电力系统污秽与覆冰绝缘1.ppt
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1、第1章 绝缘子及其分类,电力系统污秽与覆冰绝缘,概述 绝缘子的种类和作用 与污秽绝缘有关的基本术语 绝缘子几何参数 绝缘子型号特征与标示 绝缘子发展趋势,绝缘子Insulator:是电力系统使用量最大的器件。在构成电力系统的不可或缺的各类输变电设备和器件中,绝缘子虽然结构简单,成本相对比较低,但其重要性不亚于其它任何设备和器件。输电线路的绝缘子串是并联运行的,任何一串绝缘子出现问题都会造成输电线路故障,甚至较长时间的停电,对电力系统的安全运行、工农业生产以及人们的日常生活造成很大危害。国内外绝缘子的技术发展很快,其中最主要的原因是污闪事故造成的影响给予的推动。,1.1 概述,绝缘子是架空线路的
2、重要组成部分。传输电能的导线处于高电位,杆塔处于低电位,绝缘子的作用一方面是使导线和杆塔在电气上绝缘,另一方面是使杆塔和导线在机械上连接。绝缘子要承受导线自重和导线的风载、覆冰等各种机械力的作用。这些作用力通过绝缘子传递给杆塔,杆塔还要承受绝缘子的自身重量。绝缘子同时要满足电气性能和机械性能二个方面的基本要求。,附图:500kV交流输电线路边相绝缘子串,绝缘子同时起电气绝缘和机械连接的作用。因此对绝缘子同时提出电气性能和机械性能的要求。,附图:500kV交流线路中相绝缘子串布置,变电站的电气设备,如变压器、断路器、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、避雷器、隔离开关等设备都有瓷套、棒形支柱
3、等部件,这些部件也起着电气绝缘和机械支持的作用,大型瓷套同时起着电容器的作用,内部装着电器组件和绝缘油,这些瓷套和棒形支柱也统称为绝缘子。,附图:交流1150kV特高压变压器,在电气性能方面,绝缘子除了长期承受工作电压的作用外,还要承受暂态的操作过电压和雷电过电压的作用,要求绝缘子应能承受这些电压的作用,不发生绝缘击穿,不发生沿面闪络,更不能造成损坏。在机械性能方面,要求绝缘子在长期的机械荷载作用下稳定可靠地工作,同时要求对飓风和地震也要有较好的承受能力。问题:操作过电压、雷电过电压?,附图:国网武汉高压研究院试验线段绝缘子串冲击放电(沿面电弧和空气电弧),对绝缘子除电气性能和机械性能方面的要
4、求外,还要求绝缘子有较好的耐候性能和抗老化性能,要求绝缘子能抵御雨雪冰霜、风吹日晒、酷暑严寒等各种恶劣气象环境。在各种恶劣气象环境下都能稳定可靠地工作,并且要求有几十年的寿命。由于输电线路与变电站的电气外绝缘要求在大气过电压、内部过电压和长期运行工作电压下均能可靠运行,而输电线路和变电站的电气外绝缘长期暴露在空气中,因此,将有固体的、液体的和气体的污秽微粒沉积在外绝缘表面。在雾、露、毛毛雨、融冰(雪)等恶劣气象条件的作用下,将使绝缘子的电气强度大大降低,从而使输电线路和变电站的绝缘子不仅可能在过电压下作用下发生闪络,更为严重的是,在长期运行电压作用下也可能发生污秽闪络,造成电网局部和大面积停电
5、故,严重影响人们的生活和工农业生产。,我国区域性电网已形成了或将要形成以5001000kV(或330750kV)、500kV(及将来的800kV)电压等级为主网架的联合电网,大型火电厂及水电厂通过超高压和特高压交、直流输电线路连接到主网架上,主网架的联络线将电能输送到负荷中心的降压站,再分配到各个用户。这是电网现代化发展的格局。这种格局使局部范围的故障,如个别发电厂、变电站或输电线路发生的事故,通过联网将事故损失降到最低限度。但电网也有其薄弱环节,一旦发生电网瓦解事故,负荷中心将失去电源,损失极其巨大。随着电力科学技术的发展,因局部故障造成电网瓦解的可能性已微乎其微,但当出现大批输电线路纷纷跳
