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    高壓線絕緣子是這種奇怪的形狀,主要是為了防一種可怕的事故

    時間:2019/8/13  查看次數:1305

    我就從架空輸電線路上使用的絕緣子來說一下。

    絕緣子一般是由固體絕緣材料制成,安裝在不同電位的導體之間或導體與接地構件之間,是同時起到電氣絕緣和機械支撐作用的器件,F在普遍使用的絕緣子可以按照材料分成三類:陶瓷、玻璃和復合絕緣子。常見的玻璃和陶瓷絕緣子以盤形絕緣子為主,而復合絕緣子則以長棒形為主。在這張照片上能同時看到復合絕緣子(與地面垂直、很細的)和陶瓷絕緣子(與地面平行或成一定夾角,比較粗的那個)。

    題主提到了絕緣子的粗細不均,那就必須得說明一個概念,污閃。

    污閃是這樣的:絕緣子在正常運行過程中,受工業排放物以及自然揚塵等環境因素的影響,表面會逐漸積累污穢。干燥條件下,污層不會導電,對絕緣強度的影響較;但在霧、露、毛毛雨、溶雪等天氣條件下,污層會逐漸受潮濕潤,其中的可溶性電解質成分被水溶解,絕緣子表面形成一層具有一定電導率的水膜,從而開始有泄漏電流流過絕緣子表面。由于絕緣子形狀、積污以及受潮的不均勻等因素,使得絕緣子表面電流分布不均勻,在電流焦耳加熱作用下,泄漏電流密度大的地方溫升高,污層將會首先被烘干而形成干區。由于干區表面電阻率較大,干區形成以后,污層表面的電位分布將會畸變,大部分電壓將會施加到干區兩端。當干區表面電場強度足夠大時,干區表面空氣間隙將會被擊穿,而出現局部電弧。一定條件下,局部電弧會逐漸發展直至貫穿兩極而發生閃絡。由這種閃絡所造成的事故稱為污閃事故。

    貼幾張污閃的照片,是高壓試驗大廳做試驗的照片,不是在輸電線路上拍的(廢話)。

    此時還沒有發生真正的閃絡。

    發生污閃的絕緣子

    仔細看這些圖其實不難發現一點,那就是電弧都是沿著絕緣子表面發展的,20 世紀 50 年代,德國學者 Obenaus 大神首先提出污閃的物理模型,認為污閃不同于一般有碰撞電離所引起的氣體放電,它是局部電弧沿面逐步延伸的結果。

    與過電壓不同,污閃事故是在運行電壓下發生的,屬于典型的絕緣下降問題。那么,當運行電壓 U 不變的時候,如何能夠讓電弧不產生呢?很明顯,增大泄漏距離 L 是一個很好的辦法,這也就是題主提到的“粗細不均”的原因。在絕緣子長度差不多的情況下,增加這樣的“粗細不均”,能夠在絕緣子總長度一定的情況下有效增加泄漏距離(在外絕緣領域一般稱為爬距),從而降低污閃事故發生的概率。

    常用的增加爬距的手段包括增大玻璃、陶瓷絕緣子的盤徑,增加下表面的溝槽深度(防污型絕緣子),給電站絕緣子加裝增爬裙,增加絕緣子片數,增加復合絕緣子的傘裙數量等。

    當然,需要指出的是,過密的傘裙結構是不可取的。比如在下雨情況下,絕緣子傘邊會形成水柱,此時傘沿會形成一串的污雨水 – 空氣間隙,傘裙過密,剩余空氣間隙會很少,也會很容易導致雨污閃事故。

    也許有人會問,那如果不搞這些“粗細不均”,只是單純增加絕緣子長度行不行呢?這個……我個人感覺,似乎從理論上來說是沒問題的?墒侨绻@樣做,會有什么結果呢?很顯然的一點,桿塔必須加高加高再加高,否則幾百 kV 的高壓輸電線就要耷拉到地上了。而桿塔加高又會帶來成本大幅上升甚至耐雷水平的問題。

    最后說一點題外話,在絕緣子的設計和選型中,常用的方法是:首先按照絕緣子的耐污閃特性選取絕緣尺寸,然后校核該絕緣耐受操作過電壓和雷電過電壓的能力,在中等以上污穢地區更是如此,這是我國電力系統長期運行和設計的經驗。而在我看來,可能還有一個因素:雷擊跳閘事故雖然多,但是基本上重合閘都能成功,真正造成的損失不是特別大;而污閃一旦發生,重合閘基本沒戲,損失會非常慘重,因此在電網內,污閃事故是”零容忍“事故,也就是說,一旦某地某條線路發生污閃事故造成跳閘,必須進行問責,追究當事人責任,在電網這種半軍事化管理的政府型公司里,這還是很可怕的。所以電網的運行人員們對防污閃工作格外重視,什么地方都按照最壞的情況做打算,因而現在污閃事故已經相當少了。

     

       
     

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