迎背风不均匀污秽下支柱绝缘子直流污闪特性

运行情况表明,在单向风或一定地形条件下,支柱绝缘子表面污秽呈现迎背风不均匀分布进而影响其闪络特性,但国内外对此研究甚少。以典型支柱绝缘子为例,对其开展了迎背风不均匀染污下的直流污闪试验,分析了迎背风不均匀污秽对闪络电压和闪络过程的影响,仿真分析其表面泄漏电流密度,最后对闪络电压进行了校正。研究结果表明:与均匀污秽相比,支柱绝缘子迎背风不均匀污秽下的直流闪络电压Uave会降低;降低程度与迎/背风面盐密比m和背风面面积占比k都有关系,且m对Uave的影响程度大于k;迎/背风不均匀污秽和盐密(salt deposit density,SDD)对支柱绝缘子直流污闪电压的影响是相互独立的;局部放电和电弧大多产生在背风面,并且背风面的小伞下表面更容易产生局部电弧;迎背风不均匀污秽下支柱绝缘子闪络电压校正满足U=aSDD-b[1+c×l og m]关系,c值在0.12～0.22之间且与k值有关。     

迎/背风侧不均匀污秽下绝缘子直流污闪建模

绝缘子表面不均匀积污会影响其电气特性。运行环境下绝缘子串迎风面和背风面污层分布不均匀,且根据人工污秽试验结果,这会导致绝缘子闪络耐受梯度降低。在此基础上,文中提出了考虑绝缘子迎/背风面不均匀污层的计算剩余污层电阻方法,并建立了相应的直流污闪动态电弧模型,同时开展了人工污秽模拟验证试验;继而,基于动态闪络模型,对不同不均匀染污程度下的绝缘子表面泄漏电流、剩余污层电阻进行了计算及分析,揭示了迎/背风侧不均匀污秽对绝缘子直流污闪的影响。研究结果表明,迎/背风侧不均匀污层造成污闪过程中的绝缘子剩余污层电阻减小,减小幅度可达50%;背风侧面积比例T对绝缘子直流污闪过程的影响小于迎/背风面染污不均匀度J。研究结果可以为复杂环境下的架空线路外绝缘配置及选型提供参考。     

盐雾条件下染污绝缘子交流污闪特性

染污绝缘子表面污秽在盐雾中吸湿受潮,雾中的盐分沉积在绝缘子表面增大了其表面电导率,使得绝缘子闪络特性降低,绝缘子可能在较低电压甚至工作电压下发生闪络,威胁电网的安全稳定运行。本文对瓷、玻璃、复合三种典型绝缘子在不同盐密(SDD)和雾水电导率(?20)下的交流闪络特性进行试验研究,提出附加盐密(ASDD)的概念,分析了附加盐密与绝缘子表面盐密和雾水电导率的关系及其对交流闪络特性的影响。结果表明:随着盐密和雾水电导率的增大绝缘子交流雾闪电压均降低,且与盐密呈负幂指数关系,与雾水电导率呈线性关系。可以用附加盐密表征雾水电导率和盐密对绝缘子雾闪电压的综合影响,即附加盐密与雾水电导率和绝缘子盐密之积成正比。同时绝缘子闪络电压与绝缘子表面盐密和附加盐密之和呈负幂指数关系,绝缘子雾闪的本质是一种特殊的污秽闪络。     

污秽不均匀度对XP-160绝缘子串交流闪络特性的影响

实际运行中的绝缘子上/下表面的污秽分布并不是均匀的,因此对不均匀污秽下绝缘子的污闪特性进行了研究。通过对7片XP-160标准瓷绝缘子串在污秽分布不均匀时的交流闪络特性进行试验,得到了不同盐密、不同污秽不均匀度(上、下表面盐密比,T/B)下的绝缘子串闪络特性。对不同污秽不均匀度下表面污层电导和泄漏电流与绝缘子串污闪电压的关系进行了分析,结果表明:盐密和污秽不均匀度对绝缘子串的污闪电压都有影响,且两者的影响互相独立;绝缘子串的污闪电压会随着T/B的减小而增大;7片XP-160绝缘子串的污闪电压(Uf)与附盐密度(ρSDD)、T/B分别满足幂函数和对数函数关系,通过数据拟合得到污秽影响特征指数b及不均匀污秽下修正系数C分别为0.365和0.501;不均匀污秽下,绝缘子表面污层电阻增大是导致XP-160绝缘子串交流污闪电压提高的主要原因。     

