500kV绝缘子鸟粪闪络实验研究

第1片
第2片
第4片
第6片
第8片
第 10 片
图 3 不同位置大伞盘遮挡下 500 kV 绝缘子串的鸟粪
闪络照片
3.3 500 kV 瓷绝缘子串空间击穿闪络 图 4 中给出了 500 kV 绝缘子串鸟粪空间
击穿闪络试验的照片。
图 4 500 kV 绝缘子串鸟粪空间击穿闪络试验 普通型瓷绝缘子 XP-160，盘径 260 mm，28 片，串长 4.4 m，均压环到横担 4.12 m。喷头在横担外沿，直径 10 mm。模拟鸟粪粘度 40 s，电导率 5000 µS/cm，试
图 2 500 kV 瓷绝缘子串的闪络过程
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集
普通型瓷绝缘子 XP-160，外径 260 mm，28 片，串长 4.4 m，均压环到横担 4 m，模拟鸟粪粘度 50 s，电导
率 4300 µS/cm，试验电压 305 kV
图 2 给出了 500 kV 绝缘子串闪络过程的 照片，闪络电弧从高压端与鸟粪端部开始发 展，当鸟粪通道达到距离高压端约 1.3 m 处时， 开始起弧，电弧发展，直到贯穿整支绝缘子串， 完成沿面闪络。闪络过程中高压端飘弧较低压 端飘弧厉害。该种形式绝缘子串能够发生沿面 闪络，所需的鸟粪单次最小流量为 90 ml，在 有累积效应的前提下可能只需要 50 ml 就引起 闪络。 3.2 大伞盘绝缘子遮挡后 500 kV 瓷绝缘子 沿面闪络情况
喷头在绝缘子串正上方移动，V 型串闪络 的最小量是 75ml。在此鸟粪流量下，当喷头在 绝缘子串正上方不同的位置时闪络的概率不 同。从高压端计数，当喷头在第 3 片绝缘子上 方时，闪络概率相当高，基本达到了 100%； 当喷头在第 8 片绝缘子上方时，闪络概率下降 到了 50%；当喷头位置在第 9、10 片绝缘子上 方时，基本不发生闪络。
m 的范围以内都可能会发生闪络，超出这个范
围发生闪络的概率就很低了，这对将来防止鸟
粪闪络是有帮助的。引起 V 型 500 kV 绝缘子
串闪络的最小鸟粪量是 75ml。
4 结论
本文利用建立的鸟粪闪络试验模拟装置 进行了一系列实验研究。研究表明：
（1）引起 I 串布置的 500 kV 绝缘子串发 生沿面闪络所需最小的单次鸟粪流量为 90 ml，在有累积效应的前提下可能 50 ml 就可能
鸟粪挤出部分是由不同口径的可移动的 喷头。在地面操作台可控制喷头上下左右移 动，调节喷头位置，喷口分为 3 mm、4 mm、 7 mm、10 mm 几种规格。鸟粪控制装置是由 控制台通过泵将鸟粪模拟液送入连接喷头的 管路，采用电磁阀控制鸟粪的挤出。
对瓷绝缘子取 x = 100 mm，对复合绝缘子，取 x = 60 mm。
ห้องสมุดไป่ตู้
图 1 500 kV 绝缘子鸟粪闪络模拟装置示意图
2.2 鸟粪模拟液 鸟粪的模拟采用鸡蛋、108 胶、硅藻土和
NaCl，将它们按一定比例混合为鸟粪模拟液。 实际鸟粪样本的电导率大约为 3650 µS/cm，粘 度 15 s。在国外研究者发表的文章中，提供的 鸟粪电导率是 8000 µS/cm 左右[6]。本试验鸟粪 模拟液电导率多数为 4000 µS/cm 左右，个别试 验中电导率达到 11000 µS/cm。试验中备选的 电导率和粘度与实际鸟粪基本相符。 2.3 鸟粪下落位置
在第 9 片上，不闪络
图 5 喷头在 V 型串绝缘子上方不同位置处的鸟粪闪
络试验
图 5 给出了喷头在第 3 片、第 8 片绝缘子
上方闪络的照片，以及在第 8 片、第 9 片绝缘
子上方不发生闪络的照片。可以认为，第 8 片
绝缘子是闪络区域的临界点，此处与高压端导
线距离大约 1.2 m。也就是说在中心线两侧 1.2
试验采用的瓷绝缘子为 XP-70，盘径 260 mm，28 片，串长 4.4 m，均压环到地 4.1 m， 大片直径 350 mm。模拟鸟粪粘度为 25 s，电 导率 5400 µS/cm，试验电压 305 kV。大伞盘 瓷绝缘子分别位于横担下方第 1 片、第 2 片、 第 4 片、第 6 片、第 8 片和第 10 片。图 3 给 出了大盘径绝缘子在不同位置时，模拟鸟粪闪 络试验的照片。
V 型 500kV 绝缘子串采用防污型瓷绝缘子 XWP-160 组成，其盘径 300 mm，28 片，串长 4.4 m，V 型布置，均压环到横担 3.75 m。模拟
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集
鸟粪由 108 胶、鸡蛋和硅藻土组成，其粘度为 25 s，电导率 4600-5200 µS/cm，通过气泵释放 模拟鸟粪。试验电压 305 kV。
鸟粪闪络事故通常发生在 110 kV 和 220 kV 电压等级的电网中。研究表明，鸟粪通道 离 110 kV 绝缘子 13 cm 左右时，绝缘子的闪 络概率约为 50%；小于这个值时，绝缘子的闪 络概率为 100%[3]。由于绝缘子距离不是很长， 鸟粪通道可以较为连续地跨越这一长度。况且 110 kV 和 220 kV 复合绝缘子大都采用均压环， 这不仅减少了绝缘距离，而且还进一步加大了 可能发生闪络的鸟类排粪范围。因此，110 kV 和 220 kV 复合绝缘子较易发生鸟粪闪络。
