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第一期

· 2012年 - 第一季度

国际输配电发展的信息之源 国际输配电发展的信息之源

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第 二 期 · 2010年 第二季度 · 第一卷 · 二号刊

第 一 期 - 2012年·第一季度·第三卷 - 九号刊 / Issue 9·Quarter 1 - 2012·Volume 3 - Number 1

· 第三卷

· 九号刊 Quarter 1 - 2012 · Volume 3 - Number 1 INMR CHINA

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二- 20期11年· ·第四20 季度·第 国际 10年二卷 国际 输配电发 - 八号 第 二刊 展的 w输 季/度 Issue 信息 w配 w电 之源 8·Qu . i发 · n展 m的r.信 arter 之源 第 c息 4 - 201 一 om 卷 1·· Volum e2二 号Nu刊 mber 4

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如何更好地理解Jonathan Woodworth的专栏文章

一期有一篇Jonathan Woodworth的专

压、暂态过电压(产生这种过电压最通常的原因是单相接地故障)、

栏文章,题为"避雷器应用中始终要记

操作过电压(产生这种过电压的主要原因是由于断路器的操作)和雷

住的十件事"。短短的两千多字却涉及到避雷 器的许多概念,本文将对其中的第一件事的某 些概念进行说明。 1.避雷器的持续运行电压Uc

避雷器的持续运行电压基本上与系统的最大相电压相当,但对于中 性点不直接接地系统,避雷器的持续运行电压又要大于故障期间的 最大相对地额定工频电压。

电过电压。 由于氧化锌避雷器没有间隙,所以它不仅要直接承受正常工作电 压和暂时过电压的作用,而且还要承受雷电过电压和操作过电压 的作用。 因为避雷器要能够承受暂时过电压的作用,人们就不得不考虑在暂 时过电压下避雷器的老化、寿命和热稳定问题。而避雷器的耐受暂 时过电压的能力,就要用避雷器的额定电压来衡量,所以避雷器的

由于氧化锌避雷器没有间隙,于是电网的工频电压一直加在它身

额定电压往往大于系统的额定电压,避雷器在其额定电压下,运行

上,这种电压的持续作用有可能使氧化锌产品产生老化(性能逐渐劣

一段时候(标准规定为10秒钟)后,能够正常冷却下来而不发生热崩

化),所以在避雷器的试验中,当危险的过电压过去之后,要用额定

溃。所以用避雷器的额定电压来衡量其耐受暂时过电压的能力是一

电压模拟暂时过电压加在避雷器上,时间为10秒钟(这个时间是由接

个很复杂的问题,因为涉及到的运行条件是复杂的。避雷器额定电

在电网中的断路器的动作时间决定的,而在超高压系统中,即使考

压的确定、额定电压的加压时间是否与实际系统有等价性、合理性

虑后备继电保护的动作,也不超过1秒钟的时间),这还不够,因为

都存在许多问题。例如在标准GB11032-89中,对于中性点非直接

暂时过电压之后避雷器还要承受系统的运行电压,这时就用持续运

接地系统用无间隙氧化锌避雷器,通常取1.1倍的最大工作线电压作

行电压去模拟系统的最大运行相电压,即系统最大运行线电压除以

为避雷器的额定电压,于是对于10kV系统用避雷器的额定电压为:

根号3,加压时间为30分钟,然后再观察避雷器的温度是下降还是继

1.15×10×1.1=12.65≈12.7(kV)

续上升并造成热崩溃。所以在某种意义上来说,避雷器的额定电压 和持续运行电压在试验上具有很大意义而在运行中意义不大。为了 说明这一点,我们再看一例。在IEC标准和国家标准中,要做避雷器 的加速老化试验,因为氧化锌避雷器长期接在电网中,连续不断地 承受电网的电压,所以产品有可能老化,产品接在实际电网中的老 化是自然老化,如果我们认为某种避雷器在电网中的正常运行时间 为100年,如果用自然老化的方法,那我们要等上100年,这种等待 对于任何新产品的开发是受不了的,所以必须要做人工加速老化试 验,即在人为的因素下,用一段不太长的时间(当然不能太短),使产 品加速老化,然后把这段时间去等效自然老化的时间。在避雷器的 加速老化试验中,首先要加电压,这个电压就规定要加持续运行电 压,加压时间为1000个小时(大约42天),如果氧化锌阀片的表面温度 一直能保持在115±4ºC的范围内,则认为该避雷器能在持续运行电压 下运行100年,这就是人工加速老化的作用,它把人工加压时间1000

这就是在1989年的氧化锌避雷器的国家标准中,10kV产品的额定电 压为12.7kV的由来,上式中的1.15是因为系统的最大运行电压高于 正常系统电压5~15%是正常的,而10kV系统的最大运行电压往往 取其上限值15%。 但是还有一种意见认为:为了保障系统的安全运行,建议提高避雷 器的额定电压。例如电力部安全生产司1993年12月30日第十七期 《安全情况通报》就提出了"关于提高3--66kV无间隙金属氧化物避雷 器额定电压和持续运行电压" 的要求,在1997年的机械行业标准中, 也对中性点非直接接地的氧化锌避雷器提高了额定电压和持续运行 电压。 现在我们知道了, 提高了避雷器的额定电压,就是提高了产品耐受暂 时过电压的能力, 即增加了其使用寿命, 但是对于氧化锌材料而言, 额 定电压提高了, 残压也会随之升高, 所以避雷器的保护裕度减小了。

小时与自然加压时间100年联系起来,真是极大地提高了效率,真可

国外有的公司干脆就把避雷器的额定电压与系统的额定线电压相对

以这样说:没有人工加速老化几乎就没有任何电器设备。当然,至

应,例如美国G.E.公司的产品目录中,将中性点直接接地系统用避雷

于能否这样等价,各国还在进一步的研究,但能够耐受持续运行电

器的额定电压定为系统额定线电压的 75~90%, 将中性点非直接接地

压1000小时是对氧化锌阀片的起码要求,但它真的可以等效100年

系统用避雷器的额定电压定为系统额定线电压的 1.05~1.25%。

吗?我看只有天知道!

在我们国家, 对于在220kV及以下的中性点直接接地系统,避雷器的

2.避雷器的额定电压Ur

额定电压习惯上都取为相电压的1.4倍,对于500kV电网, 由于线路较

一般电力设备的额定电压是最好理解的,它们大多与系统的额定电 压相一致,但对于避雷器的额定电压就不同了,它首先不等于系统 的额定电压,而且碳化硅避雷器和氧化锌避雷器两者的额定电压还 不一样,甚至对于后者的额定电压有无必要,至今国内外的专家还

长, 电容效应的影响较大, 所以在母线侧和线路侧的暂时过电压不一 样, 在线路侧额定过电压要大一些, 所以标准规定避雷器的额定电压在 母线侧和线路侧分别取最大相电压的1.3倍和1.4倍,所以同样电压等 级的避雷器,往往有几个额定电压就是这样得出来的。

有不同意见。

张德赛 INMR中文刊主编 武汉大学电气工程学院 Desai_zhang@163.com

出现上述情况的主要原因是因为避雷器是一种过电压的保护设备。 一般作用于电器设备上的电压可以分为:正常运行条件下的工频电

INMR CHINA Issue 9 · 第一期 · www.inmr.com · ISSN 1923-1393 P.O. Box, 95, Westmount (Montreal), Quebec, Canada H3Z 2T1 电话:(514)939-9540 · 传真:(514)939-6151 电子邮件:info@inmr.com· dzhang@inmr.com ·主编和广告销售:Marvin Zimmerman 中国地区联系方式: 余娟女士 - 电话: 135 1001 6825 / juan.inmr@yahoo.cn

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也谈RTV硅橡胶涂料在输变电绝缘子上的应用

上一期 I N M R 的 专 栏 文 章中, Arizona State University 的 R . S.G orur教授以"绝缘子涂层好"为标 题,提出一个问题:“将RT V涂覆在变电 站的陶瓷绝缘子上始于25年前或更早, 并取得了成功,但是我很想知道,为什么 这种技术到现在却始终没有得到更广泛的普及,特别是用于架空 线路绝缘子。” 我很愿意就这个话题谈谈我的看法,并介绍RTV技术在中国的应用 情况。清华大学在上世纪80年代初就开始了RTV硅橡胶防污闪涂 料的研究,并于1986年在电力部门试运行,首先的应用对象就是线 路绝缘子。我们和天津电力局合作,在塘沽地区选择一个位于海边 的化工厂附近的35kV输电线路,将涂覆RTV硅橡胶涂料的15串绝 缘子挂网试运行。该地区污秽严重,几个月就需清扫一次绝缘子,而 且不能避免污闪事故的发生。该35kV输电线路绝缘子的配置是4片 双伞型防污绝缘子,涂覆RTV硅橡胶防污闪涂料的绝缘子配置是3 片普通型绝缘子,在同一杆塔上作运行状况对比试验,未涂涂料的 是4片防污型绝缘子,涂涂料的是3片普通型绝缘子,这其实是评价 涂料效果的不等价比较。 在运行过程中若出现大雾等恶劣天气,线路维护人员都会到杆塔下 观察绝缘子状况,他们在总结报告中描述如下:在大雾天气里无涂 料绝缘子放电现象很严重,放电声响非常大,夜间看犹如一串灯笼 (该绝缘子刚清扫一个月),有涂料绝缘子没有放电现象。通过长达 数年的对比观察,在此期间有涂料绝缘子不做清扫和维护,虽然后 来在恶劣天气也有轻微放电现象和声音,但比同杆悬挂的无涂料绝 缘子的放电现象要微弱得多,运行三年后取下3串RTV涂料绝缘子 作试验,发现污层表面有优良憎水性,绝缘子的污闪电压很高,运 行经验和检测试验都表明RTV硅橡胶涂料绝缘子有优越的防污闪 性能。于是该技术在天津电力局得到推广应用,初期重点用于变电 站,电站支持绝缘子和电气设备的套管全都涂上RTV。对重要输电 线路的电瓷绝缘子也涂覆了RTV。 试运行的15串绝缘子在运行6年、9年以及14年后分别取下2-3串作 详细观察、试验和分析,发现虽然涂层有轻微破损,但仍有很高的 污闪电压。目前仍有5串绝缘子在挂网运行,运行时间已有25年,期 间没有做过清扫和维护。下图是已运行6年的RTV涂料绝缘子下表 面照片,用喷壶将自来水喷到污层表面,很难润湿污层,水珠能在 棱槽里滚动,可以看出有很好的憎水性。 这项技术在天津电力局得 到推广应用,现在天津电 力系统内35kV-500kV的 所有变电站、升压站都采 用了该技术,35kV-500kV 输电线路的所有电瓷和玻

Photos: INMR ©

试运行6年后,涂层仍然 有很好的憎水性。

璃绝缘子也都涂覆了RTV硅橡胶涂料。在上世纪90年代初中国河 南、山东、河北、辽宁、吉林、黑龙江、山西等省份也都积极推广使

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用了RTV防污闪涂料技术,并且都取得成功运行经验,目前这些省 份采用RTV涂料的覆盖面也达到80-90%。采用RTV防污闪涂料技 术不仅大大降低了污闪事故,而且大大减少了输变电设备外绝缘的 维护工作量。该技术被电力部门普遍认可和接受,认为是行之有效 的防污闪技术措施,中国各省市都已采用了该技术,已在全国范围 推广应用。 目前中国有数十家生产RTV涂料的企业,有些企业还配有涂覆RTV 涂料的施工队伍,企业之间有竞争,并且和高等院校、科研院所有 密切合作,RTV涂料的性能以及涂覆工艺都在不断改进之中,这为 RTV涂料技术在中国的广泛应用提供了技术支撑。 RTV防污闪涂料在变电站的应用效果得到电力运行部门的充分肯 定,相信这个技术会进一步推广普及。该技术在线路绝缘子上的应 用面临两种选择:一是采用硅橡胶复合绝缘子,二是在电瓷或玻璃 绝缘子上涂覆RTV涂料。 复合绝缘子的优点是价格便宜、重量轻、运输安装方便,缺点是运 行经验不如陶瓷绝缘子丰富,而且发生过芯棒断裂、不明原因闪络 等事故,虽然事故率很低,但人们多多少少仍有些担心,特别是对 耐张串还不敢大量采用复合绝缘子。 涂覆RTV涂料的优点是兼备无机绝缘子机械性能可靠和硅橡胶材 料耐污闪能力强的特点,更令人放心,缺点是价格和在杆塔上的涂 覆质量问题。 对于新建线路,采用喷涂RTV涂料的绝缘子一定比采用复合绝缘子 贵,对于已运行线路,在现有陶瓷绝缘子上涂覆RTV涂料的价格和 用硅橡胶复合绝缘子替换的价格相比,并不贵。 在杆塔上的涂覆质量问题,初期采用刷涂的方法,很难保证涂覆质 量,后来采用了喷涂的方法,使涂覆质量得到很大提高。也有电力 部门采用先将绝缘子落地,喷涂 好再吊上去的办法。已有电瓷或 玻璃绝缘子生产厂家愿意在出 厂前就将RTV涂料涂覆好,这些 措施可保证RTV的涂覆质量。 对于重要输电线路,电力运行 部门更愿意采用涂覆RT V涂料

湖北省500 kV线路上经 涂覆的耐张串 。 的措施,例如天津电力局在上世纪90年代初就对连接北京-天津的 220kV输电线路涂覆了该涂料。对于耐张塔的绝缘子,目前多采用 在电瓷或玻璃绝缘子上涂覆RTV涂料的方法。上图就是中国湖北省 500kV输电线路耐张串涂覆RTV涂料的绝缘子。 终上所述,我对R.S.Gorur教授所提出问题的回答是:RTV硅橡 胶防污闪涂料技术在中国已得到较为广泛的普及,而且已用于输 电线路。

Prof. Guan Zhicheng Tsinghua University, Shenzhen Campus guanzc@tsinghua.edu.cn

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九号刊 ·

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第三卷 · 第一期

第一季度

01 Message from Prof. Zhang Desai 如何更好地理解Jonathan Woodworth的 专栏文章

02 Message from Prof. Guan Zhicheng

40

也谈RTV硅橡胶涂料在输变电绝缘子上 的应用

线路绝缘子将不可避免地出现故障 唯一的问题是: 故障的比率是多少?

10 Inside Track on Smart Grid

设备和电网之间的互动交流至关重要

32 应用复合相间间隔棒防止导线舞动

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GIS Technology 48 GIS设备和组件供货商预期需求呈快 速增长

58 绝缘子生产商实施新的生产计划

14 Reporting from CIGRE

应用斜面法研究复合护套材料

16 Silicones Technology Review

测试标准和测试方法均取得长足进步

18 Pigini Commentary

直流绝缘子市场的爆增将一触即发

20 Focus on Cable Accessories

数据库 - 使MV电缆系统的PD测量 更加有效

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Arresters 62 投资安装线路避雷器 降低雷击跳闸

66 供货商调整避雷器和熔断器的策略 和设计

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Bushings 72 非瓷套管在墨西哥污秽和地震区的 应用经验

22 Woodworth on Arresters

避雷器应用中始终要记住的十件事

24 Coming in the Next Issue of INMR China 下期预览

作用

Insulators

变压器试验的重要性

62

降低建设和维护费用

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12 From the World of Testing

58

26 土耳其输电部门采用硅橡胶绝缘子

40 RTV涂层在中国的变电站中起关键

08 Editorial

48

Utility Practice & Experience

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Cable Accessories 78 电缆附件试验要求概述

本期广告商 CESI Group CSL Silicones Comen Dalian Insulator Group Desma EGU HV Laboratory EPower Huayi Machinery Group Hübers Verfahrenstechnik

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19 43 15 6 39 5 77 3 5

Huntsman Advanced Materials KEMA Maxwell Technologies Ofil Siemens, Arresters Div. Wacker Chemie Yikun Electric Zhejiang Ruide Zhengzhou Xianghe Group Electric

11 13 封底 39 封二 17 23 21 9

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DALIAN INSULATOR

大连电瓷 连接世界

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携手大连电瓷 共创美好明天 中国最好、最大、最多 元化的绝缘子制造商, 能够提供整套瓷及复合 绝缘子产品以满足任何 架空输电线路及变电站 的需求。 大连电瓷一直处于全球 现代化前列,拥有最先 进的设备及高素质的技 术人才。

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Line Insulators Will Inevitably Fail The Only Question: At What Rate?

线路绝缘子将不可避免地出现故障 唯一的问题是: 故障的比率是多少?

期INMR的一篇文章谈到了瓷、玻璃和复合线路绝缘 子可能出现的不同故障模式。在本专栏中,我想关注 一个与此相关的问题,即绝缘子出现故障的原因是什么?

