0 引言

由于复合绝缘子具有机械强度高、自重轻、耐污性强、绝缘性能较好，以及运行维护简便、安装方便等优点，在架空输电线路上得到越来越广泛的应用。但随着运行年数的增加，复合绝缘子伞套会出现老化情况，在凝露等特殊天气期间，伞套会丧失憎水性^[1]。另外，受雷电等自然环境因素的影响，空气中的氮气在电场作用下和水等物质发生化学反应产生硝酸，在复合绝缘子上造成电化学腐蚀等损害，复合绝缘子发生闪络故障的概率会逐年增加^[2]。

本文对某地区220 kV架空输电线路复合绝缘子连续发生的2次不明原因的闪络故障，使用AN-SYS仿真软件，分别对有无OPGW时绝缘子的电场分布，以及绝缘子高压端不带均压环、带普通均压环、带重锤型均压环等情形下复合绝缘子串电场分布情况进行仿真，分析闪络故障发生原因。

1 闪络后试验

该线路出于防风偏及均压考虑，绝缘子高压端在投运时加装了重锤型均压环。故障复合绝缘子型号为FXBW-220/100，生产日期为2015年6月。为分析复合绝缘子不明闪络故障原因，按照国家、行业等相关标准^[3]，对发生闪络故障的复合绝缘子进行了外观检查、干（湿）工频耐压试验、水煮试验、陡波冲击等试验。

1.1 设计参数、憎水性及外观检查

故障复合绝缘子的性能参数复核情况见表 1，表中参数均满足相关规程规定的要求。

憎水性等级测试检查结果为HC1，说明故障绝缘子憎水性良好。外观检查发现伞套存在鸟粪，柱型重锤均压环有闪络痕迹，其他部位无异常。

1.2 干、湿工频耐压试验

复合绝缘子交流工频干耐受、湿耐受电压试验结果见表 2，各项试验结果均合格。

1.3 水煮及验证试验

复合绝缘子在含有质量分数为0.1%的氯化钠去离子水中连续煮沸42 h，水煮结束后，复合绝缘子在容器中保存，并维持50 ℃温度，直到验证试验完成^[3]。为验证该故障复合绝缘子界面情况是否良好，在水煮试验结束48 h内进行了验证试验。

1.3.1 外观检查

经过42 h的水煮试验后试品伞套良好，未出现开裂现象。

1.3.2 陡波前冲击电压试验

为进一步验证故障绝缘子的交界面性能，对其进行陡波前冲击电压试验，试验陡度为1050~1213 μs，上、下电极距离为450 mm左右。试验分5段进行，故障复合绝缘子通过正、负各25次陡波冲击电压试验，无击穿、发热等现象，界面绝缘性能良好^[3]。陡波冲击电压试验波形见图 1、图 2。

上述各项检查表明，该绝缘子各主要性能参数符合标准要求，憎水性合格，交流耐压试验合格，绝缘性能及交界面性能良好。

2 电场仿真分析

闪络后试验仅能分析复合绝缘子的设计合理性、绝缘性能、材料性能等特性，并不能明确指出电场在该绝缘子串上的分布情况，也不能确定该绝缘子串发生闪络故障的真正原因。为确定故障原因，使用ANSYS10.0对有无OPGW、绝缘子串带不同类型重锤均压环、绝缘子高压端不带均压环的电场分布情况进行对比分析，以期进一步分析其发生闪络故障的原因。

2.1 仿真模型建立

电场仿真计算模型如图 3所示，模型数据如下：根据故障发生时所有设备的实际大小来确定模型中各个部件的相关尺寸，模型中导线长度为3.33 m（与工频试验中模拟导线长度一致）；模拟横担、复合绝缘子地电位及均压环电位为0，复合绝缘子、模拟导线电位为220 kV，相电压峰值为179.6 kV。

通过仿真计算，对比分析有、无OPGW时绝缘子电场的分布情况，以及加装曲率半径分别为0.25 cm、2 cm、3 cm时重锤型均压环的电场分布情况，找出影响复合绝缘子电场分布的主要因素，进而找出此次闪络的原因。

2.2 复合绝缘子电压、电场分布及OPGW在电场中的作用

OPGW为地电位，设置其电位为0，有、无OPGW时绝缘子周围的电压及电场分布情况仿真计算结果分别见图 4、图 5。分析图 4、图 5可以发现：

（1）有OPGW时，电压等位线更密集，绝缘子串下端的电场加强^[4]。

（2）OPGW对复合绝缘子周围最大电场强度的位置分布情况基本无影响。最大场强在均压环外侧上边缘处，OPGW在电场中时，间隙中最大电场强度为632.36 V/mm；无OPGW时，间隙中最大电场强度为608.31 V/mm。电场中存在OPGW时，绝缘子串最大电场强度仅增加了3.99%，整个绝缘间隙约缩短0.299 m，因此可以认为OPGW对绝缘子串间隙电场没有影响。

2.3 复合绝缘子电场分布及不同形式均压环在电场中的作用

根据输电线路发生闪络故障时的实际工况设计了仿真方案，分别对复合绝缘子串高压端不安装均压环，以及安装普通均压环、柱型重锤均压环、圆环形重锤均压环时的电场分布情况进行了仿真分析^[4]，结果见图 6、表 5。

由表 5可知：

（1）安装柱型重锤均压环时电场强度最大，分别比无均压环时大38 775 V/m，比普通均压环大113 619 V/m，比环形均压环大124 291 V/m；最大值位置位于均压环上。

（2）与其他均压环相比，环型均压环上的最大电场强度值最小，分别比柱型均压环小340 044 V/m，比普通均压环小88 106 V/m。

分析可知，均压环上半部分曲率半径越大（即表面越接近球体），其电场强度越小；曲率半径越小（即表面越不平整，尖端突起多），其电场强度就越大。因环型均压环、普通均压环、柱型均压环的曲率半径依次减小，所以其表面电场强度依次增大，因此在同等情况下，应优先选取表面接近于球体的均压环。

3 结论

（1）根据电气试验结果，复合绝缘子绝缘性能未被破坏，OPGW对复合绝缘子串电场分布的影响可以忽略不计。

（2）均压作用的优劣取决于均压环上半部分曲率半径，表面越接近球体的均压环电场强度越小，表面越不平整的均压环电场强度越大^[4-5]。

（3）故障复合绝缘子挂网时间不足1 a，通过试验可知其电气性能及交界面性能较好，故障发生时气象条件良好，伞套无老化现象；但在现场发现，发生闪络的复合绝缘子铁塔下有大量鸟粪，复合绝缘子伞裙亦有鸟粪痕迹，高压端柱型重锤均压环有闪络痕迹。

综合分析闪络后试验及仿真计算结果，可以确定本次复合绝缘子闪络故障是因柱型均压环曲率半径过小，导致电场畸变、局部电场强度过高，加之在大量鸟粪等外部因素的作用下，造成该复合绝缘子连续发生闪络故障。