可溶性污秽成分对绝缘子交流闪络特性的影响

结果的相对标准偏差。
1.4 试验结果
采用以上试验步骤对 3 片串 XP−160 瓷绝缘子
进行不同成分下交流污闪研究，试验结果见表 2。
由表 2 结果可知：
1）所有试验结果的相对标准偏差均小于 10%，
表明本文采用的试验步骤正确、试验数据有效。
2）绝缘子串交流污闪电压随着盐浓度的增加 明显降低。例如 NaNO3，当 ρSCD 从 0.06 mg/cm2 分 别增加到 0.1 mg/cm2 和 0.25 mg/cm2 后，绝缘子串
国内的清华大学、华南理工大学、中国电科院、 东北电力试验研究院等对绝缘子的自然积污成分进 行了取样研究，结果表明[15-17]：污秽中的主要可溶 性成分为 CaSO4(质量分数 40%~90%)和 NaCl(质量 分数 10%~40%)，其他成分还有 NaNO3、KNO3、 MgSO4、(NH4)2SO4、Mg(NO3)2、CaCl2 等；不可溶 性污秽成分主要为 SiO2、C、Al2O3、Fe2O3、CaO
B—调压器；T—变压器；R0—保护电阻；H—高压穿墙套管；S—试品； E—人工气候实验室；F—电容分压器
图 Βιβλιοθήκη Baidu 试验接线原理示意图
Fig.1 Test circuit
表 1 绝缘子主要结构参数
Table 1 Structural parameters of the simples
绝缘子 型号
结构高度/ mm
3）试品的阴干：将人工涂污后的绝缘子放于阴 凉通风处，放置时间为 24 h。
4）蒸汽雾的产生：本试验采用国际通用的热 雾法，蒸汽雾由配套的 1.5 t 锅炉产生，气孔均匀分 布在雾室底角周围，雾的产生速率为(0.05±0.01) kg/(h·m3)，气孔与试品之间的距离>3 m，雾气喷出 方向与绝缘子串轴心线成 90°夹角。试品开始湿润
Abstract：To study the effect of pollution composition on external insulation, according to the existing researches, we selected 6 kinds of typical soluble contaminations to contaminate a 3-unit standard XP−160 porcelain insulator string, and studied the string’s AC flashover characteristics with different contaminations. The results show that conductivity of the surface pollution layer varies with different contamination and consequently affect the flashover characteristics of the insulator string. The thermal decomposition and little solubility of some specific compositions significantly influence the insulator’s flashover voltage of insulator. The influence of pollution composition not only reflects on the layer conductivity or ESDD, it could also contribute to the thermal ionization during arc discharge. Using the empirical formula of ESDD to calculate the flashover voltage has certain defects, and the correction coefficient we obtained can provide certain references for correcting the results based on the formula. Key words：insulator; pollution compositions; flashover voltage; ESDD; conductivity of polluted liquid
1）试品的预处理：首先使用磷酸三钠溶液清 洗绝缘子表面的油脂和污垢，再用自来水进行一次 彻底地清洗，最后晾干。
2）试品染污方法：对绝缘子上/下表面使用固 体涂层法分别进行染污。采用 NaCl、CaSO4、MgSO4、 NaNO3、KNO3、(NH4)2SO4 来模拟导电物质，用硅 藻土来模拟不溶性物质。选取 ρSCD 为 0.06、0.10、 0.25 mg/cm2 表示染污程度的轻、中、重 3 种状态， 灰盐比取 6，绝缘子上、下表面均匀染污。按照可 溶盐的种类，试验过程共分为 6 组。
1916
高电压技术
2015, 41(6)
等；若污秽物质所含的一价盐(NaCl、NaNO3 等)较 多 , 则 污 闪 电 压 就 偏 低 ； 若 含 的 二 价 盐 (CaSO4 、 MgSO4 等)多，则污闪电压就偏高；不同的灰也具 有不同的吸附能力，会直接影响到绝缘子表面污秽 的积累性和吸水性，这也会改变污闪发生的条件。
0 引言1
污秽对电网外绝缘产生了严重危害[1-4]。国内外 研究人员分别从污秽度测量、污秽等级划分、外绝 缘积污规律、污闪机理及其影响因素等几个方面进 行了大量的研究[1-11]，使得输电线路外绝缘的防护 水平有了较大的提高。但是污闪事故仍有发生，仍 需要更进一步地进行研究。
目前我国标准和防污实践均采用等值附盐密 度(ESDD)和等值附灰密度(NSDD)来表征绝缘子表 面的染污程度。但实际运行经验表明，即使绝缘子
第 41 卷 第 6 期：1915-1920 2015 年 6 月 30 日
DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.2015.06.020
