盐雾下涂污绝缘子交流闪络特性

王绥瑜，罗亚运，陈钦柱，宋思齐，黄松，何正浩，张丹丹，王昱晴，肖黎明

(1.海南电力技术研究院，海口 570125；2.华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室，武汉 430074)

盐雾下涂污绝缘子交流闪络特性

王绥瑜1，罗亚运2，陈钦柱1，宋思齐2，黄松1，何正浩2，张丹丹2，王昱晴2，肖黎明2

(1.海南电力技术研究院，海口 570125；2.华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室，武汉 430074)

在人工污秽实验室中对盐雾下三种不同型号绝缘子的污闪特性进行了试验研究，得到了三种型号绝缘子的闪络电压及闪络电压梯度，并对结果进行分析。

盐雾；绝缘子；人工污秽试验；盐雾法；交流闪络电压；闪络电压梯度

0 前言

某地区绝缘子的积污特性主要表现为灰密小，盐密波动较大[1]。灰是污秽的主要成分之一，试验研究表明，随着灰密的增大，污闪电压减小，且污闪电压与灰密成幂函数关系[2]。该地区灰密较低，基本处于0.36 mg/cm2以下，且因为海南区域雨量充沛，台风频繁，盐雾的快速积污和雨水的冲刷作用交替影响绝缘子，使盐密可以在一个范围内频繁变动，这与当前研究灰密的普遍条件有差异。

大量人工污秽试验结果均表明复合绝缘子具有优异的憎水性，在相同条件下相对于玻璃及陶瓷绝缘子有更高的污闪电压，适宜用于污染较严重的区域，且沿海地区灰密较小，不易破坏硅橡胶表面憎水性[3-7]，复合绝缘子用于沿海重污秽地区更具优越性。但在海南地区，仍运行有大量玻璃及陶瓷绝缘子。

目前的相关试验中由于广泛使用的蒸汽雾发生装置不能产生盐雾，因此大多为固体层法进行绝缘子人工污秽试验[3-5]。而目前进行的绝缘子盐雾试验也只是考虑盐雾单独对复合绝缘子闪络特性的影响[9]，并没有考虑盐雾和绝缘子表面污秽共同对绝缘子闪络特性的影响。因此，研究沿海区域不同型号的污秽绝缘子在盐雾条件下的污闪特性仍是电力系统防污闪的重要工作需要。

本文根据海南地区绝缘子积污情况调研的结果，分别对三种型号的绝缘子进行了不同盐密和盐雾浓度条件下的交流人工污秽试验，研究分析了盐雾条件下三种不同型号绝缘子的交流闪络特性。

1 试验布置和方法

1.1 试品

试品采用7片串双伞防污瓷绝缘子 (XWP2-70)、7片串普通玻璃绝缘子 (LXHY5-70)和整只棒形悬式绝缘子 (FXBW4-110/100)，其结构和技术参数如表1所示。

表1 试品参数

1.2 试验装置

图1为本次试验回路示意图。电源由4 800 kVA/1 000 kV交流试验变压器提供，其短路阻抗为2.15%，最大短路电流为15 A，满足IEC标准中对污闪试验的电源要求[8]。

绝缘子与盐雾发生装置布置图如图2所示，绝缘子串竖直悬挂，上端接地，下端接高压导线。盐雾由两个垂直设置的喷嘴产生，喷嘴均为管状，满足GB/T 4585-2004[10]规定。绝缘子串与盐雾喷嘴的距离为3 m。

1.3 试验方法

试验采用固体污层法与盐雾法结合的方法，试品涂污采用GB/T 4585-2004推荐的定量涂刷法，由硅藻土混合物配置污液，由硅藻土、纯氯化钠、二氧化硅和蒸馏水组成。根据绝缘子需染污的表面积乘以所需污秽的盐密、灰密获得试品需要的氯化钠和硅藻土量，加上适量的蒸馏水，搅拌均匀后全部均匀地涂刷到试品绝缘子表面上，涂污后阴干16～22 h，再放入雾室进行试验。加压方式为均匀升压法，即每一工况下绝缘子串的50%闪络电压由3串绝缘子试验得到，每串闪络5次，取其中与平均值误差不超过7%的所有数据平均值为50%闪络电压。

图1 试验回路示意图

2 试验结果及分析

2.1 盐雾盐度、灰密相同，盐密不同

文中研究了三种不同的悬式绝缘子串在盐雾盐度S固定为14 kg/m3、绝缘子表面灰密ρNSDD固定为0.15 mg/cm2的条件下，改变绝缘子表面的盐密值ρESDD的闪络试验，得到的50%闪络电压Uf如表2所示。

表2 不同盐密下绝缘子闪络电压Uf

不同型号绝缘子的防污闪性能并不能仅仅依靠闪络电压Uf判断，还要考虑绝缘子爬电距离的有效性，不同型号绝缘子的爬电距离不同，从而导致闪络电压不同。绝缘子单位爬电距离上能够承受住的最大电压称为沿泄漏距离的闪络电压梯度，直接反映了绝缘子对爬电距离的利用效率[11]。绝缘子的闪络电压梯度能帮助我们对不同型号绝缘子的闪络特性进行更加全面的考量。