6、闸,发电厂、变电站不断失电时,就不可避免地要酿成电网瓦解的严重后果,绝缘子大面积污秽闪络就是造成这种灾难性事故的主要原因之一。,污闪事故给我国电力系统造成了严重损失,如:19691983年,全国电网污闪跳闸2900次,年均146次;19861989年,全国电网污闪跳闸16000次,年均400次;1990年2月,全国电网污闪跳闸1000次,19861989年4月中,因污闪事故造成的年经济损失达3亿元。覆冰闪络是近年来得到广泛关注的事情,2005年和2008年二次大面积冰灾,造成了机械和电气二个方面的重大灾害。近年来,全国不时发生大面积污闪和冰闪事故,如1996年、1998年、2000年、2005
7、年、2008年等,因此,污秽和覆冰是电力系统的主要灾害之一。,输电线路和变电站的户外电气设备(特别是运行在工业地区、沿海和盐碱地区)外绝缘经常遭受工业污秽或自然界盐碱、灰尘、鸟粪等污染的影响。在干燥条件下,这些污秽尘埃的电阻很大,对绝缘子的可靠运行一般没有危险;但当空气湿度较高,例如在雾、露、毛毛雨、融冰(雪)等不利气象条件下,输电线路和变电站设备的绝缘子表面的污秽尘埃将被湿润,在运行电压作用下其表面电导和泄漏电流将大大增加,从而导致污秽绝缘子表面电气性能降低甚至发生全面闪络。,早在1902年,就有英国沿海的高压输电线路在潮湿的早晨发生闪络事故的报道。据统计,由于污秽而引起的绝缘子闪络事故目前
8、在我国电网总事故中已经占居第二位,仅次于雷害事故,但污闪事故造成的损失却是雷害事故的10倍。我国东部沿海工业较发达地区,1950年代就出现了污闪事故,1960年代污闪事故逐步向全国各电网发展,并且不仅发生在工业城市和沿海地区,而且也发生在农村和内陆,范围日广,频度日高,损失也越来越大。,污闪是电力系统安全运行的主要威胁。在污闪、湿闪、冰闪、雷击闪络、操作冲击闪络等几种事故中,对电力系统危害最大的是污闪。我国电力系统中,输变电设备外绝缘事故中,主要是雷击闪络和污秽闪络。雷击闪络占事故总次数的50%,污闪事故占40%,其它事故占10%。雷击闪络跳闸的重合闸成功率为90%以上,污闪跳闸重合成功率仅占
9、10%左右。污闪事故造成绝缘子损坏,设备损坏现象十分严重,污闪事故造成的损失是雷击损失的10以上。,在设备发生污闪事故时,重合闸成功率很低,往往造成大面积停电;污闪中所伴随的强有力的电弧还常导致电气设备的损坏,使停电时间增长;这种大面积、长时间的停电给工农业生产和人民生活带来的危害是相当严重的。随着超、特高压交、直流输电的发展,污秽和覆冰条件下的电气绝缘问题显得更加突出。因此,电力系统的安全运行与污秽闪络和覆冰密切相关,防止绝缘子发生污闪和冰闪是提高电力系统安全运行的最为重要的手段和措施。实例:2009年投运的1000kV晋东南荆门的特高压示范工程,分别在2010年2月和2012月2月发生冰闪
10、,是国家电网公司面临的重大技术问题。,主要有三个方面的原因:输电线路和变电站外绝缘爬电比距低于所在地区的实际污秽等级的要求值,或者是随着工业发展、环境恶化,使原有设计满足不了污秽绝缘的要求。一些地区的电网设备维护管理薄弱,运行过程中清扫质量不高或者不能适时清扫,造成电气设备外绝缘实际抗污闪能力低。在2005年、2008年冰灾发生以前,冰灾问题没有得到各级部门的关注和重视,这是我国的国情。近年来,一些地区环境污染严重,在秋季、冬季久旱不雨时,积污量大,到冬末或春初,天气出现持久大雾或溶雪甚至酸雨相兼的不利气候,引发了大面积污闪。,问题:电网为什么会发生大面积污闪和冰闪事故?,污秽和覆冰闪络是影响
11、电力系统安全运行的严重危害。在一般情况下,绝缘子是可以正常运行的,但在污秽和覆冰条件下,绝缘子的电气特性发生了显著变化。因此,污秽和覆冰闪络给电力系统的安全运行带来了难以克服的困难和问题。为了避免和减少污秽和覆冰闪络事故给电力系统带来的危害,必须研究和了解绝缘子在污秽和覆冰条件的特性,不同绝缘子型式和绝缘子材料的积污和覆冰特性的差异。防止绝缘子发生污秽和覆冰闪络事故,是电力系统输变电运行部门的主要工作。掌握和了解绝缘子及其污闪和冰闪特性的规律,其目的是更好的采取技术措施,防止或减少污闪和冰闪事故的发生,推进电网的建设和发展。,问题:研究污秽和覆冰闪络的意义和目的?,1.2 绝缘子的种类和作用,
