绝缘子表面RTV憎水性与其放电的紫外成像结果关系研究

孟 岩，石海珍，杨继红，杨 乐，贾志东，王林军，尚晓光（．国网新疆电力公司检修公司，乌鲁木齐 830000； ．清华大学深圳研究生院，深圳 58055）



绝缘子表面RTV憎水性与其放电的紫外成像结果关系研究

孟 岩1，石海珍1，杨继红1，杨 乐1，贾志东2，王林军2，尚晓光2
（1．国网新疆电力公司检修公司，乌鲁木齐 830000； 2．清华大学深圳研究生院，深圳 518055）

摘要：室温硫化硅橡胶（RTV）涂料在运行过程中会逐渐老化，可采用憎水性测量和理化手段分析其老化程度，但无法对运行中的绝缘子进行评估。通过涂污的方式模拟绝缘子表面RTV憎水性的减弱，对绝缘子串加压并用紫外成像仪记录放电过程，研究憎水性与紫外成像结果的关系。分析放电产生的紫外光子数和光斑面积发现，绝缘子串表面RTV憎水性越差，其发生显著放电的电压越低，相同电压下放电程度越剧烈。研究成果为运行中绝缘子RTV憎水性能的评估提供了一种新思路。

关键词：RTV憎水性；紫外检测；紫外光子数；紫外光斑面积

引言

污闪问题是电网安全运行的重要威胁[2]，其发生的过程如下：瓷和玻璃绝缘子表面具有亲水性，在积污受潮状态下，水分完全浸湿绝缘子表面，污秽中电解质溶于水使电导率增加，绝缘子表面的泄漏电流显著上升，电流的热效应导致局部干区的形成，使电场发生畸变，局部干区两端承受了较大的压差，易引发电弧并进一步发展为闪络[1,3]。RTV涂料能够显著提高绝缘子串的污闪电压，减少污闪事故的发生，其防污闪的原理为：绝缘子表面喷涂RTV涂料后具有了憎水性，在受潮情况下水分是以孤立的水珠形态存在，阻碍了泄漏电流的上升和局部干区的形成，因此不会导致电场畸变，破坏了电弧产生的条件，降低了污闪的可能性[2-5]。

RTV在长期运行过程中会发生老化，主要表现为憎水性和憎水迁移性的降低，绝缘子表面憎水性能减弱到一定程度就需要更换或进行二次涂覆[3,4]，需要对RTV的老化状态进行分析，以评估其是否能继续运行。目前针对RTV涂料老化分析方法主要有：憎水性观察，泄漏电流和污闪电压测量，以及多种理化特性分析如红外光谱分析（RTIR）和热重分析（TGA）等[6]。文献[7]中测量了不同地区和运行年限涂有RTV涂料的绝缘子的污闪电压，发现RTV老化程度高的绝缘子其污闪电压出现了明显下降。文献[8,9]中采用静态接触角测量法和喷水分级法分析RTV的憎水性能，取得了较好的效果。文献[10-14]中采用了多种理化分析手段，包括RTIR、电子能谱分析、扫描电镜分析（SEM）等方法，对RTV涂料老化前后的微观结构、特征基团和元素含量进行了深入分析，较好的解释了RTV老化的微观机理。上述研究成果能较好的评估RTV的老化状态，但需要将绝缘子退出运行并取样至实验室进行分析，无法在现场应用。本文旨在研究基于紫外成像技术的可对现场运行中的绝缘子表面RTV涂料老化程度进行评估的方法。文中利用DayCor SuperB型紫外成像仪，记录了表面具有不同憎水性的绝缘子串在电压不断升高时的放电过程，分析紫外成像结果中的紫外光子数和紫外光斑面积变化发现，表面憎水性越差的绝缘子串，其发生显著放电的起始电压越低，同一电压下的放电现象越剧烈，为实际现场利用紫外成像法评估运行中绝缘子串RTV涂料的老化程度提供了一种新方法。

1　试验设计

1.1 试验装置

试验装置示意图如图1所示，将表面涂有RTV涂料的40片绝缘子串悬挂在V型串右侧，左侧用复合绝缘子绝缘，V型串上端挂在接地横梁上，下端接高压线，整个装置置于雾室当中。将紫外成像仪固定在距离绝缘子串30 m的位置，镜头对准瓷绝缘子串的高压区域。

试验用绝缘子型号为XSP-300，表面喷涂有RTV涂料，如图2所示，绝缘子部分结构参数如表1所示。

1.2 试验步骤

试验共分3组进行，以RTV涂料的憎水性作为变量，通过改变绝缘子表面的污秽种类及迁移时间来控制憎水性的强弱。3组试验中绝缘子串表面污秽种类及迁移时间如表2所示。

分别用喷水分级法检测3组绝缘子表面的憎水性，测试图如图3所示，对照图4中的憎水角分级状态图可得，3组绝缘子表面的憎水性分别为HC1、HC4和HC6级。

图1　试验装置接线图

图2　试验用绝缘子

表1　试验用瓷绝缘子结构参数

表2　3组绝缘子串涂污种类及迁移时间

每组试验中均为40片绝缘子，将绝缘子串按照图1中接线图进行悬挂，先加雾30 min使绝缘子串饱和受潮，然后抽去雾气，用恒定速率给绝缘子串加压，电压升高速率约为3 kV/s，至电压升高到500 kV结束（受加压设备限制，电压最高可升至500 kV）。将紫外成像仪固定在距离绝缘子串30 m的位置，增益设置为120，记录下整个放电过程，之后分析不同憎水性下绝缘子串紫外成像结果的特征。

