110kV复合绝缘子的污秽闪络特性研究

谭宇翔

(广西玉林水利电力勘测设计研究院，广西 玉林 537000)

1 引言

复合绝缘子自然污秽闪络试验的主要目的是探索绝缘子，运行线路上的绝缘子由于受环境中的酸雾、金属粉尘的影响，在其表面逐渐沉积了一层污秽物，在天气干燥时，这些表面带有污秽物的绝缘子仍有较高的绝缘水平，然而当遇有雷雨以及融冰、融雪等潮湿天气时，绝缘子表面污秽物吸收水分，使污层中的电解质溶解、电离，导致污秽层电导增加，电网污闪事故发生的频率上升，事故的后果严重，往往造成多条线路、多个变电所失电，甚至引起系统振荡，从而造成电网瓦解，引起大面积停电［1-3］。因此对复合绝缘子自然污秽下的闪络电压的研究具有重要意义。虽然国内外对复合绝缘子的污闪特性进行了一系列的研究，然而却没有形成统一的标准，很多基础的问题还没有解决。比如灰分种类的确定、盐分种类的确定、污秽和环境条件对复合绝缘子憎水性迁移特性的影响。本文研究了盐密、灰密、盐分种类、灰分种类、绝缘子材料的憎水性对绝缘子污秽闪络特性的影响，分析了各种影响因素影响闪络特性的机理，并针对这些影响因素提出了改进措施，减少污闪事故的发生［4-13］。

2 试验设备及试品布置

本试验根据国家标准“GB-T 4585.2-1991”。交流系统用高压绝缘子，人工污秽试验方法 固体层法”将绝缘子垂直悬挂在5m×5m×5m的人工雾室中，由自动蒸汽发生器产生蒸汽清洁雾，保持固定的蒸汽量。试验采用参数为2400kVA/1000kV的两级工频试验变压器，按照复合绝缘子实际运行方式接线图，将复合绝缘子垂直悬于半空，高压导线通过环氧管接入雾室至绝缘子球头侧，球帽侧接地。

3 污闪试验

3.1 自然污闪试验

施加电压直至试品闪络。为防止试品污秽受试验影响出现流失，每个试品试验应不超过2次，每次试验完毕后进行下一次试验前再次检查绝缘子表面是否充分湿润，试验每次间隔10min，试验开始以伞裙表面湿润度达到充分饱和状态(即不滴不流)为准，然后立即升压至闪络，其升压速度在40%预期闪络电压以前不作规定，而后以每秒为预期闪络电压的10%～20%的速度升高电压至闪络，共试验三次，以三次闪络电压的平均值作为试品的闪络电压值(每次闪络电压值应为该次升压过程中所达到的最高值)。复合绝缘子的污闪电压主要绝缘子的爬距和绝缘子的表面污秽状态有关，110kV复合绝缘子的自然污闪电压与爬距的关系如图1所示。

图1 自然污闪与绝缘子爬距的关系

从图中可以看出:

(1)自然污闪电压基本都在三倍运行电压以上，大多数是四倍运行电压左右，安全裕度足够大;

(2)自然污闪电压基本与复合绝缘子爬距成正比关系，污闪电压随爬距的增大明显增加。由于各种复合绝缘子的运行年限及运行的环境各不相同，因此即使相同爬距的绝缘子，其自然污闪电压也各不相同，但总体趋势不变，明显随爬距的增加而升高;

(3)长期运行后的复合绝缘子，在污秽、臭氧、紫外光、潮湿、高低温和电应力等外界因素作用下，运行不同年限后，出现不同程度的憎水性下降，此时，绝缘表面呈现连续的水膜而导致表面电阻急剧下降，湿闪梯度和污闪梯度与也会出现不同程度的下降，运行复合绝缘子的雷电、湿工频闪络电压和污秽闪络电压也会出现不同程度的降低。憎水性的下降致使绝缘子的电气性能下降。

3.2 人工污闪试验

试验按照DL/T859-2004与GB/T4585.2-91要求，污液由一定比例的硅藻土、氯化钠及适量的去离子水配制而成，模拟最为严酷的污秽度，取盐密0.4mg/cm2，灰密2.0mg/cm2。采用定量涂刷法，即根据绝缘子的表面积，计算出所需的氯化钠和硅藻土量，配成后将污液搅拌均匀，全部均匀地涂刷到复合绝缘子伞裙护套上，在实验室标准环境条件下，从涂污到试验的时间不应超过lh。为模拟现场极端条件下完全丧失憎水性的复合绝缘子的耐污性能，在人工污秽绝缘子污层干燥后立即升压至闪络，其升压速度在40%预期闪络电压以前不作规定，而后以每秒为预期闪络电压的10%～20%的速度升高电压至闪络，共试验三次，以三次闪络电压的平均值作为试品的闪络电压值(每次闪络电压值应为该次升压过程中所达到的最高值)。110kV复合绝缘子的人工污闪电压与爬距的关系如图2所示。

