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摘要：针对超、特高压输电线路带电作业绝缘操作杆普遍采用带金属接头的分段式结构，而金属接头附近电场分布不均匀，容易发生放电的现象，本文开展了金属接头和绝缘接头操作杆的工频放电试验，包括均匀升压放电试验和300s的工频耐压试验，并对试验结果进行了分析研究，结果表明：对均匀升压试验，两种接头的操作杆放电电压值基本相同；而对300s耐压时的放电电压，绝缘接头操作杆比金属接头操作杆明显增高；金属接头造成局部电场集中以及节间电容效应，使得绝缘操作杆电场点位分布不均匀，电气性能降低，在操作杆端部加装均压环或在操作杆外涂覆功能涂料可提高操作杆的电气性能。
关键词：带电作业；绝缘操作杆；电气性能；工频放电试验；金属接头
Abstract：Sectional structure with metal joint is commonly found in an insulated operating rod for live working in an extra- or ultra-high voltage power transmission line but the metal joint is inclined to discharge because uneven distribution of electric fields around the metal joint. In this paper, power frequency discharge tests are made on operating rods with metal joint and insulated joint, including even boost and discharge test and 300s power frequency voltage withstand test and test results are analyzed and studied. Results show: operating rods with two types of joints in the even boost test have basically the same discharge voltage values; the operating rod with insulated joint has significantly higher discharge voltage value than that with metal joint in the 300s voltage withstand test; the metal joint causes local electric field concentration and internode capacitance effect, leading to uneven electric field point position distribution of the insulated operating rod and reduced electrical pr operty. However, the electrical property of the operating rod may be enhanced by mounting a grading ring at the end of the operating rod or coating functional coating outside the operating rod.
Key words：live working; insulated operating rod; electrical property; power frequency discharge test; metallic joint
0 引言
超、特高压输电具有输送容量大、送电距离远、线路损耗低、占地少等突出优势，是一种资源节约和环境友好的先进输电技术，随着我国超、特高压电网的快速建设发展，对输电线路运维检修的效率和可靠性也提出了较高的要求[1-2]。输电线路出现缺陷和隐患后，停电检修所产生的经济损失和社会影响都难以接受，并且都会对电网的运行可靠性产生潜在的巨大风险，因而带电作业技术能灵活安排检修计划，不改变系统运行方式和及时消除缺陷或隐患，对确保特高压线路的运行安全和可靠性具有重要意义[3-6]。超、特高压线路电压等级高，对绝缘操作杆的性能的要求高，而工器具长并且中间接头多，导致沿工器具轴向的电场和电位分布极不均匀，并且形成局部强电场区导致绝缘工器具发生电晕放电或发生闪络放电。国内外对绝缘操作杆的材料、电场分布及放电特性开展了一些研究工作[7-12]，但对绝缘操作杆首端及中间金属接头对电气性能的影响机制尚未开展深入的研究和分析。
本文设计对金属接头及绝缘接头操作杆的工频放电试验，研究分析金属接头对绝缘杆电气性能的影响机制，为绝缘杆接头结构优化设计提供参考依据。
1 试验布置
由于超、特高压线路杆塔尺寸较大，绝缘操作杆长度较长且需要足够的机械强度，为方便安装和运输，通常设计为2米左右的分段式结构，使用时通过金属接头连接至需要的长度，绝缘杆首端操作头通常也为金属材质，特高压10吨位绝缘杆接头结构如图1所示。
图1 特高压绝缘杆接头结构图
