重工业粉尘污秽地区常用绝缘子闪络特性的试验研究

张远博，朱义东，王 飞

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

重工业粉尘污秽地区常用绝缘子闪络特性的试验研究

张远博1，朱义东1，王 飞2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

在对辽宁省重度粉尘污秽分布进行调研分析的基础上，对几类主要粉尘污秽进行了成分分析。并在试验站大雾室内对辽宁省常用的双伞型瓷绝缘子和玻璃深棱型绝缘子进行了不同粉尘污秽条件下的污闪试验，对2种绝缘子在重度污秽区域防污闪特性进行了试验研究，给出了对此类地区绝缘子类型选择的参考建议。

粉尘污秽；绝缘子选型；闪络特性

近年来国内发生了多次重度污秽地区绝缘子闪络、爆裂等故障［1-2］。经调查，辽宁省分布着数量较多的冶炼、水泥等重度粉尘污染地区，对输变电设备安全运行构成严重威胁。对这类地区绝缘子类型的正确选用，是避免发生输变电设备外绝缘污闪故障的重要前提。

1 重度粉尘污染类型与分布

1.1 设备外绝缘典型污染源类型及成分分析

电网设备周边污秽污染源主要来自工矿企业、公路、城镇生活区及海洋等。工矿企业一般集中在较大城市周边或矿山，主要污染是企业排放的粉尘、污染气体等，如钢铁厂、电熔镁厂、火电厂、水泥厂等都属于较大污染企业。公路污染主要由于汽车尾气、灰尘、冬季使用的融雪剂等。城镇生活区污染主要是由于居民采暖锅炉、生活垃圾等。海洋污染主要体现为海风、海雾造成空气中所含盐分大幅增加。

经对污源类型的统计分析，分别对典型的粉尘污秽——镁矿石、铁矿石及水泥粉尘在附近变电站绝缘子外表面形成的污秽进行成分分析。各类粉尘污秽中，其对应的氧化物，即氧化镁、氧化铁、氧化钙等成分所占比例较大。从现场测试看，所选取绝缘子下表面污秽较集中，上、下表面积污比较高。总体来说，重粉尘污秽地区绝缘子外表面盐密、灰密均较大，且灰盐比较高，远超一般地区水平。

1.2 重粉尘对设备外绝缘影响

污秽物中不溶物是影响污闪电压的因素之一，灰分本身性能不同对其污闪电压影响也有差异。近年来我国电力系统在开展盐密度测量的同时，也开展了绝缘子表面附灰程度的测量。结果表明，辽宁地区灰分与盐分的比（灰盐比）常规污染情况下介于2～20，灰密度一般不高于2.0 mg／cm2。随着盐密度增大，灰盐比呈下降趋势。灰盐比随季节不同而周期性变化，冬季偏大，夏季偏小，这与冬季扬尘增多等原因有关［3-5］。

在辽宁电网运维中发现，一些重度污染地区，盐密度达0.1 mg／cm2以上，灰密度达4.0 mg／cm2以上，甚至一些地区灰盐比达200，这将极大地降低污闪电压，增加安全隐患。因此，急需开展重粉尘地区常用绝缘子闪络特性的试验研究，最大程度减少重粉尘污秽地区污闪事故的发生。

2 重粉尘污秽环境绝缘子选型研究

目前辽宁地区应用最多的绝缘子是瓷双伞型绝缘子及玻璃钟罩型绝缘子，因此，试验选取这2种型式的绝缘子，其额定机械负荷强度为70 kN。

试验前用清洗剂仔细清洗绝缘子表面，除去所有污物和油脂的痕迹，然后用自来水彻底冲洗干净。以后每次染污前，仅用自来水进行彻底清洗，以除去污秽物的所有痕迹，清洗后的绝缘子晾干后涂污进行试验。

为模拟不同污秽类型，导电物选择商业用纯氯化钠，不溶物选择硅藻土、氧化镁、氧化铁、水泥灰等。试验时绝缘子串按照实际运行情况布置模拟横担及模拟导线，试验连接如图1所示。

图1 大雾环境下污闪试验连接图

2.1 镁矿石粉尘污秽下瓷双伞与玻璃深棱型绝缘子试验对比

对XWP2-70双伞型瓷绝缘子和FC-70P／155玻璃深棱型绝缘子，在不同附盐密度（氯化钠）、不同附灰密度（氧化镁）工况下的短串（3片）人工污秽特性进行研究，试验结果如图2、图3所示。

由图2可以看出，灰密度在1.0 mg／cm2以下时，污耐受电压随灰密度增加迅速下降，达到2.0 mg／cm2时，污闪电压几乎接近最低点，此后随灰密度增大，污闪电压变化并不明显。主要原因是当绝缘子表面灰密度过小时，污染物吸水量小，保水性差，容易受潮的上表面很快吸水饱和，污秽物开始随水流失，而下表面未充分受潮，因而绝缘子电导率并非最大，污闪电压也相对较高，在灰密度较大，达到1 mg／cm2以上时，污秽物吸水量和保水性均较好，上表面充分受潮且未开始流失时，下表面也受潮充分，此时更容易发生闪络。

根据不同盐密度值闪络电压曲线可以看出，尽管灰密度对闪络电压有所影响，但影响闪络电压的主要因素仍是盐密度，即盐密度越高，闪络电压越低。

由图3可以看出，随灰密度、盐密度的增加闪络电压逐渐降低，与XMP2-70双伞型瓷绝缘子闪络特性相似，从闪络电压看二者在灰密度较大时差别较小。

考虑到FC-70P／155玻璃深棱型绝缘子下部深棱区域结构特点，此类绝缘子在重污秽地区比XMP2-70双伞型瓷绝缘子积污量一般高出30%左右，造成闪络电压降低，导致输电线路存在安全隐患。因此，在重粉尘污秽地区要尽量避免使用自洁性差的钟罩型或深棱型绝缘子。

