染污狀態(tài)下典型傘形結(jié)構(gòu)支柱絕緣子的閃絡(luò)特性對(duì)比

李 紅，邢艷榮，符亞杰

（烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

染污狀態(tài)下典型傘形結(jié)構(gòu)支柱絕緣子的閃絡(luò)特性對(duì)比

李 紅，邢艷榮，符亞杰

（烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

支柱絕緣子作為換流站必不可少的絕緣配件，研究其外絕緣性能有重要意義。為進(jìn)一步研究支柱絕緣子的閃絡(luò)特性，以三種典型傘形結(jié)構(gòu)的支柱絕緣子為對(duì)象，通過(guò)改變鹽密和灰密，開(kāi)展了大量的人工污穢試驗(yàn)，分析了絕緣子的污閃特性以及閃絡(luò)梯度差異，研究結(jié)果表明：鹽灰密對(duì)絕緣子閃絡(luò)特性均有影響，對(duì)于本文三種支柱絕緣子，鹽密影響特征指數(shù)在0.20～0.24之間，灰密影響特征指數(shù)在0.11～0.15之間；支柱絕緣子的閃絡(luò)梯度值與其結(jié)構(gòu)型式、ESDD和NSDD等有關(guān)，在相同污穢條件下，傘間距較大的Type A型支柱絕緣子泄漏距離使用率最高；在同等結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度下，傘徑較大的Type C支柱絕緣子具有最好的耐污性能。

支柱絕緣子；閃絡(luò)；傘形結(jié)構(gòu)；污穢；閃絡(luò)梯度

0 引言

隨著“西電東送”戰(zhàn)略的進(jìn)一步發(fā)展，目前已有多條特高壓輸電線路投入運(yùn)營(yíng)，其余各地區(qū)的特高壓直流工程正在實(shí)施中，我國(guó)的高壓輸電技術(shù)以及輸電裝備以及走在世界前列。經(jīng)濟(jì)建設(shè)在快速發(fā)展，大氣污染也在加劇，輸電走廊跨度的擴(kuò)大將使變電站選址不可避免地穿越高海拔、重污穢等復(fù)雜環(huán)境地區(qū)，使得外絕緣問(wèn)題變得十分突出，這成為制約特高壓電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸[1-4]。

合理選擇變電站站外絕緣是建設(shè)特高壓輸電工程關(guān)鍵問(wèn)題之一。變電站站絕緣子的選擇主要由運(yùn)行電壓下的電氣特性確定，為避免較多的外絕緣事故，變電站地址往往盡可能選擇輕污穢地區(qū)，其戶外場(chǎng)的外絕緣配置可選擇傘形較好的支柱絕緣子、采用復(fù)合材料支柱絕緣子。

不同傘形結(jié)構(gòu)絕緣子的污閃特性有較大差別，大量針對(duì)懸式絕緣子的研究表明：絕緣子的有效爬電系數(shù)與其型式，玻璃鐘罩型絕緣子較好的利用了其爬電距離，而雙傘型瓷絕緣子的有效爬電系數(shù)最低；三傘型絕緣子和玻璃絕緣子具有較高的閃絡(luò)電壓；不同絕緣子的有效爬電系數(shù)與其結(jié)構(gòu)型式和材質(zhì)有關(guān)，玻璃絕緣子的有效爬電系數(shù)高于瓷絕緣子，且玻璃絕緣子的有效爬電系數(shù)隨污穢程度的增加而增加，而瓷絕緣子的有效爬電系數(shù)隨污穢程度的增加而減小[5-8]。

隨著電壓等級(jí)的增加以及大氣污染的加重，電站支柱絕緣子仍存在一定的污閃風(fēng)險(xiǎn)。然而目前對(duì)于支柱絕緣子污閃特性的研究仍然有限，現(xiàn)有報(bào)道少有對(duì)鹽密、灰密以及傘形結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行綜合考慮，使得目前變電站絕緣子的選擇缺乏系統(tǒng)的理論支撐。本文以三種典型的瓷支柱絕緣子為對(duì)象，開(kāi)展了其在不同污穢程度下的閃絡(luò)特性試驗(yàn)。并系統(tǒng)分析了他們的閃絡(luò)特性。研究結(jié)果對(duì)外絕緣配置以及防污閃措施的選擇有一定的指導(dǎo)意義。