产超高压甚至特高压的绝缘子。但是,某些情况下,他们没 有足够的现场运行经验,而现场运行经验是产品设计的基 础。

首先必须要说的是,以绝缘子相对低的采购价格来看,在电 网中最可靠和性价比最高的组件排名中,绝缘子显然名列 前茅。然而,每年都不可避免地发生一定比例的绝缘子故 障。原因如下:

3. 注重价格胜于注重质量

1. 不利的环境 在电网中,绝缘子可能是承受压力最大的组件。它们不仅运 行在持续很高的电气和机械强度下,而且还完全暴露于不 可预测的作用力中,包括急剧波动的温度和湿度、暴风雨和 人为破坏。此外,还有导电污染物逐步聚积在绝缘子表面 (不论是自然污染还是人为污染)。因此,可以得出结论,即 使成品完美无缺,规范适当,总有一定比例的绝缘子被这些 不利的因素所击溃。

2. 新供应商激增 过去二十年间,全球范围的绝缘子供应商有了明显的激增。 虽然其中绝大多数非常谨慎,掌握了正确的生产技术,并在 每个生产阶段实施严格的质量控制,但不能说所有的供应 商都能够做到这一点。这意味着,至少有一些供应商出售设 计低劣或质量不稳定的绝缘子。这些带有潜在缺陷的绝缘 子可能导致产品过早老化或彻底失效。 上述问题的另外一个方面是,有些供应商正在以前所未有 的速度攀爬"电压的梯子"。以前,制造商将绝缘子适用范 围从一个电压等级提高到下一个更高的电压等级需要花 费数年的时间。现在人们发现,相对新的供应商已经在生

每个用户都理所当然地预期,他们购买的所有绝缘子都能 够无故障运行。但事实是,故障率主要受质量的影响,而质 量主要受价格的影响。近二十年来,强调低价格已经成为电 力行业的指导方针,供应商必须在现行市场价格下找到提 供尽可能高质量产品的途径。这必然意味着,优化设计更多 强调的是降低成本,而不是提高质量。 尽管存在上述造成线路绝缘子故障不可避免的原因,供电 公司仍然能够采取一些措施减少故障率。首先,选择最适 合于现场需要的绝缘子技术是很重要的。在这方面至关重 要的是,了解影响绝缘子的所有运行因素,并与供应商共同 合作,确定在这些运行应力下最佳的设计。 第二,找到严格执行满足所有生产工艺标准和质量控制的 供应商,这也是很重要的。感谢这一行业的激烈竞争,老牌 和相对新的制造商投资兴建最新的生产技术和设施,目前, 在他们当中,已经有大量优秀的制造商可供选择。最后,定 期监视绝缘子是否有异常是很关键的。采用诸如目视检查、 泄漏电流、电晕或异常温度曲线图这样的诊断,就能够频 繁地预测绝缘子萌芽阶段的故障。 因此,虽然线路绝缘子一定的故障率始终是事实,但至少 能够被限制在可控的水平内,把对可靠性和维护成本的不 利影响降到最小。 Photos: INMR ©

照片1:这是一基中国单回路杆塔,绝缘子的人为破坏在 此处不是问题。该塔六个耐张串上有48片盘形玻璃,其 中三片根部已经碎裂(照片上显示出两片)。图中发生的高 质量玻璃绝缘子的自爆率应该小于亿分之一。 照片2:运行几年后,将遭受到自然污染的硅橡胶绝缘子 拆下进行实验室试验,已经丧失了大部分憎水性,有效 运行的能力大幅降低。

照片3:长期以来,长棒形瓷绝缘子在运行可靠性方面享 有盛誉,但如果设计或者生产有缺陷,这种绝缘子极其 脆弱。 照片4:粗制滥造的盘形瓷绝缘子发生内部击穿或径向裂 纹的故障比率很高。

Marvin L. Zimmerman Publisher mzimmerman@inmr.com

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Communication Between Equipment and Grid Will be Vital

设备和电网之间的互动交流至关重要 目前,很多公司正在投资研发和制造智能电网设

会议介绍了智能电网用户接口标准化活动在所有

备,用于建筑物、住宅、分布式能源、电能储存装

IEC成员国的最新动态,之后,PC纵观了已经出版

置以及电动汽车等。这很好,但是却忽略了一些重

的相关IEC国际标准。会议也回顾了在标准制定中

要的问题。

必须考虑的其它标准化组织和联盟的标准。

被忽略的正是各类用户共同要求的目标。此外,满 足大家的共同要求必须考虑所有住宅、商业和工 业用户的特点。换言之,为了确保安全和高性价比 的运行,以及实现电网内的相互可操作性,必须标 准化智能电网用户接口。 此外,这些新标准必须标明用户的系统对功能和 性能的要求(包括电力管理系统),以及系统/设 备与电网之间的信息交换界面。与此同时,还需要

没有标准化就不可能在设备 和电网之间实现开放式 交流,因此在这个市场中, 也就没有真正的长期发展。

包括:术语;一般界面要求;互动功能和模式的技 术规范;数据格式;信息和交流模式以及所有的 安全保护协议。

会议结束时,邀请与会者起草一份战略商业计划

为了实现这些目标,IEC(国际电工委员会)已经组

书,作为制定相关标准的两个工作组(WGs)的活

建了PC (项目委员会) 118,即智能电网用户接口项

动指南。最后,参观了中新天津生态城智能电网综

目委员会,首次会议于2012年2月8-10日在中国

合示范工程,会议圆满结束。

天津召开。这次会议由IEC中国国家委员会提议、 然后由标准管理委员会投票通过。

两个PC 118工作小组的工作范围如下: 工作小组1将从电网的角度出发,专注于制定智能 电网和用户设备之间可相互操作界面的定义和诠

为了确保安全和高性价比的 运行,以及实现电网内的 相互可操作性, 必须标准化 智能电网用户接口。

释。将包括智能建筑物、住宅、分布式能源、电动 汽车等。在考虑了所有上述参数后,还将为二者之 间的信息交换建立一种模型。 工作小组2将定义并诠释智能系统和电网之间互 动的交流模式,涵盖与工作小组1相同的技术范 围,定义一般的功能要求、性能指标以及用户的安 全保护。 没有标准化就不可能在设备和电网之间实现开放

在这次高水平的国际交流会议期间,代表着智能 电网各行业的与会者审视并讨论了目前开展的、 将智能电网用户接口进行标准化的活动。这次会 议邀请了全球所有智能电网的主要参与者,制定 并协调整个业界所需要的策略和标准,这是有史 以来的第一次。

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式交流,因此在这个市场中,也就没有真正的长期 发展。 Richard Schomberg IEC智能电网战略工作组主席 TC8 电能供应系统主席 PC118 智能电网用户接口项目主席 负责EDF-小组的智能标准

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Transformers Too Often ‘Stressed Out’

变压器试验的重要性

日出席了黎巴嫩一家超现代变压器生产厂及实验 室的揭幕仪式,它使我想起电力变压器在当今的 电气设备市场上所起的非常重要的作用。它们在任何高 压变电站中都属于有代表性的最贵重的资产。而且,在 重大故障情况下(通常会导致起火),仅是替换所需要的 修理时间就要比任何其他类型的设备要长得多。实际上 变压器不像断路器或互感器,它没有方便的快速或机动 修复方案,而且配件也不能在短时间内得到。 电力变压器在全世界各地的很多的工厂内生产,而且刚 性的标准化的试验程序可以保证质量,以确保生产厂有 良性运转。在这些标准中,以下三种试验是最为重要的: 1. 出厂试验,每台变压器都要进行 2. 型式试验,每种类型的变压器在一台上进行 3. 特殊试验,由生产厂与客户协商进行 在以上试验中,最为大家所熟知的是绝缘和热强度耐受 试验以及损耗试验(均属于前两种试验)。所谓的特殊试 验项目之一包括短路耐受试验,无论从哪方面说,它都 是此类试验中的唯一的试验项目。

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那些被大的电力部门强制要求对他们 的产品进行短路试验的变压器生产厂 最终得到了沉痛的教训。 通常情况下,电抗值变大是由于绕组变形导致的。这是 因为短路径向力总是趋向于向内压缩内部绕组、向外扩 张外部绕组,而轴向力(以及合力)会使绕组错位或扭 曲。施加短路电流当然是试验程序的第一个,也是最重 要的一个步骤。此后,需要在工厂进行目视检查,以及 随后的出厂试验。

验证短路耐受能力-从计算和试验两方面-是非常困难的。 在前一种情况下,这一过程被称为“设计复审”,要求对所 要进行研究的变压器应力的计算结果与已经通过此项试 验的相似设计的绕组结构的应力进行比照。通过控制应 力,使之低于试验值(或已知的极限值),便可确信可以耐 受在任何部位发生的短路。然而,如果设计审查的文件构 架是按 IEC 60076-5 构建的,材料、制造工艺以及其他因 素就无法考虑在内。

费用方面的考虑及现有实验设施能力的限制(全世界只 有6家实验室可以进行该试验)使得只有一小部分电力变 压器可以这样进行短路试验。所以,就必需进行风险评 估。那些从设计角度来说容易遭受电动力破坏的变压器 (例如分裂式)更应该进行该试验。相似情况,关键部位的 变压器,例如电厂启动变压器,也应该进行短路试验。

这项试验要求实验室必需具备大容量,因为试验需要有 效系统功率。理想情况下,该试验应该在三相回路中进 行,因为变压器必需呈现实际的三相磁通匝连数。在三 相试验容量不足的情况下,推荐进行1.5相试验,在这种 情况下,全电流流过一个绕组,而每个其他绕组只流过 ®

我们自己的试验结果表明,短路耐受能力试验并不总是 合格。事实上,1996年到2010年共有140台电力变压器 (25至440MVA)进行了试验,36台(26%)甚至没有通过 初始试验。而这其中的半数在生产厂对产品进行加强后 重新进行了试验。通常情况下,试验失败是因为短路阻 抗过大,超过了标准要求值。然而在其他情况下,非常显 明的失败情况还包括在加电压时起火、严重漏油、套管 瓷套破裂以及其他情况。

在短路试验中,变压器中流过的短路电流会产生巨大的 电动力,这一电动力随着变压器的尺寸和复杂性的增加 而增大。电动力主要被绝缘系统所吸收,绝缘系统主要 由纤维基材料组成,由于它的自然属性,它更适于承受 压应力,而不适于承受弯曲或拉应力。因此,变压器机械 结构设计是否恰当是非常关键的。

在这种情况下,试验验证可以取代设计审查,尽管由于 考虑到运输、安装和拆卸等因素肯定会导致其费用非常 高-更不用说该试验本身以及重复最初已经在工厂完成 了的出厂试验项目的费用。然而,目前对短路试验的需 求(尤其是对25MVA以上容量的变压器)正在迅速增长。 例如在KEMA每年大约有20至30台大型电力变压器进行 短路耐受能力试验。

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一半电流。这样至少可以保证在最大不对称电流出现的 时候在三相中有相同的电流幅值。

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基于多年和试验经验,我们可以说那些被大的电力部门 强制要求在他们的产品上进行短路试验的变压器生产厂 最终都得到了沉痛的教训。而结果就是在以后的几年里 减少了试验过程的失败。例如在中国,逐渐增多的由于 短路引起的变压器现场故障最终导致这类委托试验的 停止,而必须在一个新建的专门的大容量实验室来进行 试验。 此外,一个国际大电网会议的研究项目发现,三分之一 的变压器运行故障是由于短路性能欠佳,而且变压器早 前已经通过了设计审查���程,如果所有发生故障的变压 器都没有进行过短路试验,审查就毫无意义。

Rene Smeets Rene.Smeets@kema.com

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Investigating Polymeric Housings Using the Inclined Plane Test

应用斜面法研究复合护套材料 CIGRE工作组(WG)D1.27(Jens Seifert博士主持)负责研究用 于绝缘子、避雷器、套管、互感器等外套的复合材料。由于这 类设备的需求在日益增长,这个课题现在越来越重要了。这 一课题还包括通过其独特的“指纹”更好地识别这些材料的 分析方法。具体地说,非常关注于探究这种护套在现场运行 一段时间后可能出现的变化,其中的一个问题是,是否需要 再做一次直流电压下的斜面试验,以便更好地评价抗漏电起 痕和电蚀损性能。评价旧绝缘子护套的相关特性非常有助 于判定电力线路的残余寿命,也有助于更好地制定对所有组 件进行广泛检查和维护的制度,如绝缘子、杆塔、导线、阻尼 器、导线金具等。鉴于此,WG B2.21去年12月发布了技术手册 481(复合绝缘子从现场拆除后的实验室评定指南)并作为评 价绝缘子的导则。 例如,检查了现场运行10年后的硅橡胶护套绝缘子,发现了一 定程度的“硅化”(即形成了硅土的表面层)。在此例中,这些 绝缘子的运行环境为中度污秽,有强烈的阳光和每年有一个 雨季。问题是,这种变化只是表面的,还是可能会对性能产 生负面影响?于是,仔细研究了这些绝缘子,并没有发现憎水 性或机械强度的降低。

· 泄漏电流和弧根温度 · 放电迁移率(受电极表面粗糙度或形状的影响) · 电压源的阻抗和“刚性” · 损伤路径的物理结构 在直流电压的情况下,其他测试参数也会影响试验结果,包括: · 极性 · 电极材料的化学成分 · 电压的波纹形状 面对这种试验参数的不确定性,将产生一个显而易见的问 题,即交流情况下,材料的抗漏电起痕和电蚀损性能排行 表是否能提供适当的信息,以及是否能完全适用于直流的 情况。 德国齐陶大学进行的第三方独立试验给出了答案(图二)。研 究了三种材料家族:材料A,结构材料,通常主要用于配电;材 料B,不添加提高抗电蚀损填充料的可注射硅橡胶;材料C,含 有氢氧化铝填料的高温硫化硅橡胶。对于复合材料A,在直流 下,几乎所有的试验均以失败告终,电导率超过60 mA的极 限值。

随后研究了硅化的表面对抗漏电起痕和电蚀损性能的影响。 摘取了一部分运行期间产生污秽和硅土层的绝缘子护套作为 材料B和C一些样本的试验失败,但模式不同于材料A。材料B 和C的失败模式是电蚀损,而且产生电蚀损所需要的试验时 试验样本。斜面法施加恒定电压4.5kV,作用时间6小时。试 间每次都比材料A要长得多。 验结果(图一)显示很小的侵蚀,试验获得通过。 然后从完全相同的新绝缘子护套上切下全新的材料样本,进 行同样的测试,试验通过。然而,新样本显示电蚀损有轻微增 加的趋势。在此基础上得出结论,在研究的含有氢氧化铝填 料的高温硫化硅橡胶材料的情况下,护套表面的“硅化”没 有降低其抗漏电起痕和电蚀损性能。

这些结果看来可以证明,在模拟材料“近期老化阶段”的情 况下,通常不可能用AC的试验结果评定DC的性能。工作组将 采用循环理念进行更多的试验,验证上述结论是否正确。

目前,更多的研究正在进行中,以确定这种“硅化”过程是否 确实可能会提供某种防止其继续发展的“保护层”,换句话 说,第一层是否抑制“硅化“进一步发展?如果有的话,加速紫 外线测试结果可以证实这一点。 斜面法的主要目的是评估复合护套材料抗漏电起痕和电蚀损 性能。如果这种材料具有固有的憎水性,使用润湿剂将该属性 破坏,然后从试验的开始阶段模拟材料的“近期老化阶段”。

图二: 三种复合材料 家族的研究

尽管早在1977年就出版了斜面法的第一个标准,但是试验结 果可以有很大不同,视某些试验参数而定。这些试验参数是: Photos: INMR ©

尽管如此,我们仍然可以得出下面的结论: 1. 在相同的试验条件下,直流电压下的电蚀损或故障率更高; 2. 正极性直流电压造成的破坏更严重; 3. 辅助材料可能会发生反应,导致损伤累积。这意味着某些 复合材料不适合用于直流护套材料。

Dr. Frank Schmuck frank.schmuck@sefag.ch 图一: 从绝缘子护套切割下的斜面法试样。 14 INMR 中国

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Much Progress in Standards & Testing

测试标准和测试方法均取得长足进步 迁移测试程序 。此外,工作组与德国齐陶应用科技大学合 作开发了改进型转轮测试方法,基于该方法工作组正在研 究一种动态憎水性测试方法,不久将推荐给IEC。

在早期阶段,人们利用含有氢氧化铝(ATH)填料的高稠度 硅橡胶(HCR)并采用注射成型工艺来生产复合长棒型绝 缘子。与之相反的是,空心绝缘子则利用对有机硅粘度要 求较低的低压浇铸工艺进行生产。在保加利亚,有一家研究 机构首次对液体硅橡胶(LSR)进行了测试。然而,由于市 面上的液体硅橡胶的粘度仍然相对较高,通过上述方式生 产的绝缘子在尺寸方面仍然受到种种限制。

我认为最大的进步莫过于在评估硅

时至今日,现有生产工艺与早期生产工艺大致相同。有人 难免会轻易得出结论:绝缘子生产工艺在过去二十年间止 步不前。事实上,绝缘子行业发生了翻天覆地的变化。 首先,硅橡胶配方在加工特性以及机械和电气性能等方面 都得到了全面优化。以瓦克为例,它是首批为所有输配电应 用提供有机硅的公司之一;此外,还于2001年引进了铂固 化工艺,这种用于生产高稠度硅橡胶的单组分体系在加快 固化速度的同时,还消除了不必要的副产品。与此同时,混 配料设备、注射成型机及模具生产商也积极改善其产品性 能。事实上,正是由于这些可喜进步,凡是启动全新复合绝 缘子生产线的公司现如今都可以采用全方位解决方案,这 在二十年前是难以想象的。 然而,我认为最大的进步莫过于在评估硅橡胶的关键性 能以及制定最新可靠的测试标准方面所取得的进展。在 最初投放市场时,有机硅主要因其良好的紫外线和气候 稳定性而著称,这一点也从有机硅复合绝缘子持久卓越 的性能得到印证。到了1989年,J. Kindersberger 和 1 M. Kuhl共同发表了一篇有关硅橡胶独特憎水性的论文 。自 此开启了“憎水性研究风潮”,随后涌现了大量研究有关有 机硅独特的憎水性恢复和憎水性迁移的论文。然后,除了 测量水滴接触角(实用价值并不高),整个行业缺少可靠测 试方法的问题不久之后便凸显出来。 国际大电网协会(CIGRE)勇挑重担,专门组建了D1.14工作 组;我们在工作组中主要负责提供循环对比测试中使用的 样板。稍后工作组于2009年在《ELEKTRA》上公布了相关 研究结果,并向国际电工委员会(IEC)推荐了一个憎水性

