鹽霧下涂污絕緣子交流閃絡(luò)特性

王綏瑜，羅亞運(yùn)，陳欽柱，宋思齊，黃松，何正浩，張丹丹，王昱晴，肖黎明

(1.海南電力技術(shù)研究院，?？?570125；2.華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

鹽霧下涂污絕緣子交流閃絡(luò)特性

王綏瑜1，羅亞運(yùn)2，陳欽柱1，宋思齊2，黃松1，何正浩2，張丹丹2，王昱晴2，肖黎明2

(1.海南電力技術(shù)研究院，?？?570125；2.華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

在人工污穢實(shí)驗(yàn)室中對鹽霧下三種不同型號絕緣子的污閃特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到了三種型號絕緣子的閃絡(luò)電壓及閃絡(luò)電壓梯度，并對結(jié)果進(jìn)行分析。

鹽霧；絕緣子；人工污穢試驗(yàn)；鹽霧法；交流閃絡(luò)電壓；閃絡(luò)電壓梯度

0 前言

某地區(qū)絕緣子的積污特性主要表現(xiàn)為灰密小，鹽密波動較大[1]?；沂俏鄯x的主要成分之一，試驗(yàn)研究表明，隨著灰密的增大，污閃電壓減小，且污閃電壓與灰密成冪函數(shù)關(guān)系[2]。該地區(qū)灰密較低，基本處于0.36 mg/cm2以下，且因?yàn)楹Ｄ蠀^(qū)域雨量充沛，臺風(fēng)頻繁，鹽霧的快速積污和雨水的沖刷作用交替影響絕緣子，使鹽密可以在一個(gè)范圍內(nèi)頻繁變動，這與當(dāng)前研究灰密的普遍條件有差異。

大量人工污穢試驗(yàn)結(jié)果均表明復(fù)合絕緣子具有優(yōu)異的憎水性，在相同條件下相對于玻璃及陶瓷絕緣子有更高的污閃電壓，適宜用于污染較嚴(yán)重的區(qū)域，且沿海地區(qū)灰密較小，不易破壞硅橡膠表面憎水性[3-7]，復(fù)合絕緣子用于沿海重污穢地區(qū)更具優(yōu)越性。但在海南地區(qū)，仍運(yùn)行有大量玻璃及陶瓷絕緣子。

目前的相關(guān)試驗(yàn)中由于廣泛使用的蒸汽霧發(fā)生裝置不能產(chǎn)生鹽霧，因此大多為固體層法進(jìn)行絕緣子人工污穢試驗(yàn)[3-5]。而目前進(jìn)行的絕緣子鹽霧試驗(yàn)也只是考慮鹽霧單獨(dú)對復(fù)合絕緣子閃絡(luò)特性的影響[9]，并沒有考慮鹽霧和絕緣子表面污穢共同對絕緣子閃絡(luò)特性的影響。因此，研究沿海區(qū)域不同型號的污穢絕緣子在鹽霧條件下的污閃特性仍是電力系統(tǒng)防污閃的重要工作需要。

本文根據(jù)海南地區(qū)絕緣子積污情況調(diào)研的結(jié)果，分別對三種型號的絕緣子進(jìn)行了不同鹽密和鹽霧濃度條件下的交流人工污穢試驗(yàn)，研究分析了鹽霧條件下三種不同型號絕緣子的交流閃絡(luò)特性。

1 試驗(yàn)布置和方法

1.1 試品

試品采用7片串雙傘防污瓷絕緣子 (XWP2-70)、7片串普通玻璃絕緣子 (LXHY5-70)和整只棒形懸式絕緣子 (FXBW4-110/100)，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 試品參數(shù)

1.2 試驗(yàn)裝置

圖1為本次試驗(yàn)回路示意圖。電源由4 800 kVA/1 000 kV交流試驗(yàn)變壓器提供，其短路阻抗為2.15%，最大短路電流為15 A，滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)中對污閃試驗(yàn)的電源要求[8]。

絕緣子與鹽霧發(fā)生裝置布置圖如圖2所示，絕緣子串豎直懸掛，上端接地，下端接高壓導(dǎo)線。鹽霧由兩個(gè)垂直設(shè)置的噴嘴產(chǎn)生，噴嘴均為管狀，滿足GB/T 4585-2004[10]規(guī)定。絕緣子串與鹽霧噴嘴的距離為3 m。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用固體污層法與鹽霧法結(jié)合的方法，試品涂污采用GB/T 4585-2004推薦的定量涂刷法，由硅藻土混合物配置污液，由硅藻土、純氯化鈉、二氧化硅和蒸餾水組成。根據(jù)絕緣子需染污的表面積乘以所需污穢的鹽密、灰密獲得試品需要的氯化鈉和硅藻土量，加上適量的蒸餾水，攪拌均勻后全部均勻地涂刷到試品絕緣子表面上，涂污后陰干16～22 h，再放入霧室進(jìn)行試驗(yàn)。加壓方式為均勻升壓法，即每一工況下絕緣子串的50%閃絡(luò)電壓由3串絕緣子試驗(yàn)得到，每串閃絡(luò)5次，取其中與平均值誤差不超過7%的所有數(shù)據(jù)平均值為50%閃絡(luò)電壓。