从试验结果可以看出:

(1)在严重污秽度(盐密 0.4mg/cm2，灰密2.0mg/cm2)时，绝缘子人工污闪电压均处于运行电压左右，其中有一支绝缘子(5片伞裙出现破损)已经低于运行电压，其余大多数都在1.5倍运行电压以内;

(2)人工污闪电压均值仍然随爬距的增大略有升高，但在严重污秽情况下，污闪电压升高的趋势已不明显。

图2 人工污闪与绝缘子爬距的关系

4 复合绝缘子的影响因素研究

4.1 不同盐密对污闪电压的影响

选取不同运行年限的，无破损，试品编号为G16、G20、G30、G34、G39、G40 的复合绝缘子，采用定量涂刷方法进行涂污，对其进行污闪试验。氯化钠分别取0.025、0.05、0.08、0.15、0.40mg/cm2，硅藻土统一为2.0mg/cm2。污闪与盐密的关系如图3所示。

由试验结果可以看出:

(1)随盐密的增加，运行不同年限的复合绝缘子的污闪电压均明显降低，说明盐密对污闪电压的影响显著。因此实际运行中引起污闪的重要原因之一是复合绝缘子所处运行环境，在重污秽地区的污闪电压会明显降低;

图3 盐密对运行不同年限的绝缘子污闪电压的影响

(2)在重污秽(盐密0.4mg/cm2灰密2mg/cm2)情况下，运行年限为13年的G40号绝缘子污闪电压要明显低于运行年限为6年的G39号绝缘子。由此可见，水泥污秽使复合绝缘子表面的憎水性、憎水性的迁移特性与恢复特性影响较大，对复合绝缘子的安全运行具有致命威胁。因此，需加强在重污染环境下运行的复合绝缘子性能检测。

4.2 不同灰密对污闪电压的影响

选取不同运行年限的，无破损，试品编号为G16、G20、G30、G34、G39、G40 的复合绝缘子，采用定量涂刷方法进行涂污，对其进行污闪试验。硅藻土分别取0.25、0.50、1.0、1.5、2.0mg/cm2，氯 化 钠 统 一 为0.4mg/cm2。图4为不同灰密的污闪试验结果。

从图4可以看出:

(1)高盐密时污闪电压随灰密的增大而降低。这说明灰密对污闪电压的影响同样比较明显。对于实际运行的复合绝缘子，即使在重污秽地区，其污秽成分中可溶盐量很高，但其不溶性盐含量较低，复合绝缘子的污闪电压仍然可能较高;

(2)在重盐密情况下，污闪电压的高低与运行年限的长短没有直接关系。

4.3 不同种类的盐对污闪电压的影响

本试验是为了研究不同种类的盐对污闪电压的影响，试验统一盐密为0.15mg/cm2灰密为2.0mg/cm2，用硅藻土作为灰成分，分别考虑 KCl、NaCl、NaNO3、FeCl3和CaSO4五种不同污秽情况下的污闪电压。图5为不同种类盐的污闪试验结果。

图4 灰密对污闪电压的影响

图5 不同种类的盐对污闪电压的影响

从图5可以看出:

(1)对于两支取样绝缘子G39和G40，不同种类的盐对污秽闪络电压的影响基本保持同一趋势:盐分为NaNO3时闪络电压最低，盐分为FeCl3时闪络电压最高，KCl、NaCl和CaSO4的闪络电压介于两者之间;

(2)盐分为NaNO3时G39和G40的污闪电压相差不大，因此当盐分为NaNO3时，爬距和运行年限对污闪电压的影响不明显。

4.4 不同种类的灰对污闪电压的影响

本试验为研究不同种类的灰对污闪电压的影响，试验统一取盐密为0.15mg/cm2灰密为2mg/cm2，氯化钠作为盐成分，分别考虑硅藻土、高岭土、碳酸钙、二氧化硅和水泥粉五种不同不同种类灰分情况下的污闪电压。图6为不同种类灰的污闪试验结果。

图6 不同种类的灰对污闪电压的影响

研究结果表明:

对于两支取样绝缘子G16和G20，五种污秽对其污秽闪络电压的影响规律基本一致，水泥灰最容易引起污秽闪络，并按容易引起污闪的关系将五种污秽排序为:水泥粉＞高岭土＞二氧化硅＞碳酸钙＞硅藻土。

4.5 憎水迁移性对污闪电压的影响

为了研究憎水迁移性对污闪电压的影响，本节设计了两种试验:(1)不同污秽度同一迁移时间下憎水迁移性对污闪电压的影响;(2)同一污秽度不同迁移时间下憎水迁移性对污闪电压的影响。