由于其具有出色的耐污闪性,有机硅复合绝缘子往往成为 高污染区域的首选,能够经受局部放电和电弧压力的考 验。IEC 60587对上述条件进行模拟,并对样板的耐漏电 起痕和防腐性能做出了规定。 按照原有标准(1984年第二版)的要求,首先必须用砂轮 打磨测试样品,以去除任何可能导致样板表面测试结果出 错的杂质材料。例如,环氧树脂样品经常含有有机硅脱模 剂残留物,使用寿命可能要远远长于打磨后的样品。不过, 这一工序并不适用于硅橡胶。对含有氢氧化铝填料的样品 表面进行研磨将对其性能造成严重影响,并导致相关测试 结果有误。2007年在修订IEC 60587 (3)规定的斜面测试法 时就充分考虑了这一点。 相关测试标准在过去数年间取得重大突破的例子不胜枚 举,其中就包括弹性体介电强度的测量方法。相关标准IEC 60243-1截至目前尚未对此作出任何指导性规定。在目前仍 在修订的版本中,引进了一个全新测试程序,能够应对硅橡 胶特有的高介电强度。 电力公司在接纳新型户外绝缘材料方面往往偏于保守,因 此硅橡胶的推广之路从来不是一帆风顺的。但时至今日, 经过长达四十年的使用,有机硅不仅被广为接受,应用领 域还愈发广泛。因此,我们正在着手研发多种新型产品,其 中包括直流输电用的硅橡胶、传统凝胶和改性凝胶、新一 代绝缘子涂层以及热传导性较高的新型高稠度硅橡胶和紫 外线固化材料。 有机硅的性能确实越变越好。可供选择的硅橡胶数量日益 体提升。回顾过去,我可以非常骄傲地说,我认为瓦克在这

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专业技术的同时,成功开发了各种新型产品和技术,并且不

Bärsch, R., Lambrecht, J., Winter, H.-J: On the Valuation of the Early Aging Period of Polymer Insulator Surfaces During Accelerated Aging Tests, 9th International Symposium on High Voltage Engineering, Proceedings, Volume 3, Pollution Phenomena, paper 3023, Graz, 1995, pp. 3023.1 - 3023.4

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的测试标准方面所取得的进展。

Kindersberger, J., Kuhl, M.: Effect of Hydrophobicity on Insulator Performance, 6th International Symposium on High Voltage Engineering, New Orleans, August 1989, paper 12.01

Evaluation of dynamic hydrophobicity properties of polymeric materials for non-ceramic outdoor insulation – Retention and transfer of hydrophobicity on behalf of Working Group D1.14 “Material properties for nonceramic outdoor insulation”

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橡胶的关键性能以及制定最新可靠

增加。有关硅橡胶关键性能和测试方法的行业知识得到整

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我在瓦克输配电部门工作了近25年。在即将退休之际, 回顾一下有机硅在电力行业的应用历程是再恰当不过的 了。1988年,我刚刚进入技术营销部门工作,当时绝缘子用 硅橡胶的使用尚处于萌芽阶段,供应商更是屈指可数,主 要集中在德国、瑞士和美国。

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一过程中贡献了自己的一份力量,在无私分享专业知识和 断扩大我们在输配电领域的市场份额。

Hans-Jörg Winter博士 Hans-Joerg.Winter@wacker.com

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DC Insulator Market Poised for Explosive Growth

直流绝缘子市场的爆增将一触即发 上 世 纪 初 ,交 流 成 为 了 输 送 电 能 的 主 导 技 术 ,至 此,Thomas Edison信奉的直流与George Westinghouse 和Nikola Tesla主张的交流之间的争论落下了帷幕。然而, 现在看来,直流始终没有真正地被击败。事实上,由于当 代的直流与电力电子技术相得益彰,直流正在上升,并且 带领着输电行业中尚待成熟的领域向前发展。 确实,1954年,瑞典首次使用基于静态汞阀的高压直流输 电系统,将大陆的电网连接到哥特兰(Gotland)岛并投入 商业运行。自此以来,发生了巨大的变化。汞阀技术最终 被晶闸管所代替,由线路电压触发晶闸管阀门。事实上,大 容量高压直流输电基本上都采用这种技术,伴随着近期向 家坝到上海 ±800 kV 连接线刷新了记录,其输送距离大 约2000km,输送电能6400 MW,这种技术或许已经达到 了顶峰。 目前,实质上还有一场革命正在带领着能源领域越来越近 地走向电力电子技术领域。包括研发外部控制晶闸管、通 常是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和门极关断晶闸管(GTO), 组合在一起甚至能够使小型高压直流系统的运行也很经 济。因为具有降低电耗的优点,未来的某一天可能因其耗 电低,甚至替代目前仍然在大型高压直流系统中盛行的传 统“晶闸管解决方案”。例如,最近这种最新技术被用于 Caprivi连接线(350 kV, 300 MW, 950 km),该条输电线 可以使纳米比亚和赞比亚的电网互连。 这些技术的开发以及直流输电用于长距离连接的很多优 势,致使直流输电的总量在世界范围内实质上呈指数增长 (见图一)。 2011年,直流输电的总量超越了100 GW,这种趋势显然表 明,到2020年,直流输电总量将翻三倍以上。这个预测同 我们已知计划中的短期项目相符合,例如中国即将新建 的800 kV和1000 kV线路,印度超高压和特高压线路, 以 及目前巴西正在进行的很多项目,包括即将投入运行的 2700km Rio-Madeira线路。除了这些项目以外,预期在拉 丁美洲也有很多新的直流线路(例如,智利的HidroAysen 项目,哥伦比亚与巴拿马以及秘鲁与巴西的互连线路)。

于保守。此外,输送能源资源的需求在日益增加,例如,将 水电和其它可再生能源输送到需求巨大的远距离城市中 心。例如,美国和欧洲已经开始深度研究将直流系统整合 并叠加在交流系统上。 所有这些已有的和未来的直流项目都需要用电缆和架空 线路实现长距离连接,但架空线路显然占据着优势。目前 已经安装的架空直流线路30,000km以上,而电缆线路仅 有大约6500km,预期架空线路输电将呈指数增加的趋势 (见图二)。 根据以上所述,通过一些简单的假设(例如,大多数线路 采用双回路,绝缘子串安装通常流行的V形串上的I串,并 考虑每公里大约2.5个杆塔),我试着估计了已经安装的 直流绝缘子串的总数。图三显示了这种绝缘子的“市场预 测”结果。目前安装的直流绝缘子串仅有几十万,到2020 年,绝缘子串的数量将接近一百万看来是合理的,到2050 年,将达到更高的数量级(即接近一千万)。 同样的趋势还可以扩大到电站绝缘子。当然,数量将少得 多,根据具体的应用而定。 已知在污秽条件下,与瓷绝缘子技术相比,硅橡胶的直流 运行性能明显地更加优良,因此,这种实质上爆增的市场 发展可能对复合绝缘子制造商特别有利。 我认为,复合绝缘子制造商在产品研发中应该瞄准实现下 列几个关键目标: 1、优化伞裙材料,即采用纳米技术确保直流下伞裙保持长 期高水平的憎水性; 2、确定理想的直流绝缘子几何结构和形状,可能与交流绝 缘子有显著差别; 3、找到能更好控制电压分布的解决方案对直流输电是特 别关键的,例如,使用氧化锌层。 最先成功实现上述目标的制造商将可能获得未来‘爆增’ 市场的巨大份额。

目前不断涌现的创新将日益增强直流输电技术在电力输 送中的竞争力,而且对各国之间线路的互连也是必不可少 的,因此,上述对直流输电乐观的长期预测甚至有可能过

Alberto Pigini alberto.pigini@ieee.org Photos: INMR ©

图一:直流输电增长总量。

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图二:电缆与架空线路直流输电长度的比较。

图三:预期增长的直流线路绝缘子串总量。

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Database to Make PD Measurements of MV Cable Systems More Effective

数据库 - 使MV电缆系统的PD测量 更加有效 随着 优质服务比以往更加重要,欧洲监管部门推出了一

一���做法是建立“智能电网结构”,为主要由架空线路组

种“奖罚”系统,推动供电部门提高电网的可靠性。

成的网络提供新的机会,实现更高的供电能力。

然而,图一显示,低压用户的总停电事故中,70%到80%是

将某个电缆附件的局部放电(PD)测量结果与同类型附件

由中压网络跳闸引起的(见图一)。这意味着,中压网络的断

的其他试验结果进行比较始终都是最好的做法。

电频率和持续时间(即电缆系统和架空配电线路)在总体供 电能力中起着主要作用。这种情况下,输电线路在其中占 很小的比例。 与此同时,中压网络中,与电缆系统占较高比例的国家相 比,如荷兰和德国,架空线路占比例较高的国家(如西班牙 和意大利),其网络的可靠性通常较低(见图二),关注这一点 也是很重要的。 鉴于上述状况,提高网络可靠性的办法显然是增强电缆系 统在整个中压网络中的作用,正如瑞典目前的做法,目标

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合物绝缘(例如XLPE或EPR)电缆技术。公平地说,纸绝缘 电缆系统的故障率取决于附件和电缆本身双方。而聚合 物电缆系统中的大多数故障通常由附件发生的问题引起, 尤其是安装错误造成的缺陷。 无论是何种电缆技术,PD测量是评估系统质量以及预测 电缆组件残余寿命(虽然有某些重要的局限)最有效的工 具之一。 PD测量检测到的缺陷类型

相当有针对性,不同的设计和类型的附件,缺陷类型不 同。此外,这种缺陷的严重程度取决于是什么安装错误。 例如,热收缩接头的空气间隙可以导致PD值在工作电压下 超过1000pC。尽管如此,这种有缺陷的接头却可能在任何 地方安全运行6到10年。其他缺陷,如在插入式接头的界面 处,PD值可能低得多(如几百pC),但仅运行几个月甚至几个 星期就会出现故障。 这就是为什么将某个附件的PD测量结果与同类型附件的 其他试验结果进行比较始终都是最好的做法。 对于进行PD测试的供电公司来说,他们的网络中安装了 图一:不同电压等级的网络断电引起的低压用户停电比例。 大量不同的接头和终端并且这些附件的故障率通常较低, 所以,主要问题在于是否有可供他们进行比较的数据库。 德国VDE有一个联合工作组,由测量仪器制造商、电网运 营商和高等院校的代表组成。为了获得这方面的更多信 息,该工作组提议开发网络数据库。其目的是收集来自不同 国家供电公司的PD测量数据。 网络数据库的构想(请访问www.vde-kabeldatenbank.de) 在两篇论文中提出,分别在2011年法兰克福CIRED会议以 及2011年巴黎Jicable会议上宣读。期望进一步开发网络数 据库将在更好地评定PD测量结果方面迈出重要的第一步, 从这第一步开始迈向进一步提高电缆系统的可靠性。

均值 (荷兰100%,德国65%,意大利30%,西班牙25%)。 ®

当前,大多数电缆系统是混合使用老式纸绝缘和新型聚

如果仅考虑聚合物电缆附件,

图二:中压网络中,电缆比例不同的国家,停电分钟/年的平

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采用局部

放电测量,网络运营商还有巨大的潜力提高可靠性。

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F CUS ON CABLE ACCESSORIES

是降低严酷的气候造成的影响,如降雪和风暴。当然,另外

除了上述考虑之外,如果中压网络全部是电缆,

Klaus-Dieter Haim教授 University of Applied Sciences Zittau/Görlitz, Gemany KDHaim@hs-zigr.de

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10 Things to Always Remember About Arrester Applications

避雷器应用中始终要记住的十件事 多年来,我撰写的避雷器文章涵盖了范围颇为广泛的各 种主题。就我看来,在INMR第20卷的首期期刊中,把这 些知识浓缩成为一些基本的避雷器原则或许很有价值。 期望人们总是能够理解和尊重这些原则。为此,我挑选 出了“十条避雷器知识的真谛”,与大家商榷。

非常昂贵的。过渡电杆处,避雷器的钳制电压要尽可能 低,确保线路具有最大的能力应对在这种情况下不可避 免可能发生的双倍电压。如果在地下线路中使用可分离 避雷器,又称外壳不带电避雷器,则不必一定要在过渡 电杆处使用尽可能好的避雷器。

1、真正有价值的术语

6、不需理会“每英里四个间隔”的长期做法

虽然Uc和MCOV(最大持续运行电压)是最重要的避雷 器电压额定值,遗憾的是,在IEEE或IEC的应用范围内 并非总是能被合理地推广应用。每当涉及到避雷器的电 压额定值时,都应该使用这些数值,这是最基本的。以 我的观点来看,IEEE中“额定电压”这一术语没什么价 值。而且,在IEC的市场范围,术语Ur不应该被当作额定 电压。

在美国和其它国家,人们有时会发现每间隔四或五个 杆塔安装配电线路避雷器的做法。无从知道这一‘经验 法则’源于何处,但是发生雷击的时候这种做法几乎没 起到改善线路运行的作用,所以,这样做显然是不正确 的。如果直击雷发生在被保护杆塔的附近,这只是将冲 击波传送到下一个(没被保护的)杆塔并在那里发生闪 络。如果雷击发生在一个没有被保护的杆塔附近,这基 杆塔上的绝缘子将发生闪络。显然有更好的方法配置线 路避雷器,获取最大的利益。

2、距离越近越能保护好设备 不管是安装在配电变压器上还是安装在500 kV变电 站,避雷器应该无一例外地尽量靠近受保护的设备。在 雷电活动是主要问题的配电系统中,避雷器进出导线 的电感可能引起大的电压降,从而实际上增加了钳制电 压。升高的钳制电压意味着对变压器的保护作用降低。 在操作冲击和雷电冲击都是问题的变电站,避雷器和被 保护变压器之间的距离不能太长,否则可能导致行进波 的反射,使变压器处的电压增加到显著高于避雷器钳制 电压的水平。

3、连接线和接地导线的直径 避雷器连接线和接地导线的直径常常比所需的直径大。 如果仅仅考虑冲击,只需要直径约为5mm的细导线即 可。然而,基于机械、故障和电晕的原因,导线直径必须 更大。 当确定避雷器导线的尺寸时,每次都要确保它们能承受 故障电流,不会因为磁力的作用而发生熔化或断裂。如果 避雷器安装在输电线上,也应该确保连接线在弯曲点处 能够承受百万次的弯曲。在电压高于100 kV的变电站内, 需要增大连接线直径,消除局部放电或电晕的风险。

4、增大爬电距离会减少保护裕度 如果为了提高爬电距离而增加避雷器的长度,避雷器的 固有电感也将增加。这意味着,在诸如雷电或绝缘子闪 络等冲击快速上升的情况下,钳制电压上升,换言之,出 现如同导线太长一样的负面影响。 如果通过加大直径或增加外部伞裙增大了爬距,而避 雷器的长度没有增加,那么就不会有这种性能降低的风 险。需要注意的是,长度变化对保护性能产生的影响并 非总是列在制造商的产品说明上。还有一点,如果变电 站或线路上的绝缘子基于污秽原因而采用了较长的爬 电比距,避雷器的爬电距离也必然增加。

7、确保防止动物入侵的措施完全有效 如果野生动物没有被限制在带电线路的关键闪络区以 外,避雷器上的野生动物防护罩是无效的。只是覆盖终 端以避开动物视线的做法并不足以消除动物导致的断 电。真正有效的做法是防护装置必须设置屏障,这个屏 障使动物无法站在接地表面上,而且身体的任何部分也 无法接近关键的带电区。

8、架空线路“防雷”保护并非总是需要地线 有些情况下(例如白霜),架空地线是不理想的。在这 种情况下,已经证明用避雷器代替避雷线是有效的。但 是,避雷器必须安装在每基杆塔的每个相上才能实现零 雷击跳闸率。乍看起来,这种选择似乎费用昂贵,但是, 因为杆塔本身能够降低而且塔基费用较低,当然还省去 了避雷线的费用,这实际上是高性价比的方案。 这种没有避雷线却能完全保护线路的设计,还可以免去 接地工程(与土壤条件有关)的昂贵费用。

9、没有统一的额定能量值(至少目前还没有) 尚没有标准化的试验适用于这种避雷器的特性,对外 公布的额定能量值或者基于一次或者基于两次脉冲。这 意味着,来自两个供应商的相同额定能量值的避雷器, 实际上可能是不同的。在今年晚些时候发布的最新版本 IEC 60099-4和IEEE C62.11标准中,不论是哪一个供货 商,避雷器额定能量值的方法是一样的。目前,没有配 电型避雷器额定能量值,只有额定电流值,不久的将来 将变为额定电荷值。

10、地线隔离开关在三角形和地下电路上是不可靠的 地线隔离开关是有用的装置,过负荷后,地线隔离开关 不仅能够从电路上断开配电避雷器,而且能够使维护人 员看到发生了故障。接地故障电流也可以激活隔离开 关,但地下和三角形电路上没有接地故障电流。

5、在电缆出口处的架空线杆塔上使用低残压避雷器 不管是配电电压还是输电电压,线路发生故障时,如雷 电或操作冲击导致绝缘故障,地下线路的修复费用都是

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Jonathan Woodworth

Jonathan.Woodworth@ArresterWorks.com

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企业电力实践和经验

Turkish Transmission Utility Looks to Silicone Insulators to Reduce Construction & Maintenance Costs

土耳其输电部门采用硅橡胶绝缘子 降低建设和维护费用 土耳其位于具战略意义的三大洲交叉地带,数个世纪以来, 酷热高达+45℃到东部低至-43℃不等。此外,通常的日 一直是亚洲和欧洲, 以及东方和西方之间的交汇点。该国的 气温波动可以高达20℃,好像在同一天中就可以经历所有 人口多数是年轻人且呈快速增长, 伴随着迅速的城市化步伐 的四个季节。就电网的运行条件而言,很少有其它的国家 以及近来强劲的经济增长,这个新兴国家目前面临着多项挑 面对如此剧烈的气候变化。 战,以满足其未来的能源需求。例如,电力消耗平均 每年增长8%到9%, 为了平衡这一螺旋式上升需求与 电力供应之间的供求关系,将需要在发电、输电和配 电上投入大量资金。 该国有利的气候因素有助于满足未来的发电需求。一 方面,沿着西海岸有巨大的风力发电潜能,同时,每 天7.2小时的光照意味着具有丰富的太阳能。此外, 还有充沛的雨水和大量的水利资源,表明有充裕的再 生能源可以利用。 但是,土耳其的地理环境也给其电力系统带来某些问 题。该国家被大面积的水域所环绕:北面是黑海,西 面与马尔马拉海和爱琴海接壤,南面是地中海,海岸 线都极其漫长。每片水域的盐度都有其具体特征,盐 浓度的跨度相当大,黑海的盐度相对较低(例如千分 之十八),而地中海的盐度却高于该数值的两倍。

