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绝缘子金具电解腐蚀的基本原理如 图3所示电解回路由直流电压源金属电极和电解液构成与电源正 极相连的金属失去电子
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绝缘子腐蚀现象对中高压直流输电线响路的影响

May 24, 2017 • Insulator / 绝缘子, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

2011年3月,位于中国南部的世界首条 ± 800 kV楚穗特高压直流输电线路出 现了盘型绝缘子串铁帽腐蚀现象。该输 电线路以云南省的楚雄换流站和东部沿 海广东省的穗东换流站为端点,输送距 离为1200km,所跨越地形多为山地。 前述铁帽腐蚀现象多集中于负极性 侧的V型串绝缘子。同时,对于正极 性侧绝缘子,钢脚保护锌套与水泥的 交界处,也存在不同程度的腐蚀。 本文由清华大学深圳研究生院的 梅红伟博士撰写,介绍了腐蚀机 理,并对腐蚀现象进行了模拟试 验以分析其对绝缘子的影响。

引言 目前, 对于包括中国在内的世界各 国,特高压直流输电技术在远距离 输电领域发挥的作用越来越重要 这主要是因为它具有传输容量大电 能损耗低输电稳定性高节省输电 走廊短路电流低等优点 目前, 硅橡胶复合绝缘子因其良好 的污秽特性而广泛应用于中国的特 (超) 高压直流输电线路上但在山 林冰区等一些特殊线路段上, 倾向 于采用机电特性较好的V串瓷绝缘 子, 在这种情况下, 铁帽缝隙在潮湿 或降雨条件下易被水滴桥接而导致 铁帽出现电解腐蚀 截至2011年10月 (线路投运不久), 楚 穗直流线路负极性侧的20000余片V 串瓷绝缘子出现了铁帽腐蚀问题, 瓷
件上出现了明显的锈迹此外, 2012 年2月,±800kV复奉直流±500kV 天广高肇兴安等多条特(超)高压 直流输电线路负极性侧V串绝缘子 也出现了铁帽腐蚀现象绝缘子铁
铁帽的大面积腐蚀严重威胁到高压 直流输电工程的安全运行, 该腐蚀 问题也成为了现阶段的研究热点
楚雄和穗东±800 kV换流站为楚穗直流线路的两个终端 绝缘子 绝缘子腐蚀现象对中高压直流输电线响路的影响 Article 1 Aug 11 4

楚雄和穗东±800 kV换流站为楚穗直流线路的两个终端

 
 直 流悬式绝缘子的金具腐蚀并非 新出现的问题, 其在多年前就已引 起众多研究人员的关注其中, 新 西兰的IM.Crabtree等研究人员在 上世纪90年代解释了污秽运行环 境下钢脚的腐蚀原因, 并分别对有 无保护锌套的钢脚进行了试验研 究此外, V.I.Galanov等人研究认 为长棒型瓷绝缘子的耐腐蚀特性要 优于钢脚未安装保护锌套的盘形瓷 绝缘子同时, 我国西安交通大学的 学者研究了污秽条件下直流支柱绝 缘子金具的腐蚀机理及影响因素, 王炫在试验研究的基础上, 认为污 秽潮湿的环境下, 绝缘子金具会出 现电解腐蚀, 并且腐蚀的速度与绝
表1 ±800kV楚穗直流线路铁帽电解腐蚀瓷绝缘子统计 绝缘子 绝缘子腐蚀现象对中高压直流输电线响路的影响 Screenshot 2014 08 08 11

表1 ±800kV楚穗直流线路铁帽电解腐蚀瓷绝缘子统计

 
缘子泄漏电流金具的材料以及制 造工艺等因素有关运行环境的影响 楚穗直流线路铁帽腐蚀V串绝缘子 的瓷件表面有明显的锈迹通道同 理, 正极性侧绝缘子的钢脚存在类 似的腐蚀现象 表1统计了两个腐蚀程度严重地区的 绝缘子铁帽腐蚀比例 腐蚀程度最严重区段的地理环境如 图2所示 腐蚀原因 绝缘子金具电解腐蚀的基本原理如 图3所示电解回路由直流电压源 金属电极和电解液构成与电源正 极相连的金属失去电子发生阳极腐 蚀, 负极性绝缘子的铁帽和正极性绝 缘子的钢脚均为电解回路的阳极,通 过氧化反应形成的亚铁离子最终转 化成铁锈
对金具腐蚀绝缘子进行了常规机 电特性试验, 结果表明铁帽腐蚀绝 缘子依然满足线路运行要求, 但是 注意的是, 盘形瓷绝缘子表面的锈 迹可能会加速绝缘子污秽的积累 为了对此进行评估, 从楚穗直流铁 帽腐蚀严重区段的407#塔上取下3 片瓷绝缘子, 其表面被分为图4所示 的3个区域, 区域A是上表面腐蚀产 物集中区域, 区域B是上表面无腐蚀 产物区域, 区域C是绝缘子下表面 绝缘子表面积污情况的测量结果如 表2所示 由表2可知 (1)区域B和C的等值盐密在 0.0053~0.0113 mg/cm2之间, 这说明绝缘子表面的污秽程度 对铁帽的腐蚀程度没有影响 (2)腐蚀产物集中的区域A,其等值 盐密和灰密均高于区域B和C
表2 楚穗直流线路铁帽腐蚀绝缘子污秽度测量结果 绝缘子 绝缘子腐蚀现象对中高压直流输电线响路的影响 Screenshot 2014 08 08 11

表2 楚穗直流线路铁帽腐蚀绝缘子污秽度测量结果

 
另一个值得关注的问题是钢脚腐蚀 可能降低绝缘子的机械强度,导致绝 缘子机械方面的故障
绝缘子金具电解腐蚀模拟试验
可以用喷水法来对瓷绝缘子的铁帽 腐蚀进行模拟试验采用该方法进 行试验时, 绝缘子下表面和部分上 表面爬距被导线短接, 并用铜电极
绝缘子钢脚腐蚀可能降低
粘贴到绝缘子上表面, 如图5所示
图5 采用喷水法进行试验时 试品绝缘子的准备为了避免铜电极在试验过程中脱离 绝缘子表面, 还需用密封胶对电极 进行固定
可以采用电解槽法对绝缘子的钢脚 腐蚀进行模拟试验, 首先用导线缠绕 在钢脚上, 之后用密封胶对导线以及 钢脚不腐蚀的部位进行密封处理, 最 后将准备好的试品绝缘子置于电解 槽中进行试验, 如图6所示考虑到锌的防腐活性强于铁, 线路 新生产绝缘子应安装锌环, 并且锌环 与铁帽应紧密接触并浇注为一体 对于钢脚腐蚀, 可通过加厚保护锌 套和提高其密封性能进行抑制
结论 本文对直流绝缘子金具电解腐蚀问 题及其试验方法进行了研究, 得到以 下几点结论 (1) 铁帽和钢脚腐蚀绝缘子仍然保持较好的电介质特性 (2) 绝缘子表面的污秽水平对金具 的腐蚀过程没有明显影响, 然 而绝缘子表面的锈迹通道会加速该区域污秽的积累 (3) 可以分别采用喷水法和电解法对 绝缘子铁帽和钢脚的电解腐蚀问题进行试验研究 (4) 安装锌环可以有效地解决绝缘子铁帽的电解腐蚀, 对于钢脚 腐蚀, 则可以通过增厚保护锌 套的方法进行抑制
   
 

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