500kV绝缘子串的人工雾淞覆冰和放电试验

第19卷第2期1999年2月中　国　电　机　工　程　学　报

P roceedings of the CSEE

V o l.19N o.2

Feb.1999

500kV绝缘子串的人工雾淞覆冰和放电试验

粟福珩　贾逸梅

华北电力大学电力工程系,100085北京

王均谭　李　刚

四川省电力公司,610061成都

ART IF I C I AL R I M E COVER ING AND D ISCHARGE TESTS OF500kV INSULAT OR STR INGS

Su Fuheng　J ia Y i m ei

N o rth Ch ina E lectric Pow er U n iversity,B eijing,100085Ch ina

W ang Jun tang　L i Gang

Sichuan E lectric Pow er Com p any,Chengdu,610061Ch ina

ABSTRACT　T h is paper describes the m ethod of ri m e fo r2 m ati on in labo rato ry and artificial ri m e discharge tests of long in su lato r string.T he test resu lts confirm that there is a great difference of dischargephenom enon and electric in su la2 ti on strength betw een the ri m e co2vered in su lato r and the glaze covered one.

KEY WOR D S　In su lato r string　R i m e　D ischarge

摘要　叙述在试验室条件下产生雾淞类型覆冰的方法和对500kV线路悬式绝缘子串进行人工雾淞覆冰以及工频电压放电特性试验研究的情况。试验结果表明,与雨淞型覆冰绝缘子串相比较,两者在放电现象及绝缘抗电强度上有很大的差异。

关键词　绝缘子串　雾淞　放电

中图分类号:TM855

1　前言

中国西部水力资源丰富,正在建设许多500kV

输电线路。这些线路经过的地区一般为海拔数千米

的山地,每年冬春季节都有严重的覆冰问题。在高

海拔山区,覆冰类型主要是雾淞。而过去关于覆冰

绝缘子电气性能的试验研究和文献资料大都是雨淞

覆冰的。为了满足工程建设需要及为高寒山区输电

线路的绝缘配合和绝缘设计提供依据,开展长绝缘

子串的人工雾淞覆冰和工频电压放电特性试验研

究,是一项极有意义的工作。

2　雾淞的一般特征和形成条件

每年11月至翌年2月,是电力系统冰害事故的多发期。在我国西南高海拔山区,每当冬季寒潮自北方侵入,与西南海洋来的暖湿气流对峙,加上受山地阻隔,形成准静止峰。此时近地面温度降低到0℃以下,加上这一地区水汽来源广,湿度大,海拔高,过冷水滴的直径很小,常常形成持续数日的低温和浓雾天气。在这种天气下,极易形成雾淞。一般形成雾淞的典型天气是:气温在-5～15℃,有浓雾,风速为0～5m s。在严重情况下,输电线路导线上的雾淞覆冰直径达到几十至几百毫米,绝缘子串的伞裙迎风上下表面被雾淞包裹,伞裙之间被雾淞充塞,甚至形成一个圆柱形覆冰整体。

覆冰是过冷水滴在低温物体上的冻结。由于水滴大小、冻结温度等条件的差别,覆冰可形成为雾淞或雨淞。形成为哪一种类型取决于小水粒冻结时释放热量的速度同这些热量被强制散发到周围环境中去的速度是否达成平衡。雾淞一般由过冷云雾或极小水粒冻结而成,由于水粒直径很小,一经碰到低温物体表面就马上冻结,因此,绝缘子上的雾淞可以认为是在其表面维持干燥状态下由许多小冰晶逐步堆积成长起来的。并因此具有组织精细,结构蓬松,附着力小,受到外力振动或在融化时容易脱落的特点。比重一般较轻,为0. 1～0.4。相比之下,雨淞是在下冻雨或水滴尺寸较大时形成的。由于大水滴的冻结需要较长时间,当碰撞到

