人工盐雾污秽试验中盐雾对绝缘子表面盐密的影响

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(1.华南理工大学 电力学院，广州 510640； 2.中国南方电网有限责任公司 电网技术研究中心，广州 510080；3.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)

0 引言

在进行人工盐雾污秽试验时，需要让盐雾对绝缘子表面污秽充分润湿。但这种湿润发展到一定程度时会产生液滴流动与冲洗作用[1-3]。另一方面，盐雾对绝缘子表面污秽进行润湿时，会被污秽吸收或附着在绝缘子表面[4-6]。这两个方面的作用，会影响绝缘子表面污秽的预定参数，从而对盐雾试验结果造成影响[7]。

盐雾对绝缘子表面污秽的影响关系到在盐雾污秽试验中均匀升压法的升压前润湿时间、恒压升降法的盐雾喷雾持续时间以及整个实验过程污秽度是否可看作恒定量等问题[8-11]。

多家研究单位对非盐雾条件下绝缘子表面污秽清洗进行了一定研究[12-14]，有研究结果表明，大、小雨量下绝缘子下伞面受到两种不同方式的自清洗。但是，目前仍缺乏盐雾对绝缘子表盐密冲洗作用的研究。

因此，笔者通过设计盐雾试验，研究了盐雾喷雾时间对不带电玻璃绝缘子表面污秽的影响规律。

1 试验设备、试品和程序

1.1 试验设备

试验所用盐雾喷雾装置参考GB/T 4585—2004推荐的标准盐雾试验装置的各项技术指标制作，对自然盐雾具有很好的模拟效果。每套装置总计20个盐雾喷嘴，每个喷嘴由独立的盐雾溶液装置供液，以防止因为喷嘴高度差引发的喷嘴压强区别，确保盐雾分布均匀。雾室布置及实验喷雾装置见图1。

图1 试验喷雾装置与雾室布置Fig.1 Spray device and fog room layout

1.2 试验试品

试验选用的试品为LXHY4-300型玻璃绝缘子，试品主要技术参数见表1。

表1 试验试品主要技术参数Table 1 Main technical parameters of test samples

1.3 试验程序

为模拟沿海线路绝缘子所处的盐雾、污秽环境，笔者采用人工固体层涂污法模拟绝缘子表面污秽，采用人工盐雾法模拟沿海地区盐雾环境。

1.3.1 表面污秽模拟

在绝缘子表面用定量刷涂法进行人工涂污来模拟绝缘子的表面污秽。根据绝缘子表面积参数与所需盐密计算试验用NaCl的质量，利用所需灰密计算试验用硅藻土质量[15]，使用精密电子天平进行称量。试验中的NaCl选用标准盐雾试验专用的工业盐。

称量后将NaCl与硅藻土混合搅拌并加入少量蒸馏水形成污液，将污液用小排刷均匀刷涂到绝缘子表面，但绝缘子的金属部分避免接触到污液。刷涂后的污秽绝缘子需静置晾干。

根据对南方电网沿海地区的盐灰密测量结果[16-17]，将污液的盐密配置为0.1 mg/cm2，灰密配置为0.15 mg/cm2，试验大厅温度在16～25℃之间。

1.3.2 海洋盐雾模拟

参照《GB/T 4585—2004交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》来选取试验所用盐雾喷雾装置——标准盐雾试验装置。本文通过向盐水箱中添加工业盐的方式改变盐溶液的盐度。用电导率仪来测量溶液的电导率，并根据标准中溶液电导率与盐度的对应关系调整添加工业盐的质量。本文使用盐雾试验装置附带的搅拌器将盐分搅拌溶解，利用水泵将盐水输送到盐溶液桶中，均压盐溶液桶见图2，装置利用回流装置确保桶中液面高度不变，进而确保喷嘴溶液压强不变。利用空气泵将高压气流通过导气管引导至试验喷嘴。在喷嘴处，溶液喷嘴与空气喷嘴垂直分布，压缩空气将盐水溶液打散并喷洒到盐雾室当中，喷嘴见图3。

图2 溶液均压装置Fig.2 Pressure equalizing device

图3 盐雾喷嘴Fig.3 Salt spray nozzle

盐雾制备装置模仿海洋盐雾形成原理，具有很好的对自然盐雾的等效性。参考对广东、海南地区海水电导率的测量结果，盐雾的盐度分别设定为14 kg/m3与20 kg/m，对应的电导率分别为2.2 S/m和3.0 S/m。

1.3.3 盐雾冲洗试验

本试验通过测量与研究人工盐雾污秽试验中各时间点绝缘子表面污秽度对盐雾对绝缘子的附着与冲洗作用进行研究。

首先选取15片经过涂污、晾干过程的LXHY-300型绝缘子，取出其中3片进行盐灰密测量。具体过程参考GB/T 26218，使用脱脂棉球对绝缘子表面污秽进行擦取，并将污秽溶解在蒸馏水中，对溶液导电率进行测量，使用标准GB/T 26218中的折算公式将电导率折算为绝缘子表面盐密[18-21]。

之后将剩余的12片绝缘子挂串，开启盐雾喷雾装置，对绝缘子串进行喷雾，见图4。每隔15 min取下3片绝缘子重复上文的盐密测量过程。60 min后，关闭盐雾喷雾装置，对绝缘子串上的最后3片绝缘子进行盐密测量。

