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重点对绝缘子的 分析很快便与审阅标准化联系起来。根据被击穿的相对风险将线路绝缘子进行分 类
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CIGRE有关架空线路的参考书

March 18, 2016 • Columns, From Research View, Reporting from CIGRE, 最近文章汇总

2011年, 在雷克雅维克(Reykjavik)举行的CIGRE B2研究委员会的年度会议上, Konstantin Papailiou主席提议将多年来不同工作组、不同会议以及不同座谈会 上产生的有关架空输电线路的所有知识进行汇总, 出版一本技术参考书。现在这 一提议已成为现实。 当然, 架空线路的课题非常宽泛, 集不同的学科为一体。因此, 书的章节不仅必须包 括线路各类组件的电气性能而且也必须包括机械性能, 例如杆塔, 塔基, 导线, 绝缘 子以及连接金具。同时, 正如运行问题要考虑诸如环境因素, 维护要求等, 架空线路 必须考虑当前与此相关的问题, 包括电压升级。 有基于此, 这本参考书大约有20个章节, 计划于今年夏天出版赶上CIGRE在巴黎 召开的全体会议。目前也在准备CIGRE其它领域的参考书, 例如变电站, 高压设 备, 地下电缆等。 绝缘子章节 我被提名为绝缘子章节的主笔作者, Papailiou博士作为章节的作者协助编写。浏 览30年来撰写的大量论文、文件与技术手册的确是难得的经历。此外, 还参考了 CIGRE委员会内部直接提供的约70份文稿。 尤其是基于CIGRE提供的文稿将被推为IEC标准这一事实, 章节中重点对绝缘子的 分析很快便与审阅标准化联系起来。根据被击穿的相对风险将线路绝缘子进行分 类已经众所周知, 即代表长棒形与盘形的A类与B类绝缘子(IEC60383-1)(参看图1)。 尽管50年代首次引入IEC(60)075与(60)087标准, 但自此之后经历了更新并被更优 的版本所替代。与此类似, 第一个复合绝缘子标准IEC(6)1109于1992年颁布, 该标 准主要依据CIGRE的参考文件:复合绝缘子最低要求的技术基 础, 该文件十年前由工作组 22.10创建并在ELECTRA上出版。尽 管复合绝缘子技术的标准化工作相对较迟, 但目前现有的标准的水平基本上与传统陶瓷绝缘子的水平等价。 此外, 专门针对复合绝缘子的试验原理已经被现场运行经验证 明有效。事实上, 传统陶瓷绝缘子与复合绝缘子的故障模式有 很大不同 (见第9页)。尽管如此, 如果从运行现场审视问题, 已经 证实以下越来越受到关注的问题是所有绝缘子技术所共有的:
图2:可能影响线路复合绝 缘子可靠性的因素。 CIGRE CIGRE有关架空线路的参考书 reason insul

图2:可能影响线路复合绝 缘子可靠性的因素。

• 本行业节约成本的压力越来越大; • 在给定的实际运行环境下, 绝缘子选型不正确; • 绝缘子生产商设计错误; • 未能根据标准要求进行充分的设计与型式试验, 尤其是对 新绝缘子; • 安装和操作不当。
复合绝缘子似乎更易受这些潜在问题的影响。 CIGRE技术手册545中陈述, 采用最新技术, 严格质量控制以及可以全程跟踪条件 下生产的当前这一代复合绝缘子, 其可靠性达到了陶瓷绝缘子的水平。但只有遵循 适用于线路绝缘子的一些基本原则才能实现这一可靠性水平, 强调这一点依然很重 要, 如图2的实例所示。 这本新书的下一章将讨论损伤极限原理, 作为CIGRE对于产品标准的基本工作的 实例 (也提供更多的案例)。 FRP芯棒支柱绝缘子的损伤极限原理CIGRE工作组B2.03广泛调查了复合支柱绝缘子的机 械特性, 当时的主席为已故的Claude de Tourreil。 他们的工作目的是更好地了解故障机理以及为正确 的试验方法提供更多的信息用于各种产品标准, 并最 终形成文件。 1996年至2002年间, 在ELECTRA上发表了有关上述 内容的3份主要文件。因为FRP芯棒有韧性, 一项重要 的技术进展是采纳损伤极限模型, 解释了为何发生机 械故障时绝缘本体通常不像陶瓷绝缘子那样发生解 体。因此, 设计得当但发生故障的复合支柱绝缘不存在灾难性导线跌落的风险。 这种特性也被称为安全故障模式,仅限于采用FRP的产 品。但是, 从线路安全的角度来看, 这种正面的特性也 意味着无法清晰地界定‘故障载荷’这一概念。尤其对 于支柱绝缘子的FRP芯棒而言,在弯曲特性中还没有出 现明显变化之前,它可能已经被损坏。这种损坏可以由 FRP材料中微小的裂隙造成,或许不影响产品的短期性 能,但仍然会减少预期运行寿命。例如,局部微小裂隙 可以扩大,并引发放电,对材料的电气强度(最终机械 强度)造成负面影响。
图3:用蠕变系数与弯曲应力的关系来描述损伤极限原理。 CIGRE CIGRE有关架空线路的参考书 theory2

图3:用蠕变系数与弯曲应力的关系来描述损伤极限原理。

因此,研究一种试验方法,建立这种特殊故障模式开 始在绝缘子FRP芯棒内形成时的机械负荷被认为很 重要。一旦FRP芯棒承受恒定机械载荷,采用损伤极 限原理观测芯棒的蠕变特性。对于承受弯曲负荷的复 合支柱绝缘子, 随着施加荷载时间的增加, 其最大挠 曲角度明显增加。 为了更好地理解这一现象, 对支柱复合绝缘子施加不同 的载荷, 持续数周。测量挠曲 (Df) 与时间 (t) 的关系, 根 据经验建立了两者之间的拟合曲线:Df=A log t。以这 种方式建立的参数A如图3所示, 当 (公称) 弯曲载荷强 度大约为500MPa时, 曲线的斜率发生变化, 并在该固定点进行计算。低载荷时,FRP棒松弛一定时间后恢复到原状 态。但是,对于超过500MPa的弯曲载荷,蠕变系数A呈现非线 性的特性。这意味着,更大的载荷(仍小于约800MPa的故障 载荷)导致芯棒在几天内出现故障。将这两个区域分离的弯曲 应力被称为损伤极限应力。
我希望以上的总结能够吸引INMR读者更多了解这本架空输电 线路的好书。由于已看过其它的章节,我可以说这本书的确是 总结了长期以及当前课题的综合性文献。如果对本书下一个版 本有问题和建议,欢迎所有读者联系本书的作者。 Dr. Frank Schmuck frank.schmuck@sefag.ch

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