Лабораторные испытания КДИ.
После испытаний в естественных условиях были проведены испытания методам морского тумана, аналогичным методу МЭК (Публикация 507, 1975) и соответствующим стандарту ФРГ, VDE 0448, часть 2/9.77. В процессе испытаний поверхность КДИ сильно увлажнялась. Только при этих испытаниях стали видимыми ухудшение характеристик поверхности и возможная потеря ею водоотталкивающей способности. Перед началом этих испытаний КДИ очищали с помощью губки и водопроводной воды. Результаты испытаний приведены в табл. 4.
Лучшие долговременные характеристики имеют КДИ № 2 и 5, у которых не наблюдается перекрытия даже при концентрации солевого раствора 224 кг/м3. У КДИ № 1, 3, 7 поверхность подвергается изменениям и теряет водоотталкивающую способность. Сочетание испытаний в естественных условиях и методом морского тумана КДИ, которые находились под напряжением, дает более дифференцированную оценку.
Испытания в процессе эксплуатации.
Первые опыты по эксплуатации КДИ в ФРГ относятся к 1967 г. В середине 1985 г. количество КДИ с ребрами из силиконового каучука, используемых в электроэнергетике ФРГ, составило 12 тыс. Энергосистема Energieversorgung Schwaben AG (EVS), Штутгарт, была одной из первых, применивших в 1967 г. 123-кВ КДИ, далее с 1968 г. 242-кВ КДИ и затем с 1975 г. 420-кВ КДИ.
Особенно важная задача - поднять напряжение на линиях с 245 до 420 кВ без изменения размера опор. Помимо вертикальной и V-образной подвески КДИ целесообразно и возможно применять несимметричную V-образную подвеску. При этом КДИ служит как подвесной изолятор, силу же сжатия по направлению к опоре воспринимают длинные фарфоровые стержни.
В январе 1984 г. произошли первые перекрытия КДИ этого типа при двойной подвеске на линии 245 кВ, прошедших к этому времени семилетнюю эксплуатацию. Причиной перекрытия оказался птичий помет. Дуга вызвала очень незначительные изменения на поверхности ребер. Признаков электрического или механического повреждений не было обнаружено; КДИ можно было оставить в эксплуатации без очистки. Однако это было первое перекрытие такого типа и фирмы-изготовители КДИ провели исследование этих КДИ. Результаты показали отсутствие каких-либо значительных изменений электрических и механических свойств по сравнению с новыми КДИ этого типа.
Энергосистема EVS имеет прекрасный опыт эксплуатации 245-кВ КДИ, подтвержденный серией плановых испытаний в течение более чем 15 лет; 150 КДИ были установлены в сельских местностях в октябре 1970 г. В табл. 5 приведены результаты исследований КДИ после 15-летней эксплуатации. Поверхностное сопротивление, указывающее на степень загрязнения, измеряли у высоковольтного конца КДИ между колпаком и первым ребром. После пяти лет эксплуатации поверхностное сопротивление КДИ снижалось с 1013 Ом (исходное значение) до Ю’-Ю’ Ом и затем оставалось постоянным, т.е. степень загрязнения поверхности стабилизировалась. У натяжных КДИ поверхностное сопротивление выше, что указывает на меньшее загрязнение. После очистки КДИ поверхностное сопротивление восстанавливалось до исходной величины. После 15 лет эксплуатации явных изменений внешнего вида и эластичности ребер не было обнаружено.
Требованиям к электрическим характеристикам оборудования при перенапряжениях для систем напряжением 245 кВ, включающим выдерживаемое напряжение грозового импульса 1050 кВ и выдерживаемое мокроразрядное напряжение при промышленной частоте 460 кВ, КДИ соответствовали после 15 лет эксплуатации и выдерживали даже более высокие значения перенапряжений.
Таблица 5. Результаты испытаний 245-кВ КДИ с ребрами из силиконового каучука
Расстояние между электродами 1 см, испытательное напряжение 1000 В.
Испытания по методике МЭК 383.
Средние значения: первое плановое испытание проводили при 120 кН, затем нагрузку увеличивали до разрыва.
Значение, требуемое для Um=245 кв.
Более высокие значения — результат изменения скорости осадкообразования с 3 до 1 мм/мин.
Таким образом, с точки зрения электрических характеристик значительных изменений КДИ в процессе эксплуатации не установлено. Даже при загрязнении гидрофобные свойства силиконового каучука не изменяются.