图4 绝缘子串盐雾试验Fig.4 Salt spray test

2 试验现象与数据分析

2.1 试验现象

试验过程中，可以观察到在开始通盐雾2 min左右绝缘子表面被充分润湿，并开始有液滴滴落见图5。在通入盐雾10 min左右液滴滴落速度达到饱和，之后一直到实验结束液滴滴落速度基本不发生变化。

图5 充分润湿的绝缘子Fig.5 Fully wetted insulator

同时，绝缘子表面液体呈液滴与水膜两种形式存在，见图6和图7。

图6 绝缘子表面液滴Fig.6 Droplet on insulator

图7 绝缘子表面水膜Fig.7 Water film on insulator surface

在0盐度盐雾冲洗试验中，绝缘子上表面污秽基本被冲洗至清洁，而下表面棱中仍残留有大量污秽，见图8。

图8 绝缘子下表面残留污秽Fig.8 Insulator surface contamination

2.2 试验数据

3次试验选取的工况序号及其对应的盐度、初试涂污盐密、初试涂污灰密、雾水电导率值见表2。

表2 试验工况Table 2 Test case details

试验1选取盐度为20 kg/m3的盐水进行盐雾实验，获取的每15 min绝缘子表面盐密数据与拟合结果见图9。

试验2选取盐度为14 kg/m3的盐水进行盐雾实验，获取的每15 min绝缘子表面盐密变化数据与拟合结果见图10。

选取盐度为0 kg/m3的盐水进行盐雾实验，获取的每15 min绝缘子表面盐密变化数据与拟合结果见图11。

图9 盐度20 kg/m3条件下绝缘子表面盐密变化Fig.9 Salt density variation of SDD 20 kg/m3

图10 盐度14 kg/m3条件下绝缘子表面盐密变化Fig.10 Salt density variation of SDD 14 kg/m3

图11 盐度0条件下绝缘子表面盐密变化Fig.11 Salt density variation of SDD 0

对以上3种实验结果进行线性拟合。得到结果显示，绝缘子表面盐密与施加盐雾时间之间的关系符合公式：

ρSDD=a+bt

(1)

式中：a为常数；b为施加盐雾时间对绝缘子表面盐密的影响特征常数；ρSDD为绝缘子表面的盐密，mg/cm2；t为施加盐雾时间，min。

线性拟合结果见表3。

表3 线性拟合结果Table 3 Fitting results of AC test for insulators

2.3 试验数据分析

通过分析数据分布与线性拟合结果可看出。3次试验拟合所得的常数a即初始盐密分别为0.112 mg/cm2、0.090 mg/cm2与0.088 mg/cm2，均在误差范围内接近0.1 mg/cm2，这与绝缘子初试涂污盐密一致。

在盐度为20 kg/m3与14 kg/m3的试验工况下，线性拟合结果的影响特征常数b分别为0.000 102与-0.000 131，均相对较小，结合图9、图10可看出，在1 h的盐雾冲洗试验当中，这两种工况的盐密变化线性拟合结果的陡度很小，即表面盐密的变化不大，在整个实验过程中基本保持不变，围绕0.1 mg/cm2的初试盐密波动。

该结果表明：在盐度接近海水的盐雾喷淋下，1 h 时间内绝缘子表面盐密不会发生显著变化。但是，需要进一步确定造成这种现象的原因。一种情况是盐雾不会冲洗掉绝缘子表面初始盐密。另一种情况是盐雾中的导电物质附着在绝缘子表面进而替代了绝缘子表面被冲洗掉的导电物质。为了研究绝缘子表面初试盐密是否被冲洗，本文设计了盐度为0的盐雾冲洗试验。

试验结果见图11，影响特征常数为-0.000 324，绝对值相对盐度为20 kg/m3与14 kg/m3的试验工况较大。由数据分布与线性拟合结果可以看出，拟合结果陡度较大，绝缘子表面盐密在一小时内显著减少。结果说明，盐雾对绝缘子初始表面污秽具有明显的冲洗作用。

由该实验结果可得，盐雾对绝缘子表面的初始污秽具有冲洗作用。因此，在盐度为20 kg/m3与14 kg/m3的试验工况下，绝缘子表面盐密变化不显著的原因是盐雾当中的导电物质在试验过程中附着在绝缘子表面，弥补了被冲洗掉的初始污秽中的导电物质，使整个实验过程中绝缘子表面盐密基本不发生变化。

因此，在使用高导电率盐雾进行人工盐雾试验时，由于绝缘子表面盐密变化不显著，因此不会发生因实验过程中因盐密被冲洗引发的试验结果偏差。

3 结论

低导电率盐雾会对绝缘子表面污秽产生冲洗作用，绝缘子表面盐密会随喷雾时间逐渐减小。

高导电率盐雾会冲洗绝缘子表面初始涂污污秽。同时，盐雾会附着在绝缘子表面，补充表面导电物质，从而盐雾施加期间不会显著影响到绝缘子表面盐密。

在进行人工盐雾污闪试验时，应注意低盐度盐雾对绝缘子表面污秽的冲洗作用，因为试验过程中的盐密值会降低，而不是初始恒定值。