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解决沙漠环境中绝缘 性能不佳的问题
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解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分)

March 4, 2016 • Cable Accessories / 电缆附件, 最近文章汇总

阿曼或沙特阿拉伯东部重污秽地区的运行经验 表明 即便40mm/kV的爬距 防雾型陶瓷绝 缘子仍然不能达到令人满意的防污性能 为避 免污闪 必须定期清洗。虽然普遍认为 硅橡 胶复合绝缘子可以在低于陶瓷或玻璃绝缘子 的USCD值下运行 但在这种污秽环境下并 非总是如此。 相反 有一种担心认为 在重度污秽地区采用 爬距较小的绝缘子会导致运行寿命的缩短。 例如 一项故障研究表明 当憎水性暂时丧失时(例如黎明时出现潮湿污染) 泄漏电流可 能加速老化甚至引发故障。同时 应当强调的 是 对于合成绝缘子 其性能并不仅仅由其基 础聚合物材料所决定 同时也取决于多种其 他因素。例如 填料在阻止漏电起痕和抗蚀损 方面起着关键作用。 本文是英国咨询专家Brian Wareing所写 的三篇系列文章中的最后一篇 回顾了他对 沙漠恶劣的环境下绝缘性能不佳现象所展开 的调查。 用于沙漠环境下的备选合成 绝缘子材料 硅橡胶 紫外线能够打破构成聚合物分子主 干的C-C键 损伤聚合物 在较低的 300nm波长时 在常温下 阳光辐射 所释放的能量约398kJ/mole 而 打断上述键所需的能量为348kJ/ mole 这解释了为什么许多聚合物
Screen-Shot-2015-05-28-at-4.26.44-PM-copy 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图2:未相连的钢件导致杆塔的横担以支撑横担出现漏电痕迹

图1:未连结的横担以 自顶端向两侧发展的 漏电蚀痕 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图1:未连结的横担以 自顶端向两侧发展的 漏电蚀痕

                需要添加UV抑制剂以保证其长期的 稳定性 相反 硅橡胶中的主干Si-O 键需要445kJ/mole的能量才能将 其打破 这是在紫外辐射下硅橡胶 的固有性能比多数其他聚合物更为 出色的主要原因。 但是 由于硅聚合物中的其他键可能 因UV而受损 硅橡胶也不能完全避 免老化 例如 在沙漠地区 温度甚至可以超过50 硅橡胶会出现老 化 留下导电性的碳残余 降低抗 漏电能力。 相较于陶瓷 聚合物材料的表面能 量低是其保持憎水特性的原因之一。硅橡胶的表面能量约为EPR EPDM 以及环氧树脂等材料的一半 这解释 了其卓越的憎水性能 但是 持续的 水分作用将对材料的憎水特性造成不利影响 这解释了为何硅 橡胶材料在持续盐雾试验 中表现不佳 硅橡胶材料具 备污秽发生后迅速恢复‘如 初’的特性 所以最佳运行 环境是遭遇污秽期间有频 繁的降雨 这种恢复是高分 子链重新定向作用以及材料 通过自然扩散从本体向表面
图4:阿曼Al-Ashkharah地区的横担支撑 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图4:阿曼Al-Ashkharah地区的横担支撑

图3:拉线没有连接的杆塔上出现局部严重漏 电起痕 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图3:拉线没有连接的杆塔上出现局部严重漏 电起痕

                    迁移作用的共同结果 但是 如果缺 图2:未相连的钢件导致杆塔的横担以支撑少雨水的话 如沙漠地区 硅橡胶材 料的性能将变得不确定。 聚烯烃 UV 能够打破许多高分子链 尤其是 含有制造中造成某种缺陷的分子 链 没有缺陷的热塑性聚烯烃 例 如聚乙烯(PE) 聚氯乙烯(PVC)以 及乙烯醋酸乙 烯酯(EVA)在出现老 化之前 它们的户外运行寿命实际 上可以长达多年 但是为了保证户 外运行性能 这些塑料材料通常必 须混合使用紫外防护使其稳 定 例 如将炭黑用于架空输电线路绝缘导 线的护套 而抗氧化剂可以减缓污秽 以及放电作用对聚合物链产生的损 害 与此类似 紫外吸收剂借助阳光 中二 次发射的能量而进行工作 纯粹 的聚乙烯在紫外频谱内无吸收带 因 此原则上可以永久不老化。
图7:修复的导线与生锈的绝缘子金具。 图8:绝缘子上锈蚀的实例 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图7:修复的导线与生锈的绝缘子金具。 图8:绝缘子上锈蚀的实例

图5:阿曼地区安装在杆塔上的变压器腐蚀。 图6:横担腐蚀如此严重,在正常的线路张力下,钢支撑组件出 现断裂与弯曲。 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图5:阿曼地区安装在杆塔上的变压器腐蚀。 图6:横担腐蚀如此严重,在正常的线路张力下,钢支撑组件出 现断裂与弯曲。

