交流输电线路复合化外绝缘爬距有效利用系数研究

李 特， 袁 伟， 陈 乔， 胡文堂， 王少华

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网江苏省电力公司无锡供电公司，江苏 无锡 214000；3.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009）

交流输电线路复合化外绝缘爬距有效利用系数研究

李 特1， 袁 伟2， 陈 乔3， 胡文堂1， 王少华1

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014；2.国网江苏省电力公司无锡供电公司，江苏 无锡 214000；3.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009）

应用复合绝缘子、RTV涂料等复合化绝缘是输电线路防污闪的重要手段。爬距有效利用系数是外绝缘配置关键参数。结合复合化绝缘表面积污特性、考虑盐灰密影响的污闪电压特性，对复合绝缘子、涂覆RTV的标准型绝缘子进行了爬距有效利用系数计算，结果表明，复合绝缘子、涂覆RTV的标准型绝缘子在d级及以上污区爬距有效利用系数分别大于1.4和1.7，爬电比距取2.8 cm/kV具有足够裕度。

复合绝缘子；防污闪涂料；积污特性；污闪电压；绝缘配置

0 引言

随着社会工业发展，大气环境中SO2和NOX等污染物浓度居高不下，绝缘子污秽闪络问题一直是输电线路安全运行的重大威胁。在中、重污区，污闪电压是输电线路外绝缘设计、尤其是绝缘子片数选择的重要因素[1，2]。

随着污秽等级变化，许多地区线路原有绝缘配置过低，近年来开展了大量防污闪改造工作，最常用手段是使用复合绝缘子，以及给原有瓷/玻璃绝缘子涂覆RTV涂料[3，4]，均属于复合化外绝缘。复合绝缘子、涂覆RTV绝缘子的绝缘配置与瓷/玻璃绝缘子不同，浙江地区的污区图执行原则规定，d1及以上污区，棒性悬式复合绝缘子爬电比距采用2.8 cm/kV，涂覆RTV涂料绝缘子视同复合绝缘子进行配置，此外GB 50545《110～750 kV架空线路设计规范》规定在d级及以上污区，复合绝缘子爬距取不少于悬垂串瓷/玻璃绝缘子的3/4，且不少于2.8 cm/kV。上述规定的原因是复合化外绝缘污耐压性能优异。过去的研究大量对比了相同污秽度下，复合化外绝缘相对于瓷/玻璃绝缘子具有较高的污闪电压[5，6]，然而有研究表明，在相同环境下，复合化外绝缘的表面污秽度比标准型瓷/玻璃绝缘子更高[7-9]，因此，要合理选择复合化外绝缘爬电比距，需综合考虑积污特性、污闪电压特性。

爬距有效利用系数K综合反映了绝缘子积污特性、单位爬距的污闪电压特性，但过去K值的计算没有考虑灰密的影响[10]。基于复合化绝缘表面盐密、灰密积污数据、污闪电压特性数据，对110 kV复合绝缘子、涂覆RTV标准型绝缘子的爬距有效利用系数进行计算，并对浙江污区图执行规定中相应条款进行了讨论。

1 复合化绝缘的积污特性

1.1 复合绝缘子积污特性

多家研究机构对复合绝缘子的积污特性进行了研究，得出了复合绝缘子相对于标准型绝缘子的积污比。文献[7]将35 kV复合绝缘子与XP-70绝缘子同塔悬挂，积污2年后对比表面盐密、灰密的差别。结果表明，复合绝缘子表面的盐密均值约为XP-70绝缘子的0.5倍，灰密片均值约为XP-70绝缘子的1.4倍。

文献[8]对35 kV复合绝缘子与XP-70绝缘子进行了带电积污，结果表明FXBW2-35复合绝缘子下伞面污秽是XP-70绝缘子下伞面的2倍以上，上伞面积污略快于XP-70绝缘子。

通过在浙江省内11处杆塔对110 kV复合绝缘子与标准型玻璃绝缘子进行同塔悬挂，得到复合绝缘子与标准型玻璃绝缘子积污盐密比如图1所示。

图1 复合绝缘子与标准型绝缘子盐密比

对图1中各点数据取平均值，复合绝缘子盐密平均为标准型绝缘子的0.8倍。图1中不同测点复合绝缘子与标准型绝缘子的盐密比值不同，测点3数值最大，为2倍。

复合绝缘子下伞无棱，空气动力学性能好于标准型悬式绝缘子，一般下表面表面积污更轻。然而复合材料表面性能与玻璃、瓷不同，对污秽的粘附性能不同，且一些伞型伞间距较小，受雨水清洗性能不佳，在粉尘较多地区更容易粘附污秽颗粒，导致积污重于XP-70。考虑最保守情况，取复合绝缘子整体盐密、灰密分别为XP-70的2倍、1.4倍。

