基于动态水滴试验的电力复合绝缘子憎水性研究

王永辉,黄艳丽,刘彦垓

(许继集团 许继电子有限公司,河南 许昌 461000)

基于动态水滴试验的电力复合绝缘子憎水性研究

王永辉,黄艳丽,刘彦垓

(许继集团 许继电子有限公司,河南 许昌 461000)

利用动态水滴实验对不同老化程度的硅橡胶绝缘子的憎水性进行了评估。针对电流信号包络线的脉冲个数、均值、标准方差、峰度和偏度等 5个因素,对泄露电流进行了分析,找出了复合绝缘子表面憎水性与泄露电流之间的关系。结果表明,泄露电流的特性对复合绝缘子憎水性的变化很敏感。

复合绝缘子;憎水性;泄露电流

0 引 言

当前使用的复合绝缘子主要是硅橡胶合成绝缘子,硅橡胶复合绝缘子良好的耐污能力来源于其硅橡胶外绝缘良好的憎水性和独特的憎水性迁移性。然而,运行经验也表明,运行中的复合绝缘子由于受污秽、潮湿、放电等因素的影响,其憎水性存在下降甚至丧失的可能。憎水性的严重下降将导致复合绝缘子污闪电压的显著下降,从而威胁系统的安全运行。因此,对复合绝缘子的憎水性能的检测是十分必要的。

测量绝缘表面的憎水性有 3种方法：接触角方法、表面张力法和表面喷水法。与接触角法和表面张力法相比,表面喷水法操作简单,对检测装备要求低,而且还可以检测污染的绝缘表面。测量复合绝缘子憎水性的喷水分级法[1](hydrophobic class,HC)是由瑞典输配电研究所 (the Swedish Transmission Research Institute,STRI)提出的。表面喷水法是按一定规范在绝缘表面喷水,在根据绝缘表面的水滴形状和水滴分布情况把憎水性分为 HC1～HC7共 7个等级,HC1级和 HC7级分别对应憎水性最强和最差的状态。该方法操作简单,检测时用普通喷壶对试品喷洒水雾,观测水分在试验品表面的分布情况,然后有人工通过与每一等级的典型图的目测比较来确定憎水性等级。由于人的主观性,这种目测鉴定的结果不可避免的会出现不一致[2]。为了弥补喷水分级法的不足,许多研究人员尝试了应用数字图像分析技术来判断憎水性等级。文献[3]尝试通过计算绝缘子喷水图像的灰度信息熵来表征憎水性等级;但是由于受到现场绝缘子表面污秽及周围光源的不均匀性及不确定性等因素的影响,这种方法难以应用于实际[4]。文献[5]则通过计算绝缘子喷水图像中水珠的形状因子来表征憎水性等级,但其只能对绝缘子表面的憎水性状态进行定性描述,分级粗糙。国内外的一些学者尝试通过运用图像分析的方法来客观判断绝缘子的憎水性,根据水珠图像和水迹图像的不同特点,采用不同的滤波方法处理水珠和水迹图像,然后用基于熵的自动阀值法进行分割,最后,用二值形态重构运算提取主要区域。试验表明,该算法适用性强,简单,能较准确地实现憎水性图像的分割[6]。但这些方法对于复合绝缘子憎水性等级判决效果并不好。

本文以动态水珠试验中泄露电流为分析对象,在合理假设基础上,重点讨论了在复合绝缘子表面憎水性不同的情况下,泄露电流的脉冲个数、均值、方差、峰度、偏度等 5个因素所表现出来的不同特征。试验表明,该方法能够客观、准确的区分出绝缘子表面的憎水性状况,这就为憎水性等级评定的准确性提供了保证。

1 试验安排

图1所示为 3种不同老化程度的硅橡胶样品,用静态接触角法来判断它们的老化程度。图 1(a)表示硅橡胶样品憎水性良好;(b)表示硅橡胶样品憎水性部分丧失;(c)表示硅橡胶样品憎水性完全丧失。

图1 实验样品Fig.1 Experimental samples

电路如图 2所示,试验样品为硅橡胶,放在倾角为 60°的绝缘板上间隔50 mm的两铜电极之间,电极模型为板—板型。样品的尺寸为 80×40×5mm。水滴是导电率为 3±0.2ms/cm的NaCl溶液,NaCl溶液从上端高压端沿样品表面流下,流到下端低压端并收集起来。在不施加电压的情况下,滴水频率约为 12±1滴/min。加压前滴水5 min,然后开始加压。通过变压器把频率为50 Hz的工频交流电压升至有效值为5 kV的电压,将其通过一个15 kΩ的水泥保护电阻接至上高压端电极,低压端电极接测量电路 (采样电路,采样频率为22 kHz)。同时通过示波器记录水泥电阻两端的电流波形,用高速相机拍下滴水和放电过程。

图2 动态水滴试验电路Fig.2 Dynam ic d roptest circuit

2 试验结果及分析

泄露电流作为沿面放电和绝缘子绝缘性能的集中体现,涵盖了丰富的有关污闪形成过程的状态信息[7]。可以利用这些信息判断绝缘子表面的憎水性状况。泄露电流的包络线,作为放电强度的体现,相对电流波形,由于剔除了大量的污层电流值,而更能有效体现出沿面放电状态。

