0 引言
绝缘子表面积累的污秽在湿润条件下可能会引发闪络,进而造成污闪事故的发生。由于污闪造成的事故重合闸成功率低,因而很容易造成系统失去稳定,进而造成大面积停电事故发生,对人民的生命财产安全造成重大影响。为了预防污闪事故的发生,需要对输电线路的绝缘状态做出准确的判断,进而在危害出现之前采取必要的措施[1-2]。
常用的绝缘子污秽度评价参数主要有等值附盐密度(简称盐密)、泄漏电流和表面电导率等[3]。等值盐密由于其方法简单,便于现场测试而应用广泛,是较为重要的绝缘子污秽度分析方法,但是其人工污秽与自然污秽等效性差,不能与污闪电压建立起较好的联系[4-6]。通过泄漏电流来表征绝缘子污秽度的方法主要有泄漏电流最大值法、泄漏电流脉冲计数法以及绝缘子临闪前的泄漏电流法[7]。泄漏电流能够实现连续在线监测,但是其大小不仅与污秽程度有关,也与污秽受潮状态、绝缘子形状参数等有关,因此直接利用泄漏电流来评价绝缘子表面污秽程度比较复杂[8-12]。表面电导率能够综合反映污层成分、受潮程度、绝缘子的形状参数等因素,且在自然污秽和人工污秽条件下得到的规律较为统一[13-17]。利用泄漏电流便于连续在线监测的优点,可以通过泄漏电流折合得到表面电导率来表征绝缘子表面的绝缘状况。
目前的研究中,利用泄漏电流推算绝缘子表面电导率时,并未考虑绝缘子表面出现电弧的情况。而在线路实际运行过程中,绝缘子始终处于带电工作状态,当绝缘子达到饱和湿度条件时,其表面会出现干区,进而出现局部电弧的跨接。此时,利用泄漏电流最大值折算绝缘子表面电导率会出现一定的偏差,进而造成利用表面电导率估算绝缘子表面绝缘状态时出现误差,不利于污闪事故的防治。
本文以瓷绝缘子及三角形玻璃板为研究对象,模拟运行电压下试验样品饱和受潮时局部电弧对泄漏电流最大值折合表面电导率的影响。分析了不同盐密下试验样品泄漏电流最大值的变化规律,同时得到了相应的表面电导率折合值。比较了表面电导率折合值与实际值之间的差异,从原理上对这一差异进行了解释分析,并得到了不同绝缘子利用泄漏电流折合表面电导率时的修正系数。
1 试验样品、试验设备及试验方法
1.1 试验样品
本文选取了三角形玻璃板以及输电线路上较为常用的U70BP/146D和U70B/146这2种绝缘子进行试验,2种绝缘子均为瓷绝缘子。三角形玻璃板高45 cm,底为30 cm,为等腰三角形,尖端以及底端均用导电纸进行了处理,便于在其两端施加电压。各试验样品的外形以及基本参数分别如
其中形状系数f的定义如下
\(f=\int_{0}^{L}{\frac{\text{d}x}{\text{ }\!\!\pi\!\!\text{ }D\left( x \right)}}\) (1)
式中：L为绝缘子爬电距离;D(x)指爬电距离为x时的直径。
1.2 试验设备
饱和湿度情况下,干区出现电弧跨接时泄漏电流与表面电导率之间关系的人工污秽试验是在人工雾室中进行的。整套试验系统的示意图如
图1
试验样品
Fig.1
Test samples
表1
试验样品基本参数
Table
1 Parameters of tested samples
图2
试验系统示意图
Fig.2
Test system structure
污秽试验电源的容量为100 kVA,最大输出电压为50 kV,额定输出电流为2 A。泄漏电流监测系
统的测量范围为0.5 mA~5 A,采样频率为1~100 kHz,其测量误差在3%以内,能够有效地监测泄漏电流值的变化情况。由于本文是利用泄漏电流最大值折算表面电导率,所以取每秒钟内采样得到的泄漏电流最大值进行存储处理。人工雾室为高度120 cm,直径84 cm的绝缘有机玻璃圆筒,该雾室采用超声波加湿器产生μm级水滴,用以模拟饱和湿度情况下的绝缘子受潮状况。
1.3 试验方法
本次试验均采用定量涂刷法对绝缘子进行染污。用高岭土来模拟绝缘子表面污秽中的不溶物成分,灰密值固定为1 mg/cm2,用NaCl模拟绝缘子表面污秽中的导电物质,分别选取盐密值为0.025、0.050、0.100、0.150、0.200 mg/cm2进行试验。
本次试验中选取单片绝缘子所加电压为8 kV,用以模拟实际输电线路绝缘子串中单片绝缘子承受的平均运行电压。三角形玻璃板上所施加电压同样为8 kV。
实际运行中,绝缘子始终处于带电状态,为模拟绝缘子实际所处状态,在进行饱和湿度情况下绝缘子表面泄漏电流测量时,采取的受潮方式为带电受潮,即在绝缘子表面涂污且待污秽干燥之后,将绝缘子放置于雾室之内,先在绝缘子两端加压,然后起雾受潮,同时进行泄漏电流的测量。测量时间为15 min。
2 试验结果
本文主要研究绝缘子在饱和受潮情况下局部电弧的出现对泄漏电流最大值折合表面电导率的影响。
2.1 泄漏电流变化趋势
试验得到的泄漏电流变化趋势图如
图3
试验后样品图
Fig.3
Test samples after experiment
