Опыт эксплуатации и некоторые результаты исследований полимерных изоляторов в Китае

Обширностью внедрения полимерных изоляторов в распределительные и магистральные электрические сети выделяется континентальный Китай. Соответствующему опыту эксплуатации посвящено множество публикаций китайских авторов, наиболее полные данные приведены в статье / 64 /, подготовленной сотрудниками Центрального НИИ Энергетики КНР. В настоящее время многие китайские фирмы по национальным и зарубежным лицензиям осуществляют выпуск полимерных изоляторов различного назначения, причем это внедрение идет по трем направлениям: керамические изоляторы с КО — оболочками, полимерные бустерные юбки на керамических подстанционных изоляторах (опорных, вводах), композитные (стеклопластиковые) полимерные линейные изоляторы. Основная причина применения всех указанных видов полимерных изоляторов в Китае — многочисленные перекрытия традиционных изоляторов ВЛ и ОРУ из-за их загрязнений (природные, промышленные). Пик этих массовых перекрытий, произошедших в Северо-Восточном, Восточном и Северном Китае, пришелся на конец 80-х — начало 90 — х гг. В Китае широкое применение нашли только силиконы, поскольку по мнению китайских исследователей они лучше других полимерных изоляторов (в Китае исследовались также изоляторы из ЕРDМ, эпоксидных смол и др.) сопротивляются воздействию УФ — излучения, озона и коронных разрядов, лучше других противостоят искрению подсушенных зон, трекингу и эрозии. Китайские авторы, как и исследователи других стран, особо выделяют гидрофобность силиконовых изоляторов, которая передается на слой загрязнения и тем самым предотвращает его перекрытие.

Применение в Китае кремнийорганических покрытий керамических изоляторов, вулканизирующихся при комнатной температуре (RTV), является эффективной мерой защиты от перекрытий загрязненной внешней изоляции. Срок службы этих покрытий до повторного нанесения намного больше по сравнению с применявшимися ранее смазками и воском. Основные характеристики применяемых в Китае покрытий RTV: 10 ¹⁴ Ом. см, пробивное напряжение 15 кВ / мм, прочность на отрыв 80 Н / см, прочность на задир 1800 Н / м, модуль упругости 39, сопротивление трекингу ТМА 4,5. Испытания изоляторов с искусственным загрязнением по методу твердого слоя (ESDD =0,1 — 0,4 мг / см ²), выполненные в 3 — х лабораториях Китая, показали, что разрядное напряжение изоляторов с RTV выше чем у тех же изоляторов без покрытия (с тем же слоем загрязнения) в 1,5 — 2,5 раза. Напряжение начальной короны у подвесных изоляторов с RTV покрытием выше, чем у изоляторов без покрытия, на 30% в сухом состоянии и на 18% под дождем. Первые RTV покрытия изоляторов на ВЛ 35 — 110 кВ были опробованы в Китае в середине 80 — х годов. В настоящее время их применение на ВЛ расширилось для решения проблемы надежной работы изоляторов в загрязненных районах. Получены первые положительные результаты применения RTV покрытий на подстанционных изоляторах. В прибрежном районе и в районах с химическими загрязнениями применение RTV покрытий позволило полностью исключить имевшие место ранее частые перекрытия изоляции. По состоянию на 1992 г. в Китае RTV были покрыты тысячи опорных изоляторов и вводов, на что ушло 3 т RTV силикона. Технология нанесения покрытий была ручной и это в ряде случаев приводило к утрате эффективности покрытия из-за плохой его адгезии к фарфору между ребрами. В последние годы появилось новое RTV покрытие американской фирмы Dow Corning Co. В сильно загрязненных районах Северного Китая на опорные изоляторы было нанесено 150 кг такого покрытия. На двух преобразовательных подстанциях постоянного тока 500 кВ (Центральный и Восточный Китай) на 24 ввода (горизонтальных и вертикальных) с 1991 г. было нанесено более 500 кг RTV покрытия Dow Corning Co. Раньше на этих вводах было много перекрытий при дожде и тумане, приходилось применять обмыв или снижать рабочее напряжение. За 1991 — 1994 гг. на всем оборудовании с RTV покрытием короны и перекрытий не наблюдалось. В настоящее время продолжаются испытания рассматриваемого покрытия на старение, а также сопоставления этого покрытия с другими типами RTV покрытий. В Китае всё же опасаются, что срок службы RTV покрытий вследствие трека и эрозии может оказаться недостаточным.