12、一般由固体绝缘材料制成,安装在不同电位的带电体之间或带电体与接地体之间,同时起电气绝缘和机械支撑作用。不同型式绝缘子的结构、外形虽有较大差异,但都是由绝缘本体和连接金具二大主要部分组成的。绝缘子种类按照要求不同有多种分类。,线路绝缘子line insulator应用于架空线路,如悬挂导线的悬式绝缘子,线路始端、末端、转弯或其它部位需要承受张力的耐张绝缘子等。支柱绝缘子post insulator应用于电站,支持母线或隔离刀闸等的绝缘子。套管bushes使电器设备内部的带电端子和外部系统相连或者使室内带电端子和室外系统相连绝缘部件。套管类电站绝缘子bushing post insulator应用
13、与电流、电压互感器、避雷器等设备的容器及绝缘护套。电缆端头end of calbe 应用于连接电缆和架空线路。,(一)按照用途分类,(二)按照材料分类,按照材料绝缘子主要有瓷(porcelain)、玻璃(glass)和复合(composite)绝缘子三种类型。瓷和玻璃绝缘子是由无机材料通过离子键结合构成的,其主要优点是化学稳定性好,运行寿命长;其缺点是易受潮湿润、笨重、易碎。复合绝缘子属于有机材料,通过共价键结合,其优点是轻、不易破碎、安装运输方便,而其缺点则是易老化,运行寿命有待检验。,1906年美国发明的盘形悬式瓷绝缘子(Disk Suspension Insulator)是最早应用于输电
14、线路上的绝缘子,已有一百多年的历史。盘形悬式瓷绝缘子的发明推动了高压输电的发展。瓷绝缘子具有良好的绝缘性能、抗气候变化的性能、耐热性和组装灵活等优点,被广泛用于各种电压等级的线路。盘形悬式瓷绝缘子属于可击穿型,它是采用水泥将物理、化学性能各异的瓷件与金属件胶装而构成的,在长期经受电场、机械负荷和大自然的阳光、风、雨、雪、雾等的作用下,会逐步劣化,对电网的安全运行带来威胁。特别是含有劣化绝缘子的绝缘子串发生闪络(由于雷击或污闪等原因)时,可能会使劣化的绝缘子头部瞬间发热爆炸,造成导线落地事故。,(1)瓷绝缘子,(2)玻璃绝缘子,玻璃绝缘子在电网中的应用已有七十余年历史。钢化玻璃绝缘子具有较好的机
15、电性能,其抗拉强度、耐电击穿性能、耐振动疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能等均优于瓷绝缘子。与瓷绝缘子不同,玻璃绝缘子具有零值自爆的绝缘自我淘汰能力,因此,运行中玻璃绝缘子丧失绝缘性能后很容易被发现,无需对其进行绝缘测试。,玻璃绝缘子的自爆率通常在前3年较高,这与瓷绝缘子相反。数十年的运行和试验数据证明,钢化玻璃绝缘子具有长期稳定的机电性能和较长的使用寿命。防污型玻璃绝缘子为取得较大的爬电距离,只有在伞裙下表面增加数个深棱来实现(由于工艺的原因,不易像瓷绝缘子通过双伞或三伞增加爬距,但目前国外已经研制出双伞和三伞型玻璃绝缘子)。当用于粉尘污染较严重的地区,因这种钟罩深棱的伞型自洁能力差、清扫不便
16、,下表面结垢严重,造成耐污闪能力大大降低。,Can you guess whats the use of the white ring in following picture?,(3)复合绝缘子,国外自1970年代,我国自1980年代开始将复合绝缘子应用于电力系统,它具有质量小、强度高、耐污性能好、维护工作量小等诸多优点。硅橡胶复合绝缘子表面具有憎水性,且附着在伞裙表面的污染层也具有憎水性(即硅橡胶的憎水性迁移特性),因此大大提高了复合绝缘子的抗污闪能力。从我国的使用情况来看,历次的大面积污闪事故中,复合绝缘子都表现出优异的抗污闪能力,在外绝缘水平偏低和污染较重的情况下,复合绝缘子是个较好的
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