人工鹽霧污穢試驗中鹽霧對絕緣子表面鹽密的影響

，，，，， ，，

(1.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣州 510640； 2.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電網(wǎng)技術(shù)研究中心，廣州 510080；3.華中科技大學(xué) 強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室，武漢 430074)

0 引言

在進(jìn)行人工鹽霧污穢試驗時，需要讓鹽霧對絕緣子表面污穢充分潤濕。但這種濕潤發(fā)展到一定程度時會產(chǎn)生液滴流動與沖洗作用[1-3]。另一方面，鹽霧對絕緣子表面污穢進(jìn)行潤濕時，會被污穢吸收或附著在絕緣子表面[4-6]。這兩個方面的作用，會影響絕緣子表面污穢的預(yù)定參數(shù)，從而對鹽霧試驗結(jié)果造成影響[7]。

鹽霧對絕緣子表面污穢的影響關(guān)系到在鹽霧污穢試驗中均勻升壓法的升壓前潤濕時間、恒壓升降法的鹽霧噴霧持續(xù)時間以及整個實驗過程污穢度是否可看作恒定量等問題[8-11]。

多家研究單位對非鹽霧條件下絕緣子表面污穢清洗進(jìn)行了一定研究[12-14]，有研究結(jié)果表明，大、小雨量下絕緣子下傘面受到兩種不同方式的自清洗。但是，目前仍缺乏鹽霧對絕緣子表鹽密沖洗作用的研究。

因此，筆者通過設(shè)計鹽霧試驗，研究了鹽霧噴霧時間對不帶電玻璃絕緣子表面污穢的影響規(guī)律。

1 試驗設(shè)備、試品和程序

1.1 試驗設(shè)備

試驗所用鹽霧噴霧裝置參考GB/T 4585—2004推薦的標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗裝置的各項技術(shù)指標(biāo)制作，對自然鹽霧具有很好的模擬效果。每套裝置總計20個鹽霧噴嘴，每個噴嘴由獨立的鹽霧溶液裝置供液，以防止因為噴嘴高度差引發(fā)的噴嘴壓強(qiáng)區(qū)別，確保鹽霧分布均勻。霧室布置及實驗噴霧裝置見圖1。

圖1 試驗噴霧裝置與霧室布置Fig.1 Spray device and fog room layout

1.2 試驗試品

試驗選用的試品為LXHY4-300型玻璃絕緣子，試品主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 試驗試品主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of test samples

1.3 試驗程序

為模擬沿海線路絕緣子所處的鹽霧、污穢環(huán)境，筆者采用人工固體層涂污法模擬絕緣子表面污穢，采用人工鹽霧法模擬沿海地區(qū)鹽霧環(huán)境。

1.3.1 表面污穢模擬

在絕緣子表面用定量刷涂法進(jìn)行人工涂污來模擬絕緣子的表面污穢。根據(jù)絕緣子表面積參數(shù)與所需鹽密計算試驗用NaCl的質(zhì)量，利用所需灰密計算試驗用硅藻土質(zhì)量[15]，使用精密電子天平進(jìn)行稱量。試驗中的NaCl選用標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗專用的工業(yè)鹽。

稱量后將NaCl與硅藻土混合攪拌并加入少量蒸餾水形成污液，將污液用小排刷均勻刷涂到絕緣子表面，但絕緣子的金屬部分避免接觸到污液。刷涂后的污穢絕緣子需靜置晾干。

根據(jù)對南方電網(wǎng)沿海地區(qū)的鹽灰密測量結(jié)果[16-17]，將污液的鹽密配置為0.1 mg/cm2，灰密配置為0.15 mg/cm2，試驗大廳溫度在16～25℃之間。

