摘要
为深入贯彻碳达峰、碳中和重要战略部署，构建以新能源为主体的新型电力系统，南方电网公司正在启动以云贵新能源基地为中心的大规模特高压清洁能源输送主网架构建工作。特高压输电线路的外绝缘主要应用复合绝缘子，复合绝缘子长期运行于特殊复杂环境容易出现异常老化问题，而云贵地区喀斯特地形分布广泛，其地表千沟万壑，地势起伏不定，气候复杂多变，如此特殊的地理环境对当地复合绝缘子长期运行性能会产生一定的不利影响。因此，有必要对喀斯特地形区复合绝缘子的老化特性开展相应的研究。 本文从我国西南喀斯特地区在运超高压输电线路上抽取了10支复合绝缘子，开展了包括外观、机械、电气、硅橡胶材料等各项性能的综合评估试验，以研究喀斯特地形区复合绝缘子的运行状态和老化规律。结果表明，伞裙过度老化是该地区复合绝缘子最突出的特征。相较运行于平原地带的复合绝缘子，同批次投运的喀斯特地形区复合绝缘子伞裙劣化和受损情况更为严重，伞裙普遍存在破损和缺失，憎水性丧失更快，且硅橡胶扯断强度和抗撕裂强度均大幅降低。同时，伞裙的劣化和破损还会导致绝缘子串电气强度和护套-芯棒界面性能的下降。因此，喀斯特地形区复合绝缘子老化规律的特殊性主要体现在伞裙老化程度的差异上。 为进一步评估喀斯特地形区复合绝缘子伞裙的运行状态，对伞裙积污情况，包括盐密和灰密，污秽成分和粒级等进行了试验分析。试验结果表明，相较平原地区的复合绝缘子，长期运行于喀斯特地形区的复合绝缘子整体积污更加严重，污秽成分中Ca2+、CO2-3离子及难溶的CaCO3颗粒含量更高，污秽颗粒的平均粒级更小。为解释上述现象，从理论角度分析了复合绝缘子积污过程，建立了伞裙表面污秽颗粒沉积模型，并开展积污特性仿真计算。仿真结果表明，绝缘子表面积污特性受环境风速和湿度的显著影响，其中风速越大，表面大颗粒数量和总体积污量越少，污秽平均粒级也越小，湿度的作用效果则相反。线路电压也会影响表面积污量，污秽度随电压的增加而上升，但不会改变污秽颗粒的粒径分布特征。仿真结果能够很好地解释喀斯特地形区复合绝缘子积污规律的特殊性。 喀斯特地形区复合绝缘子伞裙的老化特性与当地气候、地形条件及表面污秽等因素有重要关联。具体而言，当地长期大风会对伞裙产生物理破坏，使伞裙表面出现裂纹，频繁的酸雨能够将伞裙表面污秽中特有的石灰岩碳酸盐成分转化为强酸根离子SO2-4，并通过裂口侵入伞裙内部，对硅橡胶分子产生化学腐蚀，造成PDMS主链断裂和ATH填料分解。由于风、雨、污秽对复合绝缘子伞裙的破坏作用存在协同效应，因而大大加快硅橡胶老化速率，导致伞裙的异常老化。此外，运行于喀斯特山地垭口位置对复合绝缘子伞裙性能尤为不利，垭口处风速由于狭管效应可超出平地25%~50%，长期承受高速强风会使伞裙从根部产生疲劳开裂，进一步发展成部分或整片伞裙破损缺失，显著缩短爬电距离，危害复合绝缘子串电气性能。实际运维中对垭口处复合绝缘子伞裙的完整情况应予以重点关注。
NETL