落在一个看似不可能的 地方,这就是位于地球中部美丽 的、田园般的新西兰。 位于该国首都惠灵顿西侧入口处 一个宁静的电缆终端站,建成于 几十年前,几乎从建成之日起新 西兰国有输电运营商Transpower 的工程师和维护人员就一直倾注 了全部精力对其进行维护。由于 经过这个电缆终端转换点的线路 非常之重要,加重了赢得这场战 役的紧迫性。 这条± 350 kV的岛屿间联络线是新 西兰唯一的直流系统,连接着北岛 和南岛的220kV电网。这条线路起 始于Benmore水电站的南部,经过 535km的输电距离一直延伸到多风 的库克海峡的Fighting海湾。然后 通过海底电缆横跨40km到达Oter- anga海湾,并在那里重新恢复架 空输电线路到达35km之外的大型 Haywards换流站。 INMR走访了Oteranga海湾电缆终 端站,报道这一独特的抗击污秽 的持久战。
据安德鲁•伦顿介绍,新西兰的电力工程师一直面 临着许多在其它大多数国家不常遇到的挑战。作 为Transpower公司的资产开发工程部的高级成员,伦顿 说,“我们是一个孤立的系统,这就意味着在严重的停 电事故中,我们无法依靠其它电网来拯救我们。鉴于此, 涉及到电网的设计和运行时我们必须特别谨慎。”发生在 1998年的一场事故是该系统脆弱的很好实例,当时由于一 个关键电缆连接线的散热出现故障,导致国家商业中心奥 克兰(Auckland)遭受了连续五周的电力中断。 伦顿指出,另一个关键问题是新西兰在地理位置上与几乎 所有其它地方相距甚远,这意味着故障设备不能迅速地 被更换。这促使我们长期坚持一个策略,即让库存几乎包 含所有设备的更换备品,从简单的线路金具和组件一直到 非常昂贵的高压直流穿墙套管,甚至包括巨大的电力变压 器。伦顿笑道:“我们实际成了一个备用设备岛。”
伦顿指出,因为该国被大片开阔而多风的海域包围,除了 以上这些基本的事实之外,由于蚀损问题,新西兰的环境 还对电力基础设施提出了巨大挑战。从众多的地热源中释 放出的硫以及大面积使用的化肥只能使情况变得更糟。蚀 损不仅一直造成一些110 kV和220 kV断路器的铜管重复出 现问题,而且还影响隔离开关接触的准确度。 污秽问题也影响着绝缘子,尽管新西兰有相对较少的工矿 企业,但绝缘子设计中却考虑了重度到非常重度的污染问 题。例如,三年前,220/110kV Marsden变电站的一个电 压互感器发生闪络,促使对变电站进行大的重建并对所有 的瓷绝缘子涂RTV硅橡胶。伦顿说,“现在Marsden所有 绝缘必须是复合材料或已涂覆RTV的爬电比距为31mm/kV 的瓷绝缘子。”
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在山上俯瞰Oteranga海湾附近的一个新的110 kV风电变电站,每2至3天 就必须清洗一次,直到去年最终涂上了RTV硅橡胶之后才不用清洗了。