INMR撰稿人和输配电专家Raouf Znaidi先生近期采访了土

作为亚洲、非洲和欧洲的天然桥梁,土耳其似乎也延续了 耳其的电力输送公司,报道了他们未来的发展规划,以及 每个洲数个不同的气候区。平均每月的相对湿度是80%, 上述极具挑战性的环境如何影响了选择和维护关键组件, 年降水量达1400mm, 安纳托利亚的日温度范围从东南部 诸如线路和变电站绝缘子。

土耳其的电力行业

全新的实体,能源市场监管局,或称 场自由化,几个当地和国际公司进入

近15 年 来 ,土 耳 其 的 电 力 市 场 经 历 EMRA,监督能源市场的所有运作。在 到了土耳其的能源行业,其中最重要 了重大的结构变化 。迈向开放、竞争 这个行业内,任何未来的投资者,都必 的公司之一Enerjisa是第一个被授予 式市场的第一步,是将前身国有电力 须向能源市场监管局提出申请,获取开 私有化许可证的公司,该公司也是当 部门( T E A Ş) 划分为三个公司:电 力 发和运营能源设施的许可证。

地主要开发水力和风力发电的公司之

发电公司(EUAŞ),土耳其电力输送公

一。Enerjisa公司董事会的项目经理 迈向开放竞争市场的第二步, 是通过 司( TEIAŞ)和土耳其电力贸易和承包 Mustafa Ayranci说,截至到2011年 公司( T E TA Ş) 。此外,也成立了一个 私有化配电资产和发电资产使电力市

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虑了优化成本,我们估计,154

kV和

380 kV线路的费用大约分别是每公里 190,000和250,000美元。” Ozcan先生继续说,除了承建线路以 外,Enerjisa公司还参与了其它可供选 择的发电能源,特别是热能和风能。 未来计划扩建位于Bandirma的大型 天然气火力发电厂以及位于Mersin和 Balikesir 的两个风力发电厂。他说,这 将是公司投资计划的第二期,目标是 到2015年开发至少5000MW的新发电 容量。 近来在土耳其变电站安装的硅橡胶绝缘子。

8月,土耳其的装 机 总容量 停留在大 该公司架空线路输电专家Nafiz Ozcan 约55,000兆瓦,主要由热电厂发电, 先生说,所有的电力通过现有的和新 但同时水电、地热和风电也在增加。 建的线路输送到主要客户, 土耳其电力 例如,Enerjisa发电容量的目标是, 输送公司。在某些情况下,根据双方的 到 2 015 年 装 机容量 至 少 达 到 5 0 0 0 协议,新的线路完全由Enerjisa公司承 兆 瓦 ,绝 大 多 数 发 电 量 来自 再 生 能 建,但必须遵守土耳其电力输送公司 源。Ayranci先生继续说,未来开发最 的监理合同。 大的机遇源于风力发电,估计陆地和 沿海的总发电容量是48GW,土耳其的 风电潜能超过了多数欧洲国家。

Ozcan先生说, “基本上,我们按照土 耳其电力输送公司的所有技术规范承

Ayranci先生说,Enerjisa公司参与了 发电和配电两个领域。

建这些新的高性能输电线路,但也考 Photos: INMR ©

天然气 36.8% 地热和风能 2.7% 水力 32%

煤 24% 其它 4.6%

图一: 土耳其能源的装机容量比例 (2010年)

传统上,玻璃串一直是土耳其输电线 路上使用的主导绝缘子类型。

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“因为我们的很多线路没有遭受污秽, 过去三年期间逐步转而使用硅橡胶外套 绝缘子主要是基于其它因素,特别是 其诱人的采购成本。"

保始终如一的高质量服务。根据2012 -2018年的计划,土耳其电力输送公 司预期每年电力需求的增长率大约是 7. 5%,基于此,这个目标更凸显其重 要性。 谈到扩大电网,关键项目中是将土耳其 的国家电力系统与北边的欧洲系统互 土耳其电力输送公司新投资项目的目 标是用优化的成本提高可靠性。

Ozcan先生说,按照土耳其���力输送 公司的技术规范承建输电线路。

连,以及与南边的一系列国家,包括埃 及、约旦、利比亚和黎巴嫩等国的系统 互连。

土耳其电力输送公司(TEIAŞ): 与诸如Enerjisa这样的私营公司不同

扩大输电系统。同时,我们还尽可能地 优化投资成本。”

的 是 ,土 耳 其 电 力 输 送 公 司 是 高 压 和 超 高 压 电 网 的 全 权 业 主 ,也 负 责

Yildir先生继续说,我们也将把财力用

该电网系统的规 划、施工、运营和维

于改善现有的输电基础设施,以便确

传统上,玻璃绝缘子一直是土耳其架 空 输 电 网络上 规 定 的主导 绝 缘 子 技 术,线路上也使用一些瓷绝缘子,但是 更多的是用在变电站。直到近年来,复

护。T EI A Ş还准备了一项输电系统的

Photos: INMR ©

投资计划以及开发国家输电能力的十 年综述报告。 土 耳 其电 力输送 公司总 经 理 K e m a l Yildir先生解释说,2012年投资计划的 主要目标是更新和进一步发展国家的 电力基础设施。他说, “和过去的一年 相同,我们将承担重大的新项目,我们 将投入超过等值于3.2亿美元的资金,

Kemal Yildir (中)同INMR的Raouf Znaidi (右)谈论土耳其电力输送公司 的投资项目。

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合绝缘子所起的作用很小甚至没有作

伊斯坦布尔附近的输电线路遭受高

用。但是现在,情况似乎要变了。一次

湿度、伴随着海洋和工业污秽,以及

国际大电网会议(CIGRE)关于复合绝

人为破坏的问题, 导致玻璃绝缘子

抗污秽性能是电力部门决定采用复合

伞裙的碎裂。

其电力输送公司的唯一考虑。Yilder先

缘子运行经验的研究发现,其优异的 绝缘子的主要原因,显然,这不是土耳 生说, “我们很多目前安装复合绝缘子 的线路并没有遭受污秽。因此,在这种

表1:土耳其电力输送公司的输电系统(2011年8月) 电压

380 kV

220 kV

154 kV

66 kV

总数

变电站

情况下,我们逐步转而采用硅橡胶外套

电路公里

16,000

85

35,000

510

51,595

588

绝缘子是基于其它因素,特别是越来 越诱人的采购成本。此外,我们感到, 同传统的绝缘子技术相比,就安装和

表2: 土耳其电力输送公司输电线路的停电次数 (截至到2010年底)

维护费用而言,复合绝缘子能够为我们 带来进一步节约的潜力。”

电压 (kV)

系统长度

停电总次数

有效期(天)

停电比例/ 百公里

380

16,000

1264

345.95

8.36

Yildir先生还认为,就最新一代硅橡胶

154

35,000

3051

352.38

8.80

复合绝缘子而言,其生产和应用的费用

66

510

89

365

13.32

Total

51,595

4404

354.45

8.63

看似越来越具有成本效应,这意味着, 将来能够实现甚至更大的成本节约。 Photos: INMR ©

土耳其的输电系统 截止到2011年8月,土耳其电力输送公 司的电网由大约51,600回路—公里架 空线路组成,运行电压为380 kV, 220 kV,154 kV和66 kV。 因为该电网的一部分线路暴露在开阔 的海岸,绝缘的设计必须要使其能够 抵抗持续暴露在海洋的污秽,以及一 些情况下工业的污秽。此外,还有高强 度紫外线辐射以及频繁巨大的日温度 波动。例如,地处国家西北部的马尔马 拉海,以及伊斯坦布尔商业枢纽附近 的一些高压线路尤其不堪一击。 输电线路维护经理Hikmet Ozdemir 说,2010年间,土耳其电力输送公司 的停电事故总数大约为4400次,整

靠近安卡拉的380 kV铁塔,使用24片标准伞形的耐张玻璃绝缘子和22片标准 伞形的悬垂玻璃绝缘子

个系统总停电事故的比例为每百公里 8.63。Ozdemir说,现在正在制定新的

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在土耳其试用RTV硅 橡胶涂层, 变电站 初期的绝缘子成本 增加了约60%, 但却大大改进了 污秽条件下的 运行性能。 Photos: INMR ©

Golbasi变电站所处的位置是一个实例, 在这里,逐步使用复合绝缘子技术降 低成本。

维护政策,目的是降低这个比例。表2

复合绝缘子的线路之一,以应对这些

列出了各个输电电压等级下记录到的

问题线路的运行条件。

停电情况,重点标出了影响该国陈旧 的66 kV电网的问题。

Ozdemir先生说,采用复合绝缘子的 好处已经超越了克服污闪的范围,还

Ozdemir先生说,土耳其电力输送公 司的一些线路遭受了严重的污闪和恶 意破坏。

Ozdemir说,靠近首都安卡拉和其周 包括了重要的经济利益。Ozdemir先 围地区的主要154 kV和380 kV线路绝 生解释说, “我们选择硅橡胶外套大 缘一般使用分别为10或11,以及22到 小伞裙交替的设计,替代现有的防雾

前开 始 将 R T V 硅 橡 胶 涂 层试 用到变

24片的标准伞形玻璃绝缘子。他说, 型盘形玻璃绝缘子,这使我们能够有

电站的瓷绝缘子上,由一家外部承包

在运行中,这些绝缘通常没有发生过 效地处理污秽问题。同时,这些新型绝

商 施 工 。虽 然 这 种 措 施 使 初 期 的 绝

任何严重的运行问题。与此不同的是, 缘子的采购成本不足同等条件下盘形

缘 子成 本 增 加了大 约 6 0 % ,但 是 带

该国其它地方的线路却遭受伴随着海 悬式玻璃绝缘子串的一半,此外,这

涂 层的 绝 缘 子目前仍 然 在 可 靠 地 运

洋和工业污秽的高湿度,对玻璃绝缘 还没有考虑所带来的主要是免维护的

行。Ozdemir先生说,这种技术改进了

子伞裙的恶意破坏也时有报道。

污秽环境中变电站的绝缘性能,维护

益处。”

人员对此非常满意。

例如,伊斯坦布尔西面的 380 kV

确实,降低变电站和线路的维护要求

Habipler-Zekeriyakoy线路,曾经发

一直是土耳其电力输送公司的关键目

在土耳其,即便污秽不是最主要问题

生过与污闪和人为破坏有关的很多

标之一。为此,一直在寻找替代品,更

的情况下,也正在安装复合 线路绝 缘

问题,经历了每天高达三次的停电事

换诸如北方这样的工业区变电站中,

子,Golbasi变电站便是一个很好的实

故,使伊斯坦布尔地区的停电比例增

既昂贵又需要频繁清洗的瓷绝缘子。

例。该变电站位于安卡拉市边的一个

高到每百公里11.43。该条线路是土

布满岩石的农业区,尽管在阳光明媚的

耳其电力输送公司最终决定转而采用 作 为 迈 向 这一目标 的 第 一 步,四 年

下午也明显能听到表面放电活动的噪

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Golbasi变电站的瓷外套。

三个标准型或防雾型设计的盘形瓷绝缘 子组成的绝缘子串,总爬电距离分别是 280mm到430mm。此外,还有长棒形 瓷绝缘子可供选择,爬电距离通常设计 为:900mm到1200mm。在安卡拉,盘 形绝缘子串约占该地区配电线路上所有 正在运行绝缘子总量的70%。

Photos: INMR ©

截至到2010年底,Enerjisa的配电系统 已经发生了总数为53 4 4次的停电,相

音,却很少能看到污秽物积聚在绝缘 当于大约每百公里20的年停电率。工程 子表面的证据。在这个变电站已经工 师Emrah Kalkan和Mustafa Aydoğan 作了三十多年的Mustafa Danaci先生 说,如此相对高比例停电率的主要原因 解释,无论白天还是晚上,此处的噪音 是Enerjisa仅在两年前购得的配电系统 水平大致是恒定的,可能与当地的高湿 正在老化。影响线路性能的其它问题一 度有关。他说,重要的是,他记忆中没 直是污秽以及鸟类引发的停电,特别是 有发生过任何重大的污闪事件。

在鸟类迁徙季节。

土耳其的配电系统

Kalkan和Aydoğan解释说,为了降低停

虽然土耳其配电公司(TEDAS)和其下 电事故,每年都执行全面的维护计划, 属的附属公司掌管着土耳其全国的电

包括清洗绝缘子程序,特别是沿海不带

力分配,随着新的公司进入这一行业, 电线路上的绝缘子。这将有助于实现减 情况正在逐步发生变化。事实上,国家 少污闪和由此造成的电力中断,以及提 的配电系统已经被划分为21个地区,

高运行质量。

目的是将除TEDAS之外的所有公司私 有化。Enerjisa Baskent 配电公司就是进入这个 行业新私有公司的一个 例子,该公司管理和维护 着大约27,000回路-公里 的36 kV,15 kV和6.3 kV 线路网,为7个城市660万 土耳其几乎所有的36 kV线路绝缘都采 人供电,包括安卡拉。 用三个悬式或四个耐张盘形瓷绝缘, 这些绝缘子为当地生产,杆塔为水泥 传统上,土耳其绝大多 结构。 数36 kV线路的绝缘是

Enerjisa工程师团队的成员们讨论解决配电系统高 停电率的问题。

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企业电力实践和经验

Application of Composite Interphase Spacers to Prevent Conductor Galloping

应用复合相间间隔棒 防止导线舞动

于其众所周知的性能优势, 以及较低的 采购成本和寿命周期成本, 近几年来, 复合绝缘子在输电线路上的应用一直在稳 步增长。与此同时, 一些地区的瓷绝缘子因 为过重和易碎已经证明是不理想的,复合绝 缘子还解决了这些地区的问题。其中的一种 应用是作为相间间隔棒, 防止导线的舞动。 在这种应用下, 复合相间间隔棒的作用是改 进暴露在恶劣气候条件下的线路空气动力 学或 "气动弹性学" 的行为, 例如温度变化、 大风以及风冰或风和冰雪并存的天气。这 些条件的相互作用有可能在线路的不同部 分通过诱导运动和导线振动产生有害应力, 即能够引起大面积损坏和危害线路运行性 能的应力。 本文由匈牙利绝缘子专家Alajos Bognar撰稿 并在INMR全球会议上宣读, 研究了导线的舞 动问题以及如何应用复合相间间隔棒帮助控 制舞动的方法。 Photos: INMR ©

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中国北方沈阳附近的线路上安装的间隔棒。

引言

风的作用力中。这使它们对于持续循环 余波诱导的运动可以分为四种类型:

由于复杂的物理现象以及高度的不可 的导线运动或振动的发展异常敏感。 次级档距模式(导线束两个间隔棒之 预测性,导线的运动和振动可以随时 振动的具体类型取决于几个因素,并且 间的部分);垂直舞动;水平舞动和滚 间而发生新的变化,在架空线路的设 形式不同: 动。振荡基本上是由余波产生的,余波 计阶段,常常不可能预测和处理所有 诱导较低阻碍系数并在背风的子导线 潜在的未来的舞动问题。 1. 风 力 振 动 上产生提升力。由于这种空气动力学的 这些振动是由交替的风力引起,并把一 当这类问题发生时,找到解决问题的 种振荡提升力传到导线。这类振动的 不稳定性,背风导线开始运动,并且由 最佳方案首先要求评价运行过程,了解 特点是频率范围5到100 Hz,振幅从仅 于导线束内侧有导线间隔棒,迫使迎 造成线路上产生破坏应力和振动的所 数个毫米直到导线的整个直径。这种 风侧导线加入运动。 有必要因素。这样,就能最大可能地找 现象是危险的,因为在或接近导线的 到最有效的措施,将这些因素保持在 固定点处,例如放置夹具的地方,可能 安全限度内。 发生疲劳弯曲应力,并引起个别股线 断裂。一般使用特殊的减振器(例如斯 相间间隔棒是工程师为了防止最危险的 托克布里奇减振器)将这种振动的幅 振动采用的控制装置之一,例如由“冰 度减到最低。 雪跳动”而引起。但是,为了进一步理解 这些装置如何有助于更好地评定其效 果,首先有必要探讨一些重要原理。

沿着输电线的震动是如何 发展的

2. 余 波 诱 导 的 振 荡 这种振荡一般仅在分裂导线的情况下 产生。在分裂导线内,处于迎风一侧 的子导线诱导某些子导线产生余波振

尽管输电线具有高柔性的形状和相对 荡,然后,后者对背风子导线提供保护 细小的剖面,它们却持续暴露于气候和 作用。

强逆风中的加拿大输电线。

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虽然这种振动通常不会导致相与相 在上述情况下观察到的舞动,大都采 之间的距离明显减少,但是一部分风 取驻波的形式,在一个档距内发生一 的机械能量被导线吸收而引起疲劳, 个,两个,或有时多达十个的环状运 特别是在长期重复的作用下。

动(虽然最普遍的舞动是每个档距具 有三个或三个以下的波动)。在三个

3. 舞动

以上环状运动的情况下,舞动一般具

导线舞动(也称作舞蹈)是输电线的 有较小的振幅。 导线大幅度振动的现象。这样就会 在导线内产生剧烈的动态应力,可以 当舞动问题发展时,相导线和架空地 导致绝缘子串和铁塔结构损坏。在一 线的振荡运动可能导致相互接触。此 驻波式舞动的发展。

定的条件下,具有不同电位的导线可 外,不同相的导线之间或相导线和接 能发生接触或危险地相互接近而发 地线之间的临界空气间隙击穿距离 生短路。因此,防止这种现象的发生 可能减少。这将引起短路和启动相关 对于维护线路的可靠运行是至关重 断路器切断线路。 要的。

