雾霾期间绝缘子闪络特性的研究进展

雾霾天气对绝缘子闪络特性的影响是近年来新出现的一个难题。研究结合了近年来关于雾霾期间绝缘子闪络特性影响的相关研究,对其进行了系统性的分析与讨论。主要从雾霾的组分与污秽物成因、模拟雾霾积污的试验以及雾霾天气对绝缘子闪络电压的影响等几个方面进行详细的探讨。研究表明:雾霾主要来源于人工排放的大量污染物,在湿度较高的环境下发生化学反应沉降在绝缘子表面;人工模拟污秽试验中对等值盐密的取值存在一定的缺陷;雾霾天气下泄漏电流沿绝缘子表面发展,绝缘子发生沿面闪络;污秽物粒径的分布与绝缘子的材质有关;绝缘子表面可溶性盐类、雾水电导率以及其憎水性都会影响绝缘子的闪络特性,使其闪络电压降低。     

徐州水泥污秽区悬挂绝缘子的污秽物特性

绝缘子自然积污情况下,表面污秽在积污过程中其上下表面盐灰密、颗粒粒径、表面元素成分和颗粒形貌发生变化。以江苏徐州地区架空输电线路绝缘子串为对象,对悬挂绝缘子上、下表面的盐密和灰密变化及绝缘子表面污秽理化特性进行了测试分析,探讨了徐州地区绝缘子表面污秽特性。结果表明：绝缘子表面的盐灰密值与天气状况相关,绝缘子积污在2月份达到最大值,且与周边主要污染源存在较大关系;在徐州水泥污秽地区,绝缘子上表面沉积污秽度较大,下表面污秽度相对较小,不同环境下绝缘子表面积污物粒径、成分及含量均存在较大差异。其结论可为水泥污秽区绝缘子积污预警及日常运行维护提供参考。     

徐州水泥污秽区悬挂绝缘子的污秽物特性

绝缘子自然积污情况下,表面污秽在积污过程中其上下表面盐灰密、颗粒粒径、表面元素成分和颗粒形貌发生变化。以江苏徐州地区架空输电线路绝缘子串为对象,对悬挂绝缘子上、下表面的盐密和灰密变化及绝缘子表面污秽理化特性进行了测试分析,探讨了徐州地区绝缘子表面污秽特性。结果表明:绝缘子表面的盐灰密值与天气状况相关,绝缘子积污在2月份达到最大值,且与周边主要污源存在较大关系;在徐州水泥污秽地区,绝缘子上表面沉积污秽度较大,下表面污秽度相对较小,不同环境下绝缘子表面积污物粒径、成分及含量均存在较大差异。其结论可为水泥污秽区绝缘子积污预警及日常运行维护提供参考。     

±800 kV楚穗特高压直流线路复合绝缘子自然积污特性

为研究特高压直流线路复合绝缘子积污特性以指导线路外绝缘配置,于2013—2014年采集了±800 k V楚穗特高压直流线路复合绝缘子表面污秽,分析其污秽等值盐密等级分布,研究线路整体积污程度,以及直流极性、沿串部位分布等造成的积污差异。数据表明:832个污秽样本中,等值盐密最大值为0.192 9 mg/cm2,最小值为0.000 7 mg/cm~2,76%样本等值盐密0.025 mg/cm~2;相同积污条件下,直流极性不影响复合绝缘子整体积污程度;大部分复合绝缘子表面污秽呈两端重、中间轻的分布规律;大小伞裙交叉布置时,小伞裙等值盐密明显大于大伞裙;54.8%的伞裙上表面污秽盐密值大于或等于下表面,与玻璃或陶瓷绝缘子规律不同。±800 k V楚穗特高压直流线路整体污秽较轻,现有的复合绝缘子配置合理。     

雾霾天气对复合绝缘子运行性能的影响

为探究雾霾天气对电力设备外绝缘的危害,以现场运行的复合绝缘子进行试验研究。雾霾对复合绝缘子的影响主要体现在2个方面:一是导致复合绝缘子表面积污量的增加;二是其产生的湿沉降会增加绝缘子的泄漏电流、降低闪络电压。利用河北省石家庄地区的雾霾天气进行了360 h的自然积污试验,分别在不同的雾霾脏污程度下试验3次,研究污秽度和泄漏电流与雾霾的脏污程度及作用时间之间的关系。试验结果表明:雾霾天气的发生会在短时间内增加绝缘子表面的污秽度,在数十小时内可以使绝缘子表面的等值盐密增加0.01?0.04 mg/cm2、灰密值增加0.05?0.2 mg/cm2;空气质量指数不同,试品表面污秽度增加情况也不同;雾霾日数的增加是影响复合绝缘子表面污秽度的重要因素;雾霾产生的湿沉降会增加复合绝缘子的泄漏电流。短期内雾霾天气不会导致复合绝缘子发生污闪故障,但随着雾霾作用时间的延长和环境污染的加剧,污闪的可能性是存在的。     

