基于變電站模擬支柱絕緣子的汕頭電網(wǎng)自然積污特性研究

陳 昕

(廣東電網(wǎng)有限責任公司 汕頭供電局，廣東 汕頭 515041)

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基于變電站模擬支柱絕緣子的汕頭電網(wǎng)自然積污特性研究

陳 昕

(廣東電網(wǎng)有限責任公司 汕頭供電局，廣東 汕頭 515041)

正常工作電壓下的絕緣子，由于表面污穢物的堆積，在陰雨、大霧等惡劣天氣的作用下容易發(fā)生污閃，對電網(wǎng)設備的安全運行構成嚴重威脅.對汕頭供電局轄區(qū)內(nèi)的變電站模擬支柱絕緣子的自然積污情況進行了研究.結果表明：模擬支柱絕緣子自然積污特征與地理位置、積污時間段有關，不同積污時間段、不同測量點的污穢度存在差異；不同積污期間，模擬支柱絕緣子表面等值鹽密變化小，灰密變化分散性大；模擬支柱絕緣子表面灰密累積速度大于鹽密累積速度；汕頭供電局轄區(qū)內(nèi)變電站污穢等級主要為b級或c級；運行中變電站應關注裝設的模擬支柱絕緣子污穢變化情況，并及時對重污穢的站點采取應對措施.研究結果對汕頭電網(wǎng)的污區(qū)圖繪制、變電站絕緣子表面污穢的清掃以及外絕緣的選擇具有參考價值.

模擬支柱絕緣子；自然積污；等值鹽密；灰密；灰鹽比；污穢等級

電氣設備污穢引發(fā)的污閃事故會對電力系統(tǒng)造成嚴重損失，因此防污閃工作成為保障電網(wǎng)安全運行的重中之重[1-3].絕緣子表面發(fā)生污閃必須首先經(jīng)過積污的過程，是造成絕緣子污閃的主要原因[3].支柱絕緣子作為變電站必要的絕緣配件，研究其積污特性對指導防污閃工作有重要意義.

國內(nèi)針對輸電線路絕緣子積污規(guī)律的大量研究結果表明，絕緣子的自然積污特性受到污源性質(zhì)、雨水情況、氣象條件、地理位置等[4-13]多方面因素的綜合影響.

美國電力科學研究院(EPRI)研究了傘形結構對支柱瓷絕緣子積污特性的影響[14]，指出鹽密值0.005 mg/cm2和0.05 mg/cm2分別是支柱瓷質(zhì)絕緣子在清潔區(qū)和重污區(qū)允許的最大鹽密值；空氣動力傘形的支柱絕緣子在自然界風和雨的作用下具有較好的自清潔能力.文獻[15]對瓷質(zhì)和復合絕緣子進行為期1 a的自然積污試驗，試驗結果表明，各類絕緣子上傘面都能得到充分自然清洗，其積污過程相似，污穢差異不大，而各絕緣子下傘面積污差異大.文獻[16]對輸電線路懸式絕緣子的自然積污規(guī)律進行了全面的探討，其結果表明：110～500 kV輸電線路中瓷絕緣子串中各片絕緣子自然積染程度的分散性很大.在條件不充足的情況下，可測幾串(或幾個)不帶電設備的鹽密值，取其均值來估計該處的污染程度.文獻[17]對500 kV線路中瓷絕緣子進行了自然積污試驗，結果表明,輸電線路絕緣子自然積污與桿塔高度、電壓等級等有關系.

上述研究從多個角度分析了絕緣子的積污特性，有一定的理論指導意義，但是針對變電站支柱絕緣子的積污特性少有報道.目前國內(nèi)不同地區(qū)測量變電站污穢度時，采用的方法和標準不統(tǒng)一，即一般只測量鹽密，而忽略灰密，并根據(jù)所測得的鹽密進行變電站污穢絕緣選擇和故障桿塔調(diào)爬.實際運行經(jīng)驗表明，不少升壓站、換流站在投入運行不足1 a或經(jīng)過幾次調(diào)爬后仍然會發(fā)生污閃事故[18].

近年來，變電站的污穢度測量已逐步過渡到以模擬支柱絕緣子自然積污量為參考的階段.文中對汕頭供電局轄區(qū)內(nèi)13個變電站的模擬支柱絕緣子開展為期4 a的自然積污試驗，用不同方法對變電站外絕緣配置進行對比分析，藉此找出汕頭電網(wǎng)各變電站的自然積污特性，為汕頭電網(wǎng)各變電站的外絕緣設計以及防污閃工作提供詳細的參考.