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在自动 重合闸的 情况下,接 通将 是

带冰导线和风的相互 作用

成功的。但是,由于舞动现象的周期 性,将快 速再次发生导线接触或接

舞动最常见的发展方式之 近。之后,由于相互过于接近或甚至 一,是稳定的中强度侧风与 接触,重复发生的短路通过导线之间 非对称覆冰导线表面相互 发展的高能、高温工频电弧而损坏导 作用的结果。通过这种“自 线。同时还必须考虑不利的机械影响 激”过程,就可能在单根或 (如上所述)。 分裂导线上发生周期性、 高振幅振动(或振荡)。

引起舞动的主要过程之一是导线上 形成的覆冰层。因为导线表面不是非

舞动的振幅可以接近导线 常光滑,就会有一些雪粘附其上,标 的下垂度,并主要在垂直平 志着冰层开始堆积。从此阶段开始, 面上 进行 运 动,频率处 于 导线(或分裂导线)的扭转刚性变得 在中国,导线上粘附雪的例子。

0.15到1 Hz之间,取决于线 很重要。随着冰的形成而发展成为转 路设计和具体的激发模式。导线舞动 动(或扭曲)的扭矩就会引起导线转 可以影响到数个相邻的档距,持续时 动,雪逐步聚积直到在导线周围形成 间从仅数分钟到很长的时间。

一个完整的外套。

预测输电线的精确动力学行为证明具有高度的复杂性, 对它的研究只能在真实运行的条件下,或者使用能够复制所有 相关气候条件的试验线路。

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根据国际大电网会议(CIGRÉ)的调查 报告, 在压力负荷下, 因其重量轻且 具有高柔性, 绝大多数供电公司采用了 复合绝缘子相间间隔棒

第二个问题被称作“冰雪跳动”,是 •

改变线路的走向或设计

由已经形成的大量积雪引起的。这是

如果在线路设计或施工方面不投

因为当导线被冰覆盖时,最接近地面

入很高的递增成本,完全消除舞

的导线趋于首先将冰抖落。冰落的时 候,较低位的导线可以跳向上面的导 线,很可能导致临时短路。一旦从"冰 跳"中恢复,低位导线常常落在垂度 小于以前的新位置上,并可能维持很 长时间。如果上面的导线仍然没有抖

动的诱因常常是不可能的。例如, 可以把线路的走向改变到发生冰 堆积可能性小得多的地区。同样, 正如导线之间的间隙能够增加, 导线的横截面也可以增加。

落其冰负荷,两个导线之间离散距离 的降低可能引起相之间空气间隙的 •

应用阻尼器/减振器

击穿。

这些装置是基于分裂导线排列的 扭转(或扭曲)运动和垂直运动

用这些例子描述了问题的复杂性,预

(由于提升力的作用)相互作用这一

测输电线精确的动态行为证明富有

事实。当这两个运动的频率相互

挑战性。只有在真实的运行条件下, 或者在精确复制所有相关气候条件 的区域内,使用特殊试验线路才能对 其进行最好的研究。 近来,已经有了仿真工具跟踪导线舞

舞动的不稳定性将增强。

因此,解决方法是通过某种形式 的外部干涉离散频率,这是一种

动过程的发展。有些工具甚至考虑了

诸如称之为“摆动减振器”能提

已经就位的控制装置,防止或减少舞

供的解决方法。摆动减振器增加

动问题。然而,这些仿真需要通过持

扭转频率,但却不能抑制扭转。

续不断地分析实际现象和由现场实

在例如两条水平排列的分裂导

际运行条件获得的参数来验证。

线试验线路上,一种效果可喜的

控制和防止舞动 应用复合相间间隔棒的例子。

接近(即产生同步/共振)时,引起

由于舞动产生的危险效应,已经采用 了几个可选方法避免或至少减少舞 动的问题,包括:

此类抗舞动装置是扭转阻尼器 和减振器(TDD),能够将减振 作用(如上所述)同高扭转阻尼综 合起来。

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相间间隔棒

作为抗舞动装置的相间间隔棒

应用相间间隔棒的主要理念是防止导线舞动造成最危险的后果,即相间短

相间间隔棒的一般设置

路。达到这一点相对简单,需要在相与相之间提供档距内机械耦合,靠此将

如上所述,也许大幅度导线舞动的最

相间的间隙维持在某个预先确定的可接受的限度内。

严重后果是电气故障,由不同电位导

此外,从振荡阻尼的观点看来,这些装置的另一优点是限制导线或分裂导线的 任何扭转(扭曲)运动。这种控制(阻尼)之所以能够实现,是因为柔性的复合绝 缘子起着增强导线扭转刚性的作用。这种布置类型还具有复合间隔棒的柔性所 带来的其它优势。如果导线振动作用减少了相间的间隙,其能量能够被间隔棒 的固有弹性所吸收。 确实,在几种实际应用中,相间间隔棒甚至与所有的三相导线(分裂导线)相连 接,形成多重子档距的交叉连接系统。这就大大增加了原始系统的动力学。例 如,当一相或两相舞动时,可能发生的是,并非所有的相都不稳定。然而,通过 间隔棒将稳定相和不稳定相进行连接能够为不稳定相提供附加的空气动力学 和机械阻尼。

线的接触或临界接近所引起。为了避 免这种事故,采用绝缘结构机械地固 定档距内导线间的间隙是合乎逻辑 的。虽然在这种解决方案中以往一直 使用瓷绝缘子,但其重量过重产生了 问题,因为需要更改预先调好的导线 下垂度和应力,特别是在低压输电线 的情况下。瓷绝缘子的安装和周期性 维护也证明是相对困难的。

Photos: INMR ©

由于间隔棒承受了 线与线的电压, 和相与地的绝缘 相比, 相间间隔 棒上的工频电压要 高大约73%。

基于上述原因,目前这类应用实质上 完全采用复合绝缘子。事实上,自上 世纪80年代末和90年代初起,复合相 间间隔棒的安装加速进行,根据当时 的一份CIGRÉ调查报告,在压力负荷

相间间隔棒通常需要两个均压环。

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舞动试验后导线夹具的例子。铰链 位置上仅很微小的磨损不会影响 继续运行。

在相间间隔棒上进行舞动试验的四分裂导线典型试验设置。

相间间隔棒的电场分布与一般悬 垂绝 缘子的不同之处在于,前者 的电场呈对称分布,距端部金具 更近的电场也高于悬垂绝缘子。 就污秽性能而言,由于硅橡胶优异 的表面憎水性,采用这种材料作为 复合相间间隔棒的外套不应该出 现问题。例如,在日本冲绳岛上的 一个试验场地进行了此类间隔棒 的户外风化试验,间隔棒被连续暴

冰雪脱离试验的典型设置。

露在含盐风和频繁台风的污秽环 境中。尽管有重度沿海污染和强风 负荷,运行几年后,没有发现任何

下,因其重量轻且具有高柔性,绝大多数作出反应的供电公司采用了复合绝缘 子相间间隔棒。

考虑到这样的间隔棒通常用在寒 冷地区,所以必须进行试验,评定

相间间隔棒的电气设计 就电气设计而言,对相间间隔棒的要求和试验方法,与正常悬式或耐张绝缘子 相类似。关键的设计参数包括: •

沿着间隔棒的工频电压分布和污秽条件下的闪络;

导线与导线间隙的操作冲击闪络电压;

雷电冲击闪络电压。

冰雪堆积条件下间隔棒的性能。 不出所料,这样的试验已经证实 了设计合理的防重度污秽复合相 间间隔棒的绝缘子部分也能够承 受很高的运行应力。

相间间隔棒的机械设计

由于间隔棒承受了线与线的电压,和相与地的绝缘相比,相间间隔棒上的工频 电压要高大约73%。因此,必须在154 kV及其更高电压等级的两端使用缓和电 场的均压环。

侵蚀或其它劣化的证据。

相间间隔棒上由舞动和“冰雪跳 动”引起的机械应力包括由振荡 引起的拉力、弯曲(屈曲)和疲劳

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应力。对于拉应力强度的要求并无特

别之处,但在设计选择合适的硬件

为了仿真这一过程是如何发展的,

时,例如端部金具和夹具等,仍然必

使用了大型试验设置,通过一块电

须将其考虑进去。鉴于此,必须在整

磁铁将几个重块悬挂在下面的导线

个排列上进行拉伸试验。例如,用于

上,仿真冰雪负荷的效应。当断开电

ACSR 410四分裂导线的275 kV相间

磁铁时,重物下落,发生导线跳动。

间隔棒,要求的机械强度可以是大 约79 kN,任何设计良好的间隔棒都

雪脱落试验后,间隔棒弯曲的例子。

将轻而易举地满足这一要求。

在诸如上述的典型试验中,使用双 分裂导线ACSR 410,档距长度可以 设置为70 m,间隔棒长度可以设置

然而,就机械应力而言,更为重要的

为10 m。试验期间,相间间隔棒将

是间隔棒的弯曲/扭曲行为。所以,

承受相当大的柔性弯曲,但不应该

作为相间间隔棒,复合绝缘子的主

出现可视的缺陷证据。在FRP芯棒内

要优点之一是,只要应力保持在可

的最大应力可以达到290 MPa,一

能发生劣化的临界值以下,弯曲处发

旦应力消除,间隔棒必须回到起始

生的扭曲就没有危险。为了提供临

形状。

界应力水平的某些指标,给出下列日 本电业部门通常允许的弯曲应力相

相间间隔棒的安装

关数值:

明确了计划使用的相间间隔棒的档 距、该临界档距的电气和机械负荷以

1. 允许应力:294兆帕(MPa);

及几何数据之后,有必要决定间隔棒

2. 推荐的最大设计悬臂负荷范围:

在档距内的安装位置。在这方面,通

大约450-500 MPa。

常必须考虑多种因素。但是,必须强 调,应该避免纵向对称分布,因为这

为了全面地看待这些临界值,应该说 明的是,一个质量优良的玻璃纤维

相间间隔棒的安装方法。

种布置可能推动档距或子档距内驻 波的发展。

增强环氧树脂(FRP)芯棒的正常断 裂应力通常大于800 MPa。

一些典型的布置 见 本文中的图。一

频繁的舞动/振动会在相间间隔棒 内产生疲劳,特别是在其金属端部金 具和接头内,具有磨损掉可移动零 件的风险。因此,有必要在相关的大 型试验中仿真舞动振荡,试验其设 计和性能,可以采用诸入下列的典型 参数进行试验: 振荡频率:大约1Hz 振幅:10到20 cm 振荡数:106个循环

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如果在结构中或零件中(例如导线夹

般而言,每种情况下,相间间隔棒的

具)没有发现可视的变化,就被视为

理想数量和位置取决于线路的档距

通过了试验。

长度。

必须试验的另一个重要的设计特性

结束语

是,当下部位置导线(分裂导线)上沉

为了收集本文中提供的其中一些知识

重的冰/雪负荷突然下落时,相间间隔

和数据,在日本的一个山区架设了一

棒承受应力的能力。在这种情况下, 下

条完整的试验线路,随后该线路成为

面的导线突然向上跳起,而上面位置

了数个不同试验的场地。根据这些试

的导线(分裂导线)仍然保持负荷状

验获得的结果,诠释了复合相间间隔

态。因此,位于两个导线之间的相间

棒如何能够抗击高达 500 kV 输电线

间隔棒将承受巨大的压缩应力。

的导线舞动和冰雪跳动的问题。

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企业电力实践和经验

RTV Coatings Play Key Role at Chinese Substations

RTV涂层在中国的变电站中 起关键作用 经历了数年城市化和工业化的高速发展之 附近变电站的污闪风险已经成为了变电站 后,中国的许多城市遭受着高污染,与此同 设计和维护策略的关键部分。 时,也对户外电气绝缘的性能产生了负面 影响。事实上,降低坐落在主要城市中心

INMR采访了横跨中国西北到东南的两个变 电站,报道了越来越多地应用RTV硅橡胶涂 层,作为防污闪的补救措施之一。

郑州附近新建的500 kV官渡变电站, GIS瓷套管上有明显的污秽堆积, 以及小雨淋湿期间电弧活动的痕迹。。 Photos: INMR ©

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乌北变电站距离中国新疆首府乌鲁木齐 只有约30公里。该变电站建于2008年, 在220 kV电压下运行了两年,2010年10 月升级到其设计的满负荷电压750 kV。 乌北站附近有一家大型化工企业和许 多燃煤火力发电厂,

污染程度被定为

e级(很重污级)。附近的废物焚化设施 以及该地区的地形和气候使问题重上 加重。 新疆电力科学研究院首席专家李耀中 介绍,新疆的大部分地区荒芜没有树 木。由于风中挟带着尘土,新疆的电网 通常暴露在很高的等值盐密下。李先生

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说,"我们虽然远离海洋,但这里的土壤 富含盐和其它导电污染物。融雪或者凝 露情况下引起绝缘子表面湿润,再加上 频繁降雾,这种积污和湿润是导致污闪 问题的典型因素。" 李先生解释说,这种运行环境的结果 是,大多数新疆的架空线路仅安装硅橡

乌北站龙门架上新安装(中图)和安装 一年后(下图)的耐张串瓷绝缘子。

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乌北站附近的废物焚化设施 (背景的烟囱处)加重了污染问 题, 因此, 所有750 kV断路器都 选配了硅橡胶复合套管。

乌北220 kV区域的所有瓷绝缘子 都有RTV硅橡胶涂层和防覆冰增 爬伞裙 。

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胶绝缘子,这一策略也同样被用于不断扩大的 750 kV 输电 网, 该输电网的电压等级是独特的,只有中国西北的电网在 使用。例如,第一条 750 kV 线路于2006年建在玛纳斯发电 站和乌北变电站之间,所有悬式绝缘子都使用硅橡胶绝缘 子。李先生解释说,"硅橡胶绝缘子不仅采购费用较低,更重 要的是,与必须每年进行零值检测的瓷绝缘子串相比,硅橡 胶绝缘子需要的维护少得多。" 越来越多的750 kV变电站已经在这一电压等级下运行,像乌 北一样,都是从起始220 kV运行电压升级到750 kV。李先生 说,未来几年的计划是增建750 kV线路,最后将形成覆盖大 部分中国西北地区的环网。 由于乌北附近的重度污秽,有必要寻求在变电站的大多数组 件上使用高性能绝缘,从支柱绝缘子到开关,再到套管,首 选的解决方法一直是将所有的瓷件涂覆RTV硅橡胶涂料。大 多数情况下,将增爬伞裙放在带涂层的瓷件上部,防止冬季 的覆冰在相对较短的绝缘子上桥接。 据乌北的工程师们介绍,2010年后期涂覆RTV硅橡胶涂料, 需要大约两周将整个变电站涂覆完。大多数RTV供货商建议 涂覆之前对瓷件进行清理和除油,以便将涂料均匀地涂覆到 整个瓷件的表面,理想厚度是0.3和0.5 mm之间。 然而,乌北一些已经涂覆的绝缘子出现了涂层厚薄不均的现 象,表明涂覆期间的天气条件,以及维护人员的技能会影响 涂覆效果。例如,如果刮风天施工,必须特别仔细,否则绝 缘子的涂层厚度和涂层覆盖面会各不相同。 增爬伞裙具有防覆冰功能,放置在乌北220 kV这一段带 RTV涂层的瓷件上。

事实上,为了避免涂覆质量不稳定带来的潜在风险,现在, 中国和其它国家的一些瓷绝缘子生产商直接厂家供应新型 预涂覆瓷绝缘子。这样,涂覆条件每次都可以控制,这意味 着,每件产品的涂覆质量通常更加恒定一致。 220 kV罗涌变电站坐落在中国东南部的广州市中心附近,位

新疆变电站的绝缘暴露在典型 的高等值盐密(ESDD)下, 巨大的日温度波动以及频繁地 降雾, 使这里成为了导致 污闪问题的典型配方。

置与乌北几乎是反方向的对角线,该处也是中国最大的城市 中心之一。这个变电站建在一条繁忙的高速公路立交桥下, 源源不断的高灰尘最终都在绝缘子上安家。 罗涌变电站于2000年建在一座燃油火力发电厂的旁边,此 后,发电厂被拆除,取而代之的是大量迅速拔地而起的住 Photos: INMR ©

宅���。

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该图显示,RTV涂层没有完全覆盖瓷表面,特别是法兰附近。堆积在涂层上的灰尘和污秽物已经很厚。

广东电网公司电力科学研究院的工程

清华大学深圳研究生院的研究人员去年发表了一篇关于带RTV涂层的线路绝缘

师刘平原解释说,当地高污秽对罗涌

子的文章。根据该篇文章,从500 kV, 220 kV和110 kV线路上摘取了现场老化

变电站产生的影响要求变电站一年至

样本,进行电气和物理试验。结果表明,至少6年服役寿命是合理的期望值。当

少带电清洗一次。但是这显然不够,

然,试验结果适用于线路绝缘子,与变电站或多或少持续严重污秽的绝缘子相

所以,其中至关重要类型的设备,如断

比,线路绝缘子平均遭受的污秽可能低得多。

路器和变压器套管近来涂覆了RTV硅 橡胶涂料。刘先生说,中国南方电网 公司使用这种涂层仍然是相对新的做

清华大学的其他研究人员采用了不同的方法,研究污秽层本身是否可能影响涂 层的耐闪络性能。采用了原子吸收分光光度法和离子色谱法研究成分,与此同

法,仅回溯到2004/2005年。 乌北和罗涌变电站维护人员面临的关 键问题之一是,对于现有的RTV涂层 期望的服役寿命是什么?另外一个问 题是,涂层覆盖面不太理想的绝缘子 是否能运行得和其它涂覆很好的绝缘 子一样好?

