典型傘型懸式盤型絕緣子自然積污特性及污耐壓性能比較

，， ， ，

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014； 2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310004)

0 引言

絕緣子是承擔(dān)架空輸電線路絕緣的主要部件，中、重污區(qū)絕緣子的選型、片數(shù)選擇直接關(guān)系到輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。盤型懸式絕緣子的防污閃性能與其自然積污特性、污閃電壓特性有關(guān)。不同傘型、材質(zhì)盤型懸式絕緣子的積污特性存在差別[4-5]，同時(shí)由于傘型結(jié)構(gòu)的差異，不同絕緣子在相同污穢度下其單位爬電距離所能承受的電壓也即污閃梯度不同，通過相同環(huán)境下不同絕緣子的積污差異、在相應(yīng)積污差異基礎(chǔ)上獲得其污閃梯度的差異是正確評(píng)判絕緣子防污閃性能的有效方法[6-7]。

當(dāng)前，已有一些研究對(duì)不同傘型、材質(zhì)懸式絕緣子自然積污特性、人工污穢閃絡(luò)特性進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[8]對(duì)GW-110型瓷長(zhǎng)棒絕緣子與X-4.5懸式絕緣子積污特性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)GW-110積污鹽密值僅為X-4.5絕緣子鹽密值一半。文獻(xiàn)[9]通過風(fēng)洞積污試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙傘絕緣子積污灰密大于鐘罩型絕緣子，然而文獻(xiàn)[10]認(rèn)為玻璃、瓷絕緣子表面積污特性無明顯差異。文獻(xiàn)[11]對(duì)典型傘型絕緣子污閃電壓隨鹽密、灰密的變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[12]對(duì)玻璃、瓷絕緣子人工污穢閃絡(luò)特性進(jìn)行了研究，得到了不同型號(hào)絕緣子的污閃梯度。

可見現(xiàn)有成果主要基于實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)不同桿塔之間對(duì)某兩種傘型絕緣子積污特性進(jìn)行對(duì)比，缺少嚴(yán)格按照同塔懸掛方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型、鐘罩型、外傘型絕緣子積污特性系統(tǒng)性的研究，且不同研究對(duì)于玻璃、瓷質(zhì)絕緣子積污差異的結(jié)果并不統(tǒng)一。此外，目前尚無通過自然積污與污閃特性相結(jié)合對(duì)比不同傘型絕緣子防污閃性能的研究。

因此，筆者在浙江選取典型環(huán)境區(qū)域，不同傘型和材質(zhì)懸式盤型絕緣子進(jìn)行同塔懸掛，通過鹽密、灰密測(cè)試獲得了其積污特性差異，并結(jié)合自然積污絕緣子的污閃特性對(duì)不同絕緣子的污閃梯度、耐污性能進(jìn)行了比較，為輸電線路外絕緣設(shè)計(jì)、污區(qū)劃分、污穢度評(píng)估、運(yùn)維措施制定等工作提供參考。

1 自然積污測(cè)試方案

1.1 測(cè)試點(diǎn)選擇

選取嘉興地區(qū)典型污源附近線路桿塔，同塔懸掛瓷雙傘XWP2-70、瓷標(biāo)準(zhǔn)型XP-70絕緣子，以研究雙傘絕緣子、標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子積污差異。同塔懸掛玻璃鐘罩型FC70P絕緣子、玻璃標(biāo)準(zhǔn)型LXY-70絕緣子，以研究鐘罩絕緣子、標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子積污差異。利用瓷標(biāo)準(zhǔn)型XP-70絕緣子、玻璃標(biāo)準(zhǔn)型LXY-70絕緣子研究瓷、玻璃材質(zhì)對(duì)絕緣子積污的影響。

各測(cè)點(diǎn)位置、環(huán)境等信息詳見表1。

表1 絕緣子污穢測(cè)點(diǎn)信息Table 1 Test tower information for insulator pollution measurement

典型測(cè)試絕緣子懸掛照片見圖1。

圖1 汾陽4Q24線31號(hào)測(cè)試串懸掛照片F(xiàn)ig.1 Test insulators of Fenyang 4Q24 line tower 31

1.2 測(cè)試方法及絕緣子參數(shù)

