霧霾對絕緣子交流閃絡特性影響

劉江濤（湖北省電力公司宜昌供電公司檢修公司，湖北宜昌443000）

霧霾對絕緣子交流閃絡特性影響

劉江濤（湖北省電力公司宜昌供電公司檢修公司，湖北宜昌443000）

近幾年以來，我國中東部地區(qū)出現(xiàn)了眾多長時間以及大范圍的霧霾天氣。霧霾天氣對于電力設施、人類健康、生態(tài)環(huán)境以及交通等將會產生重大的影響，其對于輸變電設備的絕緣子交流閃絡特性影響也需要引起相關研究者的重視。

霧霾；絕緣子；交流閃絡特性；影響

1 引言

霧霾對于電網的干擾一個是濕度，使得絕緣子外表面濕潤，另外就是污穢度，導致絕緣子外表面的污穢度加大。在霧霾的天氣下，空氣當中的相對介電常數(shù)就會加大，絕緣子串的最大場強顯著提升，將會使得絕緣子串抵受電壓的能力明顯變弱，而電場的畸變以及凝露將會使得空氣間隙被擊穿。本文重點從霧霾的理化特征著手，分析了霧霾成分和粒徑對于絕緣子閃絡特性的影響。

2 試驗裝置、試品和試驗方法

2.1 試驗裝置

為了模擬霧霾的條件，在試驗室當中自制小型的霧霾室，其就是一個利用有機玻璃支撐的試驗罐，高度為91cm，直徑為79cm。其中的固體顆粒由氣溶膠發(fā)生器制造，水霧則由超聲波無發(fā)生器來進行模擬。

試驗當中利用球磨機研磨來制造不同粒徑的固體顆粒物，球磨機的研磨細度最小可以達到0.1μm，可以滿足本試驗的要求。研磨之后的顆粒物利用顯微鏡來測出粒徑。交流試驗電源利用有機玻璃試驗灌上面的高壓套管引進，它的額定容量為 2000kVA，額定電壓為 500kV，它的輸入電壓為 0～ 10.5kV，輸出電壓為0～500kV，極限短路電流75A，可以滿足污穢試驗當中的需求。

2.2 試品

本試驗利用典型的瓷絕緣子XP-70作為試驗品，它的基本技術參數(shù)與結果如表1所示。

表1 試品的基本技術參數(shù)

2.3 試驗方法

2.3.1 霧霾模擬方法

眾多的研究可以看出，霧霾條件下的顆粒物大部分是礦物氣溶膠，比如沙塵、粉塵等等，還有硝酸鹽、銨鹽、硫酸鹽、有機碳氣溶膠等等?？紤]到試驗的安全性與可行性，本試驗利用硅藻土來模擬霧霾當中的礦物氣溶膠與有機碳氣溶膠等一些不溶物，利用（NH4）2SO4和CaSO4來模擬霧霾當中的水溶性無機鹽。因為CaSO4容易吸水，粘結度比較大，在研磨的過程當中會結塊而沉積在研磨缸的底部，沒有辦法實現(xiàn)研磨效果，所以只對于硅藻土以及（NH4）2SO4顆粒物研磨。采用球磨機利用不斷調整其轉速與研磨的時間，把硅藻土與（NH4）2SO4顆粒物磨成三種試驗所需要的不同粒徑，然后利用顯微鏡來測出粒徑的大小。因為顆粒物的形狀是非常不規(guī)則的，所以沒有辦法直接測出粒徑，需要把不規(guī)則粒徑顆粒的最短邊與最長邊的平均值用作顆粒物的有效粒徑。隨機選出10個顆粒物，算出平均粒徑來用作該條件之下的粒徑值。

2.3.2 霧霾條件下絕緣子閃絡試驗

本試驗在任何一種成分的粒徑條件下對于不同污穢程度的絕緣子開展試驗。在這其中，絕緣子的污染方法利用定量涂刷法，采用硅藻土與NaCl來模擬污穢物當中的導電物與不溶物，通過鹽密值代表污穢的程度，其分別為 0.05、0.1以及0.25mg/cm2，灰密值均取為1.0mg/cm2。

在試驗的過程當中，把兩片污穢絕緣子放于試驗罐當中，結合人工來對霧霾進行模擬，對污穢層進行充足的濕潤，通過均勻升壓的方式開展閃絡試驗。升壓的大致過程是：把電壓升到40%的預定閃絡電壓，然后依照每秒預期閃絡電壓的10～20%速度升壓，一直到試品閃絡。在試驗過程當中每串試品閃絡一次，通過計算3串閃絡電壓的平均值來視為最終的閃絡電壓，并且每次閃絡電壓與平均值的誤差應該≤15%。

3 試驗結果分析

3.1 不同霧霾成分下絕緣子的閃絡電壓

本試驗本試驗當中分別利用硅藻土、CaSO4和（NH4）2SO4顆粒以及超聲水霧的引入試驗灌當中來模擬霧霾，以此來探討霧霾當中所含成分對于試驗品閃絡有何影響。試驗當中，超聲水霧是25.3μS/cm的導電率，因為沒有研磨的硫酸鈣有效粒徑為20μm，所以在試驗當中另外的霧霾顆粒有效粒徑也都利用調整球磨機研磨時間與轉速使其接近20μm，其試驗結果如表2。