3种憎水性不同的样品表面泄露电流的包络线如图 3。以下所有波形图均为一滴水滴落过程中泄露电流波形分析图。

3种憎水性不同的样品表面泄露电流的放电脉冲变化规律如图 4。

由图 4可知,在两个水滴之间的放电过程中,不同憎水性样品的放电脉冲个数不同,由图知对任一给定阈值,憎水性好的样品放电脉冲个数都是最少的,部分丧失的次之,憎水性丧失的放电脉冲个数最多。因此,从一定程度上讲放电脉冲个数能够反应出绝缘子表面的憎水性状况。

3种憎水性不同的样品表面泄露电流的均值化规律如图 5。

由图 5可知,在动态水滴实验中,水滴滴下的瞬间出现放电,产生放电脉冲。由于样品憎水性的不同,水滴滴下后到另一个水滴滴下前的时间里,憎水性良好的样品不再出现放电脉冲,憎水性部分丧失的样品表面会附着部分水滴,还会出现放电脉冲,憎水性丧失的样品表面由于水膜的存在,还会多次出现放电脉冲,这些都会引起波形均值的变化。

3种憎水性不同的样品表面泄露电流的均方差如图 6。

由图 6可知,3种不同样品在水滴滴下的瞬间产生放电脉冲时(0.5 s之前的时间里)的均方差是不同的,憎水性丧失样品的均方差要比前两种样品小,说明此时的电流接近工频电流波形,即此时样品表面呈现阻性。电流以阻性电流为主。

3种憎水性不同的样品表面泄露电流的偏度如图 7。

偏度是刻画数据在均值两侧的对称程度的参数。由图 7可知,3种不同样品在水滴滴下的瞬间产生放电脉冲时的偏度相差不大,因为此时都有放电脉冲,样品表面呈阻性,所以偏度相差不大。到下一滴水滴滴下之前的时间里,老化程度不同样品会出现次数不同的放电脉冲。老化越严重,放电次数越多,引起的偏度越大越密集。

3种憎水性不同的样品表面泄露电流的峰度如图 8。

峰度是刻画数据在均值两侧的集中程度的参数。由图 8可知,憎水性不同的样品电流峰度值和密集度是不同的。憎水性越差,电流的峰度值和密集度越大。

3 结 论

(1)当水滴滴在样品表面时候,会出现放电现象。随着样品憎水性的降低,会有部分水滴附着在样品表面,导致更多的放电脉冲。

(2)憎水性不同绝缘子,其泄露电流的均值、均方差、偏度和峰度都不相同。因此,可以根据指标的不同,来判断其对应绝缘子表面的憎水性状况。

[1]Swedish Transm ition Research Institute.STRIguide 92-1hydrophobicity classfication guide[S].1992.

[2]彭克学,王泉德,王先培.基于表面喷水图像分析的绝缘子表面憎水性检测方法 [J].绝缘材料,2005,38(1)：47-51.

Peng Kexue,Wang Quande,Wang Xianpei.Water-jet image analysis based on surface hyd rophobic insulator surface detection method[J].Insulating Materials,2005,38(1)：47-51.

[3]Berg M,Thottappillil R,Scuka V.Hyd rophobicity estimation of HV polymeric insulatingmaterials-development of a digital image processingmethod[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insu lation,2001,8(6)：1098-1107.

[4]Chen XJ,LiC R,Huang XQ,et al.On-line estimating the level of hydrophobicity of com posite insulators using the digital images[C].Indianapolis：Proceeding of 2005 Electrical Insulation Conference,2005.

[5]Tokoro T,Omoto Y,Kosaki M.Image analysis ofhydrophobicity of polymer insulators using PV M[C].Kitchener：Proceeding of 2001 CEIDP,2001.581-584.

[6]周彬,孙毅,祁兵.硅橡胶复合绝缘子憎水性图像分割算法 [J].安徽电气工程职业技术学院学报,2008,13(1)：19-22.

Zhou Bin,Sun Yi,Qi Bing.Segmentation algorithm of hydrophobic image of polysilicone com posite insulator[J].Anhui Vocational and Technical College of Electrical Engineering,2008,13(1)：19-22.

[7]Gorur R S.Sudden flashover of insulators in articial contam ination tests[J].IEEE Trans.on Dielectrics and E-lectrical Insulation,1997,1(4)：79-87.

Study on Hyd rophobicity of Composite Insulator Based on Dynamic DropTest

Wang Yonghui,Huang Yanli,Liu Yangai
(XJElectronic Co.,Ltd of XJGroupCorporation,Xuchang 461000,China)

Outdoor polymeric insulators are widely used in power system because of their superior hydrophobic.Due to the environmental influence,the chemical changesmay take placeand cause the loss ofhydrophobic,which will endanger the long-term performanceofoutdoor insulators in service.So,it is important to takeaccurateevaluation of the insulator hydrophobic.A dynamic droptest(DDT)was carried out to evaluate the hydrophobic properties for different ageing levels of silicone rubber insu lator.For the current signal envelope of the pu lse number,mean,standard deviation,kurtosis,and skewness of five factors,leakage currents were analyzed to identify the composite insulator surface hydrophobic and the leakage current relationship.The results showed that leakage current characteristics of composite insu lators is very sensitive to changes in hyd rophobicity.

polymeric insulator;hydrophobic;leakage current.

T M216

A

2010-01-20。

王永辉 (1972-),男,工程师,从事电力系统的检测和设计,E-mail：yonghuiw@xjgc.com。

book=32,ebook=224