验电压 305 kV
由于 500 kV 绝缘子串周围电场强度较高， 当鸟粪液体进入高场区后，鸟粪会在高电场作 用下发散开去，因此，即便单次鸟粪流量为 200 ml 时整个间隙也不能被贯穿，此时虽然高压端 附近偶有电弧产生，也难以发生闪络。所以， 500 kV 绝缘子串空间击穿闪络较难发生。 3.4 V 型 500 kV 瓷绝缘子串闪络特性
过去认为 500kV 复合绝缘子，虽然运行电
压高，但绝缘距离大都在 4 m 以上，需要很多 的鸟粪才能导致闪络，能满足这一条件的鸟不 多，而且鸟粪在下落过程中要下落 4 m 长的距 离，很难保持鸟粪通道的连续，因此闪络机率 不大。但是近年线路运行中也发现存在 500 kV 鸟粪闪络的故障[4,5]。
在第 3 片上，闪络
在第 8 片上，闪络
引起闪络，极端情况下 30 ml 也可以引起闪络。 研究认为当大盘径绝缘子在横担下方第 2 片绝 缘子时防止绝缘子串鸟粪闪络的效果是最好 的。500 kV 绝缘子串空间击穿闪络较难发生。
（2）V 型安装 500 kV 绝缘子串在中心线 两侧 1.2 m 的范围以内都可能会发生鸟粪闪 络，超出这个范围发生闪络的概率就很低了， 引起 V 型 500 kV 绝缘子串闪络的最小鸟粪量 是 75 ml；
对于鸟粪沿绝缘子旁边空气间隙下落的 情况，取 x = 150、300、450、600、750 mm 五 种。
3 实验结果及讨论
以往的对 110 kV 绝缘子鸟粪闪络特性的 研究认为[3]，鸟粪闪络的主要形式是鸟粪通道 与绝缘子高压均压环或金具之间发生的空气 间隙击穿而导致的闪络，而不是或者主要不是 直观认为的由于鸟粪淌落在绝缘子表面导致 的沿面污秽闪络。为了叙述简便，本文将上述 两种闪络形式分别简称为“空间击穿闪络”和 “沿面闪络”。后文中除特殊说明外，绝缘子 闪络过程的照片都是以每秒 25 帧的速度拍摄 的，绝缘子闪络过程的照片是截取的其中典型 照片示意，并非绝缘子串闪络过程中的所有录 像照片。 3.1 Ⅰ型绝缘子串鸟粪沿面闪络特性
清华大学曾进行过 110 kV 电压等级输电 线路绝缘子串的鸟粪闪络试验研究，并进行了 少量 220 kV 线路绝缘子串的鸟粪闪络试验研 究，但这些研究成果不能直接应用到新近出现 的 500 kV 线路绝缘子串的鸟害故障，过去的 研究难以解释 500 kV 线路绝缘子的鸟粪闪络 故障。目前针对线路鸟害故障的科研工作明显 不能满足现场运行生产的需求。
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集
500kV 绝缘子鸟粪闪络实验研究
徐旭 1 崔吉峰 2 周远翔 1 袁亦超 3 李震宇 4 陈原 3 于德明 5 聂琼
1 梁曦东 1
1 清华大学电机系 2 国家电网运行有限公司 3 华北电力科学研
究院 4 国家电网交流工程建设有限公司 5 北京超高压公司
IEEE Transactions on Power Delivery, VOL 19,
NO 4, OCTOBER 2004. [3] 梁曦东, 黄崚嶒, 王绍武, 陈震, 王黎明, 合成绝
（3）鸟粪从 500 kV 绝缘子低压端下落时， 大约从低压端起的第 14 片绝缘子位置处开始 出现鸟粪发散，使得难以在整个 500 kV 绝缘 子串附近形成贯穿的鸟粪通道，因此鸟粪不易 引起 500 kV 绝缘子串空间击穿闪络，但是 500 kV 绝缘子串鸟粪沿面闪络的可能性仍然存 在。
参考文献
在第 8 片上，不闪络
由于 500 kV 绝缘子串本身就不容易发生 鸟粪闪络，在增加遮挡后闪络就更加困难。当 一定量的鸟粪沿绝缘子串外沿流下时，一般都 不发生闪络，仅大片瓷绝缘子位于横担下方第 10 片时较为容易发生闪络。另外，在鸟粪连续 的情况下，大伞盘绝缘子除在第 2，4，6 片时 都发生了闪络。
综合比较大盘径绝缘子在不同位置时的 绝缘子串闪络状况和模拟鸟粪淌落的通道形 式，研究认为当大盘径绝缘子在横担下方第 2 片绝缘子时防止绝缘子串鸟粪闪络的效果是 最好的。
关键词 鸟粪闪络 沿面闪络 空间闪络
1 引言
输电线路鸟害掉闸问题日渐突出，而且其 涉及范围较广，危害普遍[1]。京津唐电网内鸟 害涉及的单位包括山东、天津、唐山、张家口、 秦黄岛、廊坊、大同和内蒙古等（超高压）供 电公司。国外输电线路也发生过大量鸟害事 故。早在 20 世纪 20 年代已发现有鸟粪导致闪 络事故，自 1977 年，佛罗里达 Power and Light 所属线路经历了大量鸟粪闪络故障。类似的故 障在南非也曾发生过[2]。
[1] 清华大学，华北电力科学院. 输电线路鸟害掉闸 机理研究（技术报告）
[2] R. Sundararajan, J. Burnham, R. Carlton.