В настоящее время за рубежом (Индия, Египет, Австралия и др.) достаточно широко применяются полимерные бустерные юбки, удлиняющие путь утечки керамических подстанционных изоляторов. Рассмотрим, как решается эта проблема в Китае, где, как и в Индии, применение бустерных юбок считается наиболее эффективным и экономичным способом предотвращения перекрытий вследствие загрязнения. Такие юбки применяются в Северо — западном и Восточном Китае с середины 80 — х годов. Этим способом удалось полностью исключить перекрытия при дожде трансформаторных вводов переменного тока 500 кВ и опорных изоляторов на ОРУ 110 — 330 кВ (загрязнение углем, цементом, уносами химических и металлургических заводов, морской солью). Наибольший срок эксплуатации бустерных юбок 9 лет, средний срок эксплуатации по 9 подстанциям — 4,5 года. По данным заводов — изготовителей на 1992 г. изготовлено около 300 тысяч штук (!) бустерных юбок и удлинителей пути утечки. Они изготавливаются из пластмасс, эпоксидных смол, силикона и поперечно связанных термоусадочных материалов. Ранее применявшиеся изделия из пластмасс и эпоксидной смолы были более дешевыми, имели меньший вес, просты для монтажа и обслуживания. Однако они характеризовались низкой дугостойкостью и имели более короткий срок службы. Силикон же обладает превосходной гидрофобностью, эффективно противостоит тепловому, ультрафиолетовому и окислительному разрушению. Для силиконовых удлинителей пути утечки основной проблемой является прочность склейки. Поперечно связанные термоусадочные материалы находятся в стадии экспериментальной проверки и их опыт эксплуатации ещё не накоплен.

Опыт эксплуатации в Китае кремнийорганических композитных подвесных изоляторов распространяется главным образом на районы с сильным загрязнением, вандализм по отношению к изоляторам в Китае (характерный для США и Европы) практически отсутствует. Впервые в Китае композитные изоляторы были использованы в контактной сети железных дорог, а в начале 80 — х гг. начата опытная эксплуатация таких изоляторов на ВЛ напряжением 220 кВ и ниже. Общее число эксплуатируемых в Китае композитных изоляторов в 1990 г. составляло всего лишь около 3000 шт., при этом они использовались в 10 районах: на ВЛ напряжением ниже 66 кВ — 66 шт., 110 кВ — 2001 шт., 220 кВ — 77 шт. В Китае имеется собственное сырье для производства изоляторов (кремнийорганика, стеклопластик) и в настоящее время действуют десятки мелких производств для изготовления композитных изоляторов на напряжение 35 — 500 кВ переменного тока и на механические нагрузки 70 — 210 кН. С 1990 г. применение композитных изоляторов в Китае резко увеличилось, в эксплуатации уже находятся десятки тысяч подвесных изоляторов, в том числе 5 тыс. шт. установлено на ВЛ 500 кВ (из них 4 тыс. шт. фирм Reliable и Hoechst). Некоторые ВЛ уже полностью оснащены композитными изоляторами. Например, в Северном Китае на ВЛ 110 — 220 кВ работает около 9,5 тыс. таких изоляторов, а на ВЛ 500 кВ около 3,5 тыс. шт. Благодаря их применению удалось полностью исключить часто происходившие ранее перекрытия линейных изоляторов вблизи химических и металлургических предприятий.

Первые серии композитных изоляторов имеют срок службы не более 5 — 8 лет, типичными проблемами в эксплуатации были: разрушение вдоль границы стеклопластик — оболочка, перекрытия первого поколения композитных изоляторов при сильных загрязнениях, перекрытие с обгоранием оболочки и экранной арматуры при грозовых перенапряжениях, снижение механической прочности после нескольких лет эксплуатации (в одном случае после 2 — х лет работы на ВЛ механическая прочность на растяжение 3 — х изоляторов 110 кВ снизилась до 70% нормированной прочности). Наблюдались и другие повреждения композитных изоляторов: растрескивание и поломка ребер при транспортировке, обгрызание оболочек грызунами на складе, исклевывание птицами во время эксплуатации, а также порча по другим причинам. В силу указанных причин надежность композитных изоляторов в Китае признается недостаточной и ведутся соответствующие проработки по усовершенствованию конструкции изоляторов. Прорабатываются вопросы применения композитных изоляторов в зонах интенсивной грозовой активности, повышения надежности крепления концевой арматуры, контроля за изменением механических характеристик изоляторов в процессе эксплуатации.