1 試驗樣本及測試方法

1.1 試驗樣本

選擇汕頭供電局220 kV官埭站等13個變電站作為試驗樣本，測量連續(xù)4 a的積污量，測量時間均選在雨季之間.試驗所用支柱絕緣子型號均為GW4-110，安裝在試驗臺柱上，并使其盡可能與站內(nèi)運行支柱絕緣子等高.絕緣子的結構參數(shù)見表1.以220 kV官埭站和110 kV珠辛站為例，絕緣子的外形及其現(xiàn)場布置方式如圖1所示，其中H為模擬支柱絕緣子的結構高度，D為傘徑，L為總的爬電距離.

表1 支柱絕緣子的結構參數(shù) mm

圖1 GW4-110絕緣子及其現(xiàn)場布置方式

1.2 測試方法

每年10月份至次年4月份為汕頭地區(qū)的少雨季節(jié)，由于不同年份雨季時間段有差異，取樣的時間選擇在2007年11月、2008年12月、2010年1月和2011年1月，分別代表2007年至2010年連續(xù)4 a的積污量.

由于變電站支柱絕緣子各個傘裙表面的污穢沉積量是不同的，目前我國電力系統(tǒng)中用整串的等值鹽密平均值來表示絕緣子串的污穢程度，是決定電力設備外絕緣污穢等級、選擇外絕緣爬電距離的重要參數(shù)，同時運行部門依據(jù)該數(shù)值來評判運行中設備的外絕緣抗污閃能力[16].

文中對各變電站模擬支柱絕緣子每一個傘裙的等值鹽密和灰密進行逐一測量，取整串絕緣子等值鹽密和灰密的平均值作為該測試點的污穢度.

根據(jù)相關規(guī)程[19-21]，等值鹽密(Equivalent Salt Deposit Density,ESDD)、灰密(Non-soluble Deposit Density,NSDD)的測量流程如圖2所示.

圖2 ESDD及NSDD測量流程圖

利用適量(絕緣子表面積小于2 000 cm2時用水300 mL，大于2 000 cm2時用水量按比例增加)的去離子水對模擬支柱絕緣子表面進行徹底清洗，測量清洗所得污液的電導率，分別計算出絕緣子上下表面的附著鹽量；再根據(jù)絕緣子的上下表面積，換算

得出等值鹽密.

將清洗絕緣子所得污液過濾；將過濾后遺留在濾紙上的固體物烘干并稱重,得到不溶物的質(zhì)量；根據(jù)絕緣子表面積參數(shù)，計算得到其灰密.

2 模擬支柱絕緣子自然積污測試結果與分析

2.1 測試結果

為期4 a的汕頭電網(wǎng)13個變電站的模擬支柱絕緣子的自然積污測試結果分別見表2和表3.

表2 2007—2011年各變電站的等值鹽密 mg/cm2

表3 2007—2011年各變電站的灰密值 mg/cm2

由表2和表3可知：

1)各個變電站的積污測試結果存在差異.例如在2007年11月的測試中，萬吉站的等值鹽密和灰密分別為0.011 0,0.001 0 mg/cm2；而西港站的等值鹽密、灰密則達到0.034 0,0.097 0 mg/cm2.

2)任一測試樣本每年的污穢增長存在差異，波動幅度不同.浮西站4次測量的等值鹽密分別是0.034 0,0.028 1,0.011 7,0.014 3 mg/cm2，灰密分別是0.090 0,0.089 0,0.009 9,0.039 2 mg/cm2，即不同積污期的污穢差異明顯.

3)任一測試樣本的等值鹽密值和灰密值差距較大.13個變電站的等值鹽密在0.007 3～0.091 0 mg/cm2區(qū)間波動，均值僅為0.003 4 mg/cm2；灰密在0.001 0～0.391 5 mg/cm2區(qū)間波動，波動幅度遠大于等值鹽密，且均值達到0.065 1 mg/cm2.

4)與其他時間段的積污量相比，2010年1月測得的2009年積污量最少，13個變電站的平均等值鹽密和平均灰密分別為0.0012,0.0247 mg/cm2，遠小于4 a測得的平均值，說明積污情況和當年的氣候、降雨量等情況有關.

2.2 各變電站等值鹽密分析

將表2中測得的不同時間段各變電站模擬支柱絕緣子的等值鹽密值繪制成折線圖，如圖3所示.