1 人工污穢試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)介紹

為評(píng)估外絕緣設(shè)備的耐污性能以及評(píng)價(jià)防污閃技術(shù)措施，目前比較有效也是最基本的檢測(cè)手段就是進(jìn)行污穢試驗(yàn)。污穢試驗(yàn)分為人工污穢試驗(yàn)和自然污穢試驗(yàn)，人工污穢試驗(yàn)是用人工的方法對(duì)絕緣子進(jìn)行染污，然后在人工霧室中施加一定的電壓所進(jìn)行的試驗(yàn)；自然污穢試驗(yàn)是指絕緣子在自然環(huán)境下染污，用自然積污的絕緣子作試品所進(jìn)行的試驗(yàn)。由于人工污穢試驗(yàn)可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大量與自然污穢試驗(yàn)基本等價(jià)的數(shù)據(jù)，因而被廣泛應(yīng)用。人工污穢試驗(yàn)方法及設(shè)備要求具備三方面的性能：等價(jià)性、重復(fù)性和再現(xiàn)性以及簡(jiǎn)便性[9]。

1.2 試品

試驗(yàn)采用了三種典型支柱絕緣子為試品，以便使試驗(yàn)具有對(duì)比性和參考性，三種支柱絕緣子的基本技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)形狀分別如表1和圖1所示，其中Type A為傘間距較大的單一傘形絕緣子，Type B為大小傘型支柱絕緣子，Type C為一大兩小傘型絕緣子。表中：H為結(jié)構(gòu)高度，D為最大傘裙直徑，L為爬電距離，單位均為mm。

表1 支柱絕緣子主要參數(shù)Table.1 Structure parameters of the post insulators

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

在支柱絕緣子的污閃特性試驗(yàn)中，采用固體層法中的均勻涂刷法，用NaCl模擬導(dǎo)電物質(zhì)，硅藻土模擬不導(dǎo)電物質(zhì)。由于各變電站支柱絕緣子的等值鹽密多在0.05～0.35之間，灰鹽比也多在3～6之間，因此分別進(jìn)行了支柱絕緣子在灰鹽比為3和6時(shí)，ESDD＝0.08、0.15、0.2 和 0.3 mg/cm2時(shí)的污閃試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)先采用蒸汽霧使試品得到充分濕潤(rùn)。加壓時(shí)采用均勻升壓法對(duì)試品絕緣子施加電壓進(jìn)行閃絡(luò)試驗(yàn)，每種污穢下選擇3～5支試品，每支試品閃絡(luò)4～5次，取其中與平均值誤差低于8%的試驗(yàn)結(jié)果作為污閃電壓Uf，即：

式中：Uf為絕緣子的平均污閃電壓，kV；Ui為第i次污閃電壓，kV；N為試驗(yàn)次數(shù)；σ%為試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)不同型式支柱絕緣子進(jìn)行污穢試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可以看出：

1）所有試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在7%以內(nèi)，表明采用本文的試驗(yàn)方法所得的支柱絕緣子污穢閃絡(luò)特性具有較小的分散性。

2）隨著鹽密的增加，支柱絕緣子交流污閃電壓均降低，例如NSDD為0.9 mg/cm2，SDD為0.15 mg/cm2時(shí)，Type A、Type B和Type C的交流污閃電壓分別為 68.2 kV、80.7 kV和 99.0 kV，而 NSDD為0.9 mg/cm2，ESDD 為 0.30 mg/cm2時(shí)，Type A、Type B和Type C的交流污閃電壓分別為55.3 kV、66.2 kV和86.0 kV，即與SDD為0.15 mg/cm2相比，Type A、Type B和Type C的交流污閃電壓百分比分別下降了18.5%、17.9%和12.7%。

