中国±500kV换流站污秽外绝缘的运行经验分析

由于在早期对±500kV换流站外绝缘配置认识的不足及运行条件的日益恶化，国内外换流站都曾发生过外绝缘闪络事故，给直流系统的安全稳定运行造成了很大的隐患。认真总结已有±500kV直流工程的运行经验，对±800kV特高压换流站的外绝缘设计具有重要的指导意义。

中国最早的±500kV直流工程是1989年9月投运的葛洲坝—上海直流输电工程，该工程两端换流站交流场设备的平均爬电比距为18～25mm/kV，能安全运行；直流场设备的平均爬电比距达到40～50mm/kV，反而外绝缘事故不断，在最初运行的两年内共发生外绝缘闪络约22台次。为保证直流系统的正常运行，葛洲坝站和上海南桥站于1991年8月至9月对直流场设备开始喷涂RTV（room temperature vulcanized silicone rubber，室温硫化硅橡胶）。在直流场喷涂RTV涂料后的几年内，取得了令人满意的防污闪效果，没有发生直流设备污闪事故，严重放电次数也得到了较大幅度下降。由于受到当时技术的限制，RTV涂料的质量不稳定，导致在涂刷RTV 5年和6年后，葛洲坝换流站两次发生套管闪络事故，只好再次涂刷。

天生桥—广州直流输电工程广州换流站的交流220kV支柱绝缘子爬电比距为25.8mm/kV，高压直流支柱绝缘子爬电比距为41mm/kV。自2000年12月投运以来，交流场设备未发生污闪事故，直流场设备发生过两次污闪事故。2004年，由于新白云机场启用，广州换流站周边的高速公路车流量大大增加，导致此后换流站污秽水平进一步提高。因此，在2005年1月对广州换流站的直流场设备全部喷涂了RTV，目前运行情况良好，原来在雨雾天出现的放电声也几乎消失了。

贵州—广东I回直流输电工程送端安顺站和受端肇庆站外绝缘基本选择了相同的爬电比距，支柱绝缘子为54mm/kV，避雷器、变压器垂直套管为57mm/kV。工程投运以来，多次在大雾、小雨天气下出现严重放电现象，特别是在2004年12月至2005年2月出现大范围持续大雾天气时，换流站直流场支柱绝缘子放电严重，最终不得不降压运行。为改善系统运行情况，在2005年12月底的检修中对直流场设备绝缘子喷涂了RTV，此后在雨雾天气下再也没有发生严重的放电现象，也就未造成系统降压运行。

此外，其他±500kV直流工程，包括三常线、三广线等在运行数年后都进行过喷涂RTV的工作，收效显著。总结这些±500kV直流工程换流站的运行经验，主要有：

（1）换流站外绝缘运行的主要问题在直流场设备

从目前±500kV直流工程换流站的运行情况来看，交流场设备的爬电比距在20mm/kV左右，已能保证其正常安全运行，而直流场设备的爬电比距从葛上线的40～50mm/kV，到三广线、贵广线的55mm/kV，均发生过外绝缘闪络事故或严重放电现象。这表明，即便直流场设备的爬电比距已经接近甚至是超过了交流场设备的两倍，仍不能完全保证其安全运行，对于换流站外绝缘运行的主要问题在于直流场设备的运行情况，需引起特别的关注。

（2）喷涂RTV涂料是防止换流站外绝缘闪络的有效措施

中国多个±500kV直流工程换流站的直流场设备都进行过喷涂RTV涂料来加强外绝缘的工作，效果良好。无论是爬电比距取40～50mm/kV的葛洲坝和上海南桥换流站，还是取41mm/kV的广州换流站，都较后期其他直流工程绝缘子的爬电比距小了约30%，但在喷涂RTV涂料后均取得了满意的防污闪效果。这表明，爬电比距约为40mm/kV的支柱绝缘子喷涂RTV后基本可以满足中国±500kV直流工程外绝缘的需要。(www.xing528.com)

换句话说，喷涂RTV涂料后的支柱绝缘子爬电比距选取可以适当降低，这一点对于±800kV特高压直流工程换流站的外绝缘设计具有重要意义。特高压直流系统运行电压相比于±500kV直流系统高了60%，相应支柱绝缘子的爬电距离和结构高度都要求增加。对于极母线支柱绝缘子、平波电抗器支柱绝缘子等直接承受最高电压的直流设备，如果选取与后期±500kV直流工程相同的爬电比距（54～55mm/kV），那么这些支柱绝缘子的高度将达到10余米。而按照目前厂家的生产能力，这么高的纯瓷绝缘子无法保证包括抗弯和抗震强度在内的各种机械特性。但在喷涂RTV涂料后，就可以选取较低的爬电比距，从而降低绝缘子高度，使其能够满足要求的机械性能。

（3）RTV涂料的发展方向——PRTV

RTV涂料有类似于复合外绝缘材料的憎水性，能有效提高绝缘子的防污闪特性，是中国换流站直流场防污闪的主要手段，但其本身仍存在一些问题，处在不断发展改进的过程中。

早期，中国RTV涂料的制造工艺简单，整体制造水平较差，产品质量不稳定，电力部门也往往将喷涂RTV作为一种临时性的外绝缘补救措施。前面也提到，葛洲坝站在喷涂RTV五年后又再次发生外绝缘闪络事故，表明原来的RTV涂料已经失效，不得不重新喷涂。这表明，经过多年的实际运行后，RTV涂料的憎水性会下降甚至消失，而重新喷涂需要在换流站检修时才能进行，又会带来很大的工作量。

因此，经过多年的努力改进后，国内厂家研制开发出了新型长效涂料PRTV（permanent roomtemperature-vulcanized anti-contamination flashover composite coating）。典型的PRTV涂料是在原RTV硅橡胶分子中引入氟元素，从而形成的氟硅共聚物。相比于RTV，PRTV涂料在憎水性、耐腐蚀性以及各种机械性能上都具有自身特点：高憎水性及憎水迁移性，比RTV涂层具有更多的有机硅游离基团，能持续不断扩散、包裹污层表面，这样憎水性可迁移至污秽层表面，使整个污层表面具有极佳的憎水性；耐老化性能优异，寿命更长，目前部分厂家的产品寿命可达20年以上，大大减轻了再次喷涂的工作量。

目前，PRTV涂料已经在110～500kV的交流系统中得到广泛应用，运行经验证明涂覆PRTV的绝缘子防污闪性能优异，诸多性能参数明显优于RTV涂料。国家电网公司企业标准[20]中规定，处于重污区和很重污区的变电设备绝缘子可通过涂覆RTV或PRTV来实现绝缘配置；对于新建工程的变电设备，当制造商难以提供更大爬距的绝缘子时，可将低一级爬距的绝缘子涂覆RTV或PRTV作为有效设计。

但是通常在直流工程中，喷涂PRTV涂料的瓷绝缘子爬电比距选择可参考复合绝缘子爬距选择的方法，中国多个±500kV直流工程的设备功能规范书都规定了复合外绝缘可取相应瓷绝缘子爬电比距的2/3～3/4，且运行情况良好。电力行业标准[13]推荐喷涂PRTV涂料的瓷绝缘子爬电比距不低于相应瓷绝缘子的75%。综上，一般建议喷涂PRTV涂料的瓷绝缘子爬电比距按照相应瓷绝缘子的80%选取，就能保证有足够的裕度。

总之，长效涂料PRTV将不再被仅视为一种运行中的临时性补救措施，而是转变为新型的功能上类似复合绝缘子的防污闪设计技术，±800kV特高压直流换流站的外绝缘设计也应当借鉴这样的技术。