不同涂覆效果下复合化盘形悬式绝缘子电气性能差异分析

（中国电力科学研究院，武汉430074）

0 引言

绝缘子表面涂敷RTV-Ⅱ防污闪涂料，使绝缘子从瓷的亲水性表面转变为有机复合材料的憎水性表面，提高了绝缘子在污秽环境下的外绝缘能力，增强了设备运行的安全可靠性。在工厂以生产线方式涂覆RTV-Ⅱ涂料于盘形悬式瓷或玻璃绝缘子和站用支柱及空心瓷绝缘子的绝缘件表面，制得工厂复合化绝缘子已成为电网重要的防污反事故技术措施[1-6]。目前，国内外研究机构主要从RTV防污闪涂料自身性能角度进行分析、总结与判定，重点在如何提高RTV防污闪涂料的防污闪性能与老化性能[7-11]，并没有深入地分析RTV防污闪涂料及不同涂敷效果对盘形悬式绝缘子机电特性可能带来的影响极其趋势，即未将RTV防污闪涂料与盘形悬式绝缘子组合而成的工厂复合化盘形悬式绝缘子作为一种全新产品进行相关性能研究。文[12]中，分析了RTV及增爬裙对柱式绝缘子的电场影响，但并未涉及盘形悬式绝缘子的电场分布情况。

2014年，国网公司“灵州-绍兴±800 kV直流特高压输电工程”首次大规模使用工厂复合化盘形悬式绝缘子。此后，我国多条直流特高压工程已经应用了大量工厂复合化盘形悬式绝缘子。由于是在国际范围内首次大规模应用，该类型产品的相关涂覆工艺，并没有现成经验或技术成果提供参考。

以目前国内主要生产厂家制造的工厂复合化盘形悬式绝缘子为基础，研究不同涂覆状态下的绝缘子电场强度差异，对工厂复合化盘形悬式绝缘子的生产、运行维护具有一定的指导意义。

1 试验设备、试品及试验方法

1.1 试验设备

本文试验是在国家电网公司重点实验室内完成，所采用的交流试验电源为FRC-250 kV变压器，容量为100 kVA。测量系统精度为3%。直流电压为350 kV，测量系统精度为1级。

1.2 试验试品

试验采用U550BP/240T盘形悬式瓷绝缘子涂覆不同处理工艺条件下的试品。所用涂料为国网公司特高压合格供应商同一批次产品，瓷绝缘子本体为国网公司特高压合格供应商同一批次产品。试品的基本参数如表1所示，绝缘子本体如图1所示，不同涂覆情况分别如图2、图3、图4所示。涂层厚度均为0.5 mm。

表1 不同组别试验基本参数Table 1 Basic parameters of different group test

图1 绝缘子本体照片Fig.1 Picture of insulator

图2 涂料正好完全覆盖绝缘子表面Fig.2 Coating completely cover the insulator surface

图3 绝缘子露出20 mm环形区域Fig.3 Coating with 20 mm circular area uncovered

图4 涂料覆盖铁帽下沿20 mmFig.4 Coating with 20 mm cap lower edge covered

1.3 试验方法

笔者采用油中工频击穿耐受试验与直流干闪络电压试验对不同涂敷工艺下的绝缘子进行分析。

油中工频击穿耐受试验。将清洁干燥的绝缘子完全浸入盛有合适绝缘介质的容器内，以防止绝缘子表面放电。绝缘介质温度应接近于室温。绝缘介质具有轻微的导电性（电阻率为106Ω·m～108Ω·m）。在浸入绝缘介质时，应采取预防措施，避免在绝缘子伞裙下形成气穴。

此外，油中工频击穿耐受试验前需进行温度循环试验。

2 试验结果及分析

表2 温度循环试验结果Table 2 Temperature cycling test results

经1 min工频闪络电压试验，绝缘子内绝缘无损坏，且涂层表面无起泡、脱离等缺陷出现。

2.1 油中工频击穿耐压试验结果

第一组试品试验情况如表3所示。通过表3可以看出，其击穿破坏点主要集中于伞裙处（如图5所示）。有一片为绝缘子头部击穿（如图6所示）。计算得到，其击穿电压平均值为194.73 kV，标偏为7.52 kV。

表3 第一组试品工频击穿电压Table 3 Power frequency breakdown voltage of sample group 1

根据标准要求，试品在进行油中击穿耐受电压试验前必须进行温度循环试验。本文对所有试品（1-1～1-20，2-1～2-20，3-1～3-20）进行温度循环试验。试验情况如表2所示。