污穢測(cè)試嚴(yán)格按照Q/GDW 1152.1—2014規(guī)定方法進(jìn)行，對(duì)絕緣子上、下表面分別測(cè)取等值鹽密、等值灰密，進(jìn)而得到灰鹽比、積污不均勻度等積污特性參數(shù)?？紤]到絕緣子串積污存在端部效應(yīng)，最上端絕緣子污穢度偏低、最下端絕緣子污穢度偏高，因此測(cè)試絕緣子均取自絕緣子串中間部位。測(cè)試時(shí)間為絕緣子積污最為嚴(yán)重時(shí)的3月份。測(cè)試絕緣子結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

表2 污穢測(cè)試絕緣子結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 Parameters of the insulator for contamination test

2 自然積污特性分析

2.1 等值鹽密及等值灰密

各測(cè)點(diǎn)上表面等值鹽密及等值灰密測(cè)試結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 上表面等值鹽密測(cè)試結(jié)果Fig.2 ESDD results of the up surface of test insulators

圖3 上表面等值灰密測(cè)試結(jié)果Fig.3 NSDD results of the up surface of test insulators

由圖2、圖3可知，絕緣子上表面鹽密、灰密測(cè)試結(jié)果未體現(xiàn)出與傘型相關(guān)的規(guī)律。

各測(cè)點(diǎn)下表面等值鹽密及等值灰密測(cè)試結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 下表面等值鹽密測(cè)試結(jié)果Fig.4 ESDD results of the lower surface of test insulators

圖5 下表面等值灰密測(cè)試結(jié)果Fig.5 NSDD results of the lower surface of test insulators

由圖2、圖3可知，傘型對(duì)絕緣子下表面鹽密、灰密有顯著影響，表現(xiàn)在以下方面。

1)所有測(cè)點(diǎn)XWP2-70雙傘絕緣子下表面鹽密均小于XP-70絕緣子，除測(cè)點(diǎn)2外，其他測(cè)點(diǎn)XWP2-70下表面灰密均小于XP-70絕緣子。

2)所有測(cè)點(diǎn)FC70P鐘罩型絕緣子下表面鹽密大于LXY-70絕緣子，除測(cè)點(diǎn)4之外，其他測(cè)點(diǎn)FC70P下表面灰密均大于LXY-70絕緣子。

為比較材質(zhì)對(duì)積污污穢度影響，比較圖2、圖3中XP-70、LXY-70絕緣子測(cè)試結(jié)果，顯示兩者結(jié)果相近。

XWP2-70雙傘絕緣子與XP-70標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子下表面污穢度差別主要來源于傘群下表面結(jié)構(gòu)。XP-70傘裙下表面存在棱槽，氣流流過時(shí)容易出現(xiàn)渦流導(dǎo)致污穢顆粒在凹槽中集聚，同時(shí)降雨條件下棱槽內(nèi)污穢更難被清洗。FC70P鐘罩型絕緣子與LXY-70絕緣子相比其下表面棱槽更深，導(dǎo)致在雨水條件下的污穢保有能力更強(qiáng)。

絕緣子下表面污穢度的差別將導(dǎo)致整體污穢度的差異，各測(cè)點(diǎn)不同傘型、材質(zhì)絕緣子之間積污比平均值見表3。

由表3可知，XP-70絕緣子整體鹽密、灰密平均值分別為XWP2-70對(duì)應(yīng)數(shù)值的2.084、1.474倍，F(xiàn)C70P絕緣子整體鹽密、灰密平均值分別為L(zhǎng)XY-70對(duì)應(yīng)數(shù)值的1.559、1.716倍。

XP-70與LXY-70絕緣子整體鹽密、灰密數(shù)值較為接近，因此對(duì)于這兩種標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子，材質(zhì)對(duì)積污的影響可以忽略，即使用上述兩種絕緣子進(jìn)行污穢度評(píng)估具備等價(jià)性。

表3 不同傘型絕緣子之間積污比Table 3 Contamintaion ratio between insulators with different sheds

2.2 積污不均勻度

絕緣子整體鹽密、灰密一致時(shí)，上下表面污穢度的差異越大，污閃電壓越高，因此積污不均勻度是絕緣子運(yùn)維、污穢度評(píng)估中的重要參數(shù)。

