關(guān)于±500kV換流站直流場(chǎng)設(shè)備外絕緣故障的分析

曹生輝

中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司大理局

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關(guān)于±500kV換流站直流場(chǎng)設(shè)備外絕緣故障的分析

曹生輝

中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司大理局

本文對(duì)換流站的概念、組成及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，并就±500kV換流站直流場(chǎng)主設(shè)備外絕緣故障進(jìn)行了分析，同時(shí)根據(jù)造成故障的原因提出一些針對(duì)性的防范措施，以供參考。

±500kV換流站；直流場(chǎng)；主設(shè)備；外絕緣故障

1 研究背景

直流輸電有著輸送容量大，輸送距離遠(yuǎn)，線路損耗低等優(yōu)勢(shì)，因此直流輸電是我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。從1989年第1條±500kV葛南直流輸電工程成功送電到2010年向家壩—上海和楚雄—穗東2條±800kV特高壓直流輸電線路的相繼建成投運(yùn)，我國(guó)直流骨干網(wǎng)架已經(jīng)初具規(guī)模。截至2011年底，我國(guó)已建成±800kV直流輸電線路2回，±660kV直流輸電線路1回，±500kV直流輸電線路10回，±400kV直流輸電線路1回，直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程3個(gè)，在建和擬建直流輸電線路電壓等級(jí)更達(dá)到±1100kV。對(duì)于±500kV及以下高壓直流換流站及線路，除個(gè)別設(shè)備及技術(shù)以外，我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了此類(lèi)項(xiàng)目的全國(guó)產(chǎn)化。伴隨著我國(guó)±500kV直流輸電項(xiàng)目的發(fā)展，直流場(chǎng)主設(shè)備外絕緣也經(jīng)歷了從事故多發(fā)期，至減少期，直到平穩(wěn)運(yùn)行期的過(guò)程。

2 換流站簡(jiǎn)述

2.1 換流站的概念

在電力系統(tǒng)中，換流站指的是在高壓直流輸電系統(tǒng)中，為了將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并在轉(zhuǎn)換完成后能夠滿足電力系統(tǒng)對(duì)于安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量的要求而建立的站點(diǎn)。

2.2 換流站的組成

在換流站中，主要的電氣設(shè)備包括：換流閥、換流變壓器、平波電抗器、交流開(kāi)關(guān)設(shè)備、交流濾波器及交流無(wú)功補(bǔ)償裝置、直流開(kāi)關(guān)設(shè)備、直流濾波器、控制與保護(hù)裝置、站外接地極以及遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)等。換流站內(nèi)設(shè)備要想長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，其外絕緣的設(shè)計(jì)配置起到至關(guān)重要的決定作用。

2.3 與交流輸電相比具有的優(yōu)點(diǎn)

（1）相同的輸送功率，直流輸電節(jié)省材料，造價(jià)低。

（2）電能輸送過(guò)程中，有功損耗小，且電暈損耗和無(wú)線電干擾都較小。

（3）直流輸電不會(huì)受到輸電距離的限制，線路中不存在電抗，穩(wěn)定性更高。

（4）可靠性更高，調(diào)節(jié)速度更快。

3 換流站主設(shè)備外絕緣故障原因分析

3.1 爬電比距不足

爬電比距指的是電力設(shè)備外絕緣的爬電距離與設(shè)備最高工作電壓有效值之比。造成爬電的原因是絕緣部分表面污穢，使絕緣部分絕緣強(qiáng)度下降，在空氣潮濕時(shí)發(fā)生爬電，爬電會(huì)在潮濕的環(huán)境中持續(xù)進(jìn)行，會(huì)降低設(shè)備外絕緣強(qiáng)度。在設(shè)備外絕緣設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中各種特殊情況考慮不足，所設(shè)計(jì)的爬電比距嚴(yán)重不足，當(dāng)遇到雨霧等潮濕天氣時(shí)，外絕緣表面持續(xù)受潮。爬電現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生，使得設(shè)備外絕緣性能逐步下降，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

3.2 復(fù)合絕緣憎水性下降

復(fù)合絕緣是以高分子聚合物硅橡膠為基體，輔以阻燃劑，抗老化劑等填料經(jīng)高溫高壓硫化而成，具有良好的憎水性和遷移性，及良好的耐腐蝕，耐老化，電絕緣等性能，并且具有很高的污閃電壓和耐碎性能。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行在雨、霧潮濕天氣情況下時(shí)，如果復(fù)合絕緣的憎水性良好，則在絕緣表面不會(huì)形成連續(xù)的水膜，這樣絕緣表面的污穢層不會(huì)均勻受潮，而且在達(dá)到飽和受潮前，水會(huì)在重力作用下自行滑落，還會(huì)對(duì)污穢進(jìn)行了一定程度的清洗；但是如果復(fù)合絕緣憎水性降低，會(huì)在絕緣表面形成連續(xù)的水膜，在使得污穢均勻受潮的同時(shí)，同時(shí)也降低了絕緣性能。