在工厂可以控制的条件下涂覆RTV 涂层确保了厚度和喷涂更加恒定 一致。 Photos: INMR ©

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罗涌变电站坐落在一条繁忙高速公路立交桥下,变电站其中的一个绝缘子串底 部的玻璃片上显示了污秽聚集的程度。

时,用扫描电子显微镜分析服役期间老 化的涂层上污秽物的结构。 研究结果表明,与初始状况相比,虽然 遭受污染的带涂层绝缘子确实有显著 变化,但在耐受试验中,即便在很高的 罗涌220 kV较旧变压器上的开关和变 压器套管涂覆了RTV。

电压下仍然没有发生闪络。鉴于此,研 究人员确定,绝缘子上、下表面的不同

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润湿形态引起的污闪电压升高程度,

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罗涌变电站法兰套管附近的涂层厚度不均,一些伞裙显示出了不 希望看到的水滴痕(左上)。

明显高于涂层表面可溶盐造成的污闪 关 于 不 太 理 想 的 涂 覆 施 电压降低。因此得出结论,即便在有严 工 ( 如乌北变电 站一 些 组 重污秽问题的地区,RTV确实提供了长 件上 显而易见 的 证 明 ) 是 期的闪络保护。 刘先生说,就罗涌变电站来说,即便涂 层上有明显的污秽物,近5年来变电站 带涂层绝缘子没有闪络记录,这一实际 运行经验看起来证实了结论。

否可能影响运行性能的问 题,R T V硅橡胶涂层行业 的专家强调,确保涂层均 匀并完全地涂覆到整个瓷表面无论何 时都是最佳的。如果发生了涂层不均 匀,或者没有覆盖瓷和法兰相接的边缘 处,尽管这不一定是至关重要的,但涂

层性能将可能降低。主要因素是带涂层 表面的很大一部分保持着憎水性,这在 防污闪中起着主导作用。 Photos: INMR ©

罗涌目前的一台电流互感器显示,油泄漏到瓷绝缘子上(右图)。瓷开关套管上 的RTV涂层(左图)。

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G I S 技术

G I S TECHNOLOGY

Supplier of GIS Equipment & Components Looks to Rising Demand

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GIS设备和组件供货商预期 需求呈快速增长

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中电装备平高集团有限公司(简称平高集团)是中国电 力行业最大的企业之一,生产一系列高压和超高压变 电站设备,包括六氟化硫(SF6)断路器,隔离开关和接 地开关以及全封闭组合式GIS系列。平高集团是国网中 国电力技术装备有限公司的子公司,其产品主要销往 国内市场。

生产出了一系列用于检测,抽取和回收气体的移动式 回收装置。

此外,约10年前,平高也发展多样化产品,进军与其核 心业务相关的领域,其中主要产品是空心复合绝缘子 及棒形支柱复合绝缘子,用于诸如套管和开关外绝缘 等,生产运作刚搬迁入新的生产工厂,与该公司即将重 由于依赖着GIS技术,平高在气液工程领域研发了专门 新选址的大型GIS生产设施相邻。 技术,特别是SF6的处理和净化。这种专门技术使平高 INMR来到了河南省南部的平顶山市,以下 是关于围绕着SF6的使用方面中国近期的 论题,以及平高集团新的复合绝缘子生产 设施的报道。

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移动式SF 回收装置 预期的需求呈增长趋势 6

2 0 世 纪 7 0 年 代 初 期 高 为此,多年来,中国出台了一系列 压气体开 关 首 次引入中 标准和规范,制定了生产,处理和

国以来,作为电气设备的绝缘介 使用SF6的地方规则,包括, “六氟 质,SF 6 的使用一直迅速增长。事 化硫电气设备中气体管理和检测 实上,目前遍及全国庞大的电网 导则”, “高压开关设备六氟化硫 中S F 6 的 存量 估 计 约为一万八千 气体密封试验导则”, “六氟化硫 吨,近年来用量速度增加,年使用 电气设备运行、试验及检修人员 量达5000到6000吨之间。

安全防护细则”。

然 而 ,尽 管 作 为 绝 缘 和 灭 弧 介 但是,尽管文件中列出了规则和 质,SF 6 具有许多益处,却带来了 措施,在常规检修和阶段性翻新 一些严重的缺陷。其中最令人关 现有电力系统设 施中,不可避免 注的是,作为高效应温室气体, 地会出现SF6气体的排放。 产 生 的 影 响 是 二 氧化 碳 的 大 约 24,000倍。鉴于其在大气中可以 例如,中国国家电网公司(SGCC) 稳定存在3000多年,京都协议书 预计,如果管理和安装执行得当, 特别将其列为必须严格控制向大 在上述工作中,中国每年有数以 气排放的几种气体之一。

百吨SF 6能够有效地被回收。环境 效益将是巨大的,相当于消除了一 千四百多万吨二氧化碳的排放。

SF6的温室效应 是二氧化碳的 近24,000倍,并且 在大气中存留

平高集团气液工程装备公司总经 理靳国豪介绍,上述要考虑的问 题已经对国家电网公司现行的、 将回收作为限制未来气体排放的 最佳方法进行推广的政策产生了 影响力。

超过3000年。 (上起)中国1100 kV, 550 kV, 252 kV 和 110 kV GIS 安装实例。

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国家电网公司 预计, 如果管理和 安装执行得当, 中国每年有 Photos: INMR ©

数以百吨SF6能够 有效地被回收。

平高执行了这一政策,其结果是,已 经生 产出了一系列旨在便于 处 理和 回收SF 6的设备。靳先生说, “概括地 说,我们公司的目标一直是,研发相 对尺寸小,便于使用的装置,实现更 加负责和可持续使用SF6 。”

平高集团自己的SF 6 处理和储存设施 位于平顶山,坐落在开阔的GIS生产运 营区域旁边,回收的气体在这里得到 净化,净化后的气体各项指标达到了 新气的标准,满足中国规范,见表1。 但是,国家电网公司意识到,GIS设备

平高移动式气体真空SF6 抽取和

生产商的这种集中式储存设施必须辅

回收装置生产工厂。

以较小的区域中心,使回收更实用和 更具成本效益。

表1:净化后达到了要求的SF6指标*

2012到2013年间,国家电网公司计

质量分数

%

四氟化碳

≤ 0.04

划开始在省级电网附近区域建立SF 6

空气(N2+O 2)

≤ 0.04

湿度 (H2O)

≤ 0.0005

回收 处 理中心网,更便于电网基建

酸度 (以HF计)

≤ 0.00002

和 检 修 公司使 用。靳 先 生介 绍 ,例

可水解氟化物 (以HF计)

≤ 0.00010

如,我 们已经 开始与安 徽省的电 科

矿物油

≤ 0.0004

纯度 (SF6)

≥ 99.9

分解物总量

≤ 0.0001

院和电网公司合作,旨在建立便利的 当地SF 6 净化和处理。

*处理中心的气体净化通过吸附器、除油过滤 器和粉尘过滤器,SF6 气体能达到满足中国标 准GB/T 12022-2006的这些指标。

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“我们公司的 一贯目标是, 提供一系列移动 式装置, 促进更 加负责和可持续 使用SF6 " Photos: INMR ©

在这方面,提出了几种方案,建立相 对小规模的净 化/储存中心,占地 200到360平方米,配备一些平高现 有的移动式检测和处理装置。目标 是2014-2015年实现这样的网络投 入运行。 平高在这一领域的产品组合已经包 含了几 种 模 式 的 S F 6 检 测,真空抽 取,处理和净化设备,靳先生看到了 中国和国外这种装置迅速增长的市 场。靳先生说, “除了明显地造福社 会,包括减少温室气体排放,也降低 运营成本,提高检修人员需要尽可能 多地回收组件的意识。” 靳先生介绍,另外一个议题是,诸如 SF6回收和处理系统这样先进技术的 商业开发,为其它有待成熟和标准化 的电力技术的研发建立了标准。 谈到未来的销售前景,靳先生也同 样很乐观 。他说 ,"如果我们在常规 检 修中成 功地 将 9 0 % 损 失的 气体 再利用,每年处理的总量将达到数 百吨。这将对我们的业务有很大影 响,使我们国内的销售量加倍还多, 还不包括我们预期达到的出口市场 的增长。"

平顶山市平高的主要SF6 净化和储存 设施。GIS设备出厂运往现场安装。 52 INMR 中国

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GIS设备生产商的这种集中式 储存设施必须辅以较小的区域 中心,使回收更实用和更具 成本效益。

可供选择的小规模SF6 处理和回收中心的布置图。

研发的移动式SF6 检测和回收装置。 GIS设备和组件供货商预期需求呈快速增长

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GIS供货商将复合 绝缘子生产搬迁入 新的厂房 中国目前用于变压器和开关的GIS套管和其它绝缘子仍然以瓷材为主 导。但是,对专用于超高压,直流以及地震或污秽区的空心复合绝缘子 产品,市场需求在迅速增长,推动平高集团近年投资兴建了一座新的 更大规模的工厂,能供应高达1100 kV电压等级的空心复合绝缘子。 厂长赵运杰介绍, 平高集团新的复合绝缘子工厂已经生产了用于550 kV 以及更高电压等级的复合绝缘子,产量在4000到5000只之间,相信 产量将很快迅速增加。赵先生说, “我们投资配备了一些现有的最好 注射机,为满足预期增长的需求做好准备。” 几家国内供货商的新样机中有一台巨大的卧式注射成型机,锁模力 2800吨,注射量100,000 cc-据称或许是世界上同类产品中最大之 一。这台机器主要用于生产550 kV空心复合绝缘子,两次注射成型,也 用于一次注射成型的252 kV空心复合绝缘子。

新工厂生产的复合绝缘子涵盖了从40.5 kV 中压开关到1100 kV特高压开关用空心复合 绝缘子的全系列产品。

平高集团新的 复合绝缘子工厂 已经生产了用于 550 kV以及更高 电压等级的复合 绝缘子,年产量在 4000到5000只 之间。 Photos: INMR ©

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"到目前为止,我们 的产品主要满足 平高集团的内部 需求,但随着我们 开始寻求平高集团 以外的新客户,预计 产量将迅速增长。" Photos: INMR ©

赵先生介绍,成型周期的时间是影响 机器生产率的关键变量,使用了能容纳 不同管径的两个炉子,在被送入模腔前 预热FRP管。 赵先生说,"如果不预热,该机器的常 规成型周期可以长达两小时。但是,如 果送入模腔前我们将管子预热到70到 80°C之间,就可以将该周期时间缩短到 仅有大约40分钟。"因此,预热还是不预 热便涉及到最优化生产成本和产量的问 题,根据当前需求的产品数量确定。 平高生产策略的其中一个部分是,加入 粘接在两端的法兰之前模压管子。这一 工艺不同与一些供货商使用的模压前 连接法兰的做法。赵先生认为,就最终 的成品质量而言,何时连接法兰没有实

目前供应的空心复合绝缘子系列中的一些。研发了新的伞裙外形结构, 增强 252kV空心复合绝缘子的抗污性能。

质的差别,两种方法在业内均被认可。 目前,新工厂的大多数空心复合绝缘子 使用高稠度硅橡胶(HCR)制造,但是赵 先生介绍,也有用于液态硅橡胶(LSR) 的一系列生产和配量设备。赵先生和

开始供应,预计今年将有显著增长。穿墙套管是在目前用于电流互感器(CT), 电容式电压互感器(CVT)和断路器空心复合绝缘子以及GIS套管生产线之外 又加的生产线,但将仅用LSR材料制造,用于最高电压等级± 1100 kV直流和 1100 kV交流。

生产工程师徐卫星介 绍,工厂目前的

另外一项短期的研发项目是内部生产FRP管,目前从集团公司以外的供货商 处采购。计划2013年购买新的管子生产设备实现转型,赵先生介绍,转型将

LSR用量相对较少,但随着穿墙套管的

允许工厂更大程度自给自足。

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新的卧式锁模机。左前部的炉子用于 预热管子, 加速成型周期的时间。

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252 kV空心复合绝缘子新的伞裙 设计,随时接受悬臂梁试验。

赵先生说,"我们已经生产所有自己的 模具,也满足了我们对高稠度硅橡胶 的全部需求,如果加上内部生产管子 的能力,我们将具备完全控制成本 和 产品生产周期。" 平高集团复合绝缘子厂自2000年起一 直供 应复合 绝 缘 子,主要满足平高集 团的内部需求。市场销售经 理吕卫介 绍,新建的工厂以及在注射成型和其 它机器上的投资预示着我们关注扩大 这一业务。他说,"目前,我们的销售额 大约一亿人民币(约1,600万美元), 但 是,随着我们开始寻求平高集团以

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外的新的客户和机会,预期产量将迅 速增长。"

(左起)销售经理吕卫,徐先生和赵先 生检查252 kV空心复合绝缘子。 GIS设备和组件供货商预期需求呈快速增长

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Insulator Manufacturer Implements New Production Scheme

绝缘子生产商实施 新的生产计划 为了应对不断上涨的成本,以及提升在国际用 户中的质量形象,越来越多的供货商把目标对 准优化生产,随之而来的是,近几年见证了遍 及中国的很多绝缘子工厂投入了大笔资金。

付诸实施。然而,值得一提的是,人们一直认 为,中国制造的绝缘子和全球其它地区生产的 绝缘子在质量上存在着差距,而采取的这些步 骤正在极大地消除这种看法。

发生的变化当然不是绝缘子行业的创新性改 变,事实上,其它国家的一些生产商已经将其

INMR采访了河南省中部的一家生产商,以下 是对这家生产商新的生产管理计划的报道。

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绝缘子生产商实施新的生产计划

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例如,复合绝缘子的生产包括几个离 散不连续的阶段,从连接两端金具到 套管模压。还有检验其它厂家的外来 组件,如芯棒和金具,以及检验内部 生产的硅橡胶材料。 张先生介绍,在不仅保持质量稳定, 而且更好地跟踪定单方面,被称为 PPM(生产计划管理)的新的生产管 理系统代表着祥和向前迈进了一大 步 。每一个绝缘子都有独一无二的 条码,工厂的任何人都能监视每一个 独一无二的条码系统现在能识别生产 过程中的每一个绝缘子。

张烽先生在郑州祥和集团电气工厂 的生产区边走边说, “随着竞争的日 益激烈,质量迅速成为了我们业务的 生命源泉和持续发展的关键因素。” 张先生是这家公司的总经理,过去一 年来,张先生和他的团队一直致力于 开发更好的系统,管理在不同的生产

生产阶段。张先生说, “有了这个系

“在我们保持质量 稳定并且更好地 跟踪任何一个定单 的进展状况方面, 新的PPM系统代表 着向前迈进了 一大步。”

阶段中,绝缘子的流程状况。

统,生产人员能够知道每一个绝缘子 上的芯棒和金具的确切资讯,用于模 压的硅橡胶批次,甚至谁参与了从连 接金具到模压的每一个生产工序。” 为了使该系统更透明,更便于工厂的 工人使用,主生产区悬挂了很大的 显示屏,显示每一个产品独一无二 的条码,并与该产品现阶段的生产 状况链接。张先生介绍, “这允许每 一个人快速跟踪定单的进程如何, 更重要的是,我们任何时候一眼就 能看到有多少件产品正在生产中,也 提高了生产率。” 除了新的条码系统以外,祥和还改变 了标识每一件成品名称的方法。过去 是使用一个金属标识牌挂在端部金 具上,但是,这样的标识系统具有损 坏金具镀锌涂层的风险,现在完全被 激光标识系统所替代,将成品信息 标在每一件产品的顶部伞裙上。 工人可以进入计算机系统,通过扫描 条码,计算机便提供任何单件的完整 细节。

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工厂的电子显示屏允许经理和工人跟 踪绝缘子的生产状况。

所有这些生产监控的改进正值祥和 集团在海外的业务迅速扩展之时。 国际销售部李霞部长介绍,来自中 东和南亚新客户的定单促使需要进 一步扩大工厂的生产能力。张先生 和李女士提到了一台最新一代的新 的模压机最近刚刚投入运行,预期 有助于满足不断增长的需求。张先 生说, “我们新的聚焦点是质量最 优化和工厂的生产率最大化,这一 新的焦点需要大笔投资,但是,我们 已经开始看到了回报。”

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激光系统将商标和公司信息标在每一件产品上。

用于高污秽区的伞裙设计以及新模压机, 更高效地生产这类和其它类型的产品。

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避 雷 器

Utility Reduces Lightning Outages With Line Arrester Investment Program

投资安装线路避雷器, 降低雷击跳闸 深圳市区是上世纪80年代初中国对外开放以后的第一个、也可 能目前仍然是第一个取得最显著经济成功的故事。与熙熙攘攘 的香港隔海相望,昔日仅仅只是一个沉睡小渔村的深圳,在 不到30年的时间里,已经转变为一个金融大都市, 这里有优 美的摩天大楼、豪华公寓、购物中心、宽敞的林荫大道以及 世界著名的高尔夫球场。 深圳地处广东省的南部,面朝南海,处于亚热带区的中 心地带,年平均雷电日大约70天。雷电活动特别剧 烈,主要集中在四月到十月,持续时间长,而且落 雷密度高以及雷电流幅值大。 INMR来到了深圳,报道了当地电力部门 的一个投资项目, 该项目始于2000年, 通过选择性地安装外串间隙线路 避雷器(EGLAs), 缓解110 kV和220 kV线路的 雷击跳闸。

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深圳供电局(SPB)负责供应深圳的 电力,该局隶属于中国两大主要电 网运营商之一的南方电网。深圳供 电局运营着由多条110 kV和220 kV 线路组成的发展迅速的输电系统, 这些线 路横 贯深圳地区的陡峭地 带。深圳地区的平均雷电数很高, 加上杆塔地处粗糙、多岩石的土壤 中,接地电阻很差,意味着很多线 路极易受到周期性雷击的影响。

传统上, 雷电对 深圳输电线的 影响一直很大, 曾经占到高压 电网总跳闸记录 的60%之多。 Photos: INMR ©

确实,传统上,雷电对深圳供电局输电线 的影响一直很大,曾经占到高压电网总跳 闸记录的60%之多。例如,根据出版发行 的报告,2004到2007年,深圳输电线跳 闸率为2.77 -3.88次/100 km•a, 一般认 为这是一个高得不可接受的故障率。

被击穿的盘形瓷绝缘子残片丢弃在山 顶220 kV杆塔下的地面上。当地的规 章要求定期检查瓷绝缘子串, 只要发现 了被击穿并更换下来的绝缘子, 要将这 些绝缘子破碎, 回收金属金具。