令絕緣子傘裙下表面鹽密與上表面鹽密的比值為鹽密不均勻度，絕緣子傘裙下表面灰密與上表面灰密的比值為灰密不均勻度，各測(cè)點(diǎn)鹽密、灰密不均勻度結(jié)果見圖6和圖7。

圖6 各測(cè)點(diǎn)鹽密不均勻度Fig.6 Ununiformed ESDD perimeters of test insulators

圖7 各測(cè)點(diǎn)灰密不均勻度Fig.7 Ununiformed NSDD perimeters of test insulators

由圖6、圖7可知，傘型對(duì)絕緣子積污不均勻度有一定影響，體現(xiàn)為：1)所有測(cè)點(diǎn)XWP2-70雙傘絕緣子鹽密不均勻度均小于XP-70絕緣子，灰密不均度差異不明顯。2)除測(cè)點(diǎn)3外，其他所有測(cè)點(diǎn)FC70P鐘罩型絕緣子鹽密不均勻度大于LXY-70絕緣子，整體上FC70P鐘罩型絕緣子鹽密不均勻度大于LXY-70絕緣子。

將各測(cè)點(diǎn)各型號(hào)絕緣子鹽密不均度取平均，灰密不均勻度做相同處理，結(jié)果見表4。

表4 不同傘型絕緣子積污不均勻度均值Table 4 Ununiformed contamination perimeters between insulators with different sheds

由表3可見，F(xiàn)C70P積污不均勻度大于LXY-70絕緣子，XP-70積污不均勻度大于XWP2-70絕緣子，LXY-70積污不均勻度與XP-70較為接近。

造成上、下表面積污不均勻的主要原因?yàn)榻^緣子傘裙上、下表面承受雨水沖刷情況不同。外傘型絕緣子如XWP2-70其傘裙下表面沒有棱槽，在降雨天氣易受下一片傘裙濺起的雨水濕潤(rùn)，造成污穢流失。而標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子如LXY-70下表面存在較淺棱槽，鐘罩型絕緣子如FC70P下表面棱槽較深，棱槽約深，其積污越難以被清洗，因此導(dǎo)致了不同傘型絕緣子積污不均勻度的差別。

由于LXY-70積污不均勻度與XP-70較為接近，因此認(rèn)為瓷、玻璃對(duì)積污不均勻度影響不顯著，可以忽略其影響，因而直接將3種傘裙積污不均勻度一起比較，可見鐘罩型絕緣子積污不均勻度最大，外傘型絕緣子積污不均勻度最小，標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子居于中間。

2.3 灰鹽比

絕緣子灰密、鹽密比值與其污穢度評(píng)估相關(guān)，相同鹽密下，灰鹽比數(shù)值越大絕緣子越容易發(fā)生污閃。各測(cè)點(diǎn)灰鹽比數(shù)據(jù)見圖8。

圖8 各測(cè)點(diǎn)積污灰鹽比Fig.8 Ratio of NSDD and ESDD of test insulators

由圖8可知，各測(cè)點(diǎn)LXY-70、FC70P、XP-70 3種絕緣子灰鹽比數(shù)據(jù)較為接近，測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3處XWP2-70絕緣子灰鹽比數(shù)據(jù)大于其他型號(hào)絕緣子。將各測(cè)點(diǎn)絕緣子型號(hào)灰鹽比數(shù)值取均值，XWP2-70絕緣子灰鹽比均值為5.4，LXY-70、FC70P、XP-70 3種絕緣子灰鹽比分別為3.17、3.01、3.39?？梢姴Ａ?、瓷兩種材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)絕緣子積污灰鹽比接近，對(duì)于瓷絕緣子，雙傘XWP2-70絕緣子灰鹽比比標(biāo)準(zhǔn)型XP-70絕緣子更大。

3 污耐壓水平對(duì)比

為對(duì)比不同傘型絕緣子耐污性能，在考慮各型號(hào)絕緣子積污特性差異基礎(chǔ)上，對(duì)不同污穢度下各傘型絕緣子污閃梯度進(jìn)行計(jì)算，污閃梯度計(jì)算方法見式(1)。

EL=Uf/L

(1)