Механические испытания дали возможность получить кривые нагрузка - время для СПС на основе волокон из Е-стекла, показавшие, что кратковременная разрушающая растягивающая нагрузка в первые десять лет снижается незначительно. Это наиболее явно выявилось в случае натяжных КДИ, на которые непрерывно воздействуют более высокие растягивающие нагрузки. Однако и при испытаниях через пять лет, т. е. после 15-летней эксплуатации, установить дальнейшего снижения кратковременной прочности не смогли. Все измеренные значения находились в интервале от 250 до 280 кН, что вцше регламентируемой требованиями разрушающей нагрузки, равной 150 кН. Таким образом с механической точки зрения не обнаружено значительного старения КДИ после 15-летней эксплуатации.
Обширные испытания около 1300 КДИ с ребрами из силиконового каучука были проведены также на энергосистеме Vereinigte Elektrizitatswerke Westfalen AG (VEW). Дортмуд на линиях электропередачи напряжением от 123 до 420 кВ в течение 13 лет. КДИ применялись для двойных тросов, двойной и V-образной подвесок. Проблемы, возникающие при эксплуатации КДИ на линиях напряжением 420 кВ, связаны с гидролизом СПС. Этого можно избежать при использовании для СПС стойкой к гидролизу эпоксидной смолы. Детально этот вопрос был рассмотрен в докладе 22-11 на сессии СИГРЭ 1980 г.
При эксплуатации КДИ на линиях напряжением 123 и 245 кВ в течение 13 лет никаких проблем не возникало.
Благодаря использованию с 1979 г. ребер из отверждаемого при высокой температуре силиконового каучука с повышенной механической прочностью удалось решить проблему спорадического повреждения ребер птицами.
Помимо использования подвесных и натяжных КДИ на обычных ВЛ, КДИ применяли в качестве распорок между проводами фаз для предупреждения последствий пляски проводов или изоляторов на запасных опорах. В этих случаях более низкий вес и более короткая длина представляют наибольшие преимущества по сравнению с традиционными изоляторами. В случае разрушения опор на линии временно подключаются запасные опоры, что обеспечивает экономию времени и площади.
Благодаря надежности КДИ компания Berliner Kraft- und Licht AG (BEWAG), снабжающая электроэнергией Западный Берлин и не связанная с другими системами ФРГ, изготовила КДИ со специальными требованиями.
Существующие электростанции соединены линиями электропередачи напряжением 123 кВ.
Действующая ВЛ напряжением 420 кВ была переоборудована, и на ней установлены в 1986 г. КДИ нового типа.
В настоящее время КДИ используют и исследуют в 25 странах мира. Исследования и опыт эксплуатации КДИ дали самые положительные результаты.
В последние годы особый интерес вызывает использование КДИ в высоковольтных линиях электропередачи постоянного тока. На линии электропередачи постоянного тока Pacific Intertie напряжением 400 кВ КДИ с ребрами из силиконового каучука были установлены для испытаний на отдельных участках линии, особенно подвергающихся загрязнениям. Длина пути утечки КДИ 2,71 см/кВ; воздушный промежуток между полюсами 4 м. В противоположность традиционным изоляторам, имеющим на 30% большую длину пути утечки и которые необходимо очищать через определенные промежутки времени, у КДИ не наблюдались в процессе эксплуатации перекрытия вследствие загрязнений или какие-либо явления, свидетельствующие о коррозии в результате электролитических процессов, резкого повышения температуры или миграции ионов. Все эти явления зависят в первую очередь от конструкции изолятора и для всех современных КДИ не представляют проблемы независимо от используемых электроизоляционных материалов.
В 1983 г. напряжение на линии электропередачи постоянного тока было повышено с 400 до 500 кВ, и на участке линии 50 км были установлены КДИ такого же типа, но с воздушным промежутком между полюсами 4,45 м. Длина пути утечки осталась прежней. После восьми лет эксплуатации некоторые КДИ были сняты для испытаний. Как и ожидалось, ухудшения электрических и механических свойств не было установлено.
Один из КДИ с загрязненной в процессе эксплуатации поверхностью испытывали при 400 кВ в атмосфере чистого тумана. Максимальный ток утечки составлял 1 мА, что указывает на сохранение силиконовым каучуком очень высоких гидрофобных свойств даже после восьми лет эксплуатации. Это также подтверждено при исследовании водоотталкивающей способности поверхности КДИ.