                三元乙丙橡胶 某些环氧树脂 以及EPDM橡胶中的 丙烯类以易受UV攻击而著称 在 缺乏材料具体组分信息的情况下。硅橡胶始终是更好的选择 尤其是 做出决策的主要标准是依据是 否 暴露于强紫外线下 阿曼等海湾国 家沙漠中使用的EPDM产品遭遇了 严重漏电起痕的大量实例已经验 证了这一点。 连接与杆顶火灾 正 如本系列文章第一部分中详细讨 论的那样 染污绝缘子将使泄漏电 流在相与地之间流过 在有拉线且 无闪络发生时 这种泄漏电流通常 不会带来问题 但 是 如果横担或 拉线连接不良时 流过绝缘子的泄 漏电流还将流过杆塔 导致碳化通 道甚至点燃木质杆塔 与横担之间的连接 图1为阿曼沙漠电网中以前采用的 典型未接地杆塔 杆塔上并非所有 的钢件都相连 此时的平衡拉线与 下横担相连 而未与上横担相连。结果造成不平衡泄漏电流经染污 的陶瓷绝缘子流向上横担 并从上 横担杆顶处流向下横担 并经拉线 绝缘子流回大地。 流 过杆顶的泄漏电流可以导致树状 漏电蚀痕的出现 使材料碳化 并为 以后出现的泄漏电流提供低阻值通 道 其结果只会增加风险 照片中的 插图显示了从杆 顶上横担螺栓区域 向杆塔两侧发展的下行漏电痕迹。这将因此提高该地区杆塔着火的风 险 幸运的是 如果线路巡视人员 清楚检查什么 这种痕迹容易被 发 现 可以积极主动采取补救措施。 连接所有钢件 图2显示了并非所有钢件都互相连 接的未接地杆塔 由于离地太近以 及悬浮电压可能给人员带来危险。不能连接的上横担以及支撑横担处 出现漏电痕迹 在这种情况下 推荐 将所有钢件相连并接地。
图10:错误安装的电弧保护装置 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图10:错误安装的电弧保护装置

图9:绝缘子直接安装在混 凝土杆塔上 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) INMR China Issue 17 tu9

图9:绝缘子直接安装在混 凝土杆塔上

                      与拉线的连接 图3中的杆塔上 杆塔或横担上的 拉线间均未相连 流过绝缘子的不 平衡电流将提高绝缘子上的悬浮 电位 这些电流将寻求一条最容易 的路径流向大地 即流过连接的拉 线 经过拉线绝缘子导入大地 但 是 当拉线未连接时 这些电流必 须通过杆塔流向拉线。 如图1所示 当电气悬浮的横担间的距离相对较大时 这些电流将四处 扩散 并形成树状蚀痕 但是 若像 图3中那样 沿杆塔的导电通路较短 时 电流将更集中 蚀痕也更深 这 增加杆顶着火的风险 但如将所有钢 件相连则可轻易地解决这一问题。 绝缘子质量与选型的重要性 连接不佳或未连接造成的问题均是 因为使用的绝缘子不适用当地的运 行环境 连接不佳的问题可能很难 探测 但是染污绝缘子性能不良以 及连接不佳两者共同作用的结果 是开始出现杆塔漏电起痕 即杆塔 起火的第一步。 腐蚀以及环境问题 在阿拉伯湾沙漠 尤其是阿曼东南部 地区 更进一步的问题的是横担变 压器以及导线所用钢材的腐蚀 因为腐蚀问题影响了端部金具的选材 这 反过来将直接影响绝缘子的选型。 该 区域的腐蚀源于沙漠中所含的 钙盐以及海湾中所含的钠盐 加上 强紫外线 高温 电晕放电带来的 NOx以及汽车尾气中SOx的综合作 用 在许多情况 下 ACSR导线中钢 芯材料被腐蚀掉 导致导线出现大 幅下垂并造成碰巧途径此地附近的 骆驼 山羊以及任何其它动物死亡。包括当地居民死亡。 在如此易腐蚀的环境中 即便金具 连接处的故障电流较低 聚合物绝 缘子金具上的镀锌层仍易受损 这 将降低机械强度 可能造成掉线以 及其他安全隐患。 鉴 于此 目前该地区大部分132kV 绝缘子都加装了保护环以进行工 频电弧保护 电弧的起始点或电弧 根部紧贴保护环 以避免电弧中所 蕴含的能量被端部 金具所吸收 但 是 一些电力公司未能正确地安装 这些装置 有时保护环被安装在绝 缘子压接处之后 使其仍易受损坏。 目前所采用的解决方法是从根本上 拆除该区域中压电网上的所有镀锌 钢件 绝缘子上的钢件由铝或不锈 钢代替 而横担则改为绝缘子与混 凝土杆塔直接相连 的确 目前阿 曼的中压电网广泛采用了混凝土杆塔 最初从德国进口 成立一家合资 企业之后目前在当地生产。 33kV回路之间使用间隔棒 海湾国家拥有稠密的33kV输电线 路 为该地区的很多油井供电 有 时 线路间距不足一米 已知沙漠 中强风频繁 导线间的碰触事故是 严重的问题。 为了改善这一状况 最近加拿大的 一个线路承包商及绝缘子生产商 与另一家公司合作采用了带电安装 线路间隔棒的技术 使问题得以解 决 同时又不影响石油生产 此处 使用的绝缘子为硅橡胶类型 满足 了本地区运行环境所有特定爬电距 离的要求。
图11:在线安装相间间隔棒 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图11:在线安装相间间隔棒

图12:33kV相间间隔棒安装到位。 图13:安装了相间间隔棒的交导线,沙漠环境,绝缘性能 绝缘性能 解决沙漠环境中绝缘性能不佳的问题(第三部分) Screen Shot 2015 05 28 at 4

图12:33kV相间间隔棒安装到位。 图13:安装了相间间隔棒的交导线

 

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