圖1 試驗(yàn)回路示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鹽霧鹽度、灰密相同，鹽密不同

文中研究了三種不同的懸式絕緣子串在鹽霧鹽度S固定為14 kg/m3、絕緣子表面灰密ρNSDD固定為0.15 mg/cm2的條件下，改變絕緣子表面的鹽密值ρESDD的閃絡(luò)試驗(yàn)，得到的50%閃絡(luò)電壓Uf如表2所示。

表2 不同鹽密下絕緣子閃絡(luò)電壓Uf

不同型號絕緣子的防污閃性能并不能僅僅依靠閃絡(luò)電壓Uf判斷，還要考慮絕緣子爬電距離的有效性，不同型號絕緣子的爬電距離不同，從而導(dǎo)致閃絡(luò)電壓不同。絕緣子單位爬電距離上能夠承受住的最大電壓稱為沿泄漏距離的閃絡(luò)電壓梯度，直接反映了絕緣子對爬電距離的利用效率[11]。絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度能幫助我們對不同型號絕緣子的閃絡(luò)特性進(jìn)行更加全面的考量。

絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度可由式 (1)得到[12]，即

其中Ec為絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度，單位kV/ cm；L為絕緣子整串的爬電距離，單位cm。

由式 (1)和表2可繪制圖3如下。

圖3 ρESDD對不同絕緣子閃絡(luò)電壓梯度的影響

由圖3可知：

1)鹽霧閃絡(luò)試驗(yàn)下不同型號絕緣子串具有不同的閃絡(luò)電壓梯度，7片串XWP2-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度最低，7片串LXHY5-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度比7片串XWP2-70絕緣子串稍高，整串FXBW4-110/100絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度遠(yuǎn)大于上述兩種型號絕緣子串。

2)三種型號絕緣子串在鹽霧鹽度不變時(shí)，隨著鹽密增大，閃絡(luò)電壓梯度都有所下降，但下降趨勢都比較平緩。

3)鹽密從0.02 mg/cm2下降到0.10 mg/cm2時(shí)7片串XWP2-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度下降了19.77%，7片串LXHY5-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度下降了13.04%，整串FXBW4-110/100絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度下降了3.72%。

2.2 鹽霧鹽密、灰密相同，鹽度不同

文中研究了三種不同的懸式絕緣子串在絕緣子表面的鹽密值ρESDD固定為0.08 mg/cm2、絕緣子表面灰密ρNSDD固定為0.15 mg/cm2的條件下，改變鹽霧鹽度S的閃絡(luò)試驗(yàn)，得到的閃絡(luò)電壓Uf如表3所示。

表3 不同鹽度下絕緣子閃絡(luò)電壓Uf

由式 (1)和表3可繪制圖4如下。

圖4 S對不同絕緣子閃絡(luò)電壓梯度的影響

由圖4可知：

1)鹽霧閃絡(luò)試驗(yàn)下不同型號絕緣子串具有不同的閃絡(luò)電壓梯度，7片串XWP2-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度最低，7片串LXHY5-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度比7片串XWP2-70絕緣子串稍高，整串FXBW4-110/100絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度遠(yuǎn)大于上述兩種型號絕緣子串。

2)三種型號絕緣子串在鹽密固定時(shí)，隨著鹽度增大，閃絡(luò)電壓梯度都有所下降，且在鹽度從0 kg/m3增加到14 kg/m3時(shí)下降迅速，鹽度達(dá)到14 kg/m3后趨于平緩。LXHY5-70絕緣子串相較其他兩種型號絕緣子下降趨勢更為平緩。

3)鹽度從0 kg/m3增加到20 kg/m3時(shí)7片串XWP2-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度下降了48.15%，7片串LXHY5-70絕緣子串的閃絡(luò)電壓梯度下降了44.62%，整串FXBW4-110/100絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度下降了45.99%。

2.3 分析與討論

污穢絕緣子沿面閃絡(luò)理論認(rèn)為，絕緣子的污穢閃絡(luò)機(jī)理如下[13]：

積污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧、電弧發(fā)展、電弧橋接絕緣子兩端，形成閃絡(luò)。

