110kV復(fù)合絕緣子的污穢閃絡(luò)特性研究

譚宇翔

(廣西玉林水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 玉林 537000)

1 引言

復(fù)合絕緣子自然污穢閃絡(luò)試驗的主要目的是探索絕緣子，運行線路上的絕緣子由于受環(huán)境中的酸霧、金屬粉塵的影響，在其表面逐漸沉積了一層污穢物，在天氣干燥時，這些表面帶有污穢物的絕緣子仍有較高的絕緣水平，然而當(dāng)遇有雷雨以及融冰、融雪等潮濕天氣時，絕緣子表面污穢物吸收水分，使污層中的電解質(zhì)溶解、電離，導(dǎo)致污穢層電導(dǎo)增加，電網(wǎng)污閃事故發(fā)生的頻率上升，事故的后果嚴(yán)重，往往造成多條線路、多個變電所失電，甚至引起系統(tǒng)振蕩，從而造成電網(wǎng)瓦解，引起大面積停電［1-3］。因此對復(fù)合絕緣子自然污穢下的閃絡(luò)電壓的研究具有重要意義。雖然國內(nèi)外對復(fù)合絕緣子的污閃特性進行了一系列的研究，然而卻沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很多基礎(chǔ)的問題還沒有解決。比如灰分種類的確定、鹽分種類的確定、污穢和環(huán)境條件對復(fù)合絕緣子憎水性遷移特性的影響。本文研究了鹽密、灰密、鹽分種類、灰分種類、絕緣子材料的憎水性對絕緣子污穢閃絡(luò)特性的影響，分析了各種影響因素影響閃絡(luò)特性的機理，并針對這些影響因素提出了改進措施，減少污閃事故的發(fā)生［4-13］。

2 試驗設(shè)備及試品布置

本試驗根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)“GB-T 4585.2-1991”。交流系統(tǒng)用高壓絕緣子，人工污穢試驗方法 固體層法”將絕緣子垂直懸掛在5m×5m×5m的人工霧室中，由自動蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽清潔霧，保持固定的蒸汽量。試驗采用參數(shù)為2400kVA/1000kV的兩級工頻試驗變壓器，按照復(fù)合絕緣子實際運行方式接線圖，將復(fù)合絕緣子垂直懸于半空，高壓導(dǎo)線通過環(huán)氧管接入霧室至絕緣子球頭側(cè)，球帽側(cè)接地。

3 污閃試驗

3.1 自然污閃試驗

施加電壓直至試品閃絡(luò)。為防止試品污穢受試驗影響出現(xiàn)流失，每個試品試驗應(yīng)不超過2次，每次試驗完畢后進行下一次試驗前再次檢查絕緣子表面是否充分濕潤，試驗每次間隔10min，試驗開始以傘裙表面濕潤度達到充分飽和狀態(tài)(即不滴不流)為準(zhǔn)，然后立即升壓至閃絡(luò)，其升壓速度在40%預(yù)期閃絡(luò)電壓以前不作規(guī)定，而后以每秒為預(yù)期閃絡(luò)電壓的10%～20%的速度升高電壓至閃絡(luò)，共試驗三次，以三次閃絡(luò)電壓的平均值作為試品的閃絡(luò)電壓值(每次閃絡(luò)電壓值應(yīng)為該次升壓過程中所達到的最高值)。復(fù)合絕緣子的污閃電壓主要絕緣子的爬距和絕緣子的表面污穢狀態(tài)有關(guān)，110kV復(fù)合絕緣子的自然污閃電壓與爬距的關(guān)系如圖1所示。

圖1 自然污閃與絕緣子爬距的關(guān)系

從圖中可以看出:

(1)自然污閃電壓基本都在三倍運行電壓以上，大多數(shù)是四倍運行電壓左右，安全裕度足夠大;

(2)自然污閃電壓基本與復(fù)合絕緣子爬距成正比關(guān)系，污閃電壓隨爬距的增大明顯增加。由于各種復(fù)合絕緣子的運行年限及運行的環(huán)境各不相同，因此即使相同爬距的絕緣子，其自然污閃電壓也各不相同，但總體趨勢不變，明顯隨爬距的增加而升高;