2　试验结果分析

紫外成像结果中主要包括紫外光子数和紫外光斑面积，以下分别对比了不同憎水性状态下上述两种指标的差异。

2.1 紫外光子数

图5为紫外放电图像，图片下方的计数率为紫外光子数，是仪器在某时刻统计到的方框中接收的光子数量，采样间隔约为3.5 s。

统计每组试验放电视频中的光子数，画出其随电压的变化曲线，如图6所示。

图3　绝缘子表面喷水分级法测量图

图4　憎水角分级状态图

图5　紫外检测图像

图6　紫外光子数-电压曲线

分析图像可得，3组试验中绝缘子串放电产生的紫外光子数存在明显差别，第1组绝缘子串的憎水性最好，达到HC1级，对应的紫外光子数在整个放电过程中不超过104数量级，且整个过程没有发生明显的肉眼可辨的电弧放电；第2组绝缘子串的憎水性为HC4级，紫外光子数在电压低于400 kV时均小于104数量级，电压高于400 kV之后紫外光子数迅速上升，达到105数量级，说明电压在超过400 kV之后才产生了显著放电；第3组绝缘子串的憎水性为HC6级，当电压加到200 kV时紫外光子数即开始有明显上升，达到300 kV后紫外光子数稳定在105数量级。

40片绝缘子对应的电压等级为750 kV，其运行相电压为433 kV，可观察到在电压加到433 kV时，第1组绝缘子串的紫外光子数为4 000～5 000，没有发生电弧放电；第2组的紫外光子数为10 000～20 000，处于即将发生显著放电的临界状态；第3组的紫外光子数稳定在105数量级，且有持续的电弧放电产生。

2.2 紫外光斑总面积

由于紫外光子数采样频率较低，且受计数框的限制，反应的信息有限，而紫外光斑面积每秒可获取约30个数值，能更全面的记录放电过程。从放电视频中依次提取出每帧图片，并转化为灰度值图，然后通过设定阈值再转化为二值图像。统计二值图像中白色像素点的个数，即为光斑的面积（下文中提及的面积单位均为像素）。紫外图像处理前后对比如图7所示，左侧为处理前的图，右侧为处理后的二值图像。

绝缘子串放电微弱时，紫外光斑面积远小于图像中绝缘子串的面积，放电强烈时紫外光斑面积大于绝缘子串面积，如图8中a)和b)所示，故以图像中缘子串面积为阈值，来判断放电是否严重，经测量此阈值约为70 000。

逐帧计算3组试验放电视频中的紫外光斑总面积，得到随电压的变化曲线，如图9所示。

由图像可得，3组试验中绝缘子串放电产生的紫外光斑总面积存在明显的差距。第1组中绝缘子憎水性为HC1级，紫外光斑总面积随电压升高而增大，但最大值小于4 000，比绝缘子串面积70 000小一个数量级，故可判断试验过程中没有发生强烈放电。第2组中绝缘子憎水性为HC4级，紫外光斑总面积在电压升高到400 kV后有了明显增大，并出现幅值大于绝缘子串面积的脉冲，说明此时发生了强烈放电。第3组中绝缘子憎水性为HC6级，随电压升高，紫外光斑总面积脉冲的幅值不断增加，在电压超过250 kV时，此幅值大于了绝缘子串面积，发生了强烈放电。

分析绝缘子串在运行电压433 kV处的紫外光斑总面积曲线特征，第1组中的面积约为1 000，表明放电比较微弱；第2组中的面积脉冲幅值恰好达到与绝缘子串面积相当，处于产生强烈放电的临界状态；第3组中的面积脉冲幅值达到2×105，超过绝缘子串面积的2倍，且频率较高，说明频繁的发生电弧放电。

图7　紫外图像处理前后对比

图8　紫外光子数-电压曲线

图9　紫外光子数-电压曲线

3　结论

可根据绝缘子串放电产生的紫外光子数和紫外光斑总面积评估其憎水性强弱，在运行电压下，当紫外光子

数达到105数量级，紫外光斑面积脉冲幅值超过绝缘子串面积，表明绝缘子串发生了显著放电，其憎水性降到了HC4级以下。

参考文献:

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孟岩(1966-)，男，高级工程师，研究方向为电气绝缘。

Study on the Relationship Between the Hydrophobicity of RTV on Insulator Surface and the UV Imaging Results of the Discharge

MENG Yan1, SHI Hai-zhen1, YANG Ji-hong1, YANG Le1, JIA Zhi-dong2, WANG Lin-jun2, SHANG Xiao-guang2
（1. State Grid Xinjiang Electric Power Company Maintenance Company, Urumqi 830000; 2. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055）

Abstract：Room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber coatings will be of aging gradually in the running process. And the aging degree can be analyzed by hydrophobicity measurement and physical and chemical method, but the above methods can’t evaluate the insulator in operation. In the paper, we simulated hydrophobicity decreasing of RTV on the insulator surface by smearing contamination, then applied voltage on insulator string and recorded its discharge process by UV imaging instrument, in order to study on the relationship between hydrophobicity and UV imaging results. Finally, in the analysis of the UV photon number and spot area of discharge, we found that the worse the hydrophobicity of RTV on the insulator surface, the lower the significant discharge voltage, the severer the discharge phenomenon under the same voltage. The research conclusion of this paper provides a new method for evaluating the RTV hydrophobic property of running insulator string.

Key words：RTV hydrophobicity; UV detection; UV photon number; UV spot area

作者简介:

中图分类号：TM215.92

文献标识码：A

文章编号：1004-7204（2016）01-0005-05