Важные результаты были получены в Канаде, где КДИ испытывали в лабораторных условиях и на ВЛ напряжением 735, 500 и 230 кВ. Можно сделать вывод, что характеристики КДИ с ребрами из силиконового каучука являются высокими.
На испытательных станциях ЮАС, расположенных в местах с сильно загрязненной атмосферой, у лучших КДИ зарегистрированный максимальный ток утечки был в 125 раз ниже по сравнению с другими типами изоляторов, что подтверждает очень высокие характеристики силиконового каучука, особенно в неблагоприятных условиях. с целью ограничения мощности короткого замыкания участки ВЛ напряжением 123 кВ сопряжены с линией 420 кВ. Эта двойная система ВЛ длиной 10,7 км начала действовать в 1978 г. и соединена двумя 420/123 кВ подстанциями.
По сравнению с другими системами передачи электроэнергии, например, с помощью подземных кабелей, ВЛ являются выгодными и высокоэффективными, и ВЛ на 420 кВ были построены там, где это возможно.
Необходимость компактной конструкции опор и коротких групп изоляторов и определила выбор КДИ. Учитывались также их высокая стойкость к загрязнениям в процессе эксплуатации и стойкость к поверхностным разрядам.
На линиях электропередачи BEWAG с 1976 г. находились в эксплуатации 250 КДИ с ребрами из силиконового каучука на класс напряжения 420 кВ. Из-за условий загрязнений в местах установки уже на второй год эксплуатации на фарфоровом опорном изоляторе разрядника, находящегося у опоры мачты ВЛ, происходили перекрытия. Полоса отчуждения ВЛ была сильно загрязнена, особенно в зимнее время, солью от расположенной рядом автострады. Снятые в 1978 г. для испытаний КДИ этого района соответствовали всем требованиям в отношении электрических и механических свойств. Испытания другого сильно загрязненного после 4 лет эксплуатации КДИ подтвердили, что его электроизоляционные характеристики не снизились.
Исследование стоимости технического обслуживания фарфоровых изоляторов и КДИ, проведенное BEWAG, показало, что фарфоровые изоляторы на ВЛ напряжением 123 кВ требуют ухода в эксплуатации через каждые два года, КДИ такого ухода не требуют, что является их большим дополнительным преимуществом и значительно снижает стоимость профилактического обслуживания.
В 1984 г. на ВЛ произошло хрупкое разрушение натяжного КДИ, ближайшего к электростанции. Оно случилось у высоковольтного конца между первым ребром и оконцевателем. Благодаря двойной системе тросов отключения линии не произошло. Предполагается, что отходящие при работе электростанции газы, главным образом двуокись серы, на КДИ превращаются в серную кислоту и вызывают хрупкое разрушение. В этих КДИ для СПС еще использовалось волокно из стекла Е.
Основной объем энергии, вырабатываемой электростанцией Reuter West, передается в город с помощью упомянутой выше ВЛ напряжением 420 кВ.
В 1986 г. новая электростанция будет присоединена с помощью еще одной ВЛ напряжением 420 кВ к действующей системе. Так как в общем опыт эксплуатации КДИ был положительным, на новой сдвоенной ВЛ.
В США в настоящее время более 68 энергоснабжающих предприятий используют КДИ, причем многие из них в местах с сильно загрязненной атмосферой, как правило, используют только КДИ.
С тех пор как проблемы, связанные с разрушением КДИ, были рассмотрены в докладе 22-10 на сессии СИГРЭ 1980 г., каких- либо новых данных о серьезных повреждениях КДИ с ребрами из силиконового каучука не появилось. Число же находящихся в эксплуатации КДИ (до 150 тыс.) и срок их службы, естественно; возросли. Непрерывные интенсивные исследования позволили решить важнейшую для КДИ проблему хрупкого разрушения. Лабораторные и полевые испытания показали, что использование силиконового каучука в качестве материала ребер обеспечивает КДИ чрезвычайно высокие характеристики. Результаты испытаний КДИ показали, что их можно успешно эксплуатировать и прежде всего на высоковольтных линиях электропередачи постоянного тока, в условиях сильно загрязненной атмосферы и повышенной опасности вандализма, а также на линиях с компактными опорами, где малая масса изоляторов представляет значительное преимущество.