表2 不同型式支柱絕緣子交流污閃電壓Table.2 Test results of flashover voltage of different types of insulators under pollution

3）灰密對(duì)所試驗(yàn)的支柱絕緣子污閃電壓均有影響，且隨著灰密的增加，支柱絕緣子交流污閃電壓均降低，例如ESDD為0.08 mg/cm2時(shí)，NSDD分別為0.24、0.48 mg/cm2時(shí)，Type A的交流污閃電壓分別為 94.5 kV、86.9 kV，即與 NSDD為 0.24 mg/cm2相比，NSDD為0.48 mg/cm2時(shí)Type A的交流污閃電壓百分比下降了7.8%。

4）支柱絕緣子結(jié)構(gòu)差異對(duì)污閃電壓有影響，例如SDD 為 0.15mg/cm2、NSDD 為 0.45 mg/cm2時(shí)，Type A、Type B和Type C的交流污閃電壓分別為76.1 kV、84.5 kV和105.4 kV，即在相同污穢條件下，C型支柱絕緣子具有最高閃絡(luò)電壓，B型支柱絕緣子次之，A型支柱絕緣子閃絡(luò)電壓最低。

2.2 鹽灰密對(duì)支柱絕緣子閃絡(luò)特性的影響

大量文獻(xiàn)[10-12]研究結(jié)果表明，對(duì)于瓷、玻璃絕緣子，其交流污閃電壓與ESDD和NSDD滿足下列關(guān)系

式（5）中：A為與絕緣子結(jié)構(gòu)、型式、電壓類型等有關(guān)的常數(shù)，ESDD為附鹽密度，NSDD為灰密，a為污穢影響特征指數(shù)，b為灰密影響特征指數(shù)，a、b值均與絕緣子結(jié)構(gòu)、型式、電壓類型等有關(guān)。

對(duì)表2結(jié)果采用數(shù)學(xué)方法并按式（3）進(jìn)行擬合得三種支柱絕緣子的污閃電壓與ESDD和NSDD之間關(guān)系如圖1所示，具體表達(dá)式如（4）所示：

圖1 支柱絕緣子污閃電壓與鹽密、灰密之間關(guān)系Fig.1 Relationships of flashover voltage with ESDD and NSDD

根據(jù)公式（4）的計(jì)算結(jié)果可得各種污穢情況下計(jì)算值（U*f）與試驗(yàn)值的偏差ΔU，如表3所示。

表3 考慮ESDD與NSDD時(shí)不同污穢下支柱絕緣子的ΔU%Table.3 ΔU%of different samples calculated by ESDD and NSDD

由公式（4）和表3結(jié)果可知：

1）利用公式（4）計(jì)算所得的支柱絕緣子交流污閃電壓值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差在±5%以內(nèi)，這表明支柱絕緣子污閃電壓與ESDD和NSDD同樣滿足負(fù)冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系。

2）ESDD對(duì)不同型式絕緣子交流污閃電壓的影響程度有差異，所試驗(yàn)的Type A、Type B、Type C不同型式支柱絕緣子中，其a值分別為0.24、0.22和0.21，即Type A型支柱絕緣子閃絡(luò)電壓受ESDD的影響最大。

3）NSDD對(duì)不同型式絕緣子交流污閃電壓的影響程度有差異，所試驗(yàn)的3種不同型式支柱絕緣子中，其b值分別其b值分別為0.15、0.13和0.11，即Type A型支柱絕緣子閃絡(luò)電壓受NSDD的影響最大。

2.3 不同傘形支柱絕緣子閃絡(luò)梯度對(duì)比

閃絡(luò)梯度可以反應(yīng)不同傘形結(jié)構(gòu)絕緣子的爬電距離利用性能以及耐污特性。定義支柱絕緣子爬電距離閃絡(luò)梯度（EL）為污閃電壓Uf與爬電距離L之比，即EL＝Uf/L，支柱絕緣子結(jié)構(gòu)高度閃絡(luò)梯度（EH）為污閃電壓 Uf與高度 H 之比，即 EH＝Uf/H，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和表1支柱絕緣子的基本技術(shù)參數(shù)，可以得到不同型式支柱絕緣子的爬電閃絡(luò)梯度、結(jié)構(gòu)高度閃絡(luò)梯度如表4所示。