表2 不同霧霾成分條件下絕緣子的閃絡電壓

表2的數(shù)據(jù)結果能夠看到，純霧條件下比人工所模擬的霧霾條件之下絕緣子的閃絡電壓高，在這當中硫酸銨對于絕緣子閃絡的電壓影響是最大的，硅藻土顆粒對于其的影響是最為微弱的。不斷加大絕緣子的污穢程度，霧霾組成的變化對于絕緣子的干擾在慢慢減弱，針對清潔絕緣子，霧霾組成對于閃絡電壓的影響是最為顯著的，在這當中硫酸銨使得閃絡電壓降低了26.5%，硫酸鈣與硅藻土分別使得閃絡電壓降低了17.3%與0.9%。然而如果絕緣子外表面的鹽密值是0.25mg/ cm2的時候，霧霾組成對于絕緣子閃絡的影響是最為微弱的，而硫酸鈣、硅藻土與硫酸鈣分別使得閃絡電壓降低4.1%、0.6%以及2.6%。

所以，從人工模擬霧霾試驗可以看到，霧霾當中的顆粒成分變化對于絕緣子閃絡電壓的干擾是不一樣的，在這當中，礦物氣溶膠以及有機碳氣溶膠等對于絕緣子的影響是最小的，不會直接干擾絕緣子污層的導電率，但是會相應提升絕緣子表面的灰密，進而使得閃絡電壓下降；鹽類氣溶膠對于絕緣子的干擾比礦物氣溶膠更大，鹽類物質的溶解度越大，其對于絕緣子閃絡電壓的干擾也就越大，鹽類氣溶膠因為積污效應提升了絕緣子外表面的ESDD，進而使得閃絡電壓下降。

3.2 不同粒徑霧霾下絕緣子閃絡電壓

利用調整球磨機的轉速與研磨時間，得到三種粒徑分別為20μm、10μm、6μm的硅藻土，得到三種粒徑分別是38μm、20μm、10μm的硫酸銨。硫酸銨顆粒與硅藻土顆粒不同粒徑之下試驗數(shù)據(jù)如表3～4所示。

通過對表3與表4能夠看到，清潔絕緣子的閃絡電壓會隨著硅藻粒徑的增大而增加，可是增大的幅度是很小的，也就是說，硅藻土的粒徑對于絕緣子閃絡的影響是非常小的。針對那些小粒徑的硅藻土，在重力、風力等作用之下聚集在絕緣子外表上，然而粒徑比較大的硅藻土其重量也是比較大的，因為沉降作用，很難懸浮在空氣當中，聚集在絕緣子表面也比較少。小粒徑的硅藻土使得絕緣子表面的污穢量增加，絕緣子表面將會吸取更多的水分，進而形成比較厚的水膜，使得閃絡電壓降低。因為硅藻土自身是不溶性物質，相比可溶鹽類氣溶膠，粒徑的改變對于絕緣子閃絡的電壓影響還是比較小的。

表3 不同粒徑的硅藻土情況下絕緣子閃絡電壓

表4 不同粒徑的硫酸銨情況下絕緣子閃絡電壓

4 試驗結論

（1）模擬霧霾條件之下的絕緣子交流閃絡電壓相比較純霧條件下來說要更低，對于不相同的顆粒物，其對于絕緣子閃絡電壓的干擾也是不同的。硅藻土模擬的有機碳氣溶膠等不溶物將會使得絕緣子的閃絡電壓降低0.6～5.6%，不溶物并沒有讓絕緣子外表面的ESDD變大，而是利用灰密的加大導致閃絡電壓降低。伴隨絕緣子污穢程度的不斷增加，霧霾成分的變化對于絕緣子閃絡電壓的干擾程度降低。

（2）霧霾當中顆粒物粒徑的增加會使得絕緣子閃絡電壓產生增加的趨勢，對于有機碳氣溶膠與礦物氣溶膠等不溶物粒徑增加將會其閃絡電壓加大，但是增加幅度比較微弱；加大鹽類氣溶膠的粒徑將會使得絕緣子閃絡電壓升高的幅度變大，而且粒徑越大，絕緣子外表面ESDD的增幅在降低。不相同粒徑使得顆粒的存在情況不相同，對于小粒徑顆粒物來說，其懸浮的時間比較長，不容易發(fā)生沉降，有助于積聚在絕緣子外表面上。

（3）霧霾條件下的污染絕緣子閃絡是一種從沿面的局部區(qū)域電弧變?yōu)檠孛骈W絡的放電狀況。要想避免霧霾條件下的絕緣子發(fā)生閃絡，能夠利用調整爬電距離亦或是改變絕緣子形狀來提升閃絡電壓。

5 結語

綜上所述，在國民經濟快速發(fā)展的當今，大氣污染與工業(yè)污染日趨嚴重，在運行當中的絕緣子表面污穢也在日趨加劇。結合試驗結果分析污穢成分對于絕緣子交流閃絡特性的影響，研究試驗結果對于閃絡原理的揭示，對于輸變電線路的外絕緣選取具有一定的參考價值。

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[2]郝學凱.霧霾天氣對輸變電設備外絕緣影響的研究[J].能源與節(jié)能，2014（7）.

[3]張志勁，蔣興良，孫才新，等.低氣壓下長串絕緣子的直流污閃特性[J].高電壓技術，2009（2）.

TM216

A

2095-2066（2016）24-0085-02

2016-8-15

劉江濤（1984-），男，本科，主要從事送電線路工作。