电网系统绝缘子冰灾危害的防护与治理研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:王一宁(1997)男,汉族,湖北咸宁人,本科,助理工程师,研究方向为电网系统绝缘子冰灾危害的防护与治理研究。-45-电网系统绝缘子冰灾危害的防护与治理研究 王一宁 李建国 张 露 国网湖北省电力有限公司咸宁供电公司,湖北 咸宁 437199 摘要:摘要:伴随着全球气候变化,连续性的雨雪冻雨天气多次在我国许多地区大面积出现,无论是输电线路还是配网线路的稳定运行都面临着重大威胁。冰冻天气不仅是对电缆、杆塔危害极大,对绝缘子的冰闪危害同样不容小视。冻雨在绝缘子上结冰后冰柱向四周扩散大量的冰柱连各接绝缘子,致使绝缘子机
2、械性能下降,爬电距离缩短,因此冰灾发生时绝缘子闪络、短路事故频发,具有较大安全隐患。绝缘子故障降低了整个输电线路的耐张性和绝缘性,所以冰灾治理和预防不仅仅需要关注电缆防冰,绝缘子的防护同样十分重要。冰灾事故每次发生都会给电力行业带来沉重的经济损失,特别是国内部分地区的绝缘子经常发生冰闪故障。本文以电网系统绝缘子的冰灾的成因进行研究分析,对绝缘子的冰灾问题提出预防和处理方案。关键词:关键词:绝缘子;冰灾危害;绝缘子防护 中图分类号:中图分类号:TM7 1 绝缘子发生冰灾的影响及分类分析 1.1 对绝缘子造成的损伤研究 1.1.1 物理性能损坏 当绝缘子上覆冰时会增加绝缘子重量和体积,加大了与自然
3、地空气流动的接触面积,当遇到强风和强对流时绝缘子会受到强烈的斜向外力拉扯与振动。因此当重量或者振动载荷超出系统极限时,会出现杆塔倾倒、绝缘子摔坏等事故。同时由于外力拉扯使绝缘子受到偏移张力,与杆塔横担发生撞击,也会导致绝缘子毁坏。当强力的空气对流吹到覆冰程度各异的电力线路时会产生强烈的导线振动,绝缘子之间将发生互相撞击毁坏甚至摔落。1.1.2 电学能力的损毁 发生冰灾时,绝缘子表面覆盖上了大面积雪和冰,绝缘子之间被相互连接,致使绝缘能力下降,爬电有效距离缩短,很大概率会出现贯穿性闪络。同时由于冰中往往包含了许多导体杂质从而影响线路的磁场分布,绝缘子周围电磁场也受到许多影响,大幅度降低了发生冰闪
4、的电压门槛。因为绝缘子表面污秽溶解、空气中的粉尘颗粒等在覆冰过程中进入到冰晶当中,所以覆冰中含有较多电解质。覆冰时这些电解质陪同冻雨附着在绝缘子表面,并慢慢桥接绝缘子伞裙,当气候转暖时,表面的覆冰融化转变成具有高电导率的导电水膜,研究发现绝缘子表面冰雪的电导率可以达到 300 微西门子每厘米。水膜中的电解质形成导电回路发生冰闪问题,产生的电能甚至可以击穿绝缘子,使绝缘子电学能力损坏,甚至出现物理破坏。1.2 覆冰情况分析 绝缘子发生闪络事故往往需要从爬电比距计算、污秽等级核验以及结构长度验算进行校验已完成对事故的分析。(1)爬电比距计算(泄露比距):S0=n/U 式中:S0:单位爬电比距(mm
5、/kV);n:绝缘子数量::爬电距离(mm);U:线路额定电压(kV)(2)污秽等级确认:依照架空送电线路运行规程,将计算得到的爬电比距代入评判表找到线路的污秽等级。(3)结构长度验算:绝缘子串的结构长度 L=n(绝缘子个数)H(单个绝缘子结构高度)需要大于一千毫米,此为线路带电部分与杆塔构件的最小间隙距离。在以上三个验算标准都在规定范围内时则就需要从环境因素进行分析。2 造成绝缘子覆冰灾害的影响因素研究 2.1 气象条件的影响 绝缘子必须在气温及表面温度达到0摄氏度以下,空气相对湿度在 85%以上并且风速大于 l 米每秒的气象条件下才会覆冰。空气流通速度和方向、环境温湿度、环境中的含水量多少