圖3 各變電站模擬支柱絕緣子的等值鹽密值

由圖3可知，以2007年11月采集的數(shù)據(jù)為基礎，可以看到大多數(shù)站點的等值鹽密在2008年12月、2010年1月都有所下降，而且在2010年1月下降得相對多一點.其中下降顯著的站點有紅蓮站、兩英站、東墩站、礐石站、長廈站等，而在2011年1月各站點等值鹽密普遍上升，上升顯著的站點有兩英站、長廈站、紅蓮站，這說明紅蓮站、兩英站、長廈站的等值鹽密波動比較大.等值鹽密下降最顯著的是保稅站，從2008年12月到2010年1月其等值鹽密下降了93.28%.而鹽密增加最多的是紅蓮站，從2010年1月到2011年1月其等值鹽密增加了12.38%，根據(jù)GB/T 16434—1996的污穢等級標準可知，保稅站的污穢等級已由原來的等級Ⅳ下降到等級Ⅰ，而紅蓮站的污穢等級已經(jīng)上升到等級Ⅱ.

從近4年的等值鹽密數(shù)據(jù)可以看出，除保稅站的數(shù)值較高，需對其采取相關的清掃或增爬措施外，其他變電站的等值鹽密都在等級Ⅰ以下，滿足安全運行的外絕緣水平.

2.3 各變電站灰密分析

將表3中測得的不同時間段各變電站模擬支柱絕緣子的灰密值繪制成折線圖，如圖4所示.

圖4 各變電站模擬支柱絕緣子的灰密值

由圖4可知，以2007年11月采集數(shù)據(jù)為基礎，可以看到灰密的變化和等值鹽密的變化相差不大，大多數(shù)站點也在2008年12月和2010年1月都有所下降，且在2010年1月下降得要相對多一些，其中下降顯著的有西港站、紅蓮站、上華站、兩英站、礐石站、長廈站、保稅站等.而在2011年1月各站點等值鹽密普遍上升，上升顯著的站點有西港站、紅蓮站、官埭站、上華站、兩英站、東墩站、萬吉站、長廈站、浮西站，而且西港站、上華站、兩英站、東墩站、長廈站、浮西站的灰密上升幅度都很大，這說明西港站、紅蓮站、上華站、兩英站、長廈站的灰密波動比較大.灰密下降最顯著的是浮西站，從2008年12月到2010年1月其灰密下降了88.88%，而灰密上升最多的是萬吉站，從2007年11月到2008年12月其灰密增加了32.60%.通過對圖3和圖4各曲線中的同位置點數(shù)據(jù)進行對比分析可知，灰密的波動幅度明顯比等值鹽密大，因此不同時間段鹽密值的變化相對均勻，而灰密值相對分散，這和前面的分析結果一致.

2.4 各變電站積污比分析

由于絕緣子表面等值鹽密和灰密值對其污閃電壓都有影響，因此絕緣子自然積污情況下灰密和等值鹽密的比值對全面了解變電站外絕緣水平具有重要的意義.定義灰鹽積污比K為

(1)

式中：NSDD為絕緣子表面平均灰密值，mg/cm2；ESDD為絕緣子表面平均等值鹽密值，mg/cm2.

根據(jù)表2和表3的測試結果，利用式(1)可計算得各變電站模擬支柱絕緣子K值柱狀圖如圖5所示.

由圖5可知：灰鹽比波動比較大的站點有紅蓮站、上華站、東墩站、萬吉站、浮西站、珠辛站和保稅站等，且萬吉站的灰鹽比連續(xù)3 a在增加.

由以上數(shù)據(jù)也還知道，絕大多數(shù)變電站的等值鹽密變化和灰密變化是同方向的，即鹽密增加時，灰密也增加；鹽密減小時，灰密也減小；但也存在部分變電站的變化不一致，例如東墩站2008年12月鹽密下降39.79%,灰密增加219.00%，珠辛站2008年12月鹽密下降44%,灰密增加33.64%，紅蓮站2008年12月鹽密增加93.08%,灰密下降56.67%.

圖5 各變電站測試樣本的K值

絕大多數(shù)情況下，K值大于1，即絕緣子表面灰密大于等值鹽密.其原因是堆積在絕緣子表面的可溶于水的導電物質(zhì)容易由于雨水的沖刷而流失，而不溶于水的惰性物質(zhì)則不容易被雨水沖刷掉.

不同時間段下的K值存在差異，2007年11月的K值為0.10～5.48，平均值為2.64；2008年12月的K值為0.67～4.65，平均值為2.76；2010年1月的K值為0.74～4.65，平均值為2.12；2011年1月的K值為0.13～5.65，平均值為2.52.

不同變電站的K值存在差異，這說明K值受地理位置和氣候條件的影響比較嚴重；13個變電站中的絕大多數(shù)站點的平均灰鹽比K值在2.5左右，基本在3上下波動.