(3)長期運行后的復(fù)合絕緣子，在污穢、臭氧、紫外光、潮濕、高低溫和電應(yīng)力等外界因素作用下，運行不同年限后，出現(xiàn)不同程度的憎水性下降，此時，絕緣表面呈現(xiàn)連續(xù)的水膜而導(dǎo)致表面電阻急劇下降，濕閃梯度和污閃梯度與也會出現(xiàn)不同程度的下降，運行復(fù)合絕緣子的雷電、濕工頻閃絡(luò)電壓和污穢閃絡(luò)電壓也會出現(xiàn)不同程度的降低。憎水性的下降致使絕緣子的電氣性能下降。

3.2 人工污閃試驗

試驗按照DL/T859-2004與GB/T4585.2-91要求，污液由一定比例的硅藻土、氯化鈉及適量的去離子水配制而成，模擬最為嚴(yán)酷的污穢度，取鹽密0.4mg/cm2，灰密2.0mg/cm2。采用定量涂刷法，即根據(jù)絕緣子的表面積，計算出所需的氯化鈉和硅藻土量，配成后將污液攪拌均勻，全部均勻地涂刷到復(fù)合絕緣子傘裙護套上，在實驗室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，從涂污到試驗的時間不應(yīng)超過lh。為模擬現(xiàn)場極端條件下完全喪失憎水性的復(fù)合絕緣子的耐污性能，在人工污穢絕緣子污層干燥后立即升壓至閃絡(luò)，其升壓速度在40%預(yù)期閃絡(luò)電壓以前不作規(guī)定，而后以每秒為預(yù)期閃絡(luò)電壓的10%～20%的速度升高電壓至閃絡(luò)，共試驗三次，以三次閃絡(luò)電壓的平均值作為試品的閃絡(luò)電壓值(每次閃絡(luò)電壓值應(yīng)為該次升壓過程中所達到的最高值)。110kV復(fù)合絕緣子的人工污閃電壓與爬距的關(guān)系如圖2所示。

從試驗結(jié)果可以看出:

(1)在嚴(yán)重污穢度(鹽密 0.4mg/cm2，灰密2.0mg/cm2)時，絕緣子人工污閃電壓均處于運行電壓左右，其中有一支絕緣子(5片傘裙出現(xiàn)破損)已經(jīng)低于運行電壓，其余大多數(shù)都在1.5倍運行電壓以內(nèi);

(2)人工污閃電壓均值仍然隨爬距的增大略有升高，但在嚴(yán)重污穢情況下，污閃電壓升高的趨勢已不明顯。

圖2 人工污閃與絕緣子爬距的關(guān)系

4 復(fù)合絕緣子的影響因素研究

4.1 不同鹽密對污閃電壓的影響

選取不同運行年限的，無破損，試品編號為G16、G20、G30、G34、G39、G40 的復(fù)合絕緣子，采用定量涂刷方法進行涂污，對其進行污閃試驗。氯化鈉分別取0.025、0.05、0.08、0.15、0.40mg/cm2，硅藻土統(tǒng)一為2.0mg/cm2。污閃與鹽密的關(guān)系如圖3所示。

由試驗結(jié)果可以看出:

(1)隨鹽密的增加，運行不同年限的復(fù)合絕緣子的污閃電壓均明顯降低，說明鹽密對污閃電壓的影響顯著。因此實際運行中引起污閃的重要原因之一是復(fù)合絕緣子所處運行環(huán)境，在重污穢地區(qū)的污閃電壓會明顯降低;

圖3 鹽密對運行不同年限的絕緣子污閃電壓的影響

(2)在重污穢(鹽密0.4mg/cm2灰密2mg/cm2)情況下，運行年限為13年的G40號絕緣子污閃電壓要明顯低于運行年限為6年的G39號絕緣子。由此可見，水泥污穢使復(fù)合絕緣子表面的憎水性、憎水性的遷移特性與恢復(fù)特性影響較大，對復(fù)合絕緣子的安全運行具有致命威脅。因此，需加強在重污染環(huán)境下運行的復(fù)合絕緣子性能檢測。

4.2 不同灰密對污閃電壓的影響

選取不同運行年限的，無破損，試品編號為G16、G20、G30、G34、G39、G40 的復(fù)合絕緣子，采用定量涂刷方法進行涂污，對其進行污閃試驗。硅藻土分別取0.25、0.50、1.0、1.5、2.0mg/cm2，氯 化 鈉 統(tǒng) 一 為0.4mg/cm2。圖4為不同灰密的污閃試驗結(jié)果。

