一种耐雷电冲击复合绝缘子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐雷电冲击复合绝缘子，属于绝缘设备结构技术领域。
【背景技术】
[0002] 电气化铁路接触网工作的额定电压为25kV，系统最高工作电压为27. 5kV。在接触 网附近发生雷电时，接触网会出现大大超过27. 5kV的大气过电压。这种很高的过电压会使 绝缘子闪络或击穿而引发事故，对接触网设备造成危害。大气过电压可分为感应雷过电压 及直击雷过电压。感应雷过电压是由于电磁场的剧烈变化，电磁耦合而产生的，而直击雷过 电压则是由于流经被击物很大的雷电流所造成的。感应雷过电压一般不会超过500kV，故 对35kV及以下电压等级的绝缘子危害最大。事实证明，多年来，上海闵行供电所及其它地 区35kV线路上绝缘子遭雷击的次数多达40多次。电气化铁路接触网上广州供电段所辖线 路、广深客专所辖线路、南宁铁路局高铁科所辖线路上，瓷绝缘子和复合绝缘子也多次遭雷 电冲击，特别是南广线黎-梧段于2014年春季超强台风及强对流天气情况下，短时内连续 发生54起雷电冲击，绝缘子伞裙击穿、放电烧伤19处，承力索绞线多股烧断。雷电冲击对 接触网的危害引起了相关铁路部门的高度关切与重视，防止雷电灾害，提高接触网重要部 件的耐雷水平，确保铁路运输安全迫在眉睫。
[0003]目前我国电气化铁路接触网所使用的复合绝缘子是在高压输变电线路上所使用 类似电压等级复合绝缘子的基础上根据铁标TB/T3199. 2-2008电气化铁路接触网用绝缘 子第二部分：棒形复合绝缘子的要求设计制造的，耐雷水平不高。且针对电气化铁路接触网 结构复杂、金属网件多、电磁场强度高、铁路沿线树木等植被茂密、向阳坡面多、隧道多等情 况，雷电冲击的概率远大于其他高压线路的实际情况，针对性研发耐雷水平较高的复合绝 缘子意义重大。
【发明内容】
[0004] 本发明为了克服上述现有技术中的不足，提供一种结构合理、安装方便且耐雷水 平高的电气化铁路接触网用复合绝缘子。
[0005] 为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种耐雷电冲击复合绝缘子，包括芯棒、 第一护套、设在护套上的伞裙、高压端金具、接地端金具以及至少一个第一应力锥或第一应 力锥组，所述第一应力锥或第一应力锥组设置在高压端金具和/或接地端金具与芯棒连接 处，所述第一应力锥组由两个锥底贴合的第一应力锥组合而成。绝缘子端部金具是整个绝 缘子最为关键的部位，如果雷电过电压冲击损坏这个部位，第一护套可能会被烧伤、开裂造 成芯棒裸露，而芯棒烧伤受损后会形成炭化路经，这种炭化路径是不可逆的，随着炭化路径 的不断延伸，将导致芯棒脆断而引发事故。设置对应的外绝缘应力锥后，如雷电冲击电压作 用在此处或附近时，应力锥可分散雷电流波头，减轻雷电流上升陡度，加之应力锥处加大了 外绝缘的厚度，可有效保护端部金具的结构安全，提高绝缘子的耐雷水平和使用寿命。
[0006] 优选的，所述耐雷电冲击复合绝缘子还包括第二护套，所述第二护套所述第二护 套包裹于应力锥组的两个应力锥连接处，所述第二护套为HTV硅胶护套。HTV硅胶护套可最 大程度减少端部金具受到的雷电冲击电压，保护端部金具。
[0007] 我国电气化铁路接触网系统最高工作电压为27. 5kV，线路复合绝缘子耐雷水平峰 值为310kV，当雷电流大于线路耐雷水平时，会引起绝缘子表面闪络。雷击闪络时间多数 仅为50s左右，线路断路器来不及动作，只有闪络通道转为工频短路电弧时，断路器才会跳 闸。冲击闪络转为稳定工频电弧的概率（建弧率）与场强的关系为： n= (4. 5E°-75-14) % 式（1-1)