对于第一种试验，污秽由氯化钠和硅藻土配置而成，盐密分别取 0.025、0.05、0.08、0.15、0.40mg/cm2，灰密统一为2.0mg/cm2，在涂污后4天进行污闪试验。图7为不同污秽度迁移4天的污闪试验结果。

图7 不同污秽度同一迁移时间对污闪电压的影响

对于第二种试验，污秽由氯化钠和硅藻土配置而成，盐密分别取0.15mg/cm2，灰密为2.0mg/cm2，在涂污后不同时间进行污闪试验。图8为同一污秽度不同迁移时间的污闪试验结果。

试验结果表明:

(1)在相同迁移时间(4天)情况下，不同的污秽度对取样绝缘子的污闪电压影响不大，4支取样绝缘子的规律基本一致;

(2)在同一污秽度(盐密0.15mg/cm2灰密2mg/cm2)下，取样绝缘子的污闪电压随迁移时间的增加而增大，且在前48h其增加趋势更加明显。

图8 同一污秽度不同迁移时间对污闪电压的影响

5 结论

总结本文的自然污秽闪络试验和人工污秽闪络试验结果如下:

(1)110kV复合绝缘子自然污秽状态下的污闪电压相对于线路运行电压都具有较大裕度。自然污闪电压基本都在三倍运行电压以上，大多数是四倍运行电压左右。自然污闪电压随爬距的增大明显增加。由于各种复合绝缘子的运行年限及运行的环境各不相同，因此即使相同爬距的绝缘子，其自然污闪电压也各不相同，但总体趋势不变，明显随爬距的增加而升高;

(2)在严重污秽度(盐密 0.4mg/cm2，灰密2.0mg/cm2)时，绝缘子人工污闪电压均处于运行电压左右，其中有一支绝缘子(5片伞裙出现破损)已经低于运行电压，其余大多数都在1.5倍运行电压以内。人工污闪电压均值仍然随爬距的增大略有升高，但在严重污秽情况下，污闪电压升高的趋势已不明显。重污秽下复合绝缘子的污闪电压下降应该引起关注，且绝缘子若5片以上伞裙出现严重破损，应考虑更换;

(3)影响污闪电压的主要因素有爬电距离、表面污秽度和表面憎水性以及伞裙破损状况。由试验结果可以看出，随盐密的增加，运行不同年限的复合绝缘子的污闪电压均明显降低，实际运行中引起污闪的重要原因之一是复合绝缘子所处运行环境，在重污秽地区，盐密较大，污闪电压会明显降低;

(4)高盐密时污闪电压随灰密的增大而降低。这说明灰密对污闪电压的影响同样比较明显。对于实际运行的复合绝缘子，即使在重污秽地区，其污秽成分中可溶盐量很高，但其不溶性盐含量较低，复合绝缘子的污闪电压仍然可能较高;

(5)盐分为NaNO3时闪络电压最低，盐分为FeCl3时闪络电压最高，KCl、NaCl和CaSO4的闪络电压介于两者之间。且当盐分为NaNO3时，爬距和运行年限对污闪电压的影响不明显;

(6)在相同迁移时间(4天)情况下，不同的污秽度对取样绝缘子的污闪电压影响不大，取样绝缘子的污闪电压规律基本一致;在同一污秽度(盐密0.15mg/cm2灰密2mg/cm2)下，取样绝缘子的污闪电压随迁移时间的增加而增大，且在前48h其增加趋势更加明显。

因此，在在运行中保持良好憎水性是复合绝缘子发挥防污闪效果的关键。应对运行若干时间后复合绝缘子憎水性的迁移特性和恢复特性的降低引起重视，针对不同地域和运行条件所出现的劣化完善配方，并加强对运行复合绝缘子憎水性的监测;其次，复合绝缘子的防污设计除考虑伞裙形状外，还应考虑其憎水性在各种运行条件下的长期可靠性。憎水性的迁移特性和恢复特性应是评价复合绝缘子防污性能的重要指标之一;对处在一般污区内运行的复合绝缘子，以试验的情况分析，运行年限在10年内可不进行电气性能抽查试验(或只进行少量的抽测);而对于处在水泥厂、粉尘污染严重、沿海等附近恶劣运行环境内的复合绝缘子，建议运行后每3年进行一次抽样检测，运行第四年后每年登杆检查，若发现复合绝缘子的伞裙、护套有明显的电蚀损现象，应及时进行更换;对于个别粉尘污秽异常严重的特殊污秽点，应加强巡视，每年进行登塔检查，并结合停电进行憎水性测试，若发现复合绝缘子的伞裙、护套有明显的电蚀损现象或异常积污，应及时进行更换。

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