绝缘子的闪络电压梯度可由式 (1)得到[12]，即

其中Ec为绝缘子的闪络电压梯度，单位kV/ cm；L为绝缘子整串的爬电距离，单位cm。

由式 (1)和表2可绘制图3如下。

图3 ρESDD对不同绝缘子闪络电压梯度的影响

由图3可知：

1)盐雾闪络试验下不同型号绝缘子串具有不同的闪络电压梯度，7片串XWP2-70绝缘子串的闪络电压梯度最低，7片串LXHY5-70绝缘子串的闪络电压梯度比7片串XWP2-70绝缘子串稍高，整串FXBW4-110/100绝缘子的闪络电压梯度远大于上述两种型号绝缘子串。

2)三种型号绝缘子串在盐雾盐度不变时，随着盐密增大，闪络电压梯度都有所下降，但下降趋势都比较平缓。

3)盐密从0.02 mg/cm2下降到0.10 mg/cm2时7片串XWP2-70绝缘子串的闪络电压梯度下降了19.77%，7片串LXHY5-70绝缘子串的闪络电压梯度下降了13.04%，整串FXBW4-110/100绝缘子的闪络电压梯度下降了3.72%。

2.2 盐雾盐密、灰密相同，盐度不同

文中研究了三种不同的悬式绝缘子串在绝缘子表面的盐密值ρESDD固定为0.08 mg/cm2、绝缘子表面灰密ρNSDD固定为0.15 mg/cm2的条件下，改变盐雾盐度S的闪络试验，得到的闪络电压Uf如表3所示。

表3 不同盐度下绝缘子闪络电压Uf

由式 (1)和表3可绘制图4如下。

图4 S对不同绝缘子闪络电压梯度的影响

由图4可知：

1)盐雾闪络试验下不同型号绝缘子串具有不同的闪络电压梯度，7片串XWP2-70绝缘子串的闪络电压梯度最低，7片串LXHY5-70绝缘子串的闪络电压梯度比7片串XWP2-70绝缘子串稍高，整串FXBW4-110/100绝缘子的闪络电压梯度远大于上述两种型号绝缘子串。

2)三种型号绝缘子串在盐密固定时，随着盐度增大，闪络电压梯度都有所下降，且在盐度从0 kg/m3增加到14 kg/m3时下降迅速，盐度达到14 kg/m3后趋于平缓。LXHY5-70绝缘子串相较其他两种型号绝缘子下降趋势更为平缓。

3)盐度从0 kg/m3增加到20 kg/m3时7片串XWP2-70绝缘子串的闪络电压梯度下降了48.15%，7片串LXHY5-70绝缘子串的闪络电压梯度下降了44.62%，整串FXBW4-110/100绝缘子的闪络电压梯度下降了45.99%。

2.3 分析与讨论

污秽绝缘子沿面闪络理论认为，绝缘子的污秽闪络机理如下[13]：

积污、受潮、干区形成、局部电弧、电弧发展、电弧桥接绝缘子两端，形成闪络。

但是文中试验结果表明，低灰密下绝缘子的盐雾闪络机理与污秽闪络可能不同。

图3中三种型号绝缘子串在盐雾盐度不变时，随着盐密增大，闪络电压梯度都有所下降，但下降趋势都比较平缓。伞形结构简单，易于被盐雾充分浸润的FXBW4-110/100绝缘子串在盐密从0.02 mg/cm2增加到0.10 mg/cm2时，闪络电压梯度仅仅下降了3.72%。图3与图4对比也表明，S对绝缘子闪络电压梯度的影响远大于ρNSDD，说明在灰密较低时，灰密对盐密的积蓄作用不明显，盐雾对绝缘子的冲刷比较严重。因此在涂污绝缘子的盐雾闪络试验中，导致绝缘子串闪络电压梯度下降的因素主要是盐雾的盐度。

图3与图4的结果还表明，绝缘子的闪络特性与绝缘子串的材质也有较大关系，复合绝缘子的闪络电压梯度远大于玻璃和陶瓷绝缘子，这是因为复合绝缘子表面具有憎水性，使绝缘子表面难以形成连续的导电溶液层。

绝缘子的伞形也会对绝缘子的闪络特性造成影响。盐雾试验中的盐雾与蒸汽雾不同，盐雾的比重比空气大，产生后主要沉积在低空地面附近，随着盐雾的增多会逐渐往上弥漫，盐雾在水平方向的流动比从下到上的流动容易的多。因此伞形简单的FXBW4-110/100在盐雾下能够充分浸润，而XWP2-70和LXHY5-70的下表面都有较深的棱，这些深棱中的沟槽难以被浸润。