第二组试品试验情况如表4所示。通过表4可以看出，击穿部位并不集中于头部，倾向于随机分布。计算得到，其击穿电压平均值为201.09 kV，标偏为13.87 kV。

表4 第二组试品工频击穿电压Table 4 Power frequency breakdown voltage of sample group 2

第三组试品试验情况如表5所示。通过表5可以看出，击穿部位与第二组类似，更倾向于随机分布。计算得到，其击穿电压平均值为197.56 kV，标偏为10.20 kV。

表5 第三组试品工频击穿电压Table 5 Power frequency breakdown voltage of sample group 3

图5 伞裙击穿示意图Fig.5 Umbrella breakdown diagram

图6 头部击穿示意图Fig.6 Head breakdown diagram

2.2 直流干闪络电压试验情况

为了分析由于不同涂敷工艺带来的电场分布改变，本文对不同试品进行直流干闪络电压试验。得到不同试品在同一试验条件下的干闪络电压，分别如表6至表8所示。

第一组试品试验情况如表6所示。其闪络平均值为221.98 kV。

第二组试品试验情况如表7所示。其闪络平均值为259.16kV。

第三组试品试验情况如表8所示。其闪络平均值为263.17kV。

表6 第一组试品直流干闪络电压Table 6 DC dry flashover voltage of sample group 1

表7 第二组试品直流干闪络电压Table 7 DC dry flashover voltage of sample group 2

表8 第三组试品直流干闪络电压Table 8 DC dry flashover voltage of sample group 3

2.3 结果分析

综合以上试验结果情况，1）工频击穿电压，第一组、第二组、第三组电压分别为194.73 kV、201.09 kV、197.56 kV，第一组电压相对更低，且试品的击穿点主要集中于伞裙根部；2）直流干闪络电压试验电压，第一组、第二组、第三组电压分别为221.98 kV、259.16 kV、263.17 kV，第一组电压相对最低，对比最高电压降低约15.7%。对比可知，当涂层边缘恰好与铁帽和瓷件的结合处重合时，其闪络电压最低，同时，击穿点明显更集中于伞裙部。另外两种涂覆方式下，闪络电压更高，且击穿点没有明显集中于伞裙的趋势。

3 电场仿真结果

3.1 仿真过程

为了分析由于不同涂覆工艺带来的不同击穿试验和直流干闪络电压差异的原因，笔者对不同三种不同涂覆工艺下的工厂复合化绝缘子用ANSYS软件进行有限元建模仿真。参数设置如下，涂层厚度设定为0.5 mm，在钢脚处加静电压6.5 kV，铁帽接地，设置10倍于绝缘子尺寸圆柱形空气介质，涂层相对介电常数为4，瓷件相对介电常数为5，水泥胶合剂相对介电常数为7，沥青相对介电常数为5，铁帽、钢脚、空气相对介电常数均为1。第一组、第二组、第三组试品的仿真结果分别如图7、图8、图9所示。仿真结果显示，第一组试品，涂层与绝缘子结合处下边缘电场强度为387.2 V/m，上边缘电场强度为403.9 V/m；第二组试品，涂层与绝缘子结合处下边缘电场强度为360.4 V/m，上边缘电场强度为24.4 V/m；第三组试品，涂层与绝缘子结合处下边缘电场强度为383.7 V/m，上边缘电场强度为17.2 V/m。

图7 第一组试品电场分布图Fig.7 Electric field distribution of sample group 1

3.2 结果分析

由仿真结果可知，不同涂覆工艺条件下，铁帽底部电场强度确实有一定程度的变化。当涂料边缘正好与铁帽最底部重合时，铁帽底部电场强度有明显增强。与油中工频击穿电压试验和陡波冲击电压试验结果基本吻合。

图8 第二组试品电场分布图Fig.8 Electric field distribution of sample group 2

图9 第三组试品电场分布图Fig.9 Electric field distribution of sample group 3

4 结论

1）不同涂覆工艺条件下，绝缘子工频击穿电压差异明显。涂层边缘距离结合处较远时，工频击穿电压值相对更高，对绝缘子本体内绝缘强度影响越小。

2）不同涂覆工艺条件下，绝缘子直流干闪络电压差异明显。涂层边缘距离结合处较远时，其直流干闪络电压相对更高，表明其有更好的电压分布情况。

3）建议绝缘子进行RTV涂覆时，铁帽底部周围应保持一定宽度的环形空隙。但空隙宽度的选取，需要结合污秽试验、老化试验等综合考虑。

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