尽管在相同盐密度、灰密度条件下，深棱玻璃绝缘子闪络电压虽略高于瓷绝缘子，但受限于本身结构特点及积污速率，在重污秽区域玻璃绝缘子的适用性较差，建议使用瓷绝缘子。

图2 双伞形瓷绝缘子不同盐密度、灰密度（氧化镁）闪络电压

图3 玻璃深棱型绝缘子不同盐密度、灰密度（氧化镁）闪络电压

2.2 铁矿石粉尘污秽环境下瓷双伞型与玻璃深棱型绝缘子试验对比

与之前的试验过程相同，对不同附盐密度（NaCl）、附灰密度（Fe2O3）工况下的长串人工污秽特性进行试验，试验结果如图4、图5所示。

图4 双伞型瓷绝缘子不同盐密度、灰密度氧化镁闪络电压

图5 玻璃深棱型绝缘子不同盐密度、灰密度闪络电压

由图4、图5可以看出，尽管污秽类型由电容镁变为氧化铁，但2组绝缘子的闪络特性均未发生太大变化，闪络电压仍主要由盐密度决定，而与污秽成分关联不大。

在雾气室内充分浸润绝缘子表面污秽时发现，氧化镁作为灰分时的附着性明显高于氧化铁作为灰分时的附着性（见图6、图7），雨水或雾气较大时，附着在绝缘子表面的氧化铁污秽更容易被冲洗，提高绝缘子的自洁性，导致氧化铁作为灰分时，闪络电压略低于氧化镁作为灰分时的污秽。

绝缘子闪络电压主要由盐密度、绝缘子积污速度、污秽附着力决定，与污秽类型关联不大，但不同污秽类型下绝缘子的自洁能力差别显著。

2.3 水泥粉尘污秽环境下瓷双伞型与玻璃深棱型绝缘子数据对比

与之前的试验过程相同，对不同附盐密度（NaCl）、附灰密度（水泥干粉）工况下的长串人工污秽特性进行试验，试验结果如图8、图9所示。

图6 氧化铁作为灰分涂抹玻璃绝缘子表面

图7 氧化镁作为灰分涂抹在玻璃绝缘子表面

图8 双伞型瓷绝缘子不同盐密度、灰密度（水泥干粉）下的闪络电压

图9 玻璃深棱型绝缘子不同盐密度、灰密度（水泥干粉）下的闪络电压

由图8、图9可见，闪络电压较在电熔镁、钢铁厂模拟环境下偏低，主要是由于水泥干粉内的硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐及其他杂质导致的。水泥干粉内的盐分增大了配制时测定的原有盐密度，降低了闪络电压，因此，水泥污秽时的闪络电压低于其他污秽地区闪络电压。

因试验过程中污闪及污闪导致的绝缘子表达过热情况如图10、图11所示。

图10 闪络电弧导致污秽层受热干燥并出现变黄痕迹

图11 试验过程中绝缘子表面的电弧灼烧

3 结论

a.工业污染、环境扬尘因素造成省内多个地区存在局部重度粉尘污染，电熔镁粉尘、钢铁厂粉尘、水泥厂粉尘等为重度粉尘污染的主要污染物，电熔镁污染导致的污闪故障较多，对电网构成较大威胁。

b.各种伞型及型号绝缘子闪络电压均随灰密度增大而降低，但瓷绝缘子受灰密度影响较小。

c.在重度粉尘地区，实验室试验结果表明，应优先选用开放型、自洁性好的绝缘子。玻璃绝缘子在重度粉尘污染情况下存在集中自爆风险，开放型绝缘子整体防污闪性能具有技术优势。

d.不同成分灰分附着力不同，本项目所研究的成分中，镁矿石粉尘附着力强于水泥，铁矿石粉尘附着力最弱，容易被雨水冲洗掉，因此镁矿石粉尘污染地区应加强防污闪工作。

［1］ 徐通训，徐喜佑，宿志一，等.电力设备防污闪技术［M］.武汉：能源部电力司，1995.

［2］ 顾洪连.玻璃绝缘子集中自破的原因分析［J］.电瓷避雷器，2003，46（5）：6-7.

［3］ 舒立春，冉启鹏，蒋兴良，等.瓷和玻璃绝缘子人工污秽交流闪络特性比较［J］.高电压技术，2007，33（3）：9-13.

［4］ 吴光亚，蔡 炜，王 钢，等.输电线路不同型式绝缘子的特性分析［J］.高电压技术，2001，27（3）：72-74.

［5］ 陈及时.钢化玻璃绝缘子机电性能分析［J］.东北电力技术，1998，19（3）：34-37.

［6］ 徐通训.从污闪事故中应吸取的教训［J］.东北电力技术，1996，17（2）：7-10.

Experimental Study on Flashover Characteristic of Insulator in Dust Contamination Region with Heavy Industry

ZHANG Yuan⁃bo1，ZHU Yi⁃dong1，WANG Fei2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In this paper，component analysis is carried out for the main dust contamination based on the research study about the dis⁃tribution of the dust contamination in Liaoning province.Under the different conditions，pollution flashover test is carried out by using porcelain insulator and glass insulator in fog environment of lab，flashover characteristic is analyzed.This paper is to provide a refer⁃ence for type selection of insulator in this region.

Dust contamination；The selection of insulator；Flashover characteristic

TM216

A

1004-7913（2015）06-0054-04

张远博（1987—），男，硕士，工程师，从事高电压绝缘技术与变压器试验技术的研究工作。

2015-04-10）