接触网绝缘子人工污秽试验泄漏电流分析

李意星

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

1 引言

本文选取27.5kV 腕臂棒形瓷质和复合2 种不同材质的绝缘子为研究对象，利用接触网污秽绝缘子在线监测装置测量并记录绝缘子在不同污秽程度下泄漏电流和周围环境温湿度信息，从而掌握绝缘子的污秽状况。文中给出泄漏电流有效值Ie和三次谐波与基波幅值比值K 2 个特征量，通过综合这2 个特征量判断绝缘子污秽程度，并比较了2 种绝缘子在抗污方面的优劣性：复合绝缘子在抗污秽性能方面优于瓷质绝缘子。湿度大于60%时，泄漏电流幅值显著增加，放电现象明显。考虑湿度因素，给出2 种绝缘子泄漏电流有效值的参考值。

2 人工雾室试验

2.1 接触网绝缘子在线监测装置

首先，前端测量传感器由泄漏电流传感器和温湿度传感器组成，该部分的作用是感应接触网绝缘子泄漏电流以及相对应的环境温湿度信息；其次，数据处理模块主要包括信号调理电路、信号采集电路、微处理器及数据存储单元，该部分的作用是采集泄漏电流、温湿度信息及存储，并对采集的数据进行处理；再次，无线发送模块主要完成数据结果的发送；最后，上位机软件功能包括系统自检、设置初始参数和运行参数、历史数据查询等[1]。接触网绝缘子污秽在线监测装置由专用小电流传感器、监测分析仪和远程数据管理站等部分组成。其中专用小电流传感器安装于绝缘子接地处的帽端。

2.2 试验原理

根据GB/T 4585—2004《交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》，将绝缘子以一定角度固定在3m×3m×3m 的人工雾室中，由蒸汽发生器产生蒸汽清洁雾对污秽绝缘子湿润。 试验电源由250kW 发电机提供，调压变压器，工频试验变压器为其额定容量为100kV·A、额定电流为1A，并设有水电阻保护装置，满足GB/T 4585—2004 对试验电源的要求。

2.3 试验试品

本试验分别选取了电气化铁道接触网用棒式瓷绝缘子QBSG-25/12-2000 和棒式复合绝缘子FQBSG-25/12-970P 各4 支作为试验试品。棒式瓷质绝缘子选用江西省萍乡市玻瓷高压绝缘子有限责任公司生产的QBSG-25/12-2000，试验选用的绝缘子已挂网运行过，将其仔细清洗并干燥后作为试品使用。棒形复合绝缘子选用河北新华高压电器有限责任公司生产的FQBJ-25/8-760P，该形式的绝缘子由于其憎水性强、质量轻、强度高以及耐老化等优点逐步受到用户的青睐。

2.4 试验过程

根据TB/T 2007—1997《电气化铁道接触网绝缘污秽学级标准》配置了4 种污秽度的污物分别涂刷不同材质的4 支标准试品，其中ESDD 为等值盐密，NSDD 为灰值盐密。采用固体涂污法涂刷绝缘子，将试品涂好污物垂直悬挂24h 自然风干。

模拟棒式瓷质绝缘子和棒式复合绝缘子现场安装方式，将污秽绝缘子以一定的安装角度固定在特定机械架上。试验过程中控制雾室湿度，待雾室内湿度稳定后给污秽绝缘子施加25kV交流电压，同时利用接触网绝缘子污秽监测装置进行在线实时监测，并采集污秽绝缘子的泄漏电流和温湿度信息。

2.5 试验现象

试验中，瓷质绝缘子和复合绝缘子表现出不同的现象。随着污秽的增加，绝缘子表面在大雾条件下伴随着放电现象，电晕进一步发展成局部电弧并缠绕2 个伞群之间的芯棒，声音更加明显。轻度污秽ESDD=0.05mg/cm2，NSDD=0.5mg/cm2时，即使环境相对湿度达到了100%，2 种绝缘子表面都不会出现电晕现象。中度污秽ESDD=0.1mg/cm2，NSDD=1.0mg/cm2时，环境湿润时（相对湿度达到80%以上），瓷质绝缘子表面会出现轻微的放电现象，而复合绝缘子表面仍然没有发生放电现象。污秽度达到重度污秽ESDD=0.2mg/cm2，NSDD=1.5mg/cm2时，环境湿润时（相对湿度达到80%以上），2 种绝缘子表面会出现放电现象，瓷质绝缘子放电现象比复合绝缘子严重，都没有发生跳闸现象。特重污秽ESDD=0.4mg/cm2，NSDD=2.0mg/cm2时，环境湿润时（相对湿度达到80%以上），2 种绝缘子都出现了严重的放电现象，而且瓷质绝缘子出现了一次跳闸现象。由试验现象看，复合绝缘子的抗污性能优于瓷质绝缘子。

3 试验数据分析

泄漏电流有效值e的计算方法如式（1）所示：

式中，Ie为泄漏电流有效值，mA；I1，I2，…，In为漏电流采样值；N为采样时段内所有采样点数。Ie的大小直接反映了相同测试条件下绝缘子绝缘性能的变化过程。

谐波是电力系统电压中所含的基本频域成分，传统的分析方法都离不开谐波。对于泄漏电流，其波形中也同时含有基波和三次、五次等谐波成分。谐波的变化从频域的角度反映了泄漏电流的特性。

泄漏电流三次谐波与基波幅值的比值K 可以用来表征绝缘子表面泄漏电流的变化特征，K 可用如式（2）计算：

式中，Am3为对泄漏电流三次谐波幅值；Am1为基波幅值。

在试验中采集不同湿度下，每支试品的泄漏电流，并进行Ie和K 的计算。（1）在自然环境下（不加雾操作，相对湿度为42.3%），对绝缘子加压运行，稳定后的采集泄漏电流数据，根据式（1）和式（2）计算各试品的Ie和K 值；（2）在饱和湿润环境下（加雾操作，湿度为100%），对绝缘子加压运行，稳定后的采集泄漏电流数据，根据公式（1）和式（2）计算各试品的Ie和K 值。

计算得出，当环境湿度低时，Ie和K 的数值在不同污秽度下数值变化不大，且数值都很小。而当饱和湿润时，Ie和K 随着污秽度的增加而明显增大。由此可见，环境相对湿度对泄漏电流影响很大，下面分析不同湿度对泄漏电流的影响，以Ie为例分析，探讨复合绝缘子和瓷质绝缘子在不同湿度下，不同污秽度绝缘子泄漏电流有效值随环境湿度的变化。

试验得出同一污秽度绝缘子泄漏电流随湿度的增大呈非线性增大趋势，无论复合材料还是瓷材料，环境相对湿度超过60%时，不同污秽度绝缘子泄漏电流幅值变化明显，绝缘子表面放电现象严重。因此，在试验结论基础上根据环境湿度给出对实际具有指导意义的泄漏电流有效值的参考值，如表1 所示。

表1 泄漏电流有效值参考值

4 结论

通过本文的研究，得出以下结论：

1）通过试验现象及泄漏电流有效值、三次谐波与基波幅值比值可以看出，复合绝缘子在抗污方面优于瓷质绝缘子，较适合环境污染重的地区；

2）在空气相对湿度不大于60%时，泄漏电流幅值增长缓慢，且数值较小，放电现象不明显；在空气相对湿度大于60%时，泄漏电流幅值增长明显，放电现象严重；

3）根据相对湿度因素，给出2 种绝缘子Ie值的参考值。