浅谈高压输电线路绝缘子的技术要求

[摘 要]论述了高压绝缘子在输电线路中的作用， 并介绍了常用的几类绝缘子， 分析了高压架空输电线路对绝缘子的技术要求。

[关键词]架空输电线路；绝缘子；技术；要求

中图分类号：TM854 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0060-02

绝缘子是架空输电线路主要构件之一， 主要功能是在各种荷载和一定过电压作用下能支撑导线，并将带电部分与大地绝缘。随着高压架空输电线路的大规模建设， 对绝缘子的需求量越来越大， 要求也越来越高。 绝缘子性能达不到要求、老化或损坏极易造成架空线路运行中出现闪络、掉线、爆炸、漏电等事故。

1 常用绝缘子

绝缘子的发展主要依赖于绝缘材料的发展， 目前国内外应用的绝缘子主要有悬式盘形瓷绝缘子、玻璃绝缘子、棒悬式瓷绝缘子、有机复合材料制造的复合绝缘子。不同材料的绝缘子具有不同性能。

1.1 悬式盘型瓷绝缘子

悬式盘型瓷绝缘子已有100 多年历史，具有良好的绝缘性、耐气候性、耐热性，而且组装灵活，并有多种造型。双伞型及三伞型产品爬距大，具有自洁性能好、自清洗能力强的特点，适合干旱、少雨、风沙大等气候条件的地区。

普通瓷质绝缘子在污秽潮湿条件下，在工频电压作用时绝缘性能急剧下降，常产生局部电弧，严重时发生闪络，绝缘子串或单个绝缘子电压分布不均匀，在电场分布不均匀处易引起电晕，产生无线电干扰。不均匀的电压分布，极易导致瓷体老化。

1.2 玻璃绝缘子

玻璃绝缘子是20世纪30年代以后发展起来的，50年代开始生产和使用，具有一些瓷绝缘子所不具备的优良性能，近年来受到电力部门欢迎。英国首先对玻璃绝缘子进行表面“钢化”处理，钢化处理将产生非常大的应力梯度，表层存在压应力，内层存在张应力，二者平衡，提高了玻璃绝缘子的抗拉强度。玻璃绝缘子具有优良的机电性能，其抗拉强度是瓷绝缘子的2.2 倍，耐电击穿性能是瓷绝缘子的3.4～4.3倍，耐振疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能均优于瓷绝缘子，积污状况易于观测，零值自破，便于发现事故隐患，用目测、望远镜或直升机巡航即可发现不良绝缘子，无需登杆检测，减少了大量清扫、测零值等运行维护工作，机电性能稳定， 裙件自爆后仍具有足够的机械强度，不会发生掉串。玻璃绝缘子寿命周期长（寿命取决于绝缘子金属附件的寿命），劣化率不随使用时间的增长而增长。玻璃绝缘子是硅酸盐的熔融体经冷凝刚化而成，抗拉强度高，材料可反复使用，不产生工业垃圾，有利于环保。

玻璃绝缘子结构单一，主要是钟罩型和深棱型，绝缘子下表面深棱构造使绝缘子积污重，自洁能力差，积污不易被清理，在污秽较重地区使用易发生污闪，引起线路故障。玻璃绝缘子自爆率偏高，特别是早期自爆率较高。

1.3 棒悬式瓷绝缘子

棒悬式瓷绝缘子是一种非击穿型绝缘子，1936 年德国研发成功并使用，在30 多个国家和地区有50 年以上的良好运行记录，德国生产的单个棒悬式绝缘子长度可达17 m，我国1997 年开始在华东地区500 kV线路使用。棒悬式瓷绝缘子的两端是金属连接构件，中间是高强度铝质瓷制成的绝缘体，瓷件长度可根据需要确定，根据绝缘需要也可制成1个元件、2个元件或3个元件相互串接。棒悬式瓷绝缘子结构不能被击穿，从而避免了盘形瓷质绝缘子因泥胶膨胀破坏或电热故障使钢帽炸裂造成掉串的永久性故障。长棒型的结构使金具数量相对减少，减轻了金具锈迹引起的污闪事故；电气性能优良，爬电比距增大，使耐污性能提高；提高了无线电干扰水平；不存在零值或低值绝缘子问题，省去对绝缘子的检测、维护和更换等工作。