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，造成絕緣憎水性下降的原因主要是由于復(fù)合絕緣長(zhǎng)期處于紫外線照射、熱脹冷縮、潮濕等不良環(huán)境下，發(fā)生的局部放電、電暈放電、樹(shù)枝狀放電等現(xiàn)象會(huì)造成設(shè)備絕緣表面的電弧灼傷、電蝕損、漏電起痕等。在這些因素的綜合作用下，設(shè)備的傘裙及護(hù)套硅橡膠絕緣材料會(huì)逐步老化，最終導(dǎo)致負(fù)荷外絕緣性能無(wú)法滿足正常運(yùn)行需求，造成事故的發(fā)生。

3.3 污閃

直流場(chǎng)室外設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，絕緣表面由于受靜電影響容易積灰、附著污穢物，在天氣干燥的情況下還好，但是當(dāng)遇到雨、霧等潮濕天氣時(shí)，污穢物中的可溶性物質(zhì)會(huì)發(fā)生潮解，在外絕緣表面形成了一層可導(dǎo)電的薄膜，增大了絕緣表面的泄露電流，降低了外絕緣的絕緣強(qiáng)度，最終會(huì)在電場(chǎng)力的作用下出現(xiàn)強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。隨著設(shè)備運(yùn)行電壓等級(jí)的提高，這一問(wèn)題會(huì)更加明顯。

外絕緣污穢情況與換流站當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境污染水平、氣候情況及外絕緣的形狀、尺寸、安裝方式及表面光潔情況都有著直接的關(guān)系。

3.4 設(shè)備自身缺陷

在直流場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備自身存在缺陷也是造成外絕緣故障發(fā)生的原因之一。如在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中由于直流分壓器的均壓環(huán)及復(fù)合外套傘裙在最初設(shè)計(jì)時(shí)存在缺陷，導(dǎo)致在遇到雨霧天氣時(shí)多次發(fā)生外絕緣閃絡(luò)事故。

4 主設(shè)備外絕緣故障的防治措施

4.1 爬電距離不足的解決措施

針對(duì)主設(shè)備外絕緣爬電距離不足這一現(xiàn)象，可通過(guò)技術(shù)改造，加裝增爬裙或在外絕緣表面涂覆RTV（RTV也被稱(chēng)為室溫硫化硅橡膠，它本身具有良好的憎水性和憎水遷移性，所以其防污閃性及其它特性都非常能優(yōu)良，目前是解決戶外瓷絕緣設(shè)備污閃問(wèn)題的最佳方案。但是其在戶外環(huán)境中會(huì)受到氣候條件的浸蝕，且隨著強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境的影響，其防污閃能力會(huì)逐漸下降）的方法。

4.2 憎水性下降的解決措施

針對(duì)設(shè)備外絕緣憎水性下降這一問(wèn)題，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，即使設(shè)備沒(méi)有出現(xiàn)污穢外絕緣閃絡(luò)或嚴(yán)重的放電現(xiàn)象，也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的觀察，必要是應(yīng)通過(guò)在外絕緣表面涂覆RTV的方法來(lái)改善絕緣表面憎水性，提高耐污能力；同時(shí)對(duì)于直流場(chǎng)中重要的采用復(fù)合絕緣的設(shè)備，應(yīng)定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，對(duì)其憎水性變化進(jìn)行跟蹤。

4.3 污閃的解決措施

（1）增大爬距或更換性能更好的合成絕緣。通過(guò)增大爬距能夠有效的提高絕緣性能，可增加絕緣子片數(shù)或更換為防污閃絕緣子；合成絕緣具有很好的憎水性和憎水遷移能力，且在一般的污穢區(qū)域可以免清掃，降低維護(hù)成本。

（2）清掃和水沖洗。

通過(guò)結(jié)合檢修計(jì)劃，對(duì)設(shè)備外絕緣進(jìn)行細(xì)致合理的清掃和水沖洗，能夠保證絕緣表面污穢情況得到很好的控制。

（3）使用防污閃涂料。

目前防污閃涂料技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，如RTV（室溫硫化硅橡膠）、PRTV（硅氟橡膠）等，其具有突出的優(yōu)點(diǎn)，很好的避免了以往應(yīng)用的硅油、地蠟存在的缺點(diǎn)。

4.4 設(shè)備自身存在缺陷的解決措施

針對(duì)設(shè)備自身存在缺陷而導(dǎo)致絕緣故障這一問(wèn)題，在解決過(guò)程中應(yīng)根據(jù)設(shè)備的缺陷特點(diǎn)針對(duì)性的制定措施。如針對(duì)傘裙間距過(guò)小的直流設(shè)備可通過(guò)加裝硅橡膠增爬裙來(lái)提高設(shè)備的耐污閃、雨閃性能。增爬裙除了能夠很好的抑制相鄰傘間的飛弧短接，同時(shí)由于其良好的憎水性，還可改善設(shè)備在雨霧天氣情況下的受潮情況，增強(qiáng)了爬距的功效。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在直流輸電的各個(gè)發(fā)展階段，主設(shè)備外絕緣發(fā)生故障的原因存在一定的差異，通過(guò)對(duì)造成故障的原因進(jìn)行深入分析，才能科學(xué)的采取措施，防止故障的再次發(fā)生。

［1］田茂熙.換流站500kV換流變壓器故障保護(hù)動(dòng)作分析［J］.通訊世界，2015（19）：185.