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输电杆塔上外串间隙线路避雷器的 典型布置。配备的计数器能够使深圳 供电局追踪避雷器动作。

为了降低如此高的雷电跳闸率,深圳 供电局的工程师们开始着手一项计 划,在问题最大的线路段以及暴露 最大的杆塔上安装外串间隙线路避 雷器(EGLA)。 避雷器之所以成为了 首选,是因为已知降低山区的高接地 电阻很困难而且费用昂贵,多数情况 下,其它缓解雷电的解决方法被认为 是不切实际的。 为了使该项目达到最高的性价比,安 装启动的第一步是根据过去的雷击 数据和相关的跳闸统计找出风险最 大的线路。此外,还需要考虑其它因 素,例如杆塔容易受到绕击的程度, 或是否有可能在仍然维持杆塔间隙 不变的情况下,通过增加绝缘水平避 免问题的产生。 Photos: INMR ©

例如,为了最优化避雷器的投资,制 定的原 则是,在低 接 地电 阻 的 情况 下,将外串间隙线路避雷器安装在上 相或两边相上。但是,当接地电阻很 高并且难以降低(例如,杆塔基在岩 石上),或者雷电活动剧烈具有高风 险的绕击,外串间隙线路避雷器将安 装在导线的三个相上。 总之,在深圳输电网络最易击的线路 段和杆塔上安装避雷器,已经显著地 改进了线路的运行性能。例如,当地 的工程师指出了一条220 kV线路,该 条线路在避雷器项目开始之前,每年 至少有2次与雷电有关的跳闸。然而近 期,虽然避雷器上安装的专用计数器 显示了杆塔上的雷电动作,却没有跳 闸记录。类似的还有,一条以前麻烦

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一种外串间隙线路避雷器的例子, 其外部间隙 (或者用招弧角或者用均压环) 与复合绝缘子相串联。 避雷器和绝缘子之间的连接, 允许在宽泛的选择和配置范围内进行安装。

不断的110 kV线路在2004和2005年发生了几次雷电 引起的跳闸,虽然计数器也显示了多次避雷器动作,线 路的性能显然有了改进。 确实,这个项目开始的十年后,安装了外串间隙线路避 雷器的杆塔上,仅有屈指可数的雷击跳闸报道,占所有 输电线断电故障的不到3%。例如,其中的一次雷击跳闸 中,深圳供电局的雷电定位系统显示当时的雷电流幅值 是150 kA,而受影响杆塔的接地电阻和相邻杆塔的接地 电阻超过了25欧姆。检查发现,雷击跳闸的原因是串联

绝缘子的招弧装置安装不当和避雷器空气间隙过大。 发现的其它影响线路避雷器的缺陷包括,避雷器计数 器引下线脱落或出乎预料的放电环跑位。 深圳电网仍然在以每年新增输电线路大约100 km的速 度快速增长,在这一增长速度下,从现实和经济的角度 看,在所有这些线路上安装避雷器是不可行的。所能做 的是,根据年度雷击跳闸统计,继续规划选择性地安装 外串间隙线路避雷器。 回顾过去的十年,该项目在深圳超过80多回110 kV和 安装在深圳大亚湾核电站220 kV线路杆塔上的外串间隙线路避 雷器 。

220 kV线路上安装了线路避雷器,已经成功地降低了 雷击跳闸,增强了整个电网的可靠性。

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避 雷 器

Supplier Adjusts Strategy and Design For Arresters & Cutouts

供货商调整避雷器和 熔断器的策略和设计 近几年来,整个中国一直保持着较 高的劳动力和原材料成本。各个行 业的制造商都感受到了冲击,包括 那些为输配电供应组件的大型行业 的供货商。伴随着人民币兑美元汇 率的升值,其中的很多供货商已 经意识到需要在国际贸易中重新定 位,更加聚焦在产品的特色或质量 上,相应弱化强调单纯的低价格。 INMR采访了一家这样的公司,益坤 电气,探寻公司的管理层是如何适 应这一变化中的商业环境。该公司 地处东南部的温州市,是避雷器、 金属氧化锌电阻片、熔断器和复合 绝缘子的供货商。

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用于牵引机车的避雷器需要特殊的机械强度。

益坤电气总经理余明宣先生敏锐地指出,中国当前的经济气候对

“劳动力和原材料

企业提出了新的挑战,特别是像益坤电气这样有大量出口业务的

成本的上涨要求我

的公司不仅要重新定位生产线,达到更高效率,而且还要修正企

们不仅要重新 定位生产线, 达到

公司。余先生说, “劳动力和原材料成本的上涨,要求像我们这样 业形象。例如,我们过去习惯于把自己看作是主要以极具竞争力的 价格供应电气组件的供货商。现在,我们的焦点已经转移到以合 理的价格提供优质产品上了。”

更高效率, 而且

余先生解释说,作为焦点转移的其中一部分,我们更加注重一直

还要修正我们的

用于高速铁路的牵引动力避雷器就是公司长期以来的优质产品,

企业形象。"

在设计和生产能力方面占据市场优势地位的产品。他提到,例如, 近来我们的这一产品已经替代国外供货商成为中国的领军品牌之 一。他说, “这仅仅是实现了我们希望实现的一个例子,即,尽可能 用我们认为更适合中国运营环境的本地制造产品替代进口。”

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余先生介绍,事实上,近两年见证了在避雷器和金属氧化锌电阻片的生产上 投入了大笔资金。随着新增了两台隧道炉,生产能力已经增加了大约40%, 达到每月大约一百吨,压制好的电阻片在炉内经受加热循环,烧掉电阻片中 的粘结剂和水分,然后在很高的温度下进行烧结。此外,已经研发了直径可达 115 mm的新型高性能电阻片系列,用于四级和五级避雷器。

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自动化程度更高的试验旨在提高效率。

金属氧化锌电阻片的生产步骤, 包括压制、烧结、超声 清洁和上釉。

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除了近期在金属氧化锌电阻片生产上 的投资以外,同样花费了大笔经费, 实现试验自动化,目标是减少劳动投 入和提高生产能力。余先生说, “这 是我们重新定位生产,把焦点放在最 擅长领域的另外一个实例。我们的目 标是,通过尽可能提高自动化,使我 们电阻片的整个试验过程效率更高。 例如,一台新型机器能够同时测试五 个电阻片的参考电压并储存测试结 果,然后与打印在电阻片上的产品数 据相吻合,所有这些以前都是手工进 行的。” 益坤电气越来越注重改进产品设计 Photos: INMR ©

这座佛罗里达杆塔结构的特色是老式瓷熔断器(右)和新型首选的复合熔断器。

或功能的另一个实例是其熔断器生产 线,产品接近全部出口。销售经理王 德锦先生说,虽然瓷仍然是外套的主 导材料,益坤电气积极加入了迈向新 一代复合外套熔断器的发展趋势。 王先生说,"五年前,复合型熔断器 占总销售的不足百分之十。但是,这 个比例每年都在稳步上升。现在熔 断器销售中的几乎一半都是复合外 套设计,针对一些市场的熔断器,例 如美国和巴西,这个比例现在高于 百分之五十。 益坤的另外一位销售经理方文共介 绍,虽然复合外套熔断器的价格可以 比瓷高出约百分之十五,却向用户提 供了很重要的成本降低的优势,包括 降低运输和安装中发生断裂的风险。 由于复合熔断器爬距更高但重量却不 足瓷的一半,所以,它的另一个优点 是具有优异的运行性能。 例如,15 kV 线路上,瓷熔断器的爬电 距离一般是220 mm,重量约6公斤。

益坤电气的瓷熔断器生产正在被日益增加的复合熔断器替代。

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可以和瓷互换的复合外套15 kV熔断器,但能提供的特性和密封系统却不同。王先生手里拿着新型熔断器。

相比之下,益坤电气同等产品复合外 套熔断器的爬电距离是380 mm,重 量仅4公斤。王先生说, “对于用户来 说,二者基本上是完全可以互换的设 计,唯一的不同之处是外套材料。”

王先生说,复合熔断器设计的另一个 优势是其具有更好的密封系统。瓷外 套设计需要使用特殊的粘结剂,将瓷 件粘接到熔丝屏障和金具上。相比之

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下,复合设计将其直接模压在内部的 组件上,密封效果优异,意味着减少 了由于湿气侵入造成运行发生问题的 风险。王先生介绍,益坤电气的复合 熔断���设计已经通过了5000小时的 加速老化试验,也已经经过了热循环 试验,确保在宽泛的不同运行温度下

进行15分钟的模压循 环前, 熔管组装(右)并 随后进行加热 和干燥。

密封系统仍然保持良好。

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姜女士和王先生查看复合绝缘子。

避雷器正在进行最后的组装。

避雷器芯体的新型缠绕设计。

王先生介绍,这些优势已经在很多国家引起了技术转型, 经理姜丽丽介绍,将环氧树脂浸渍玻璃纤维缠绕在金属 目前,这些国家的电力部门或者优先选择,或者仅接受复 氧化锌电阻片上的新方法实现了更高的机械强度和优异 合外套熔断器。除了自己的熔断器生产线以外,益坤电气 的压力释放性能。 也是OEM市场的子供货商,生产组装完整的熔断器,或者 根据外部供货商提供的设计生产诸如熔丝管这样的熔断 余先生说,回顾过去三年来工厂以及产品生产发生的变 化,益坤电气经历了重大转变。他说, “现在,我们的焦点

器组件。

已经转移到通过更好的生产方法和试验,以更低的成本 通过改进设计,目的是避免仅凭低价竞争的另外一个实 实现产品的可靠性和更高的质量。我们已经将更多的资 例是益坤电气的中压避雷器生产线,其特点是用新型的 金投入到企业内部的科研中心,为客户提供更高水平的技 缠绕结构替代了以前的管式设计。益坤电气另一位销售 术支持,并且能够不断地改进产品。” 70 INMR 中国

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套 管

BUSHINGS

Experience in Mexico With Non-Ceramic Bushings in Contaminated & Seismic Areas

非瓷套管在墨西哥污秽和 地震区的应用经验 复合绝缘子在墨西哥的首次应用始于上世纪九 秽环境中运行的 230 kV 断路器上。随后, 使 十年代中期,最初的应用局限于存在污秽问题 用了诸如电晕、电场分布、泄漏电流和憎水 地区的输电线路上。通过对运行经验的不断积 性测量的检查方法,对上述套管以及四年前 累,最终制定了墨西哥高压线路复合绝缘子的 在已知具有重度工业和沿海污秽的地震区安 国家标准。然而,由于缺乏足够的当地运行经 验,聚合物外套在变电站设备中的应用,例如 装的 230 kV 复合套管进行性能评定。本文 套管、避雷器和电站支柱绝缘子仍有待于在墨 由墨西哥国家电力研究院 ( IIE ) Ruben Sáldivar西哥进行标准化。

Guerrero以及来自联邦电力委员会(CFE)变电

为了获得复合绝缘子技术在墨西哥变电站中的

站部门的工作人员撰写,回顾了他们的研究

运行经验,几年前,复合套管安装在了严重污 和发现。

引言

运之前就遭遇了缺陷和故障。由 于这段经历,非瓷绝缘多年来在 墨西哥的户外应用基本上是被禁 止的。

和传统的瓷外套相比,因其具有 特定的优势,复合外套组件,例 如套管在世界范围内得到了快 速的增长。复合外套的重量轻得 多、但却具有非常高的机械强度 和表面的憎水性,综合起来使其 成为了应用在严重污秽以及高地 震风险区域的理想组件。 遗憾的是,在墨西哥,最初的复 合绝缘子技术的运行经验并不 理想。复合绝缘子的使用始于上 世纪八十年代,当时,在墨西哥 的西部架设了第一条配置了这种 绝缘子的架空线路。因其外套的 机械强度差,以及抗紫外线的能 力低,这些绝缘子甚至在线路投

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随后,1995年10月和2003年1月, 分别发生了7.9和7.6级的两次强地 震,波及到了科利马(Colima)海 岸地区,这是一个高地震活动区, 而且抵御诸如赤道风暴和飓风等 气候问题的能力很脆弱。 图一: 墨西哥的地震区。过去的80年间, A区没有发生过重大地震活动,D区曾发生过 最强烈的地震,而B区和C区是处于两种 极端情况之间的区域。

Manzanillo I和II是两个位于科利 马海岸线上的大型发电站。它们之 间有六台发电机 组,发出的电力 供应四条 400 kV 输电线、一条 230 kV 线路和五个变电站,总容 量为3,747 MVA。最近的地震强

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最近的地震对墨西哥变电站 造成了大范围的损坏。

度对开关、变压器套管和其它设备造 成了严重破坏,由于瓷的耐震性能差, 很多设备被毁坏。 除 了 频 发 地 震 的 威 胁 以 外 , Manzanillo I 和 II 还受到了海洋污秽 以及当地燃烧矿石燃料的影响,它们的 共同作用对设备外部绝缘,如套管的 性能造成了影响。 为了防止污闪和运行中断,对墨西哥的 国家标准进行了修改,允许在这种环 境中运行的变压器上使用非瓷套管。随 后,这个标准还扩大到高地震活动和 重污秽区所有的变电站设备以及移动 的变电站设备中。 在这种应用环境中,与瓷外套相比,硅

配置了硅橡胶套管的 Manzanillo 400/230 kV 变压器。

由于污秽物的堆积,科利马变电站需要 定期进行带电清洗。

为了防止故障和运 行中断, 对地方的标 准进行了修改, 允许 将非瓷套管应用在 高地震活动和污秽 区的变压器和其它 变电站设备上。

它具有优异的抗污性能、较低的惰性 以及较高的柔性,同瓷材料相比,其重 量大约减少十分之九。 因此,Manzanillo变电站进行了一个 研究项目,将以前安装在该变电站十台 电力变压器上的瓷套管,全部替换为硅 橡胶复合外套的组件。然后,使用诊断 工具,例如测量接触角和表面电阻率, 密切监视这些新套管的表面。 自从2003年安装之后,这些新套管展 现出了优异的运行性能。而且,尽管发 生了污秽层的堆积,硅橡胶外套一直保 持着憎水性。这意味着,在以前瓷套管 的情况下,必须七个月进行一次的带电 定期清洗,可以减少到一年以上才清 洗一次。

橡胶外套被认为是更好的选择,因为

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安装在Cerro Prieto的230 kV外壳接地断路器上的 非瓷套管。

图一:沿着与进线相连的非瓷套管的电场分布。

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图二:a)可以 看到电晕对连接 到线路上的非瓷 套管的线路金具 产生的影响。 B)夜间有同样 的图像。

随后,Manzanillo的400 kV空气绝缘 变电站被一个GIS所取代,总数为21个 的硅橡胶套管与输电线相互连接,这 使其成为墨西哥使用硅橡胶套管的最 大安装规模。

CFE的一个关键问题 是, 在当地苛刻的 运行条件下, 硅橡胶

在墨西哥应用非瓷套管技术的下一步, 是调查在当地苛刻的运行条件下,硅 橡胶套管的良好性能能够保持多长时 间,换言之,它们的寿 命 期望 值 有多 长。带着这一问题,CFE启动了一个项 目,在另外一个具有与Manzanillo同 样运行条件的变电站内,安装了类似 和凝露的双重条件下,那里的所有绝缘 的非瓷套管。 历来每年都必须清洗至少好几次。

套管的良好性能能够 保持多长时间。

此外,还对每个绝缘子进行了一系列专 门试验,包括静态接触角的测量,红外 光谱验证化学特征以及表面微结构的 分析。 例如,数字成像分析是把一滴水放在 非瓷的表面上,并用高分辨率的摄像机 进行录像。然后使用软件对此进行分 析,测量静态接触角。与此类似,通过 复制进行微结构分析,这是一种非破 坏性技术,记录材料表面微结构的形 貌,并将此作为醋酸纤维素薄膜上的 底片来进行复制。

发现

试验方法

为了以非瓷套管处于新的时候的状态为 基准,试验开始的时候使用上述讨论的 特征技术对非瓷套管进行评定。例如, 图一显示了连接到线路上的套管的电 场分布,一次是2007年首次安装时测量 率和范围。此外,在试验之前和试验期 的,其后2011年3月又测量了一次。

这个地热发电厂有四台发电机组:Cerro Prieto I的装机容量为180 MW,Cerro Prieto II 和III的装机容量均为220 MW, Cerro Prieto IV的装机容量为100 MW。 因为变电站的设备持续暴露于工业污秽

间,使用加拿大魁北克水电局研制的

20 07年3月,在变电 站安装了非瓷套 Mexicali位于与Manzanillo同一个地 管,并自此以来使用泄漏电流测量对 震区内,在Mexicali的Cerro Prieto发 电厂一个230 kV的外壳接地断路器上, 它们进行密切监视,并使用一台定制 的数据采集系统,记录电流峰值的频 安装了两个非瓷套管。

仪器测量它们的电场分布。最后,还使 这种情况下的测量原则是沿着套管的 切线电场。如图所示,往套管底部方向 用紫外线摄影机进行观察,确定电晕 的电场集中,与线路连接的顶部电场 造成外套损伤的风险。 也很集中。曲线的形状表明,断路器没 Photos: INMR ©

非瓷套管的外套始终保持着憎水特性,甚至在污秽物沉积以后。 74 INMR 中国

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有明显的问题。与出线相连接的非瓷 套管也有相类似的电场分布。 尽管靠近线路金具的空气中产生了一 些孤立的电离,但是沿着被监视套管 的长度方向,没有探测到任何电晕。没 有产生电晕提供了证据,说明尽管从安 装之日起没有被清洗过,这些绝缘外 套并没有外部劣化。因为硅橡胶具有 将憎水性迁移到污秽层的性能,使其 甚至在重度污秽环境的运行中,仍然保 持着憎水性。 将一个泄漏电流系统安装在断路器的 附近,下载的数据显示,电流的峰值仅 有大约8 mA,大大低于触发绝缘表面 产生干带活动所需要的50 mA。甚至 在零星小雨期间,记录到的最大峰值 在24 mA的范围内,不足以引起硅橡胶 绝缘的任何劣化。 此外,为了进一步评定试验期间外套的 憎水行为,在位于套管的顶部、中间和 底部附近的伞裙上还测量了静态接触 角(见图二)。 表1提供了记录到的静态接触角的测量 值。可以看出,两个被试套管几乎所有 伞裙上的接触角在第一个月(2007年 6月)都减少了,但是,随 后又升到最 初的测量值。在试验室的加速老化试 验期间,也 观察到类似的现象 。刚开 始的时候,由于伞裙上的雨水或凝露, 来自伞裙表面的低分子量链被吸收了