污秽不均匀度对LXY4-160玻璃绝缘子串交流闪络特性的影响*

输电线路绝缘子表面污秽在自然条件下分布不均匀,污秽不均匀度是影响闪络电压的重要因素,因此研究输电线路绝缘子在不均匀污秽下的闪络特性具有重大意义。首先进行了LXY4 160玻璃绝缘子串的自然积污试验,然后研究了交流电压下污秽分布不均匀时7片LXY4 160玻璃绝缘子串的交流闪络特性,分析了不均匀污秽下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流与污闪电压的关系,得到了不同盐密(SDD)、不同污秽不均匀度(T/B)下绝缘子串的闪络特性。研究结果表明：SDD和T/B对LXY4 160玻璃绝缘子串的污闪电压有影响,且二者对污闪电压的影响是相互独立的;随着T/B的减小,污闪电压会增大;7片LXY4 160玻璃绝缘子串的污闪电压(Uf)与T/B、SDD分别满足对数和幂函数关系,且污秽影响特征指数b为0.280,不均匀污秽下修正系数C为0.271;不均匀污秽下绝缘子表面污层电阻将增大是导致LXY4 160玻璃绝缘子串污秽交流污闪电压提高的主要原因。研究结果对输电线路外绝缘设计和选择具有一定的参考价值。     

支柱瓷绝缘子上下表面不均匀积污交流闪络特性*

支柱绝缘子在气象因素与伞型结构的影响下易累积形成上下表面不均匀污秽,上表面污秽通常较下表面更严重。对支柱瓷绝缘子进行了不同上下表面不均匀污染条件下的人工污秽交流闪络试验,进而讨论了上下表面不均匀污染对闪络电压的影响。研究结果表明,支柱瓷绝缘子的闪络过程与悬垂串绝缘子闪络过程较相似,且飘弧现象很明显;当SDD相同时,随着支柱瓷绝缘子上下表面不均匀度的提高,闪络电压也上升;在相同的不均匀度下,支柱瓷绝缘子的闪络电压随SDD的增加而减小,随着污秽度的增加,支柱瓷绝缘子的闪络电压下降趋缓;支柱瓷绝缘子在上下表面不均匀染污下的闪络电压计算公式可用负幂函数拟合。最后,提出了上下表面不均匀污秽下闪络电压修正方法,计算值与试验值的相对误差在±5%以内。研究结果为支柱瓷绝缘子外绝缘的绝缘配合提供了技术参考。     

两种不同染污方式下绝缘子交流闪络特性的比较

染污绝缘子在雾、露等不利气象条件下,将可能发生绝缘子的污秽闪络,并且随着工农业生产的迅速发展,污秽程度的日益加剧,电力系统的污闪事故发生更加频繁,危害更加严重。IEC及我国推荐了几种不同的人工污秽方式以进行绝缘子闪络特性的试验研究,但对于各种人工污秽方式之间的差异并没有给予说明和研究。文中以XP-70绝缘子为例对浸污法、定量涂刷法两种不同的染污方式下绝缘子交流闪络特性进行了分析和比较。结果表明:不同染污方式下绝缘子的闪络特性有一定的差异;定量涂刷法受人为因素的影响比较大;不同惰性材料物质下的染污绝缘子闪络特性有所不同;盐密/灰密对不同染污方式下的闪络特性的影响有一定差别。     

110 kV交流支柱绝缘子的人工覆雪闪络特性

覆雪条件下积污绝缘子的电气性能会明显下降,甚至造成闪络故障。为研究染污盐密、覆雪厚度及伞型结构对覆雪闪络电压的影响,设计了绝缘子人工覆雪试验方法,并对4种伞型结构的110 kV交流支柱绝缘子进行人工污秽覆雪闪络试验,分析观察了绝缘子的覆雪闪络过程。试验结果表明:在融雪过程中,单位时间融雪水电导率不断降低;在闪络过程中,电弧放电及闪络路径多沿雪融化或脱落的地方;覆雪闪络电压与染污盐密呈负幂函数关系,随着染污盐密的增加,覆雪闪络电压降低并趋于饱和;比较了覆雪厚度为5、10和15 mm的绝缘子闪络特性,厚度为10 mm时,覆雪闪络电压更低;研究发现伞间距大且表面有棱的支柱绝缘子覆雪闪络电压梯度更高,防雪闪效果更好。     

线路绝缘子非均匀染污方法及污闪特性

目前人工污秽试验中绝缘子染污采用均匀涂抹,而自然污秽受风力、雨水、绝缘子形状、污秽粒径等因素影响,在绝缘子表面非均匀累积,非均匀积污对绝缘子U_50%产生影响,通过对多地区、大范围绝缘子自然积污特性研究,获得不同伞形绝缘子上下表面积污特性的差异性规律,提出了基于绝缘子自然积污规律的上下表面非均匀染污方法,开展了交/直流电压下绝缘子非均匀染污人工污秽试验,获得了非均匀染污下污闪特性曲线,采用绝缘子上下表面非均匀染污方法对绝缘子进行染污更接近绝缘子实际运行工况,人工污秽试验结果更准确合理。试验结果表明：上下表面染污非均匀度越大,U_50%值越大;随着染污非均匀度增大,U_50%增大幅度减小,逐渐趋于饱和。主要结论对绝缘子串长优化及选型具有重要参考意义。     