谈到绝缘,尤其是聚合物绝缘子,还有一个问题是该国持 续的强紫外线辐射,这种辐射部分是由南半球臭氧层空洞的影响造成的。伦顿评论说,他听 到过这样的报道,即变电站中使 用的硅橡胶和其它聚合物变暗 - 这 是材料正在发生变化的信号。他 说,“谈到填料和其它成分,有很多 不同的聚合物配方,如硅橡胶。因 此,我们一直比较关注在强紫外线下 它们的表现将会怎样。”
好像这一切还没有完结,因为 新西兰还位于一个大的地壳断层 处,易遭受严重的潜在地震活 动,最近的地震发生在2009年9 月,Christchurch城附近。特别是 惠灵顿,据预测每2500年的周期就 会遭受至少一次8.1级的大地震。 这意味着,大爬电距离的绝缘子也 必须能够承受潜在的剧烈震动。伦 顿提到,出于这种考虑, 需要对全 国各地超过20个断路器进行改造, 全部仅配备复合套管。 谈到污秽对绝缘子的影响,也许 Transpower公司最大的一个挑战 是±350kV电缆终端站,它位于北 岛南部的Oteranga海湾。选择这个 站点是因为它提供了连接Cook海 峡最优的电缆通道,该站点对面是 一直延伸到遥远南极的大片海域, 易受到持续的南北风的影响。事实 上,现在南半球最大的风电场之一 就坐落在周围起伏的山上。这些持 续不断的风使盐粒可以迅速在绝缘 表面沉积,在湿度很高的状况下, 即使是最好的绝缘配置,其绝缘性 能也会很快丧失。 20世纪60年代建设的电缆终端站在 建成之后的许多年里露天运行,据 报道电缆终端的瓷套必须每小时进 行超过15分钟的清洗。于是,80年 代后期决定把终端站密封在一个建 筑物中,这项工程于1990年完成并 投入使用。虽然此举有效地保护了瓷套终端,但是与污秽的斗争又基本上转移到了二个垂直 伸出建筑物屋顶的套管上。
Oteranga海湾的极1套管和极2套管都有它们有趣的历 史,这有助于解释尽管两者都是硅橡胶伞裙,为什么它们 有不同的设计、不同的尺寸以及不同的运行经验。 据Transpower公司的电子资产经理普雷德拉格•米洛舍维 奇(Predrag Milosevic) 回忆:极1套管(正极,按600kV 直流设计,目前运行在270kV)原本应该是瓷套管,但在 安装过程中损坏了。他说,“我们别无选择,只能有什么 用什么,在当时的情况下只能使用德国制造的旧的较小尺 寸的硅橡胶穿墙套管。” 米洛舍维奇(Milosevic)接着解释了负极2套管(运行 在350kV)有着不同的历史。该套管本来是油浸式瓷套 管,1992年首次安装。但在1996年,外层部分因释气和 放电发生剧烈爆炸,造成屋顶起火。米洛舍维奇还说,最 初是用一个备用的同类套管进行了更换,但2000年更换 成RTV硅橡胶,填充SF6气体的套管。后来证明这是个正 确的决定,因为维修人员进行更换时发现了瓷釉上的闪络 痕迹。 自从新的密封变电站投入运行之后,维修承包商 Transfield服务公司的工程师彼得怀斯曼(Peter Wiseman)不间断地来到变电站,见证了抗击污秽这场 艰苦战斗的历史。他介绍说,新的硅橡胶屋顶套管本来应 该比瓷套管更适合于苛刻的环境,但也出现了问题。
例如,2005年一个无风的早晨,他很早就来到了变电站, 看到其中一个硅胶套管“就像圣诞树一样发光。”经过仔 细观察,他发现,大部分伞裙已经裂开,甚至有些已经消 失不见了。 米洛舍维奇(Milosevic)说,“看到这些电晕放电的照片 时,我几乎不敢相信会发生这样的事情。显然,硅橡胶的 憎水性没有发挥出应有的作用。所以,我们决定请来了南 非的专家修复已损伤的伞裙并涂覆了更多的RTV。” 米洛舍维奇指出,运行经验似乎表明,使用HTV硅橡胶 制成的极1套管,在这样的环境下具有较优越的性能。所 以,2006年,我们购买和安装了一支用相同材料制成的
新的极2套管。据米洛舍维奇介绍,这种新的额定电流为 2500A的套管设计为不仅要具有更好的抗风载能力,也具 有更特定的爬电比距(61mm/kV)—远高于Transpower 公司的通常标准。 除了要对屋顶污秽问题进行持续的斗争之外,建筑物内部 还有一些意想不到的问题需要解决。怀斯曼指出,曾经发 现盐从底部浸入建筑物的现象,需要将变电站退出运行以 便更好地密封水泥地面。维修人员则充分利用这次停电的 机会擦拭套管,虽然现在它在建筑物内部受到了保护,但 还是可以积累导电性粉尘。 在过去的五年里,这两个屋顶硅橡胶套管一直是仔细而彻 底的检查和定期清理的目标。使用专业的照相机定期检 查电晕,并提供任何放电的强度和位置的信息。海沃兹 (Haywards)变电站附近的工作人员再把这些信息与天气 参数和特定的降雨联系起来。
这些观测表明,虽然这两支套管只相隔几 米远,却似乎有不同的维护要求。例如, 极1部件即使在较低电压下运行仍然会遇到 问题,而极2似乎更多的是遭受污染积累并 需要更频繁地清洗(达到每年2到3次)。 伦顿推测,这些差异可能与极性以及硅橡 胶护套的电子吸附作用有关。 怀斯曼说,“这里南北风盛行,而且降雨 大多来自北方,套管南边暴露部分由于电 晕而出现噪音。我们的运行经验是:如果 没有均匀地被雨水冲刷而造成了套管的 一个侧面受到更多的污染,就会发生问 题。”怀斯曼还指出,寒冷的冬季是威胁 最大的时期,因为冬季的风速有时可以达 到190km/h。
现在新的自动化系统代替了用水桶手工清洗的老方法。 电缆终端 抗击电缆终端站污秽的持久战 newsealand washing bushing

现在新的自动化系统代替了用水桶手工清洗的老方法。

为了更好地进行清洗,Transfield服务公 司的工程师已经设计了一种独特的清洗设 备,用可以移动的水管架代替以前的固定 架,极1中的套管周围仍是旧式固定架, 这样,去离子水可以沿着套管表面缓慢地 流下,洗去表面的大颗盐粒,这些盐粒有 时会在伞裙上迅速堆积。这些盐粒也会成 为强烈电晕的引发源,电晕会损坏硅橡胶 材料,如同以前RTV型套管发生的问题一 样。 伦顿还指出了均压环在保持适当的电场分 布以达到电晕最小化方面的重要性。他指 出,“我们发现,均压环重要的不仅仅是 正确的尺寸,还有合适的安装位置,以达 到最佳地控制电场强度。否则,绝缘子表 面很快就会形成清晰可见的‘环向应力’ 圈。在新西兰,我们通常把220kV电网的 运行电压提高5%,直流系统往往会在更艰 难的环境下运行。这意味着,就电场控制 而言,有任何设计缺陷的直流组件都将急 速地被损坏。” 尽管知道了很多如何应对Oteranga海湾的 污秽,到目前为止,我们仍然未知的一点 是,在任何严重的地震事件中这些套管表现如何。伦顿说,“我们通过这条线路得到了 600至800MW的电力供应,正在建设中的本摩尔 和海沃兹新的极3项目使我们很快就能传输更多 的电能。所以出现任何套管故障,不论是什么原 因造成的,都将是十分严酷的。”
有趣的是,在北岛电缆连接终端进行的抗击污秽 的斗争尚未被海峡对岸的电缆终端效仿,海峡 对岸Fighting海湾上的‘姊妹’电缆终端站仍然 依赖每隔一小时就清洗十分钟的瓷套管。基于 Oteranga海湾侧的电缆终端的运行经验,计划 未来的2年间将这些瓷套管换成硅橡胶套管。 对于Oteranga海湾的两个硅橡胶套管不同的污 染类型和清洗要求,伦顿说:“我们尚未完全确 定这种差异是电压造成的,还是伞形造成的。一 旦新的极3投入运行,我们可能会知道的更多, 因为它们都具有相同的工作电压。”

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