这一事实可以解释这种现象。然而, 随着时间的推移,这种低分子从聚合 物本体向外迁移,并积聚到污秽层的 表面,从而恢复伞裙表面的憎水性, 增大了接触角。

图二:外壳接地断路器示意图 显示了评定非瓷套管憎水性所 选择的测试点。

尽管由于伞裙上的 湿气, 表面的低分子量 有机硅链刚开始时被 吸收, 但是随着时间的 推移, 这些有机硅的

值得关注的是,在整个试验过程中,虽 然从来没有清洗过,这些非瓷套管仍 然继续保持着表面的憎水性,降低了 雨水或凝露条件下产生泄漏电流的风 险,有助于甚至在具有挑战性的运行环 境中保存外套的完整。 每一次对两个被试套管进行评定时, 均用傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证 其化学成分。图三显示不同评定时间在 底部伞裙上测得的被试套管外套典型 的傅里叶变换红外光谱。峰值a,b和d 分别属于C-H, Si-CH3和Si-O-Si键的吸 收光谱,它们是硅橡胶的成分并用来识 别构成外套材料主要成分的有机硅。 整个不同的评定过程中没有测到这些 吸收峰值有任何变化,这意味着,试验 期间硅橡胶材料没有劣化。

分子从聚合物本体

此外,图四显示了安装四年后的套管,在

向外迁移, 并积聚到

红外光谱,如图所示,整个套管全长的

污秽层的表面, 从而

明,吸收峰值没有发生变化,由此可以得

恢复表面的憎水性。

其不同的伞裙位置测得的傅里叶变换 外套没有发生化学变化的证据。再次表 出结论,试验期间整个套管外套的化学 成分一直保持不变,没有发生劣化。

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表 1: 不 同 试 验 时 间 非 瓷 套 管 的 接 触 角 值 * 接触角(°)进线套管 伞裙

试验开始

2007年6月 2007年11月 2011年3月

接触角(°)出线套管 试验开始

2007年6月

2007年11月 2011年3月

底部 中间 顶部

* 最后一排表示每一次评定时顶部伞裙水滴的图像。

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图三: 不同评定时间,套管外套的傅里叶变换 红外光谱。

墨西哥非瓷套管的经验 不仅表明可以实现预期 的优异运行性能,而且 同样重要的是, 维护费 用也能显著降低。 最后,使用非破坏性技术分析了外套表 面的微结构,查找聚合物表面的变化。 图五显示,运行四年后,明显有一些微 结构变化,可能是由于污秽层一直没有 被清除。即便如此,采用了化学和物理 特性两种方法,非瓷套管外套没有遭受 任何显著的劣化仍然是显而易见的。

位置之外。相比之下,两个非瓷套管却没 经过四年运行之后,非瓷套管没有出现 有遭受任何损坏。这个事件认证了变电 劣化的征兆。电晕、泄漏电流和电场分 站设备上采用非瓷绝缘是明智之举,特 布试验都证实,即便没有清洗,新套管 也能够经受地震的冲击和重度工业污 别是高污秽地震区域。 秽。套管表面的接触角评定和化学分析 表明,硅橡胶外套既没有憎水性的长期 总结 损失,也没有明显的劣化。 非瓷绝缘在墨西哥各种高压设备上的 应用仅仅始于近十年。最初的应用仅集

墨西哥非瓷套管的经验不仅表明可以 实现预期的优异运行性能,而且同样 变压器套管,其目的是防止地震引起的 重要的是,维护费用也能显著降低。 故障。 中在Manzanillo II变电站的400/230 kV

到目前为止,这些套管表现出了良好的 运行性能,即便是在墨西哥地震最严重 的区域。 为了获得更多的经验,在一个同样也是 地震区域的 230 kV 外壳接地断路器上 安装了两个非瓷套管,用来研究可能发 生的聚合物外套的劣化以及电气性能 的丧失,随后对这些套管进行了广泛的 电力和物理化学诊断试验。

2010年4月的地震造成法兰附近的 变压器瓷套管被损坏。可以看到, 表面有大面积的污秽物积聚。

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2010年4月4日,Mexicali发生了一次里 氏7.2级的强烈地震。地震的强烈程度严 重地损坏了诸如瓷外套断路器和变压器 这样的电力设施,位移到了正常的法兰

图四: 安装四年后,套管不同伞裙位置处的傅里叶 变换红外光谱。

图五: 使用扫描电子显微镜分析了不同评定时间套管外套的微结构图像。 76 INMR 中国

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非瓷套管在墨西哥污秽和地震区的应用经验

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电 缆 附 件

CABLE ACCESSORIES

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电缆附件试验要求概述

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Overview of Testing Requirements for Cable Accessories

电缆附件试验要求概述 随着交联聚乙烯技术的引进, 电缆的可靠性已 安装错误或其它问题, 造成整个电缆系统日后 经变得非常高了,特别是具有严格质量控制体 有时要接受现场运行测试, 特别是在较高的电 系的制造商的电缆。鉴于此, 近来电缆故障中

的很大一部分似乎与诸如终端这样的电缆附件

压水平下, 这种测试变得越来越重要。 为了最大化客户对相关试验报告和文件的认

相关, 而不是电缆本身。 为了确保试验结果对 "典型" 产品的评定具有 代表性, 从生产线上随机取样, 按照出版发布的

可, 这种设计和型式试验通常由第三方独立的 部门进行, 例如按照 ISO/IEC 17025 获得认证的

标准对电缆附件进行试验。这种方法还有助于 试验室。这些试验室的优势是在质量管理方面 确认设计和生产工艺这两者是否都是令人满意 满足了所有要求的标准, 以及采用对这些标准 的。此外, 在现场安装电缆附件时可能会发生 普遍认同的诠释。

"德国FGH工程和试验”便是一家这样的独立试验机构,本文由该机构的技术经

们自己的附加 规 范,这些附加 规 范

理Heiko Jahn撰稿,叙述了当前对电缆附件的一些试验要求。

以标 准为基础,但 所制定的施加到 被测试附件的应力更高。

图一描述了试验中压和高压电缆附件的一些IEC和CENELEC标准。虽然这些 标准规定了满足客户质量需求的最低要求,一些大型电力部门有时也发布他

如图二所示,有些试验(例如热循环 试验),在所有适用的电压水平范围 内都是类似的。与此相对应,对于中

中压范围

低高压范围

超高压范围

压(MV)电缆附件而言,多数要求进行 短时电流和峰值承受电流试验。仅在 高压(HV)电缆附件的情况下,一般 才要求进行初步鉴定试验。

电缆附件试验 终端的湿度和盐雾试验 运行性能的可靠性是很重要的,特别

试验要求和试验顺序见标准中的表格。 客户的附加要求可能增加试验锐度。

是在苛刻的运行条件下,鉴于此,非

只有将电缆附件安装在电缆上或仿真电缆上组成完整的系统,才能进行电缆附件试验, 包括所有的附件和终端。

瓷绝缘已经成为了大多数中压电缆系 统终端的最新技术。此外,这种绝缘 技术目前也越来越多地出现在高压电

图一:为中压和高压电缆附件所选择的试验标准。

缆终端上。

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中压范围

低高压范围

超高压范围

然而,人们总是有些担心,这类聚合物 附件的表面有可能受到漏电起痕和侵

电气试验

电气型式试验

电气型式试验

蚀的不利影响。例如,就中压终端而

空气或水中热循环

电缆系统初步鉴定试验

电缆系统初步鉴定试验

热和/或动态短路试验

安装后电气试验

安装后电气试验

言,通常安装的时候电缆上带有大量的

湿度或盐雾试验

IEC 60840新的4.0版本

(见IEC 60502-4表13)

将引入该试验

机械应变。如果漏电起痕影响到了终 端的边缘或表面侵蚀太深,材料就可 能发生断裂,进而可以导致湿气侵入 并最终需要更换终端。

多数情况下,电缆附件试验要在包括电缆在内的完整电缆系统中进行。 附件试验的主要部分是电气试验,几乎没有机械应力试验

鉴于此,室内终端湿度试验和户外终 端盐雾试验被引入到标准中,其目标 图二:用于中压和高压电缆附件的试验。

是确保两种应用都能够满足要求的性 能。两种应用的主要差别是试验的持 续时间和使用的盐水电导率。 为了避免在试验过程中可能滴落到试 验样品上的水所产生的任何影响,从 而影响了试验结果,顶部倾斜的抗腐 蚀试验箱是必备的。而且,馈电电路必 须提供低的阻抗,这样在高试验电流 下仅有小的电压降。试验带有吊具帽的 三相电缆附件时,可能需要大量的附加 准备,建立合适的试验电路。 因为湿度试验和盐雾试验要持续1000

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小时,多数客户除了简单地监视试验样 品的表面状态之外,还想获得关于附 件的其它信息。因此,在标准中虽然仅 要求探测过电流(闪络),目前的试验 系统也提供泄漏电流的长期测量。从 这些数据可以监视憎水性的损失和估 计电缆终端上的应力。 最新的试验系统也可以保存闪络事件 中所有相关的试验数据,从而为进一 步调查闪络原因提供了机会(见图三的 例子)。此外,采用当前现有的技术甚 至能够通过遥控进入测量系统观察试

非瓷电缆终端已经成为了配电的标准部件,而且也迅速用在输电方面。

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验室,允许试验工程师通过电话或电 子邮件了解全部信息。

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非瓷外套目前在高压终端上的应用 日益普遍这一事实,意味着 对其表面行为进行试验显然 是有必要的。 终端盐雾试验箱的典型例子。

图三 : 长期电流(左)和闪络的电流示波器图(右)。

虽然中压终端的污秽行为试验如上所述,但在配备非瓷外 的温度,就必须使用一种称作虚拟回路的电路。调节试验 套的高压终端情况下,尚没有要求类似的试验程序。相对比 回路加热电流,使试验回路的外套温度与虚拟回路的温度 之下,要求瓷电缆终端交流按照IEC 60507进行试验,直流 相同。这样,就能够得出结论,导体的温度具有与其相同的 按照IEC 61245进行试验。即便如此,鉴于非瓷外套目前在 值。图四示出高压电缆系统和其附件电气型式试验的一个 高压终端上的应用日益普遍这一事实,显然有必要也对其 典型试验电路。 表面行为进行试验。 正确 的 试 验 设 置要求能 够调节 和 测量 试 验回路和虚 拟 目前,唯一适用于空心复合绝缘子的IEC试验是按照IEC 回路的电压电流 。典型的热 循环由下面几个 部分组 成: 62217/IEC 61462的起痕和腐蚀试验。遗憾的是,这不是一 个全方位的试验,因此,也没有考虑终端长度和电位梯度的 1. 加热试验回路的导体到最高温度的加热时间间隔; 影响(如同套管那样)。因此,从这一试验中获得的唯一信 2. 将温度稳定在接近最高温度的时间间隔;和 息是覆盖物的材料质量和设计。鉴于此,有些电力部门开始 3. 关闭加热电流后的冷却部分。 发布他们自己的试验规范,验证污秽条件下高压电缆附件 的性能。

电气型式试验 在负荷电流达到最大导体温度下,要求在相应的外施电压 下对中压和高压附件进行热循环试验。因为必须测量导体

执行规定数量的热循环之后,应该接着进行规定的高压耐 受试验和测量。因为加热电流多数是电感性的,可以使用电 容性补偿电路来降低馈电电流。这样,要求的功率基本上 只受到电缆和加热变压器损耗的影响。

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初步鉴定试验 初步鉴定试验与上述的电气型式试验 类似,但是其试验持续时间是8760小 时(相当于一年),而且是在真实安装 完整电缆系统的条件下进行,例如在 天然土壤内、混凝土隧道内或聚乙烯 管道中。 初步鉴定试验的相关标准要求至少长 度为100m的一个试验回路。因为尺寸 大,需要模拟安装条件,这些试验必须 在户外的试验场地进行。正如在

IEC

62067 中将电缆系统的额定电压定为 170 kV 及其以上,在1.7倍的额定相对 地电压下,在整个一年的试验期中必 须进行180个热负荷循环试验。 此外,随着近来2.0版本 IEC 60840 的 发行,目前还建议,当36 kV到170 kV 的介质电场强度与更高额定电压电缆 的介质电场强度相类似,即在内导电 层处为 8 kV/mm 时,将这个试验用于 36 kV到170 kV系统。这意味着,目前 也将要求这类产品的制造商提供产品 Photos: INMR ©

试验回路

电压测量

性能的证据。与此相对应,不要求将这

虚拟回路

电流测量

温度测量

图四:电缆系统电气型式试验中,试验电路的典型布置。

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电缆附件是在现场进行装配的, 而且常常采用一系列不同的材 料,因此,任何电缆系统的性能 极大程度上取决于其各种不同 附件的安装质量。

初步鉴定试验安装工作的例子。

个试验用于完整的中压范围系统(包括附件),仅需要对电缆本身进行长时期的

如图所示,在试验回路和虚拟回路的

试验。

加热电流之间有一个调节,为了使两 个回路的外套温度尽可能接近,这一

与室内高压试验室内进行的型式试验相比,在室外试验场安装的电缆系统上进

调节是必要的。即使虚拟回路的导体

行热循环试验要困难得多。例如, 在整个一年试验期的过程中,系统的环境温度

温度可能出现虚假,事实上,这是一

差别可以大于40°K,所以就加热电路的馈电功率而言,必须考虑到这点。

条真正测量到的温度曲线。

因此,为了确保加热循环精确地遵循规定的温度曲线,采用可控硅控制的加热电

这条曲线由数个用直线连接的几个

路是必要的。这种系统考虑了允许的最大加热电流,以及试验回路和虚拟回路的

基本点组 成 。这些点的位 置作为恒

导体和外套温度,并且精确地施加了遵循预先规定的温度曲线所需的电流。甚至

定量被储存在可控硅控制器的程序

还必须考虑调节施加了电压的试验回路带来的更高介电损耗,使目标和真实导

内,也可以用手动改变。控制器调节

体温度之间的任何偏差必须保持在低于0.2°K的状态。这样,结果曲线的形状完

加热电流 ,以便精确地遵循这些直

美,无效的循环数量大大减少。图五显示了上述加热循环的一个例子。

线。当然,只有操作人员在加热期间 经常观察测量 值 ,才可能发生手动 改变。曲线参数的手动调节可以使 加热系统的能量损耗降到最小。

试验回路外套温度 虚拟回路导体温度 环境温度

将初步鉴定试验引入到较低电压水

虚拟回路外套温度

平则要求具有额外的试验能力以及

当前的虚拟 当前的试验对象

当代的大型试验室,例如CESI集团,

试验电压

可以为几个试验回路提供试验室,在 某些情况下,试验电压高达800 kV。

图五:220 kV电缆系统上初步鉴定 试验期间测量到的典型曲线。 Photos: INMR ©

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现场试验 任何电缆系统的性能极大程度上取决 于各种附件的安装质量。因为电缆本 身在制造厂经受过常规试验,其故障 概率非常低。与此不同的是,电缆附 件是现场装配,而且常常采用一系列 不同的材料。因此,只能通过不损坏 任何零部件的完美安装确保最终的系 统质量。 为了保证安装期间不发生任何严重缺 陷,现场的试运行试验能够识别任何

使用移动冲击发生器在电缆回路上进行雷电冲击试验的例子

可能的弱点。例如,现在的现代化设备 允许现场测量局部放电,这意味着, 发

就试验而言,目前越来越要求能够在试验进行期间实时观察试验回路的行为。

现安装问题的概率已经显著增加。

在这一要求下,有些部门提供通过互联网遥控进入测量系统进行观察。这样不 仅允许客户而且也允许试验工程师访问系统中的数据。后一种情况的设备还

因为已安装电 缆 系 统的电容 相对 较

具有书写能力,在必要时,可以允许无需到场就可以调节试验过程参数。

高,因此谐振试验变压器是用于交流 试 验的优选设备。试 验频率在 20 到

这一领域进展的又一个证据是,使循环试验结束后,用雷电冲击试验检测全部

300 Hz之间不等,试验电流处于80到

试验回路成为可能。过去,选择电缆的最大应力部分,然后切割长度为30米的

240 A的范围内。下面的照片显示了这

一段进行试验就可以满足标准要求了。然而,有了移动脉冲发生器,现在可 以把发生器放到接近试验回路的地方,在包括附件在内的整个回路上进行雷 电冲击试验,而没有必要切割或移动电缆。虽然在标准中没有要求这种试验 程序,但是提高了试验结果的可信赖度。

类现场测量的例子,现场有能够确保 使用方便和降 低运输成 本的移动试 验平台。

总结 多数电 缆 附 件 试 验是电气试 验 。此 外,没有电 缆(或电 缆仿真),附 件 便无用武之地,所以,通常是附件安 装 在电 缆系统中的情况下进行这些 试验。 虽然在中压终端的情况下有了明确的 规定,但是目前尚没有用于高压电缆 终端污秽性能的技术规范,特别是对 于带有复合绝缘子的终端尚无规范。 按照新版 IEC 60840,推荐将电缆系 统的初步鉴定试验和安装后的试验也 用于 36 kV到 170 kV 之间的范围,这 电缆系统运行之前的现场试验。

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将对试验能力提出更高的要求。

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· 第三卷

· 九号刊 Quarter 1 - 2012 · Volume 3 - Number 1 INMR CHINA

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