Figure 1 Joint Structure of Ultra-high VoltageInsulated Rod
绝缘杆金属接头布置如下图2（a）所示，为了研究金属接头的影响，采用相同形状的绝缘接头操作杆进行对比，如图2（b）所示，绝缘杆均采用玻璃纤维增强的环氧树脂材质的泡沫填充管，绝缘杆直径50mm，接头部分直径70mm。
图2 试验用绝缘操作杆
Figure 2 Testing Insulated Operating Rods
根据标准DL/T 976-2005、DL/T 1240-2013规定[13-14]，进行绝缘杆耐压试验时，高压电极采用直径不小于30mm的单导线作模拟导线，模拟导线两端设置均压环（或均压球），其直径不小于200mm，均压球距试品不小于1.5m，多个试品试验时间距不小于1.5m，如下图所示：
图3 绝缘杆耐压试验接线图
Figure 3 Wiring Diagram of Voltage Withstand Test of Insulated Rods
2 试验结果及分析
2.1 1.8m绝缘操作杆工频放电试验
通过控制接地电极的位置，取操作杆有效绝缘长度为1.8m进行试验。
分别对4根金属接头操作杆和1根绝缘接头操作杆进行工频电压的均匀升压放电试验，对同一根试品连续进行5次放电，试验结构如表1所示
表1 1.8米操作杆均匀升压放电电压值
Table 1 Even Boost and Discharge Voltage Values of 1.8m Operating Rods
由表可知，在均匀升压时，绝缘接头的操作杆的放电电压平均值较金属接头提高了18.6%；300s耐压试验时，绝缘接头操作杆的击穿电压较金属接头的提高了13%。
2.2 操作杆有效绝缘长度对放电电压的影响试验
通过改变接地电极的位置，对不同长度的绝缘操作杆进行均匀升压放电及300s耐压击穿试验，试验结果如表3，图4所示。
表3 不同长度操作杆工频放电电压值
Table 3 Power Frequency Discharge Voltage Values of Operating Rods Different in Length
（a）均匀升压放电曲线
（b）300s耐压放电曲线
图4 绝缘杆工频放电特性
（△—金属接头; 〇—绝缘接头）
Figure 4 Power Frequency Discharge Characteristics of Insulated Rods
(△- Metal Joint; 〇- Insulated Joint)
由上述图表可得：
（1）无论操作杆接头类型，在均匀升压时的放电电压值都比300s耐压时的放电电压值高；
（2）通过对试验数据的曲线拟合，对均匀升压试验，两种接头的操作杆放电电压值基本相同；
（3）对300s耐压时的放电电压，绝缘接头操作杆比金属接头操作杆高。取个别试验数值来看，0.9m的绝缘接头操作杆较1.4米金属接头操作杆还要高10%，而较1.8m金属接头操作杆也仅低10%。
2.3 绝缘操作杆放电机理分析及改进措施
在试验中发现，由于金属接头伸入绝缘管内，在第一次均匀升压放电试验时，操作杆就从管内壁开始放电而导致全管击穿，这是由于金属操作头在管内部分的棱角处造成电场集中，电场强度过强，电力线穿透管壁所致。无论均匀升压或300s耐压，放电总是从高压的金属端头以刷形或滑闪放电的形式向下发展。对具有金属接头的操作杆，放电先在操作头内端部将绝缘管的层间击穿，然后沿管的外表面到达中间金属接头附近，再击穿进入管内壁，再沿杆的外表面到接地电极附近。
另外，绝缘杆金属接头形成节间电容，这个电容分布使得节间电压分布变得很不均匀。例如，当最后一个接头同接地电极的距离少于全节的一半时，有可能使最后一个接头的对地电容较上节的节间电容大，而使得最后一节的电压分布很低；相反，当接地电极与最后一个金属接头的距离较大，也差不多有一节的长度时，各节间的电容大小接近，电压分布也较均匀，使得放电电场强度得以相应提高。从表3数据可以看出，1.4m、1.8m金属接头操作杆属于前一种情况，而2.5m金属接头操作杆则属于后一种情况。
为改善绝缘杆金属接头处的电场分布，提高其放电电压，可以考虑在操作杆端部加装均压环或均压球；在操作杆外涂一些绝缘或半导体涂料，如在操作杆上端涂有机玻璃、硅有机漆或半导体釉等等。
4 结论
1）对有效绝缘长度为1.8m的带电作业绝缘操作杆，在均匀升压时，绝缘接头的操作杆的放电电压平均值较金属接头提高了18.6%；300s耐压试验时，绝缘接头操作杆的击穿电压较金属接头的提高了13%。
2）通过对不同绝缘长度绝缘操作杆放电试验数据的曲线拟合，对均匀升压试验，两种接头的操作杆放电电压值基本相同；而对300s耐压时的放电电压，绝缘接头操作杆比金属接头操作杆明显增高。
3）金属接头造成局部电场集中以及节间电容效应，使得绝缘操作杆电场点位分布不均匀，电气性能降低，在操作杆端部加装均压环或在操作杆外涂一些绝缘或半导体涂料可提高操作杆的电气性能。
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作者简介：
梁加凯（1988），男，工程师，长期从事输电线路带电作业及运维检修管理工作。
论文作者:梁加凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：操作论文; 电压论文; 金属论文; 作业论文; 耐压论文; 电场论文; 均匀论文; 《电力设备》2019年第1期论文;