1.3.2 海洋鹽霧模擬

參照《GB/T 4585—2004交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗》來選取試驗所用鹽霧噴霧裝置——標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗裝置。本文通過向鹽水箱中添加工業(yè)鹽的方式改變鹽溶液的鹽度。用電導(dǎo)率儀來測量溶液的電導(dǎo)率，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中溶液電導(dǎo)率與鹽度的對應(yīng)關(guān)系調(diào)整添加工業(yè)鹽的質(zhì)量。本文使用鹽霧試驗裝置附帶的攪拌器將鹽分?jǐn)嚢枞芙?，利用水泵將鹽水輸送到鹽溶液桶中，均壓鹽溶液桶見圖2，裝置利用回流裝置確保桶中液面高度不變，進(jìn)而確保噴嘴溶液壓強(qiáng)不變。利用空氣泵將高壓氣流通過導(dǎo)氣管引導(dǎo)至試驗噴嘴。在噴嘴處，溶液噴嘴與空氣噴嘴垂直分布，壓縮空氣將鹽水溶液打散并噴灑到鹽霧室當(dāng)中，噴嘴見圖3。

圖2 溶液均壓裝置Fig.2 Pressure equalizing device

圖3 鹽霧噴嘴Fig.3 Salt spray nozzle

鹽霧制備裝置模仿海洋鹽霧形成原理，具有很好的對自然鹽霧的等效性。參考對廣東、海南地區(qū)海水電導(dǎo)率的測量結(jié)果，鹽霧的鹽度分別設(shè)定為14 kg/m3與20 kg/m，對應(yīng)的電導(dǎo)率分別為2.2 S/m和3.0 S/m。

1.3.3 鹽霧沖洗試驗

本試驗通過測量與研究人工鹽霧污穢試驗中各時間點絕緣子表面污穢度對鹽霧對絕緣子的附著與沖洗作用進(jìn)行研究。

首先選取15片經(jīng)過涂污、晾干過程的LXHY-300型絕緣子，取出其中3片進(jìn)行鹽灰密測量。具體過程參考GB/T 26218，使用脫脂棉球?qū)^緣子表面污穢進(jìn)行擦取，并將污穢溶解在蒸餾水中，對溶液導(dǎo)電率進(jìn)行測量，使用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26218中的折算公式將電導(dǎo)率折算為絕緣子表面鹽密[18-21]。

之后將剩余的12片絕緣子掛串，開啟鹽霧噴霧裝置，對絕緣子串進(jìn)行噴霧，見圖4。每隔15 min取下3片絕緣子重復(fù)上文的鹽密測量過程。60 min后，關(guān)閉鹽霧噴霧裝置，對絕緣子串上的最后3片絕緣子進(jìn)行鹽密測量。

圖4 絕緣子串鹽霧試驗Fig.4 Salt spray test

2 試驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗現(xiàn)象

試驗過程中，可以觀察到在開始通鹽霧2 min左右絕緣子表面被充分潤濕，并開始有液滴滴落見圖5。在通入鹽霧10 min左右液滴滴落速度達(dá)到飽和，之后一直到實驗結(jié)束液滴滴落速度基本不發(fā)生變化。

圖5 充分潤濕的絕緣子Fig.5 Fully wetted insulator

同時，絕緣子表面液體呈液滴與水膜兩種形式存在，見圖6和圖7。

圖6 絕緣子表面液滴Fig.6 Droplet on insulator

圖7 絕緣子表面水膜Fig.7 Water film on insulator surface

在0鹽度鹽霧沖洗試驗中，絕緣子上表面污穢基本被沖洗至清潔，而下表面棱中仍殘留有大量污穢，見圖8。

圖8 絕緣子下表面殘留污穢Fig.8 Insulator surface contamination

2.2 試驗數(shù)據(jù)

3次試驗選取的工況序號及其對應(yīng)的鹽度、初試涂污鹽密、初試涂污灰密、霧水電導(dǎo)率值見表2。

表2 試驗工況Table 2 Test case details

試驗1選取鹽度為20 kg/m3的鹽水進(jìn)行鹽霧實驗，獲取的每15 min絕緣子表面鹽密數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果見圖9。

試驗2選取鹽度為14 kg/m3的鹽水進(jìn)行鹽霧實驗，獲取的每15 min絕緣子表面鹽密變化數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果見圖10。

選取鹽度為0 kg/m3的鹽水進(jìn)行鹽霧實驗，獲取的每15 min絕緣子表面鹽密變化數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果見圖11。