1.4 有机复合绝缘子

有机复合绝缘子（又称合成绝缘子） 从20世纪60年代开始生产，合成绝缘子属非击穿型绝缘子，耐污性好、易维护，近年来在污秽较重地区被大量使用。由于硅橡胶复合外套具有良好的憎水性和憎水迁移性，抗污闪能力强，是一种新型绝缘子。

合成绝缘子的缺点：合成绝缘子为有机材料制成，比无机材料易老化；抗蠕变性能不如瓷和玻璃绝缘子稳定；重量轻，防风偏性能低；抗鸟害（鸟粪、鸟啄） 能力及防火性能较瓷和玻璃绝缘子差， 不宜在林区等火灾多发区使用。

2 输电线路对绝缘子的技术要求

根据绝缘子的功能和使用条件，绝缘子既要满足机械荷载又要满足电气强度，同时又要在大气及污秽作用下满足抗腐蚀、抗冷热、抗疲劳和抗劣化的要求。

2.1 机械性能

绝缘子的机械强度包括抗拉、抗压、抗弯、抗机械冲击及残余强度等。绝缘子要支撑导线，承受导线的重量、张力及其它附加荷重，并通过导线承受气温、风、覆冰等各种气象荷载。为使绝缘子承受以上荷重而不致遭受破坏，绝缘子应能承受包括拉（压）弯的机械荷载的能力。

运行中的绝缘子除承受拉（压）力外，还承受导线的震动、风压及覆冰等间歇变化所引起的交变荷载。因此，应考虑在长期交变荷载作用下的疲劳强度。

运行中的悬式绝缘子其瓷裙或玻璃裙因各种原因造成损伤或破碎，使绝缘子机械强度降低，这种不完全破坏的绝缘子还需具有继续承受线路机械荷载的能力。现行国标中将绝缘子残余强度（绝缘子还保留部分机械强度）指标列入型式试验项目，并对玻璃绝缘子和瓷质绝缘子元件的残余强度提出了试验方法和评判标准。

2.2 电气性能

绝缘子的电气性能主要是指在一定的过电压（工频电压、操作过电压和雷电过电压）下不被击穿，确保输电线路的安全运行。因此，对绝缘子提出了绝缘强度和电气性能的要求。绝缘强度是指绝缘结构和绝缘材料在电场作用不被击穿的承受能力。a.工频电压对绝缘子的要求

工频电压是指电力系统正常运行情况下，导线对地的最高电压。如果输电线路的外绝缘设计决定于操作过电压或雷电过电压，即使是处于潮湿状况下的清洁绝缘子也比所受工频电压高2倍以上，足以承受工频电压。我们关心的是在潮湿天气（如露、雾、毛毛雨）污秽绝缘子在工频电压下的电气绝缘强度。在工频电压下的电气绝缘强度往往用绝缘子的泄露距离（或泄露比距）表征。也就是说，在工频电压下的绝缘子首先应满足一定的泄露距离（或泄露比距）的要求。绝缘子的泄露距离是指在正常工作电压下在两个导电部分之间，沿绝缘体表面的最短距离。

在交流线路中，绝缘子串的电压分布是否均匀取决于绝缘子串的主电容，具有较大主电容的绝缘子有利于降低导线侧和接地侧附近绝缘子电压，从而减少无线电干扰，降低电晕损耗，延长绝缘子的使用寿命，同时提高绝缘子成串散落电压。电力科学研究院高压研究所曾对瓷质和玻璃绝缘子的主电容和分布电压进行测试，证明玻璃绝缘子的主电容和分布电压比瓷质的大。成串的玻璃绝缘子电压分布比较均匀，因此，玻璃绝缘子比瓷质绝缘子更具有优越性。直流输电线路的电压分布取决于绝缘子的电阻值，因此，作为电介质材料的瓷和玻璃的配方中应提高其电阻值，以满足直流输电的要求。