1.2 涂覆RTV绝缘子积污特性

目前针对涂覆RTV涂料绝缘子表面积污特性的研究较少。深圳地区将涂覆RTV涂料XP-70绝缘子及洁净XP-70绝缘子同塔悬挂，积污2年后进行盐密、灰密对比测试，结果表明涂覆RTV的绝缘子与未涂RTV的普通型绝缘子相比，单片盐密均值增加约2倍，单片灰密均值增加约3倍。

涂覆RTV涂料后，绝缘子表面对污秽颗粒的粘附性增加，因此相同伞型下积污更严重。

在南方地区，由于雨水较多，绝缘子饱和较快，积污2年时污秽已接近饱和[9]，因此取涂覆RTV后XP-70绝缘子表面平均盐密为洁净XP-70表面的3倍，灰密为4倍。

2 复合化外绝缘的爬距有效利用系数

2.1 爬距有效利用系数计算方法

爬距有效利用系数是综合表征绝缘子积污特性、污闪电压特性的特征量，其含义是在相同自然积污环境下，相同积污时间内被试绝缘子与基准绝缘子污闪梯度之比。考虑到自然污秽绝缘子污闪特性数据较少，采用人工污秽闪络特性计算污闪梯度。

基准绝缘子一般取XP-70，XP-160，X-4.5等[10]。令希望计算爬距有效利用系数的绝缘子为目标绝缘子，假设目标绝缘子与基准绝缘子污闪特性分别为 Uf1（ESDD1，NSDD1）和 Uf2（ESDD2，NSDD2），几何爬距为L1和L2，则被试绝缘子爬距有效利用系数K的计算式为：

式中：ESDD1和 NSDD1为目标绝缘子盐灰密；ESDD2和NSDD2为相同环境下标准绝缘子盐灰密。

2.2 复合绝缘子爬距有效利用系数

多家研究机构开展了复合绝缘子污闪特性试验，但综合得到盐密、灰密为参数的污闪电压函数的报道较少。采用文献[5]的结果，绝缘子型号为FXBW3-110/70，几何爬距为3 200 mm，综合考虑盐密、灰密影响的污闪电压计算式为：

以XP-160为基准绝缘子，几何爬距为305 mm，综合考虑盐密、灰密影响的污闪电压计算式为[11]：

为计算各污区等级下FXBW3-110/70的爬距有效利用系数，在a-e级污区各选择1个盐密值作为基准绝缘子XP-160的表面盐密，取值为各污区等级盐密分布范围中值，考虑到浙江地区绝缘子灰盐比，取XP-160表面灰密为盐密5倍。基于复合绝缘子与XP-70绝缘子的积污对比，考虑到XP-160与XP-70积污特性一致，因此取FXBW3-110/70表面盐密为XP-160表面盐密2倍， 表面灰密为 XP-160表面灰密 1.4倍。FXBW3-110/70，XP-160表面盐灰密取值见表1。

利用式（1）—（3），计算得到FXBW3-110/70爬距有效利用系数K如表2所示。

表1 FXBW3-110/70爬距有效利用系数计算盐灰密参数mg/cm2

表2 FXBW3-110/70爬距有效利用系数

表3 涂覆RTV涂料XP-70爬距有效利用系数计算盐灰密参数mg/cm2

由表2可见，在所取计算盐密、灰密条件下，d1级及以上污区，FXBW3-110/70爬距有效利用系数大于1.4，采用2.8 cm/kV的爬电比距时，其耐污能力至少等效于爬电比距3.92 cm/kV的XP -160，足以覆盖e级污区[10]。因此，浙江污区图执行规定中d1及以上污区复合绝缘子爬电比距采用2.8 cm/kV的规定是合理的。GB 50545《110 kV—750 kV架空线路设计规范》规定重污区复合绝缘子爬距不少于悬垂瓷/玻璃绝缘子的3/4，原因在于其认为重污区复合绝缘子爬距有效利用系数不小于1.33，表2数据验证了这一点。