高电压技术 High Voltage Engineering
Vol.41, No.6: 1915-1920 June 30, 2015
可溶性污秽成分对绝缘子交流闪络特性的影响
盘径/ mm
爬电距离/ mm
表面积/ mm2
XP−160
155
255
305
1 630
时，表面温度与环境温度的绝对值差<2 K，试验过
程中雾室温度控制在 35 ℃以下。
5）加压方法：在雾室门口摆放一监测绝缘子，
当其表面污秽层充分湿润后，立即采用均匀升压法
进行闪络试验，每种污秽度下进行 3~4 次试验，每
mg/cm2 mg/cm2 mg/cm2 mg/cm2 mg/cm2 mg/cm2
(1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment& System Security and New Technology, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 2. State Grid Chongqing Electric Power Corporation Research Institute, Chongqing 400030, China)
1 不同污秽成分下绝缘子污闪试验
1.1 试品 试品采用普通悬式瓷绝缘子 XP−160，绝缘子
的具体参数如表 1 所示。 1.2 试验装置
试验在重庆大学人工污秽实验室进行，雾室长 4 m、宽 4 m、高 3.6 m，试验工频电源由 150 kV/ 900 kVA 交流试验变压器提供，最大短路电流为 30 A，满足 IEC60507 对交流污秽试验电源的要求， 试验电压通过 SGB-200A 交流电容分压器测量。试 验接线如图 1 所示。 1.3 试验方法
Effect of Soluble Contamination on the AC Flashover Performance of Insulator
JIANG Xingliang1, LI Xin1, ZHANG Dongdong1, ZHANG Zhijin1, YE Hanxin1, BI Maoqiang2
蒋兴良，李 鑫，张东东，等：可溶性污秽成分对绝缘子交流闪络特性的影响
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的污闪电压从 45.3 kV 降到了 39.6 kV 和 27.4 kV， 分别下降了 14.39%和 30.8%。
3）不同污秽成分对绝缘子串交流污闪电压的 影响不同。含有 SO42–的 3 种可溶盐在相同盐浓度 下的污闪电压明显高于由 NO3–、Cl–构成的 3 种可 溶物，例如 CaSO4 和 NaCl，在 ρSCD 为 0.25 mg/cm2 时，污闪电压相差 26.6 kV；相同阴离子下，Na+和 K+所对应的闪络电压值几乎相同，而 Ca2+、Mg2+ 和 NH4+在不同的 ρSCD 下闪络电压值的差异不同。
2 污秽成分对绝缘子污闪电压影响分析
表 2 不同成分下绝缘子交流污秽闪络试验结果
Table 2 Results of contaminated insulator’s AC flashover with
different compositions
Uf/kV
σ/%
污秽成分 ρSCD=0.06 ρSCD=0.1 ρSCD=0.25 ρSCD=0.06 ρSCD=0.1 ρSCD=0.25
———————
基金资助项目：国家创新研究群体基金(51321063)。 Project supported by the Funds for Innovative Research Groups of China (51321063).
的盐密相同，其污闪电压差异也很大，等值附盐密 度表征的污秽度与实际污秽度之间存在一定的差 异，导致人工污秽的污闪电压比自然污秽的偏低等 现象，且自然污闪电压比人工污闪电压的分散性 大[10-15]。导致这种现象的重要原因是污秽成分的差 异。因此，必须根据地域条件，定量分析污秽的化 学成分，研究其对污闪电压的影响规律。
本文在重庆大学人工雾室中，以 3 片 XP−160 普通悬式瓷绝缘子为研究对象，分别进行了以 NaCl、CaSO4、MgSO4、(NH4)2SO4、NaNO3、KNO3 作为可溶物质(可溶物密度(SCD)值取为 ρSCD)，硅藻 土作为不溶性物质(NSDD)下的交流污闪试验，得到 了不同盐密下 XP−160 绝缘子的交流闪络特性，分 析了不同可溶性污秽成分对其污闪电压影响的原 因，研究结果可以为外绝缘的设计选型提供参考。
次试验绝缘子串闪络 4~5 次，取与平均值误差小于
10%的试验结果进行记录。污闪电压 Uf 为
N
∑Ui
Uf
=
i =1
N
(1)
∑ σ =
⎛ ⎜⎝
N i =1
(Ui
−Uf
)2
⎞ ⎟⎠
/
(N
− 1)
×100%
(2)
Uf
式中：Uf 为绝缘子的平均污闪电压，kV；Ui 为第 i
次污闪电压测试值，kV；N 为试验次数；σ 为试验
蒋兴良 1，李 鑫 1，张东东 1，张志劲 1，叶汉欣 1，毕茂强 2
（1. 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆 400030； 2. 国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆 400030）
摘 要：为研究污秽成分对外绝缘的影响，根据国内外研究现状，选取 6 种典型可溶盐成分，以 3 片 XP−160 标 准瓷绝缘子串为研究对象，试验研究其在不同污秽成分下的交流闪络特性。研究结果表明：不同污秽成分下绝缘 子表面的污层电导率存在差异，从而影响绝缘子串的闪络特性；部分特殊成分的受热分解特性以及难溶性对绝缘 子的闪络电压有明显影响；污秽成分对绝缘子闪络电压的影响不仅仅体现在其对污层电导率或者等值盐密的影响， 其对电弧放电过程中热电离的影响也是重要因素之一；运用等值盐密计算闪络电压的经验公式具有一定的缺陷， 本文通过试验得出的修正系数可提供一定参考。 关键词：绝缘子；污秽成分；闪络电压；等值盐密；污液电导率