66kV～220kV绝缘子雷击断裂与自身劣化关系分析

摘要：结合辽西各供电公司所管辖的线路近十几年来因雷害造成的绝缘子损害情况，分析了绝缘子的自身运行良好状况与雷击闪络的关系，指出线路运行中存在着少量劣化绝缘子，不仅仅是损失线路部分绝缘的问题，而且能给线路的安全运行带来更大的危害，必须认真加以对待。

关键词：绝缘子；雷击；劣化绝缘子

作者简介：赵会（1982-），男，吉林吉林人，国网辽宁省电力有限公司技能培训中心技术技能培训部，讲师，技师。（辽宁 锦州

121001）罗旭（1971-），男，辽宁朝阳人，国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司运检公司，助理工程师，技师。（辽宁 朝阳 122000）

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0262-02

辽西地区多城市境内地形以山区为主，并呈北高南低的态势，北部多为高山峻岭，南部多为一般山地或丘陵地带，地势分布比较复杂，由于受海洋性气候影响，境内雷电活动比较频繁，据变电站值班人员的不完全观测统计，年平均雷电活动约在30天左右，这对北方地区来讲正是典型的多雷地区。根据送电线路雷害事故统计分析，年平均雷击跳闸率达到l.04次/公里，占整个送电线路事故跳闸率的60%左右，严重影响送电线路跳闸率指标的完成。

一、十年来发生的雷害事故情况

从2003年到2013年，十年间共发生66～220kV线路雷击跳闸74次，其中66kV线路发生46次，220kV线路发生28次，这中间还不包括未找到闪络地点的雷害事故。因雷击共造成线路绝缘子闪络l74串，损坏普通绝缘子约800余片，合成绝缘子20多根。雷电活动具有周期性强弱的特点，在雷电活动较严重的年份，线路雷害跳闸最多达到14次，较弱的年份最少发生6次，其表现为强雷暴活动年，220kV线路雷击跳闸次数明显增多，一般都在4次以上，最多达到8次，而较弱的2011年为1次。

雷害不仅能引起绝缘子外绝缘损坏，有时还能引起绝缘子的机械性能损坏，起不到支撑导线的作用，给送电线路的安全运行带来更大的危害。

二、线路劣化绝缘子积累的形成与雷击断裂的关系

从220kV线路的绝缘子钢帽炸裂状况分析，有一个值得注意的原因不容忽视。检查被炸裂的两个钢帽断面，均发现靠近钢帽表面镀锌层2mm以内铸钢有锈蚀痕迹，这说明钢帽爆炸前就已经存在着裂纹缺陷。今年66kV线路的绝缘子断裂也存在着同样的问题。这些裂纹的产生说明了在钢帽内的原瓷釉上，在运行中也出现了劣化裂纹现象。

送电线路的绝缘子一般一至两年试验一次，个别的可能还要长一些。绝缘子现阶段一般采用固定火花间隙的检测方法。该种方法施工简单，检出效率较高，但存在着准确率不高的问题。一方面是由于工作人员的操作原因造成。操作不当、经验不足、判断失误等都是漏检劣化绝缘子的重要因素。二是由于设备的客观原因所形成。一般绝缘子的检出工作都是在天气晴朗比较干燥的气候条件下进行，绝缘子钢帽内的瓷釉厚度可达20mm以上，在此条件下沿洁净瓷釉的缝隙长度也可承压达40～50kV。在这种高阻值情况下，绝缘子的正常分布电压值比标准值降低不多，试验人员一般很难进行辨别。另一种情况是，靠近导线侧的绝缘子，正常时分布的电压值较高，略微低一点时尽管声音的异常有放电声，但也很难判断是否是不良绝缘子，只有在潮湿的气候条件下才能较容易地将分布电压低的不良绝缘子发现出来。双串绝缘子串受分布电容的影响，绝缘子上的分布电压与一般直线单串略有不同，使用火花间隙的检测方法全凭操作人员的经验判断，更难以判断已略微变化的分布电压值，从而使线路上的劣化绝缘子得以积存。

发生雷击断裂的绝缘子一般情况下仅受劣化绝缘子排列位置的影响，可能是靠近挂点的第一片，也可能是靠近导线的最后一片，损坏位置没有固定的规律。从雷击绝缘子的损坏情况分析，靠近导线侧的绝缘子损坏比较多，双绝缘子串出现断裂的机遇相对高于单串结构的绝缘子。靠近导线高场强的绝缘子断裂约占50%，双绝缘子串出现断裂约占34%左右。这些除与高场强作用力有关外，与线路不同部位劣化绝缘子的遗留数量也有着一定相互关联的。

三、绝缘子雷击断裂的形成特征

电力线路在正常运行中，由于遗留着裂纹劣化的绝缘子。该种绝缘子在气候比较潮湿的雷雨季节呈现着低阻值。即使在气候比较干燥的情况下，这些绝缘子也很难承受雷闪过电压的冲击。一旦线路绝缘子串遭受超强度感应过电压的袭击发生闪络时，良好绝缘子一般是沿瓷裙表面的外绝缘形成闪击通道，而劣化的绝缘子首先是沿瓷釉的孔隙内绝缘形成闪击通道。电弧引起的高温和高压极易造成绝缘子钢帽的爆炸，使钢角脱离而损坏。当然，通过的短路电流越大，必然使钢帽炸裂的程度就越严重，66kV线路能使钢帽炸裂，而220kV线路有时却能将钢帽炸的粉碎。