110 kV染污支柱绝缘子人工覆雪耐压试验研究

融雪期间染污覆雪支柱绝缘子的电气绝缘性能大大降低,可能威胁到变电站或换流站的安全运行。为此在人工气候室内对4种110 kV支柱绝缘子进行了预染污人工覆雪交流闪络试验研究,比较了不同伞型支柱绝缘子的覆雪情况,分析了覆雪前预染污程度对支柱绝缘子覆雪闪络电压的影响和染污支柱绝缘子的覆雪闪络路径,以及加装增爬裙对雪闪电压的影响。研究结果表明:支柱绝缘子的50%雪闪电压U50随覆雪前预染污污秽度的增加而降低,并呈负幂指数关系;污秽影响特征指数a受到伞型结构的影响;覆雪支柱绝缘子表面的局部电弧总是沿着绝缘子背风侧发展,并最终完成全面闪络;轻污秽条件下,加装增爬裙可将染污支柱绝缘子的覆雪闪络电压提高约60%;加装增爬裙支柱绝缘子的雪闪电压主要受爬电距离和污秽度的影响。     

人工污秽下盐/灰密对普通悬式绝缘子串交流闪络特性的影响

污闪是电力系统的严重自然灾害之一,国内外对盐密(ESDD)的影响进行了大量的研究,但对灰密(NSDD)影响的研究较少。文中以7片串普通悬式绝缘子XP-160为试品,在人工雾室中进行了大量的人工污秽试验,分析了ESDD和NSDD的变化对人工污秽绝缘子交流闪络电压的影响。试验结果表明:在人工污秽试验中,ESDD和NSDD均对绝缘子交流闪络电压有影响,与ESDD对人工污秽绝缘子串绝缘子交流闪络电压的影响一致,人工污秽绝缘子串交流闪络电压与NSDD也呈幂函数关系。在对交流闪络电压的影响上,ESDD和NSDD是相互独立的。因此,污区的划分不仅应考虑ESDD,同时也应考虑NSDD。对于7片串XP-160,文中还给出人工污秽试验条件下绝缘子串的交流污闪电压表达式。     

±800kV直流复合绝缘子短样人工污秽闪络特性研究

特高压直流输电在国内外均没有设计、建设和运行经验。根据我国云广±800kV特高压直流工程建设的需要，该文以5种不同结构型式的超、特高压直流复合绝缘子短样为试品，在人工雾室试验研究了试品的人工污闪特性，分析了试品绝缘子污闪电压与盐密、气压的关系。结果表明，直流复合绝缘子短样污闪电压(Uf)的污秽程度影响特征指数(a)与伞裙结构和材质有关，其值为0.25~0.3，小于瓷和玻璃绝缘子绝缘子，即Uf受污秽程度的影响较小，在污秽严重地区，复合绝缘子具有优势；Uf的气压影响特征指数n与绝缘子材质、结构、污秽程度等有关，对于直流复合绝缘子，n值为0.5~0.8，大于瓷绝缘子，在高海拔地区，复合绝缘子不具有优势。根据该文试验结果，采用样品绝缘子E，±800kV特高压直流输电线路在轻污秽、海拔1000m及以下地区的基本电弧距离应不小于8.16m，爬电距离应不小于30.2m。     

低气压下绝缘子短波头操作冲击污闪特性

在操作冲击下绝缘子也会发生污闪,且随着海拔升高或气压降低,绝缘子操作冲击污闪电压还将降低。为满足我国高海拔地区污秽绝缘选择的需要,文章在人工气候室模拟不同海拔条件下的低气压,通过试验研究了清洁和染污7片串XP-160绝缘子在短波头操作冲击下的污闪特性,得出了盐密、气压、温度对污秽绝缘子50%操作冲击闪络电压影响的关系式,确定了三者的影响特征参数。研究结果表明,与清洁绝缘子的干闪和雾闪电压相比,污秽绝缘子在操作冲击下的污闪电压明显降低,因此工程设计时应考虑污秽绝缘子的操作冲击放电特性。     