圖9 鹽度20 kg/m3條件下絕緣子表面鹽密變化Fig.9 Salt density variation of SDD 20 kg/m3

圖10 鹽度14 kg/m3條件下絕緣子表面鹽密變化Fig.10 Salt density variation of SDD 14 kg/m3

圖11 鹽度0條件下絕緣子表面鹽密變化Fig.11 Salt density variation of SDD 0

對以上3種實驗結(jié)果進(jìn)行線性擬合。得到結(jié)果顯示，絕緣子表面鹽密與施加鹽霧時間之間的關(guān)系符合公式：

ρSDD=a+bt

(1)

式中：a為常數(shù)；b為施加鹽霧時間對絕緣子表面鹽密的影響特征常數(shù)；ρSDD為絕緣子表面的鹽密，mg/cm2；t為施加鹽霧時間，min。

線性擬合結(jié)果見表3。

表3 線性擬合結(jié)果Table 3 Fitting results of AC test for insulators

2.3 試驗數(shù)據(jù)分析

通過分析數(shù)據(jù)分布與線性擬合結(jié)果可看出。3次試驗擬合所得的常數(shù)a即初始鹽密分別為0.112 mg/cm2、0.090 mg/cm2與0.088 mg/cm2，均在誤差范圍內(nèi)接近0.1 mg/cm2，這與絕緣子初試涂污鹽密一致。

在鹽度為20 kg/m3與14 kg/m3的試驗工況下，線性擬合結(jié)果的影響特征常數(shù)b分別為0.000 102與-0.000 131，均相對較小，結(jié)合圖9、圖10可看出，在1 h的鹽霧沖洗試驗當(dāng)中，這兩種工況的鹽密變化線性擬合結(jié)果的陡度很小，即表面鹽密的變化不大，在整個實驗過程中基本保持不變，圍繞0.1 mg/cm2的初試鹽密波動。

該結(jié)果表明：在鹽度接近海水的鹽霧噴淋下，1 h 時間內(nèi)絕緣子表面鹽密不會發(fā)生顯著變化。但是，需要進(jìn)一步確定造成這種現(xiàn)象的原因。一種情況是鹽霧不會沖洗掉絕緣子表面初始鹽密。另一種情況是鹽霧中的導(dǎo)電物質(zhì)附著在絕緣子表面進(jìn)而替代了絕緣子表面被沖洗掉的導(dǎo)電物質(zhì)。為了研究絕緣子表面初試鹽密是否被沖洗，本文設(shè)計了鹽度為0的鹽霧沖洗試驗。

試驗結(jié)果見圖11，影響特征常數(shù)為-0.000 324，絕對值相對鹽度為20 kg/m3與14 kg/m3的試驗工況較大。由數(shù)據(jù)分布與線性擬合結(jié)果可以看出，擬合結(jié)果陡度較大，絕緣子表面鹽密在一小時內(nèi)顯著減少。結(jié)果說明，鹽霧對絕緣子初始表面污穢具有明顯的沖洗作用。

由該實驗結(jié)果可得，鹽霧對絕緣子表面的初始污穢具有沖洗作用。因此，在鹽度為20 kg/m3與14 kg/m3的試驗工況下，絕緣子表面鹽密變化不顯著的原因是鹽霧當(dāng)中的導(dǎo)電物質(zhì)在試驗過程中附著在絕緣子表面，彌補(bǔ)了被沖洗掉的初始污穢中的導(dǎo)電物質(zhì)，使整個實驗過程中絕緣子表面鹽密基本不發(fā)生變化。

因此，在使用高導(dǎo)電率鹽霧進(jìn)行人工鹽霧試驗時，由于絕緣子表面鹽密變化不顯著，因此不會發(fā)生因?qū)嶒炦^程中因鹽密被沖洗引發(fā)的試驗結(jié)果偏差。

3 結(jié)論

低導(dǎo)電率鹽霧會對絕緣子表面污穢產(chǎn)生沖洗作用，絕緣子表面鹽密會隨噴霧時間逐漸減小。

高導(dǎo)電率鹽霧會沖洗絕緣子表面初始涂污污穢。同時，鹽霧會附著在絕緣子表面，補(bǔ)充表面導(dǎo)電物質(zhì)，從而鹽霧施加期間不會顯著影響到絕緣子表面鹽密。

在進(jìn)行人工鹽霧污閃試驗時，應(yīng)注意低鹽度鹽霧對絕緣子表面污穢的沖洗作用，因為試驗過程中的鹽密值會降低，而不是初始恒定值。