從圖4可以看出:

(1)高鹽密時污閃電壓隨灰密的增大而降低。這說明灰密對污閃電壓的影響同樣比較明顯。對于實際運行的復(fù)合絕緣子，即使在重污穢地區(qū)，其污穢成分中可溶鹽量很高，但其不溶性鹽含量較低，復(fù)合絕緣子的污閃電壓仍然可能較高;

(2)在重鹽密情況下，污閃電壓的高低與運行年限的長短沒有直接關(guān)系。

4.3 不同種類的鹽對污閃電壓的影響

本試驗是為了研究不同種類的鹽對污閃電壓的影響，試驗統(tǒng)一鹽密為0.15mg/cm2灰密為2.0mg/cm2，用硅藻土作為灰成分，分別考慮 KCl、NaCl、NaNO3、FeCl3和CaSO4五種不同污穢情況下的污閃電壓。圖5為不同種類鹽的污閃試驗結(jié)果。

圖4 灰密對污閃電壓的影響

圖5 不同種類的鹽對污閃電壓的影響

從圖5可以看出:

(1)對于兩支取樣絕緣子G39和G40，不同種類的鹽對污穢閃絡(luò)電壓的影響基本保持同一趨勢:鹽分為NaNO3時閃絡(luò)電壓最低，鹽分為FeCl3時閃絡(luò)電壓最高，KCl、NaCl和CaSO4的閃絡(luò)電壓介于兩者之間;

(2)鹽分為NaNO3時G39和G40的污閃電壓相差不大，因此當(dāng)鹽分為NaNO3時，爬距和運行年限對污閃電壓的影響不明顯。

4.4 不同種類的灰對污閃電壓的影響

本試驗為研究不同種類的灰對污閃電壓的影響，試驗統(tǒng)一取鹽密為0.15mg/cm2灰密為2mg/cm2，氯化鈉作為鹽成分，分別考慮硅藻土、高嶺土、碳酸鈣、二氧化硅和水泥粉五種不同不同種類灰分情況下的污閃電壓。圖6為不同種類灰的污閃試驗結(jié)果。

圖6 不同種類的灰對污閃電壓的影響

研究結(jié)果表明:

對于兩支取樣絕緣子G16和G20，五種污穢對其污穢閃絡(luò)電壓的影響規(guī)律基本一致，水泥灰最容易引起污穢閃絡(luò)，并按容易引起污閃的關(guān)系將五種污穢排序為:水泥粉＞高嶺土＞二氧化硅＞碳酸鈣＞硅藻土。

4.5 憎水遷移性對污閃電壓的影響

為了研究憎水遷移性對污閃電壓的影響，本節(jié)設(shè)計了兩種試驗:(1)不同污穢度同一遷移時間下憎水遷移性對污閃電壓的影響;(2)同一污穢度不同遷移時間下憎水遷移性對污閃電壓的影響。

對于第一種試驗，污穢由氯化鈉和硅藻土配置而成，鹽密分別取 0.025、0.05、0.08、0.15、0.40mg/cm2，灰密統(tǒng)一為2.0mg/cm2，在涂污后4天進行污閃試驗。圖7為不同污穢度遷移4天的污閃試驗結(jié)果。

圖7 不同污穢度同一遷移時間對污閃電壓的影響

對于第二種試驗，污穢由氯化鈉和硅藻土配置而成，鹽密分別取0.15mg/cm2，灰密為2.0mg/cm2，在涂污后不同時間進行污閃試驗。圖8為同一污穢度不同遷移時間的污閃試驗結(jié)果。

試驗結(jié)果表明:

(1)在相同遷移時間(4天)情況下，不同的污穢度對取樣絕緣子的污閃電壓影響不大，4支取樣絕緣子的規(guī)律基本一致;

(2)在同一污穢度(鹽密0.15mg/cm2灰密2mg/cm2)下，取樣絕緣子的污閃電壓隨遷移時間的增加而增大，且在前48h其增加趨勢更加明顯。

圖8 同一污穢度不同遷移時間對污閃電壓的影響

5 結(jié)論

總結(jié)本文的自然污穢閃絡(luò)試驗和人工污穢閃絡(luò)試驗結(jié)果如下:

(1)110kV復(fù)合絕緣子自然污穢狀態(tài)下的污閃電壓相對于線路運行電壓都具有較大裕度。自然污閃電壓基本都在三倍運行電壓以上，大多數(shù)是四倍運行電壓左右。自然污閃電壓隨爬距的增大明顯增加。由于各種復(fù)合絕緣子的運行年限及運行的環(huán)境各不相同，因此即使相同爬距的絕緣子，其自然污閃電壓也各不相同，但總體趨勢不變，明顯隨爬距的增加而升高;

(2)在嚴(yán)重污穢度(鹽密 0.4mg/cm2，灰密2.0mg/cm2)時，絕緣子人工污閃電壓均處于運行電壓左右，其中有一支絕緣子(5片傘裙出現(xiàn)破損)已經(jīng)低于運行電壓，其余大多數(shù)都在1.5倍運行電壓以內(nèi)。人工污閃電壓均值仍然隨爬距的增大略有升高，但在嚴(yán)重污穢情況下，污閃電壓升高的趨勢已不明顯。重污穢下復(fù)合絕緣子的污閃電壓下降應(yīng)該引起關(guān)注，且絕緣子若5片以上傘裙出現(xiàn)嚴(yán)重破損，應(yīng)考慮更換;

(3)影響污閃電壓的主要因素有爬電距離、表面污穢度和表面憎水性以及傘裙破損狀況。由試驗結(jié)果可以看出，隨鹽密的增加，運行不同年限的復(fù)合絕緣子的污閃電壓均明顯降低，實際運行中引起污閃的重要原因之一是復(fù)合絕緣子所處運行環(huán)境，在重污穢地區(qū)，鹽密較大，污閃電壓會明顯降低;

(4)高鹽密時污閃電壓隨灰密的增大而降低。這說明灰密對污閃電壓的影響同樣比較明顯。對于實際運行的復(fù)合絕緣子，即使在重污穢地區(qū)，其污穢成分中可溶鹽量很高，但其不溶性鹽含量較低，復(fù)合絕緣子的污閃電壓仍然可能較高;

(5)鹽分為NaNO3時閃絡(luò)電壓最低，鹽分為FeCl3時閃絡(luò)電壓最高，KCl、NaCl和CaSO4的閃絡(luò)電壓介于兩者之間。且當(dāng)鹽分為NaNO3時，爬距和運行年限對污閃電壓的影響不明顯;

(6)在相同遷移時間(4天)情況下，不同的污穢度對取樣絕緣子的污閃電壓影響不大，取樣絕緣子的污閃電壓規(guī)律基本一致;在同一污穢度(鹽密0.15mg/cm2灰密2mg/cm2)下，取樣絕緣子的污閃電壓隨遷移時間的增加而增大，且在前48h其增加趨勢更加明顯。

因此，在在運行中保持良好憎水性是復(fù)合絕緣子發(fā)揮防污閃效果的關(guān)鍵。應(yīng)對運行若干時間后復(fù)合絕緣子憎水性的遷移特性和恢復(fù)特性的降低引起重視，針對不同地域和運行條件所出現(xiàn)的劣化完善配方，并加強對運行復(fù)合絕緣子憎水性的監(jiān)測;其次，復(fù)合絕緣子的防污設(shè)計除考慮傘裙形狀外，還應(yīng)考慮其憎水性在各種運行條件下的長期可靠性。憎水性的遷移特性和恢復(fù)特性應(yīng)是評價復(fù)合絕緣子防污性能的重要指標(biāo)之一;對處在一般污區(qū)內(nèi)運行的復(fù)合絕緣子，以試驗的情況分析，運行年限在10年內(nèi)可不進行電氣性能抽查試驗(或只進行少量的抽測);而對于處在水泥廠、粉塵污染嚴(yán)重、沿海等附近惡劣運行環(huán)境內(nèi)的復(fù)合絕緣子，建議運行后每3年進行一次抽樣檢測，運行第四年后每年登桿檢查，若發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子的傘裙、護套有明顯的電蝕損現(xiàn)象，應(yīng)及時進行更換;對于個別粉塵污穢異常嚴(yán)重的特殊污穢點，應(yīng)加強巡視，每年進行登塔檢查，并結(jié)合停電進行憎水性測試，若發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子的傘裙、護套有明顯的電蝕損現(xiàn)象或異常積污，應(yīng)及時進行更換。

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