物体表面后,在冻结之前将沿着表面流动或淌开,因此绝缘子上的雨淞是在表面为湿状态下由水膜的逐步冻结而增厚的。其表面较平滑、坚硬,呈透明或由于夹杂有大量空气泡而显白色半透明状,粘附力强,比重在0.8～0.92间。可见,由于形成条件不同,雾淞和雨淞在形成过程、形态、覆冰量以及物理性质上有着较大的差别。对覆冰绝缘子电气强度的影响程度也必然有很大的差别。

根据国外有关资料介绍[1]和我们进行的大量试验研究,要在人工条件下形成雾淞,必须严格控制水粒直径在15Λm以下,才能保证雾淞的形成。另外,较低的冻结气温和一定的风速也有利于雾淞的形成。当温度愈低时,形成的雾淞愈干和松,因而比重也轻(例如在-15℃下比重为0.1左右)。随

着温度提高,雾淞变得较为湿润柔软,比重也随之增大(例如-7℃下比重约为0.25)。根据我们的经验,在进行绝缘子串人工雾淞覆冰试验时,试验条件可取表1所提供的数据。

表1　人工覆冰试验中形成雾淞的试验条件Table1　Exper i m en ta l cond ition s for produce i ng r i m e 水滴直径 Λm气温 ℃风速 m・s-1≤15-7～-202～5

3　500kV长绝缘子串的人工雾淞覆冰由29片机械破坏负荷为21okN的标准型绝缘子(尺寸为5280×170)组成的500kV悬式绝缘子串试件,串长为4.93m,下方高压端安装均压环后全长为5.3m。这些绝缘子串的人工雾淞覆冰是在一个高度为6.7m的冷冻室内完成的(见图1)。冷冻室的温度最低可达-20℃。悬式绝缘子串吊在冷冻室的中央,外围有一个圆筒形集雾罩,由制冷机蒸发器送出的强劲冷风带动水雾化器产生的雾汽经风斗进入集雾罩,由下向上经过绝缘子串,许多雾粒在运行中与绝缘子串碰撞,冻结形成雾淞。由于正确设计了集雾罩的形状和进出口尺寸,可以使绝缘子串获得上下厚度均匀一致的覆冰。雾汽的产生由一台超声波水雾化器完成。

它产生的雾粒直径为5～15Λm。因为是直接由冰水生成,因此,易于变成过冷水滴和很快冻结。在覆冰过程中没有对绝缘子串施加电压。这是考虑到雾淞覆冰属于“干成长”过程。由于不存在因潮湿水膜引起绝缘子串泄漏电阻的降低,即使加电压,在覆冰过程中沿绝缘子串流过的泄漏电流也几乎等于零[2],由此产生的热效应十分微小,因此带电与不带电对于绝缘子串上雾淞的生成不应有明显影响。

实践表明,采用上述方式,在绝缘子串上形成的雾淞与实际情况很类似。雾淞的比重在0.1～0. 25之间。为了考核最危险情况,试验中大多数绝缘子串的覆冰模拟了自然界中重冰区的严重情况。伞面最大冰厚达5～6c m,径向最大冰厚迎风侧3c m,最小也有1c m,绝缘子串所有伞间被雾淞充塞,伞裙被冰桥接,全串形成一个被雾淞包裹的冰柱。完成一串绝缘子串的人工雾淞覆冰约需3～4天。

图1　人工雾淞覆冰装置

F ig.1　Artif ic i a l r i m e cover i ng set-up

4　500kV雾淞覆冰绝缘子串工频放电特性试验

过去对重雨淞覆冰的500kV绝缘子串施加工频电压试验[3],观察到在加压后,覆冰迅速溶化形成水流,使绝缘子的泄漏电阻大大降低和产生较大的泄漏电流。泄漏电流支持在覆冰断口处发生的局部放电的发展,逐渐由电晕放电、紫色丝状放电发展成白色电弧。当覆冰严重和冰水电导率较大时,泄漏电流的增长和白色电弧的发展极快,最终将导致绝缘子串闪络。研究表明,重雨淞覆冰的500kV绝缘子串的工频放电电压有很大的降低,在某些情况下已经难以耐受正常运行电压。那么,在我国西南

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