式中：EL為污閃梯度，Uf為污閃電壓，L為絕緣子爬電距離。各傘型爬電距離數(shù)據(jù)見表1，污閃電壓Uf曲線采用文獻(xiàn)[13]試驗(yàn)結(jié)果，見式(2)。

(2)

式(2)為利用自然積污絕緣子進(jìn)行污閃試驗(yàn)得到的結(jié)果，充分考慮了鹽密、灰密、積污不均勻度的影響。式(2)中沒有XP-70絕緣子的污閃電壓曲線，但根據(jù)文獻(xiàn)[12]可知，普通型瓷、玻璃絕緣子在相同鹽、灰密下污閃梯度幾乎一致，根據(jù)本文第2節(jié)自然積污結(jié)果，XP-70、LXY-70絕緣子相同環(huán)境下自然積污特性一致，因此可認(rèn)為XP-70、LXY-70絕緣子自然積污狀態(tài)下污閃梯度一致，本文不再對(duì)XP-70絕緣子污閃梯度進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)第2節(jié)自然積污結(jié)果，利用式(2)對(duì)各絕緣子污閃電壓進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算所需參數(shù)見表5。

表5 各傘型絕緣子污閃電壓計(jì)算參數(shù)Table 5 Calculation perimeters of pollution flashover voltage for insulators with different sheds

根據(jù)2.1節(jié)分析結(jié)果，XWP2-70絕緣子整體鹽密平均為L(zhǎng)XY-70的0.5倍，F(xiàn)C70P整體鹽密平均為L(zhǎng)XY-70的1.56倍，因此計(jì)算時(shí)，以LXY-70絕緣子選定鹽密為基礎(chǔ)，XWP2-70、FC70P計(jì)算鹽密在LXY-70鹽密基礎(chǔ)上乘以相應(yīng)倍數(shù)。計(jì)算時(shí)LXY-70鹽密設(shè)置范圍為0.01 mg/cm2至0.3 mg/cm2。各絕緣子灰密通過灰鹽比得到，灰鹽比數(shù)值采用2.3節(jié)結(jié)果。積污不均勻度采用2.2節(jié)鹽密不均勻度結(jié)果。

利用各傘型絕緣子計(jì)算所得Uf、爬電距離對(duì)絕緣子污閃梯度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見圖9。

圖9 典型傘型絕緣子污閃梯度Fig.9 Pollution flashover voltage gradient of insulators with typical sheds

由圖9可知，等值鹽密0.05 mg/cm2至0.25 mg/cm2范圍內(nèi)，3種絕緣子污閃梯度由高至低依次為XWP2-70、LXY-70、FC70P。可見對(duì)于浙江面積最大的C、D級(jí)污區(qū)，耐污能力表現(xiàn)最好的是XWP2-70，即雙傘型絕緣子。

4 結(jié)論

利用浙江地區(qū)典型污穢附近桿塔，同塔懸掛典型傘型懸式盤型絕緣子進(jìn)行自然積污試驗(yàn)，并利用積污試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合絕緣子自然積污污閃特性對(duì)典型傘型耐污能力進(jìn)行了比較，得到以下主要結(jié)論。

1)傘型對(duì)絕緣子積污鹽密、灰密值有顯著影響，標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子XP-70積污鹽密、灰密約為雙傘型XWP2-70相應(yīng)值的2.1、1.5倍，鐘罩型FC70P積污鹽密、灰密約為標(biāo)準(zhǔn)型LXY-70相應(yīng)值的1.6、1.7倍。

2)傘型對(duì)絕緣子積污不均勻度有顯著影響，雙傘型XWP2-70絕緣子積污不均勻度均小于標(biāo)準(zhǔn)型XP-70絕緣子，鐘罩型FC70P絕緣子鹽密不均勻度大于標(biāo)準(zhǔn)型LXY-70絕緣子。

3)瓷、玻璃兩種材質(zhì)差異，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型絕緣子積污鹽密、灰密值及積污不均勻度影響不明顯。

4)C、D級(jí)污區(qū)，相同積污環(huán)境下雙傘型XWP2-70絕緣子耐污能力強(qiáng)于普通型LXY-70絕緣子、鐘罩型FC70P絕緣子。