2.3 涂覆RTV绝缘子爬距有效利用系数

目前关于涂覆RTV涂料的悬式绝缘子污闪电压特性的研究成果较少。文献[12]给出了3片串XP-70涂覆PRTV及RTV涂料后的污闪电压曲线分别如式（4）、式（5），其灰盐比为 5，被试绝缘子单片爬距为255 mm。

式（4）实际已经包含了灰密的影响。为得出安全裕度较大的结果，采用式（5）进行计算，基准绝缘子同样选择XP-160，其污闪电压计算取式（3）。

根据上文结论，不带电积污时，涂覆RTV涂料XP-70绝缘子表面盐密、灰密分别为无涂料XP-160绝缘子盐密、灰密的3倍、4倍。带电积污时，污秽一般要乘以1.1～1.3的带电系数，考虑到污秽较重时污闪电压随盐密的变化趋势变得平坦[13，14]，带电系数对K值计算影响较小，因此不再对污秽进行带电系数换算。由于缺少更多灰密对涂覆RTV绝缘子污闪电压的影响，计算时将涂覆RTV涂料XP-70绝缘子表面灰盐比定为5，而将XP-160表面灰密设为涂覆RTV涂料XP-70灰密的1/4，计算盐密、灰密如表3所示。

利用式（1）、式（3）、式（5），计算得到涂覆RTV涂料的XP-70爬距有效利用系数K如表4所示。

表4 涂覆RTV涂料XP-70爬距有效利用系数

由表4可见，在所取计算盐密、灰密条件下，涂覆RTV的XP-70绝缘子爬距有效利用系数K比复合绝缘子FXBW3-110/70的K值更大。与复合绝缘子相比，涂覆RTV涂料的XP-70表面憎水性相近，表面棱槽可阻止电弧发展，但积污更为严重，综合计算后涂覆RTV涂料的XP-70防污能力更强，因此浙江污区图执行规定中将涂覆RTV的悬式绝缘子绝缘配置视同复合绝缘子的条款，对于XP-70而言是合理的。

对于钟罩型、双伞型等绝缘子，其涂覆RTV后积污特性与XP-70不同，尤其是钟罩型绝缘子，当前电网中大量钟罩型绝缘子喷涂了RTV涂料，其下表面受复合材料特性、伞型影响，积污严重影响污耐压性能，其K值需要进一步研究。

3 结论及展望

利用复合绝缘子、涂覆RTV绝缘子的积污特性、污闪电压特性，首次得出了考虑灰密影响的复合化外绝缘的爬距有效利用系数K，对污区绝缘配置进行了讨论，主要结论及建议如下：

（1）复合绝缘子积污特征与周围环境、污源类型有关，相对标准悬式绝缘子，盐密比、灰密比最大分别可达2倍、1.4倍。

（2）考虑积污特性差异后，计算所得复合绝缘子K值在d1及以上污区大于1.4。

（3）考虑积污特性差异后，计算所得涂覆RTV涂料XP-70绝缘子K值在d1及以上污区大于1.7。

（4）建议对不同伞型悬式绝缘子涂覆RTV后的积污特性、污闪特性进行研究，完善复合化外绝缘的绝缘配置依据。

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（本文编辑：徐 晗）

Research on Effective Utilization Coefficient for Creepage Distance of External Composite Insulation of AC Transmission Lines

LI Te1，YUAN Wei2，CHEN Qiao3，HU Wentang1，WANG Shaohua1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Wuxi Power Supply Company，Wuxi Jiangsu 214000，China；3.State Grid Hangzhou Electric Power Company，Hangzhou 310009，China）

∶Composite insulation materials such as composite insulators and RTV（room temperature vulcanized silicone rubber）coating are key preventive measures for pollution flashover on transmission lines.An effective utilization coefficient for creepage distance is critical to external insulation configuration.In accordance to the characteristic of contamination on composite insulation and in consideration of flashover voltage characteristic under the impact of salt density and ash density，the effective coefficient utilization coefficients for creepage distances of composite insulators and RTV-coated standard insulators are calculated.The result shows that the effective utilization coefficients of composite insulator and RTV-coated standard insulator are larger than 1.4 and 1.7 respectively in areas with the pollution grade of d and above，and the creepage distance of 2.8 cm/kV is sufficient.

∶composite insulator；RTV；contamination character；flashover voltage；insulation configuration

.201704005

1007-1881（2017）04-0018-04

：TM85

：B

2017-03-01

李 特（1987），男，工程师，从事高压试验、输电线路外绝缘工作。