强降雨对空心复合绝缘子操作冲击闪络特性的影响

刘志强，郝宇亮，申 萌，钟 磊

强降雨对空心复合绝缘子操作冲击闪络特性的影响

刘志强，郝宇亮，申 萌，钟 磊

（西安高压电器研究院有限责任公司，西安710077）

强降雨引起的电力系统闪络事故越来越多，因此研究强降雨对电气设备放电特性的影响显得尤为重要。淋雨状态主要由降雨强度、雨水电阻率等因素决定。选取252 kV空心复合绝缘子为样品，通过建立模拟淋雨平台，研究了空心复合绝缘子在不同淋雨状态下的操作冲击闪络特性。试验结果表明：空心复合绝缘子在不同雨量下的外绝缘由负极性操作波电压来决定；随着雨水电导率的增加，操作湿闪络电压不断降低，雨水电导率大于1 000 μS/cm以后时，操作湿闪络电压降低程度较为平缓并呈现出平稳趋势。

强降雨；空心绝缘子；操作冲击；闪络特性

0 引言

近年来异常极端的气候事件增多，暴雨甚至大暴雨出现的次数增加。观测数据表明我国部分地区的瞬间降雨强度可达10 mm/min以上，雨水电导率可高达2 000 μS/cm[1]。在如此严酷的气候条件下，电力公司关于雨闪事故的报道显著增多，强降雨引发的闪络事故已严重影响到电力网络系统的安全运行。

目前在进行绝缘子的外绝缘设计时，一般不考虑强降雨情况对绝缘子外绝缘放电特性的影响。虽然高压输电设备已通过了型式试验及出厂试验的多次考核，但国内外不断发生的雨闪事故表明，降雨尤其是暴雨、大暴雨等恶劣气候条件对设备放电特性的影响十分严重。

笔者通过模拟强降雨气候，对空心绝缘子冲击闪络特性进行系统的试验研究。研究不同降雨强度、雨水电阻率、雨水温度等因素对空心绝缘子冲击闪络特性的影响，得出不同降雨强度、不同雨水电阻率、不同雨水温度下空心绝缘子的操作冲击闪络特性的变化规律。有关结论可为相关设计和标准修订提供依据[2-3]。

1 试验装置、方法及试验布置

1.1 试验装置

试验电源是由4 800 kV/480 kJ冲击电压发生器提供，试验原理接线图见图1。

图1 冲击电压试验回路图Fig.1 The circuit diagram of impulse voltage test

淋雨装置采用升降式可行走结构，为液压升降，可依照不同试品移动喷淋位置。可调整喷头的出水方向和大小，降雨均匀系数K大于0.8。试验用雨水为添加一定量NaCl纯净水配配制而成。

试验淋雨强度的测量采用SRY-1型容栅式雨量计。雨水电导率测量使用CON510台式电导率仪。大气参数采用THP-2000温湿度记录仪。

1.2 试品的选择与布置

复合空心绝缘子应用于电气领域已接近25年，它与瓷绝缘子相比具有优异的防爆性，憎水性、耐污性能好，抗震性能好、重量轻、可靠性高、免维护、免清洗、交货期短等优点[4-6]。笔者选择252 kV复合空心绝缘子（宝塔形、爬电比距为3.1 cm/kV）进行试验，见图2。

1.3 试验数据处理

笔者按GB/T16927.1—2011规定的50%冲击闪络电压程序求取50%闪络电压值。为了减少大气条件对试验结果的影响，每一个状态的试验全部都在同一天内完成，文中的所有试验数据均按GB/T16927.1—2011修正到标准状态下的值。

试验时，每隔（15～20）min测量一次降雨强度，确保其在有效范围之内。每个状态下进行多次加压，舍弃标准偏差大于3%的试验结果，最终确保有效的闪络电压至不少于30个[7-8]。

图2 试品照片Fig.2 Photo of test object

2 强降雨下空心绝缘子操作冲击放电特性

降雨状况主要由降雨强度、雨水电导率两个要素组成，笔者分别对这2个要素进行单独试验研究，即在研究一个要素时，另外一个要素保持不变。

2.1 降雨强度的影响

试验中雨强参数的选取范围为：大雨2 mm/min，暴雨4mm/min，大暴雨6mm/min，特大暴雨8mm/min，涵盖从大雨到特大暴雨的各种雨型[9-10]。

将空心绝缘子直立安装，雨水电阻率调到100 Ω·m。在未淋雨即全干（自然干燥）时先试验求得该空心绝缘子的50%操作闪络电压，然后打开淋雨排，淋雨15 min后再关闭淋雨立即再测其50%操作闪络电压，随后由小到大、再由大到小分别模拟不同雨型进行试验。不同雨强下操作闪络电压见图3。