但是文中試驗(yàn)結(jié)果表明，低灰密下絕緣子的鹽霧閃絡(luò)機(jī)理與污穢閃絡(luò)可能不同。

圖3中三種型號絕緣子串在鹽霧鹽度不變時(shí)，隨著鹽密增大，閃絡(luò)電壓梯度都有所下降，但下降趨勢都比較平緩。傘形結(jié)構(gòu)簡單，易于被鹽霧充分浸潤的FXBW4-110/100絕緣子串在鹽密從0.02 mg/cm2增加到0.10 mg/cm2時(shí)，閃絡(luò)電壓梯度僅僅下降了3.72%。圖3與圖4對比也表明，S對絕緣子閃絡(luò)電壓梯度的影響遠(yuǎn)大于ρNSDD，說明在灰密較低時(shí)，灰密對鹽密的積蓄作用不明顯，鹽霧對絕緣子的沖刷比較嚴(yán)重。因此在涂污絕緣子的鹽霧閃絡(luò)試驗(yàn)中，導(dǎo)致絕緣子串閃絡(luò)電壓梯度下降的因素主要是鹽霧的鹽度。

圖3與圖4的結(jié)果還表明，絕緣子的閃絡(luò)特性與絕緣子串的材質(zhì)也有較大關(guān)系，復(fù)合絕緣子的閃絡(luò)電壓梯度遠(yuǎn)大于玻璃和陶瓷絕緣子，這是因?yàn)閺?fù)合絕緣子表面具有憎水性，使絕緣子表面難以形成連續(xù)的導(dǎo)電溶液層。

絕緣子的傘形也會對絕緣子的閃絡(luò)特性造成影響。鹽霧試驗(yàn)中的鹽霧與蒸汽霧不同，鹽霧的比重比空氣大，產(chǎn)生后主要沉積在低空地面附近，隨著鹽霧的增多會逐漸往上彌漫，鹽霧在水平方向的流動比從下到上的流動容易的多。因此傘形簡單的FXBW4-110/100在鹽霧下能夠充分浸潤，而XWP2-70和LXHY5-70的下表面都有較深的棱，這些深棱中的溝槽難以被浸潤。

傳統(tǒng)理論認(rèn)為絕緣子閃絡(luò)模型可以視為電弧電阻與污層電阻串聯(lián)，但鹽霧下染污絕緣子的閃絡(luò)模型可能有所不同。對有深棱結(jié)構(gòu)的絕緣子來說，其表面可以等效為電弧電阻、下表面未被沖刷的污層電阻、沖刷后的導(dǎo)電溶液電阻串聯(lián)。

3 結(jié)束語

1)鹽霧閃絡(luò)試驗(yàn)中鹽度對絕緣子串閃絡(luò)電壓梯度的影響遠(yuǎn)大于鹽密，這是由于鹽霧的沖刷作用導(dǎo)致的。

2)在絕緣子表面鹽密/灰密較低的情況下，由于高鹽度的鹽霧作用，絕緣子的閃絡(luò)電壓降低了40%以上，這表明在近海有海洋鹽霧作用的地方僅根據(jù)鹽密/灰密配置外絕緣可能導(dǎo)致外絕緣配置過低。

3)復(fù)合絕緣子在相同鹽密/灰密和鹽霧鹽度的情況下，其閃絡(luò)電壓梯度遠(yuǎn)大于玻璃和陶瓷絕緣子，這是因?yàn)閺?fù)合絕緣子表面具有憎水性，使絕緣子表面難以形成連續(xù)的導(dǎo)電溶液層。

4)鹽霧在水平方向的流動比從下到上的流動容易的多，因此傘形簡單的FXBW4-110/100在鹽霧下能夠充分浸潤，而XWP2-70和LXHY5 -70絕緣子下表面都有較深的溝棱，這些深棱中的溝槽難以被浸潤。

5)鹽霧下染污絕緣子的閃絡(luò)模型可以等效為電弧電阻、下表面未被沖刷的污層電阻、沖刷后的導(dǎo)電溶液電阻串聯(lián)。

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Research of Alternating Current Flashover Characteristics of Three Contaminated Insulators under Salt Fog Condition

WANG Suiyu1，LUO Yayun2，CHEN Qinzhu1，SONG Siqi2，HUANG Song1，HE Zhenghao2，ZHANG Dandan2，WANG Yuqing2，XIAO Liming2
(1.Electric Power Research Inst.of Hainan Power Grid，Haikou 570125，China；2.School of Electrical and Electronic Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

This paper has done experimental research on AC flashover performance of three kinds of smearing insulator under seasalt pollution and gained its flashover voltage and flashover pressure gradient.

salt spray；insulator；artificial pollution tests；salt spray method；AC flashover voltage；flashover voltage gradient

TM85

B

1006-7345(2015)03-0056-04

2014-12-03

王綏瑜 (1963)，男，高級工程師，海南電力技術(shù)研究院，主要從事高電壓試驗(yàn)技術(shù)、絕緣子檢測和外絕緣方面的研究工作(e-mail)wangsy＠hn.csg.cn。

羅亞運(yùn) (1990)，男，在讀碩士研究生，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，主要從事電力設(shè)備檢測和外絕緣方面的研究工作 (e-mail)372560759＠qq.com。

陳欽柱 (1981)，男，碩士，工程師，海南電力技術(shù)研究院，主要從事電網(wǎng)智能設(shè)備和外絕緣方面的研究工作 (e-mail) chenqz＠foxmail.com。