3 汕頭電網(wǎng)各變電站外絕緣的安全裕度分析

目前汕頭電網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)變電站的外絕緣設備基本上按d級污穢進行配置.根據(jù)連續(xù)4 a積累的現(xiàn)場污穢測試結果可以分析汕頭電網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)變電站外絕緣的安全裕度.各變電站的等值鹽密、灰密對應值如圖6所示.

圖6 基于等值鹽密和灰密的變電站污穢等級分布

根據(jù)最新的國內(nèi)標準[19]以及IEC60815的污穢等級劃分標準，可知汕頭電網(wǎng)各變電站的污穢等級主要為b級或c級，即現(xiàn)有的外絕緣配置滿足安全運行的要求.

2007年11月和2008年12月保稅站的污穢等級為e級，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，是由于變電站臨近海邊，導致絕緣子受鹽霧污染嚴重，按照“配置到位，留有裕度”的原則，對該變電站戶外的棒形絕緣子及支柱絕緣子，采取安裝增爬裙并噴涂RTV涂層的措施，使情況得到明顯改善.

通過布置模擬支柱絕緣子測量點觀測轄區(qū)內(nèi)變電站的積污情況，分析轄區(qū)內(nèi)變電站的污穢程度，及時針對污穢嚴重地區(qū)采取必要的有效措施，近4 a來汕頭供電局未發(fā)生污閃事故，切實提高了汕頭電網(wǎng)的供電可靠性.

4 結 語

通過汕頭電網(wǎng)為期4 a的變電站模擬支柱絕緣子自然積污試驗，總結得出汕頭電網(wǎng)各變電站的自然積污規(guī)律.

1)同一時間段、不同變電站測量點的積污特性存在顯著差異；同一測量點、不同年份的積污特性也存在明顯差異.不同積污時間段，模擬支柱絕緣子的等值鹽密變化相對均勻，而灰密值變化幅度大且相對分散.

2)等值鹽密和灰密的變化是同方向的.4個不同時間段測得的模擬支柱絕緣子灰鹽比K的均值比較接近，約為2.5，但灰密的累積速度大于等值鹽密的累積速度.

3)K值受地理位置和氣候條件的影響比較嚴重，不同變電站的K值存在差異，且同一變電站不同年份之間的K值也有較大差異；13個變電站的K值波動于1～5.

4)根據(jù)等值鹽密值和灰密值確定汕頭電網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)各變電站的污穢等級主要為b級或c級，現(xiàn)有的外絕緣配置可以滿足安全運行要求，運行中變電站應關注已裝設的模擬支柱絕緣子污穢變化情況并及時對重污穢的站點采取應對措施.

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(責任編輯：杜明俠)

Research on Natural Contamination Depositing Characteristics of Simulated Post Insulators for Transformer Substations in Shantou Power Grid

CHEN Xin

(Shantou Power Supply Bureau, Guangdong Power Grid Co., Ltd., Shantou 515041, China)

Because of contamination deposition, insulators are easy to flashover under normal working voltage in severe weathers, such as rain, heavy fog, and so on, which seriously threats the reliability of the electric equipments in power grids. The contamination deposition characteristics of simulated post insulators for the transformer substations in Shantou Power Grid were researched. The results show that the natural contamination deposition characteristics of simulated post insulators are related to geographic locations and contamination depositing periods, the contamination degree is different with different contamination depositing periods and different measuring points, the variation of the equivalent salt deposit density of simulated post insulators is not obvious, while the variation of the non-soluble deposit density of simulated post insulators has a big dispersity, The accumulation rate of the non-soluble deposit density on the surface of simulated post insulators is more serious than that of the equivalent salt deposit density, the contamination grade of the transformer substations in Shantou Power Bureau is mainly b or c, the variation of contamination of simulated post insulators should be timely observed during the operation of transformer substations, and the countermeasures should be adopted to treat heavy contamination points by observed results. These research results provide some references for the plotting of contamination regions in Shantou Power Grid, the cleaning for insulators in transformer substations and the choice of external insulation.

simulated post insulator; natural contamination; equivalent salt deposit density; non-soluble deposit density; the ratio of non-soluble deposit density and equivalent salt deposit density; contamination grade

2014-11-12

陳 昕(1984—)，男，廣東汕頭人，工程師，工程碩士，主要從事電網(wǎng)化學試驗及電測試驗方面的研究.

10.3969/j.issn.1002-5634.2015.01.015

TV124

A

1002-5634(2015)01-0070-06