6、、雨水直径是影响绝缘子覆中国科技期刊数据库 工业 A-46-冰的气相条件,其相互组合相互影响形成了各类覆冰类型。温度主要影响环境中空气的饱和水容量,当温度升高时空气能包含更多的水分,空气湿度也加大,雾等颗粒直径也随之变大。例如:当环境温度在-5 摄氏度左右时,空气中水粒子直径在 10 到 40 微米之间,在空气流动速度快时形成雨淞。环境温度在-15 到-10 摄氏度之间时,空气中水粒子直径在 20 微米左右,在空气流动速度慢时形成雾淞。总体而言,各类覆冰类型之间的界限并不严格。当环境温度过低时,环境中的水分都冻结成了雪花,反而不会在绝缘子表面形成大面积结冰现象,因此我国北部地区虽然温度更低,但
7、绝缘子的冰冻灾害却是南方更加严重。除了覆冰类型,气象因素还对覆冰的传播影响较大。空气流动使水分在绝缘子表面传播,在冷空气的传播下加速绝缘子覆冰,所以绝缘子的覆冰通常都是在迎风侧开始。2.2 季节因素影响 季节因素对覆冰的影响主要集中在冬季到次年春季前后,特别是刚入冬和转春这种气温较低并且气候变化频繁的时候。完全进入冬季时虽然平均气温最低,但空气中水分较少,相对湿度偏低。但是在转春时,虽然温度比冬季时稍高,但是相对湿度要大得多,所以冰灾情况往往比冬季时更严重。2.3 自然地理条件因素影响 在环境空旷,空气流动较多并且水分充沛的地方如山顶、湖边、农田郊区等,绝缘子受到的冰灾威胁往往比较严重。我国受
8、地形水分环境覆冰影响较大的地区有湖南、贵州、湖北等地区,因为湖泊众多,覆冰的水气来源充分,同时山峰处多水雾,在春冬季覆冰灾害发生次数较多。2.4 海拔因素影响 海拔因素对电网系统绝缘子覆冰的影响最为明显,及时所处地区相同,随着所在位置海拔增加温度逐渐降低,水雾湿气增高,空气流动也更为频繁,因此覆冰概率也随之大幅度增加。对同一个山峰的覆冰情况研究也可以发现覆冰的厚度随着高度升高会逐渐加厚,高出通常以雾淞为主要类型。而在低海拔地区,覆冰厚度相应减薄,且类型多为雨淞或者混合淞。另外由于高海拔地区气压普遍较低,造成通常材料的绝缘子闪络、击穿电压下降更容易发生事故。2.5 杆塔高度因素影响 与海拔高度因
9、素影响类似杆塔的高度也是覆冰程度的影响因素之一,越高的杆塔覆冰越严重。因为水气密度比空气中其他成分小,所以高度越高湿度越大。同时高处由于阻挡空气流动的障碍物较少风速较快,因此随着风吹响绝缘子的雨水也就较多,覆冰也更容易发生。2.6 电磁场因素影响 在雾淞结冰过程中由于冷却的水滴体积较小,水滴中又包含许多带电粒子,因此其在绝缘子四周存在的磁场中受到强大的吸引力,从而更容易粘黏到绝缘子上,并且电场的存在极大增强了水滴对绝缘子的吸附力。同时,绝缘子出现雾淞后其表面粗糙度增加与电磁场共同作用也加速了覆冰的传播速度。3 电网系统绝缘子防覆冰措施的研究 由于输电导线往往受灾面积更广,所以我国电力行业对冰灾
10、的防范主要以输电线路的防治为主,关注点大多放在防治杆塔倒塌和线路被结冰重量压断等方面,绝缘子冰闪问题的防治并未得到足够关注。然而根绝调查绝缘子冰闪引发的故障占电力线路冰灾问题总数 50%以上。由上可见,冰灾危害很大,威胁着所有输电线路安全。而传统绝缘子防冰手段存在各种局限性以及缺点,无法确保防冰有效性。随着电网的发展,对电力系统的要求逐渐提高,绝缘子防冰工作作为电力系统的一项重大课题,如果不及时处理,将给电力系统带来重大安全隐患。因此,急需研究高效的绝缘子防冰新技术和新材料,以有效解决覆冰对电力系统造成的危害。我们提出一种具有超疏水能力的绝缘子防冰涂层材料,以期能有效防止绝缘子覆冰及有效减弱冰
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