表4 不同型式支柱絕緣子電壓梯度Table.4 Results of the flashover voltage gradient of different shed type post insulators （kV/cm）

由表4可知：

1）所試驗(yàn)的3種不同傘形支柱絕緣子的爬電距離閃絡(luò)梯度值在0.21～0.51 kV/cm之間，結(jié)構(gòu)高度閃絡(luò)梯度值在0.39～1.03 kV/cm之間，且數(shù)值均與其結(jié)構(gòu)型式、ESDD和NSDD等有關(guān)。

2）不同型式支柱絕緣子的閃絡(luò)梯度是不同的。在相同污穢條件下，Type A具有最大爬電距離閃絡(luò)梯度，且污穢度越低，Type A絕緣子的高爬電距離閃絡(luò)梯度體現(xiàn)地越明顯。在輕污穢地區(qū)，建議使用傘間距較大的Type A型支柱絕緣子以提高泄漏距離利用率，避免傘裙之間被電弧短接而照成的爬電距離浪費(fèi)。

3）不同型式支柱絕緣子的結(jié)構(gòu)高度閃絡(luò)梯度是不同的，在相同污穢條件下，Type C具有最大結(jié)構(gòu)高度閃絡(luò)梯度，Type C支柱絕緣子具有最好的耐污性能，其運(yùn)用在污穢度較高的地區(qū)可以達(dá)到良好的防污閃效果。

3 結(jié)論

1）文中試驗(yàn)的三種典型支柱絕緣子，鹽密影響指數(shù)a值在0.21-0.24，灰密影響指數(shù)b值在0.11-0.15之間，Type A單一傘型支柱絕緣子閃絡(luò)電壓受ESDD和NSDD的影響最大。

2）支柱絕緣子的閃絡(luò)梯度數(shù)值均與其結(jié)構(gòu)型式、ESDD和NSDD等有關(guān)，在相同污穢條件下，傘間距較大的Type A具有最大爬電閃絡(luò)梯度，傘徑較大的大小傘Type C具有最大結(jié)構(gòu)高度閃絡(luò)梯度。

3）在輕污穢地區(qū)，建議使用傘間距較大的單一傘形支柱絕緣子以提高爬電利用率，避免傘裙之間被電弧短接而照成的絕緣浪費(fèi)；而在污穢度較重的地區(qū)，建議使用傘徑較大的一大兩小傘型支柱絕緣子來(lái)達(dá)到良好的耐污效果。

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Comparison of Flashover Performances of Typical Types Post Insulators under Pollution Conditions

LI Hong，XING Yanrong，F(xiàn)U Yajie
（Wuhai Vocational&Technical College，Wuhai 016000，China ）

Post insulators are the indispensable equipment in converter stations and it is significant to research their insulation property.In order to further study the flashover performance of post insulators，three typical types of post insulators are taken as the sample，and then plenty of artificial tests are carried out by changing the equivalent salt deposit density （ESDD）and non-soluble deposit density （NSDD）.Basing on the test data，the difference of flashover performance and flashover gradient of the samples are analyzed.Research results indicate that，ESDD and NSDD have effects on the flashover performance，and the ESDD influencing characteristic is within 0.20～0.24 while the NSDD influencing characteristic is within 0.11～0.15.The flashover gradient of the samples changes with the shed type，ESDD and NSDD values.Under the same pollution condition，the insulator creepage utilization ratio of type A insulator which owns larger shed distance is the highest.Under the same structure height，the type C insulator which has larger shed diameter possesses better anti-pollution property.Research results have some guiding significance for the outdoor insulation selection and antipollution measurements.

post insulator;flashover;shed type;pollution;flashover gradient

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.01.031

2015-09-06

李紅 （1982—），女，講師，主要研究方向:電氣工程。