盐密和灰密对110kV复合绝缘子闪络电压的影响

合成绝缘子具有很好的防污闪特性,但也会发生污秽闪络,这与常规的人工污秽试验仅考虑盐密的影响不无关系。文中选择110kV合成绝缘子为试品,在人工雾室中研究了灰密(NSDD)和盐密(ESDD)对合成绝缘子污闪特性的影响,分析了NSDD影响的原因,并采用2种方法对试验数据进行了分析和拟合。结果表明:人工污秽试验中,合成绝缘子污闪电压Uf与ESDD和NSDD均有关,但二者的影响是彼此独立的;随着ESDD或NSDD的增加,其Uf均按幂函数规律降低;ESDD和NSDD对Uf影响的特征指数分别为0.106、0.140,即对于合成绝缘子,灰密的影响大于盐密,这与瓷绝缘子相反;灰密对污闪电压影响的原因之一是吸收更多的水分,二是破坏合成绝缘子的憎水性。     

染污绝缘子串直流污闪放电的电路模型

绝缘子污秽闪络事故严重威胁电力系统的安全可靠运行,目前国内外对污闪机理的研究主要以平板模型为基础。以7片串XP–160绝缘子为例,开展染污绝缘子串直流污闪电路模型的研究。根据高速摄像机拍摄的结果得知,染污绝缘子串直流污闪放电过程中局部电弧存在飘弧现象,即局部电弧由沿面电弧和空气间隙电弧2部分组成;提出染污绝缘子串直流放电过程的电路模型由剩余污层电阻、沿面电弧和空气间隙电弧串联组成;根据模型推导得到染污绝缘子串直流污闪电压的污秽影响特征指数在0.22~0.34之间,并从理论上解释了不同型式绝缘子污秽影响特征指数存在差异的原因。     

The pollution flashover on high voltage insulators

The pollution flashover, observed on insulators used in high voltage transmission, is one of the most important problems for power transmission. It is a very complex problem due to several factors such as the modeling difficulties of complex shapes of the insulators, different pollution density at different regions, non-homogeneous pollution distribution on the insulator surface and unknown effect of humidity on the pollution. In the literature, some static and dynamic models were developed by making some assumptions and omissions to predict the flashover voltages of polluted insulators. In this study, historical development of insulator modeling was investigated and a dynamic arc model was proposed. For this purpose, scaled shape of a concerned insulator was firstly partitioned into triangular elements, then finite element method (FEM) was implemented and finally potential distribution on the insulator surface, variation of pollution resistance and flashover voltage were determined. The computed flashover voltage values of the selected string insulator have been compared to results from other research.     

复合绝缘子污闪与冰闪特性及临界闪络电流研究

绝缘子的电气特性是进行输电线路外绝缘设计的关键参数之一,其临界闪络电流对绝缘子的状态评估和闪络预警有着重要的作用。以FXBW-110/100型复合绝缘子为试品,在人工气候室对该绝缘子进行了人工污秽试验和人工覆冰试验。试验结果表明：复合绝缘子污闪和冰闪电压随着绝缘子表面盐密的增加而降低,冰闪和污闪电压与盐密均满足负幂指数关系,覆冰条件下的污秽特征指数与污秽无覆冰状态下的特征指数相差不大,可将覆冰视为一种特殊形式的污秽;在相同污秽条件下覆冰复合绝缘子的闪络电压比未覆冰的闪络电压低,随着覆冰厚度的增加,绝缘子闪络电压进一步降低;复合绝缘子污闪和冰闪的临界闪络电流与盐密满足幂指数关系,污闪和冰闪的临界闪络电流均随着绝缘子表面的盐密的增加而增加,在相同污秽条件下覆冰绝缘子的临界闪络电流比未覆冰的临界闪络电流更大。     

绝缘子污闪试验数据的稳健回归处理方法

提出了一种基于稳健同归的绝缘子污闪试验数据处理方法:根据试验电压与盐密和灰密数据,通过复加权最小二乘迭代算法求解回归系数;迭代计算中采用权重函数,权重系数为上次迭代的残差的函数,以此减少奇异值对回归系数的影响.通过比较试验数据与稳健回归及最小二乘回归的预测结果,验证了基于稳健回归方法在绝缘子污闪试验数据处理中的有效性.     

1000kV同塔双回输电线路绝缘子串污秽特性

为了研究1000kV同塔双回输电线路绝缘子串的污耐压特性,按照真型布置,依据GB/T4585-2004采用升降法求取绝缘子串的50%污秽闪络电压。内容包括不同型式、不同串形绝缘子的污耐压特性,附灰密度(ρNSDD)、上下表面不均匀积污对污耐压的影响等。指出单V串污耐压特性优于I串污耐压特性;ρNSDD的增加使得绝缘子的U50%下降;上下表面不均匀积污时的U50%高于均匀积污时的U50%等。研究结果对1000kV特高压同塔双回线路绝缘子串的选型及污秽外绝缘配置具有重要指导意义。