图3 雨强对操作冲击闪络电压的影响Fig.3 Influence of rainfall intensity on switching impulse flashover voltage

对于正极性操作波电压，雨量的改变对闪络电压没有影响，干、湿两种状态下的50%闪络电压几乎相同但是，在负极性操作波电压下，淋雨急剧地降低了空心复合绝缘子的50%闪络电压。由此可见，在操作波电压下，空心复合绝缘子在不同雨量下的外绝缘主要由负极性操作波电压来决定。

2.2 雨水电导率的影响

自然环境中雨水电导率随地区的差异及其空气质量状况的不同会有很大变化，雨水电导率变化范围一般在（40～1 000）μS/cm之间[11]。

试验选择的雨水电导率范围为（80～2 000）μS/cm（即电阻率（5～125）Ω·m）[12]。本试验中的雨水电导率值均校正到20℃时的测量结果。

在降雨强度分别为2 mm/min、4 mm/min、6 mm/min，绝缘子直立安装，变化雨水电导率时，50%操作冲击闪络电压见表1和表2。

表1 雨水电导率对正极性操作冲击闪络电压的影响Table 1 Influence of rain conductivity on positive switching impulse flashover voltage kV

表2 雨水电导率对负极性操作冲击闪络电压的影响Table 2 Influence of rain conductivity on negative switching impulse flashover voltage kV

由表1和表2可知，在自然界雨水电导率的变化范围内[13]，随着电导率增加，空心绝缘子的正、负极性操作冲击闪络电压会降低，但雨水电导率对空心复合绝缘子操作冲击闪络电压的影响相对降雨强度的影响更小。

在试验范围内，随着雨水电导率的增加，操作湿闪络电压不断降低，雨水电导率大于1 000 μS/cm以后时，操作湿闪络电压降低程度较为平缓并呈现出平稳趋势。

3 结论

笔者分别改变淋雨状况的降雨强度、雨水电导率2个要素，对252 kV空心复合绝缘子的冲击闪络电压进行试验研究，得到结论如下：

1）对于正极性操作波电压，雨量的变化对操作冲击湿闪络电压没有影响，且干、湿两种状态下的闪络电压几乎相同。在负极性操作波电压下，雨量增大时，空心复合绝缘子的操作冲击湿闪络电压急剧降低。在操作波电压下，空心复合绝缘子在不同雨量下的外绝缘主要由负极性操作波电压来决定。

2）随着雨水电导率的增加，正、负极性操作湿闪络电压不断降低，雨水电导率大于1 000 μS/cm以后时，操作湿闪络电压降低程度较为平缓并呈现出平稳趋势。

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Influence of Heavy Rainfall on Switching Impulse Flashover Characteristics of Composite Hollow Insulator

LIU Zhiqiang，HAO Yuliang，SHEN Meng，ZHONG Lei
（Xi′an High Voltage Apparatus Research Institute Co.，Ltd.，Xi′an 710077，China）

The number of flashover accidents occurred by heavy rainfall in power system is increas⁃ing，so it is particularly important to study the influence of heavy rainfall on the discharge characteristics of electrical equipment.The rain state is mainly determined by the factors of rainfall intensity，rain resis⁃tivity and other factors.Selecting 252 kV composite hollow insulator as the sample and establishing rain simulation platform，switching impulse flashover characteristics of composite hollow insulator are re⁃searched in different rain conditions.The results show that the external insulation of the composite hollow insulator is determined by the negative switching wave voltage in the different rainfall intensity.With the increase of rain conductivity，the wet switching impulse flashover voltage continuously decreases，and when the rain conductivity is greater than1 000 μS/cm，the degree of the wet switching impulse flashover voltage decreases more gentle and shows a steady trend.

heavy rainfall；hollow insulator；switching impulse；flashover characteristics

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.06.039

2016-05-22

刘志强（1979—），男，工程师，现从事高压电器和绝缘子试验。