b.操作过电压对绝缘子的要求

操作过电压是由于设备操作等原因引起的持续时间很短的过电压。通常合闸后0.1 min内出现的电压升高叫作操作过电压。330kV以下的线路用工频耐受电压或干湿闪络电压来表示；超高压系统用干、湿冲击耐受电压或干、湿操作冲击闪络电压来表示。在操作过电压下，绝缘子因淋水使耐压水平降低，所以在操作过电压时，淋水时的电压特别受到重视。

c.雷电过电压对绝缘子的要求

雷电过电压是由于雷击引起的时间更短的一种过电压，发生雷电过电压时，污秽淋水对绝缘子没有影响，因此，干燥时的电压特性受到重视。雷电过电压作用下的电气性能用雷电冲击耐受电压或闪络电压表示。

为保证输电线路可击穿型绝缘子在运行中遭受各种过电压作用时不致使绝缘击穿造成绝缘子永久性故障，必须使绝缘子的泄露距离、1 min工频耐受电压、干（湿）耐受电压或干（湿）闪络电压及冲击闪络电压均应满足在相应过电压情况下的电气性能要求。

2.3 热机性能

运行中的绝缘子除受到变化的机械负荷和自然界大气的作用外，还受到冷热气温急剧变化的影响，在温度急剧变化的情况下，要求绝缘子的电气强度和机械性能都不受影响。因为绝缘子中的金属附件和瓷质（或玻璃件）是通过水泥胶合剂胶合而成，具有不同膨胀系数的金属、水泥和绝缘件，如果在头部结构设计不合理，在机械荷载和温度变化时，使绝缘子头部产生附加内应力，这种内应力会随负荷和温度的变化及时间的推移不断增加，降低了绝缘子的承载能力。因此，对绝缘子提出热机性能要求。

为确保绝缘子在温度变化时所产生的内应力不至于使绝缘件造成内部破坏，绝缘子必须具有能承受剧烈温差变化的能力，一般采用温度循环试验来表征，因此，需要进行70 ℃温差型式试验。先将绝缘子试品完全浸入热水中停留规定时间（15 min）后取出，在30 s内将试品转换到冷水（与热水的温差70 ℃）保持同样时间。连续循环进行3次，经冷却试验后的试品再进行1 min工频火花电压试验或60机械负荷试验，以检验绝缘件内部是否损坏。若这些试验均通过，证明绝缘子能承受因温度变化所产生的内应力负荷。

2.4 绝缘子的抗劣化性能

长期处于高压场强、机械荷载和大气作用下的绝缘子，随时间的推移不断劣化，绝缘子的电气性能和机械承载能力不断下降，逐渐失去绝缘性能和机械承载能力，使绝缘子击穿或破坏。我们希望减慢这种下降速度，以致得到控制，延长绝缘子的使用寿命。但到目前为止，还不能测定绝缘子的使用寿命或提出控制使用寿命的方法。

3 结论

随着电力事业的不断发展，超高压和特高压输电线路不断出现。这对绝缘子也提出了越来越高的要求。当电压升到一定的时候，将会产生电晕放电，这种电晕放电会对无线电产生干扰，因而绝缘子必须满足电晕和抗无线电干扰的要求。这就要求绝缘子表面应具有较高的光洁度，对钢帽、钢脚本身以及镀锌层不能有毛刺，胶装水泥面的残渣必须清扫干净。因为这些毛刺和水泥残渣都会导致电晕电压的下降。

对绝缘子的附件，如弹簧销、钢帽和球头的防腐、防锈以及尺寸都有严格的要求。对玻璃绝缘子还有一个特殊要求，即必须将自破率控制在一定的范围内。重污秽地区、高海拔地区、雷害频发等特殊地区对绝缘子也有着更高的技术的要求。出厂前我们还要对其进行严格的外表检查、型式试验和批量抽检，出厂后，也要根据需要做一些必要的试验。通过对绝缘子的技术要求的了解后，我们在设计使用时才能更好的进行选择，从而确保线路安全、经济、可靠的运行。

参考文献

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作者简介

郭雷明（1980―），男，学士，工程师，主要从事安全生产管理工作研究