[0008] 式中：n-工频续流建弧概率 中性点非直接接地系统绝缘子串平均场强，单位为kV/m、其中ye为线路额 定电压，单位为kV;Lj为绝缘子串电弧距离，单位为m。
[0009]计算（一）： 以目前生产的FQBSG-25/12-890JHP棒形柱式复合绝缘子和FQXSG-25/160/940HH棒形 悬式复合绝缘子与改进后同型号复合绝缘子为例计算对比如下：（系统工作电压按27. 5kV 计算）
[0010] 例一：目前生产的FQBSG-25/12-890JHP绝缘子，已知电弧距离Lj= 0? 68m，E= 27. 5A2X0. 68) = 20. 22/m，按式（1-1)计算如下： q= (4. 5X20. 22-14)% =28. 90%
[0011] 改进后的同型号绝缘子，已知电弧距离Lj= 0.752m，E= 27. 5A2X0. 752)= 18. 22kV/m，按式（1-1)计算如下： q= (4. 5X18. 22-14) % = 25. 68%
[0012] 例二：目前生产的FQXSG-25/160-940HH绝缘子，已知电弧距离Lj= 0. 72m，E= 27. 5A2X0. 72) = 20kV/m，按式（1-1)计算如下： q= (4. 5X20-14)% =28. 56%
[0013] 改进后的同型号绝缘子，已知电弧距离Lj= 0.881m，E= 27. 5A2X0. 881)= 15.60kV/m，按式（1-1)计算如下： q= (4. 5X15. 6-14) % = 21. 32%
[0014] 计算结果表明改进后绝缘子的建弧率分别降低3. 22%和7. 24%，有效地抑制稳 定工频电弧的产生，这对在雷电冲击下绝缘子的安全是十分有益的。
[0015]计算（二）：
[0016] 高压线路绝缘子的耐雷水平很重要的一方面是取决于绝缘子串的雷电冲击闪络 电压，一般情况下绝缘子串正极性雷电冲击闪络电压低于负极性，因此绝缘子的闪络电压 按正极性雷电冲击闪络电压计算。其计算公式为： UI50= 6. 3Ld-37. 5kV(peak) 式（1-2) 式中：Ld为干闪络距离，单位为cm。
[0017](例一）以改进后的FQBSG(NL)-25/12-890JHP绝缘子为例：
[0018]据公式（1-2)知：UI50= 6. 3X75. 2-37. 5 = 466. 26kV(peak)再考虑到雷电冲击 耐受电压（Uwi) -般为闪络电压的90%，故有： Uwi= 466. 26X0. 9 = 419. 6kV(peak)
[0019](例二）以改进后的FQXSG(NL)-12/160-940HH绝缘子为例
[0020]据公式（1-2)知：UI5。= 6. 3X88. 1-37. 5 = 517. 53kV(peak)再考虑到雷电冲击 耐受电压（Uwi) -般为闪络电压的90%，故有： Uwi= 517. 53X0. 9 = 465. 77kV(peak)
[0021] 计算结果表明创新改进后的绝缘子的雷电冲击耐受电压比TB/T3199. 2-2008标 准值分别提高109. 6kV和155. 77kV。
[0022] 优选的，所述耐雷电冲击复合绝缘子还包括可以均衡电压的均压屏蔽环，所述均 压屏蔽环设置在高压端和/或接地端金具上。绝缘子的电压分布与自身的对地电容有关， 对地电容大的绝缘子电压分布均匀，反之则不均匀。复合绝缘子的对地电容小，电压分布 不均匀，且随电压升高不均匀性更加明显，设置均匀屏蔽环后可均衡电压，减弱平行方向的 电场力，利于抑制导电粒子沿面发展，防止闪络。同时可减小金具处最大电场强度，降低电 场畸变程度，利于提高绝缘子闪络电压和起晕电压，在雷电过电压冲击下，可吸引电弧于自 身。所