良好的绝缘子有时也能形成雷击断裂，这是因为当沿着瓷釉外绝缘形成闪击通道时，在电弧超高温度的作用下能引起瓷釉炸裂，使瓷裙破碎。破碎后的绝缘子的闪击通道大大缩短了放电爬电距离，并逐渐向钢帽内继续发展，使瓷釉熔化导致钢角的脱出。从这里可以看出，后者形成的绝缘子断裂损坏的条件必须具备相应的较大电流和相对较长的作用时间因素。

由此可以看出，良好绝缘子的断裂一般受保护动作时间相对较长的距离Ⅱ—Ⅲ段保护控制，并且是相对较长的线路才有可能发生这种现象。从此种情况分析，因破坏力不同的原因，这也是处于高场强绝缘子的断裂比率，必然要高于低场强位置绝缘子断裂比率的原因之一。

仔细分析良好绝缘子和劣化绝缘子的断裂损坏情况是有所区别的。劣化绝缘子在一般情况下，高温和高压都是从钢帽内部产生的，能够瞬间引起已有缺陷钢帽的炸裂，仅在个别情况下爆裂点发生在钢角侧，引起钢角和瓷釉由绝缘子纵向爆出。另一个区别是二者瓷釉的烧损情况不同，良好绝缘子瓷釉的烧损是从钢帽的外缘向里发展，所以外缘烧损较重，包括钢帽本身的外缘弧光烧伤，但很少发生钢帽爆裂现象；而劣化绝缘子的瓷釉烧损是从里向外发展的，钢帽内烧损较重，外缘烧损较轻。

从上述分析可看出，在送电线路运行中，尤其是处于雷电频繁活动地区，准确和及时地检出劣化绝缘子是具有重要意义的，不能仅仅从线路绝缘余度去考虑绝缘子的检测周期，这样往往会贻误检测时机，易忽视绝缘子断裂带来的潜在危害。

四、改进绝缘子检测手段的构思

通过以上分析还可以看出，现有固定火花间隙的检测方法和电压分布法的检测手段从防雷方面考虑是否恰当，应进一步斟酌。质量良好的绝缘子自然劣化率一般都控制在万分之二以内，一条中等长度线路的绝缘子年损坏也仅为几片或十几片。如果真是这样，从雷击或然率的角度衡量绝缘子遭受雷击损坏折断的可能性几乎微乎其微。问题是如何防止劣化绝缘子的积累，使损坏的绝缘子得到及时发现并进行更换。使用固定火花间隙的绝缘子检出方法要在这样多的绝缘子中找出几片绝缘略低的绝缘子，工作精度和工作量是很大的，并且难以达到如此高的准确率要求。

近年来，国外已有多种新技术、新仪器用于检测运行中的劣化绝缘子，传统的“火花间隙”法也在应用。这些检测方法中，虽然有的检测手段已达到智能化，操作起来也更加简单，但大部分方法仍没有脱离利用绝缘子分布电压的原理，所以依然存在着准确率的问题。

但是，也有一些国家研制的检测方法值得借鉴，如加拿大安大略水电局研制的一种可停电、带电用绝缘杆操作的检测仪。该检测仪能产生100千伏脉冲电压，加在被测的绝缘子上，用音响信号指示被测绝缘子。这无疑消除了裂缝间隙的电阻值影响，达到更高检出准确率的目的。该种检测器如再配合其他地面检测仪进行粗测必将大大节省人力、物力，使绝缘子检测工作更科学化。

相比一些国外检测方法，国内已就多种检测手段进行了科学研究和开发工作，形成了自己的多种系列检测仪器，有的在线路运行中已得到了较为广泛的应用。手持式不良绝缘子检测仪经实际应用较受基层班组的欢迎。它可以利用线路停电检修的机遇，同时进行不良绝缘子的检出工作，这样不仅减少了工人登塔次数，而且其检出效果也较好，更换下来的劣化绝缘子准确率达百分之百。

但是，手持式不良绝缘子检测仪也存在着一定的弊端，正如上面所提到的那样，对刚刚开始劣化的绝缘子的检测过程仍存在一定问题，因已满足现行规范的规定，针对是否应再做一番改进，本文仅能提出问题作为下一步改进时的参考。该仪器的另一个缺点是不能进行带电检测，尚需进一步的完善。

五、结论

绝缘子是电力系统中使用数量最多的电气元件，也是线路故障的频发点，检出线路运行中的劣化绝缘子是设备诊断领域的重要技术改革。如何加强线路绝缘子的监测，改进劣化绝缘子的检测手段，控制线路上劣化绝缘子的遗留量，对提高线路整体健康状况、减少绝缘子雷害击断率是十分必要的，这是多雷地区现有送电线路安全运行的重要组成部分。

总之，从防雷角度考虑，在目前现有检测手段条件下，对新建或改建送电线路的特殊多雷地段采用低劣化率自爆式钢化玻璃绝缘子或适当采用更先进的其他类型绝缘子来改善送电线路安全运行条件，以及适当增加线路绝缘子泄漏比距，从根本上减少绝缘子串的闪络概率，对预防绝缘子的断裂都将是十分有效的，这对确保多雷区送电线路的安全运行更具重要意义。