传统理论认为绝缘子闪络模型可以视为电弧电阻与污层电阻串联，但盐雾下染污绝缘子的闪络模型可能有所不同。对有深棱结构的绝缘子来说，其表面可以等效为电弧电阻、下表面未被冲刷的污层电阻、冲刷后的导电溶液电阻串联。

3 结束语

1)盐雾闪络试验中盐度对绝缘子串闪络电压梯度的影响远大于盐密，这是由于盐雾的冲刷作用导致的。

2)在绝缘子表面盐密/灰密较低的情况下，由于高盐度的盐雾作用，绝缘子的闪络电压降低了40%以上，这表明在近海有海洋盐雾作用的地方仅根据盐密/灰密配置外绝缘可能导致外绝缘配置过低。

3)复合绝缘子在相同盐密/灰密和盐雾盐度的情况下，其闪络电压梯度远大于玻璃和陶瓷绝缘子，这是因为复合绝缘子表面具有憎水性，使绝缘子表面难以形成连续的导电溶液层。

4)盐雾在水平方向的流动比从下到上的流动容易的多，因此伞形简单的FXBW4-110/100在盐雾下能够充分浸润，而XWP2-70和LXHY5 -70绝缘子下表面都有较深的沟棱，这些深棱中的沟槽难以被浸润。

5)盐雾下染污绝缘子的闪络模型可以等效为电弧电阻、下表面未被冲刷的污层电阻、冲刷后的导电溶液电阻串联。

[1] 曾雁.我国滨海地区绝缘子污闪特性分析 [J].广东电力，2010，23(12)：111-114.

[2] 陈爱军.不同盐密和灰密对110 kV复合绝缘子污秽闪络特性的影响研究 [D].重庆：重庆大学，2006.

[3] 舒立春，毛峰，蒋兴良，等.复合绝缘子与瓷和玻璃绝缘子直流污闪特性比较 [J].中国电机工程学报，2007，27 (36)：26-30.

[4] 赵锋，张福增，杨皓麟，等.复合绝缘子憎水性及直流污闪特性的影响因素 [J].中国电机工程学报，2009，29 (1)：107-112.

[5] 宿志一，范建斌.复合绝缘子用于高压及特高压直流输电线路的可靠性研究 [J].电网技术，2006，30(12)：16 -23

[6] Hackam R.Outdoor HV composite polymeric insulator[J]. IEEE Trans on Dielectrics Insulation，1999，6(5)：557 -585.

[7] Liang X D，Wang S W，Fan J，et al.The development of composite insulators in China[J].IEEE Trans on Dielectrics Insulation，1999，6(5)：586-594.

[8] Salam M A，Ahmad H，Ahmad A S et al.Study of creepage distance of the contaminated insulator in correlation with salt deposit density[C].2000 Annual Report Conference on E-lectrical Insulation and Dielectric Phenomena，2000.

[9] 蔡炜，张军，刘毅忠，等.复合绝缘子人工污秽试验方法比较 [J].高电压技术，2003，29(5)：53-54.

[10] GB/T 4585—2004交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验 [S].北京：中国标准出版社，2004.

[11] 顾乐观，孙才新.电力系统的污秽绝缘 [M].重庆：重庆大学出版

[12] Abdus Salam M，Ahmad H.Derivation of creepage distance in terms of esdd and diameter of the contaminated insulator[J] .IEEE Power Engineering Review，2000，20(9)：44-45.

[13] CIGRE Taskforce 33.04.01.Polluted insulator：A review of current knowledge[M].Paris，France：CIGRE，2000.

Research of Alternating Current Flashover Characteristics of Three Contaminated Insulators under Salt Fog Condition

WANG Suiyu1，LUO Yayun2，CHEN Qinzhu1，SONG Siqi2，HUANG Song1，HE Zhenghao2，ZHANG Dandan2，WANG Yuqing2，XIAO Liming2
(1.Electric Power Research Inst.of Hainan Power Grid，Haikou 570125，China；2.School of Electrical and Electronic Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

This paper has done experimental research on AC flashover performance of three kinds of smearing insulator under seasalt pollution and gained its flashover voltage and flashover pressure gradient.

salt spray；insulator；artificial pollution tests；salt spray method；AC flashover voltage；flashover voltage gradient

TM85

B

1006-7345(2015)03-0056-04

2014-12-03

王绥瑜 (1963)，男，高级工程师，海南电力技术研究院，主要从事高电压试验技术、绝缘子检测和外绝缘方面的研究工作(e-mail)wangsy＠hn.csg.cn。

罗亚运 (1990)，男，在读硕士研究生，华中科技大学电气与电子工程学院，主要从事电力设备检测和外绝缘方面的研究工作 (e-mail)372560759＠qq.com。

陈钦柱 (1981)，男，硕士，工程师，海南电力技术研究院，主要从事电网智能设备和外绝缘方面的研究工作 (e-mail) chenqz＠foxmail.com。