值呈现脉冲形式出现,也证明了此时试验样品表面出现了放电情况。对泄漏电流值进行最大值提取,得到各试验样品在不同盐密下测得的泄漏电流最大值如
2.2 表面电导率
根据测得的泄漏电流最大值可以计算得到不同盐密下试验样品表面的电导率值σ,计算式为[18]
\(\sigma =\frac{fI}{U}\) (2)
式中：I为试验样品表面泄漏电流值;U为施加在试验样品两端的电压。
图4
0.1 mg/cm2盐密下各试验样品泄漏电流趋势图
Fig.4
Leakage current value trends of each test sample under the ESDD of 0.1 mg/cm2
表2
泄漏电流最大值
Table
2 Maximum value of leakage current
以U70B/146绝缘子盐密值为0.1 mg/cm2的情况为例,此时泄漏电流最大值为416.23 mA,绝缘子所加电压为8 kV,绝缘子形状系数为0.736,将其代入式(2)可得此时绝缘子表面电导率为38 μS。由此得到的各试验样品在不同盐密下表面电导率如
在试验样品形成干区且干区有局部电弧跨接的情况下,通过泄漏电流最大值来推算不同盐密下试验样品的表面电导率发现,不同试验样品所得到的表面电导率存在较为明显的差异。而在同一盐密条件下,理论上不同试验样品的表面电导率应该相同。上述结果证明,在试验样品表面形成干区且干区有局部电弧跨接的情况下,利用表面电导率表征绝缘子污秽度出现了偏差。
3 分析与讨论
3.1 不考虑局部电弧表面电导率与盐密之间的关系
利用局部表面电导率法来测量染污绝缘子的表面电导率。由于测量时所加电压较低,导致流过绝缘子表面的泄漏电流值很小,因此不存在实际运行电压下染污绝缘子表面出现干区的情况。利用该方法能够准确测量得到绝缘子在不同试验盐密下的表面电导率值[19],利用该方法对灰密为1.0 mg/cm2、盐密值不同的染污玻璃板表面电导率值进行了测量,测量结果如
通过实际测量结果可以发现,绝缘子表面电导率与盐密值在数值上呈现线性关系,对试验数据进行直线拟合可以得到表达式为
y=1 061x+14 (3)
式中：x、y在数值上分别表示盐密值、表面电导率值。
根据拟合计算式斜率为1 061可以得到,表面电导率与盐密在数值上大致呈现1 000倍的关系。
图5
表面电导率折算值随盐密变化情况
Fig.5
Converted value of surface conductivity varies with ESDD
图6
表面电导率测量值随盐密变化情况
Fig.6
Measured value of surface conductivity varies with the ESDD
3.2 局部电弧的影响
通过泄漏电流值计算得到的各绝缘子表面电导率与盐密值之比如
当在饱和湿度条件下,利用绝缘子表面泄漏电流折算绝缘子表面电导率从而估算其表面盐密时,不同绝缘子所得盐密值需要乘以相应的修正系数。根据试验结果与实际值比对可以得到：U70B/146绝缘子的修正系数为1.82~2.86,U70BP/146D绝缘子的修正系数为1.18~1.33。
图7
表面电导率与盐密值之比
Fig.7
Ratio of surface conductivity to ESDD
根据式(2)可知,形状系数的改变会影响绝缘子表面电导率的折算。因而推测是由于绝缘子表面
出现干区且干区上有局部电弧跨接而导致了形状系数发生了改变,进而造成利用泄漏电流折算绝缘子表面电导率时出现偏差。
在绝缘子表面没有干区以及有干区出现,且当绝缘子表面污秽均匀分布时,泄漏电流的流通路径如
在利用玻璃三角板进行试验时发现,通过三角板表面的泄漏电流最大值折算表面电导率,折算值与实际值之间相差不大。这是因为当玻璃三角板表面出现干区且有局部电弧跨接时,电流发展如
4 结论
1）在带电运行的绝缘子饱和受潮后,表面钢脚位置会出现干区,并且在干区处有局部电弧跨接,若不考虑局部电弧的影响,直接根据泄漏电流最大值来推算绝缘子表面电导率,则所得结果与实际值偏差较大。
图8
电流发展路径图
Fig.8
Diagram of current development path
2）局部电弧的出现主要是改变了电流在剩余污层上的发展路径,进而造成了形状系数的改变,致使折合得到的绝缘子表面电导率小于实际值。
3）理论上表面电导率与盐密值之比约为1 000,但考虑到局部电弧的影响,不同盐密情况下,U70BP/146D绝缘子饱和受潮后的表面电导率与盐密值之比在750~850之间;U70B/146绝缘子在不同盐密情况下得到的表面电导率与盐密值之比在350~550之间。因此,当绝缘子处于饱和受潮情况下,利用泄漏电流推算表面电导率时,U70BP/146D需要乘以修正系数1.18~1.33,U70B/146需要乘以修正系数1.82~2.86。
参考文献
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