±660kV银东线绝缘子串的自然积污特性研究

为分析±660 k V银东线绝缘子的自然积污规律,在山东德州设置污秽测量点,进行为期一年的自然积污试验。测量了绝缘子的等值盐密(ESDD)和等值灰密(NSDD),对比研究了瓷绝缘子和复合绝缘子表面污秽不均匀度、绝缘子串不同位置积污规律及灰盐比。结果表明:瓷钟罩绝缘子表面污秽不均匀度远高于复合绝缘子;绝缘子串高压端和接地端均比中间部分积污严重;复合绝缘子的伞裙直径越小,积污越严重;瓷绝缘子、复合绝缘子的灰盐比均值分别为12.44、5.86,下表面的灰盐比均大于上表面的灰盐比。     

雾霾参数对绝缘表面等值盐密的影响

雾霾环境中的输变电设备外绝缘积污规律有其特殊性,为了研究雾霾持续时间与雾霾成分对外绝缘积污的影响,用硅橡胶试片与XP-70绝缘子进行模拟积污试验。试验结果表明:试片在雾霾环境中的积污速率快且难以达到饱和,悬浮颗粒物的沉降对积污起主要作用;绝缘子在雾霾环境中的积污速率较快且迅速达到饱和,悬浮颗粒物的扩散与粘附对积污起主要作用。此外,增加雾电导率以及霾成分中含有的可溶且能电离的物质有利于积污的增加。通过预涂高岭土与不预涂高岭土的绝缘子对比积污试验,发现雾霾时绝缘子表面的初始灰密对绝缘子等值盐密的增长有微弱影响。     

雾霾影响下直流瓷绝缘子自然积污物的理化性质测定与分析

为了进一步深入认识雾霾环境影响下绝缘子的积污和污闪规律,基于大量采样数据,对雾霾污区线路的积污绝缘子表面污秽的理化性质进行了测定,并分析研究了其盐密、灰密(NSDD)、pH值、粒度和元素碳与有机碳质量之比k等特征。研究结果表明:绝缘子积污物组分与大气雾霾组分在主要离子和元素含量上有较大差异;绝缘子表面污秽中总碳量水平在5%左右,远小于采样地区大气颗粒物中碳含量;水溶性成分中Ca元素、SO_4~(2-)占绝大部分,水不溶成分以SiO_2为主,Al元素和Fe元素受人为污染源影响程度较高;绝缘子上表面水样略呈碱性,下表面和灰样均在中性附近;水样中污秽粒径基本上在10μm左右,灰样粒径普遍较水样偏大,原因可能是由于较干燥的灰样发生了团聚的作用。论文的研究工作可为电网防污工作提供理论指导。     

运行中500 kV输电线路绝缘子串自然积污及污闪特性研究

500 kV输电线路是我国电网的主干网架,运行中一旦发生绝缘子污闪事故将严重威胁电力系统可靠运行,因此了解运行电压下绝缘子的自然积污规律及其污闪特性十分重要.对重庆电网某500kV交流输电线路运行中绝缘子的自然积污情况及污闪特性开展了测试研究,研究结果表明:运行中绝缘子上,下表面累积的盐密,灰密有差异,且下表面的盐密/灰密较上表面的严重;运行中绝缘子表面灰密累积速度大于盐密累积速度;运行中各串绝缘子以及绝缘子串中各片绝缘子的积污均存在差异;自然积污下绝缘子污闪电压比人工染污下绝缘子污闪电压高;污秽成分及绝缘子表面污秽分布的差异是导致运行中绝缘子污闪电压高的主要原因.     

雾霾对绝缘子交流闪络特性的影响

为研究雾霾环境对绝缘子闪络特性的影响,在自制小型雾霾室内利用超声波雾发生器产生水雾并启动气溶胶发生器,将不同成分(硅藻Ca SO4和(NH4)2SO4)的颗粒物通入试验罐内模拟雾霾环境,并对不同成分、粒径的气溶胶雾霾环境下的绝缘子进行多次交流闪络试验,分析了雾霾成分、颗粒粒径、盐密对绝缘子交流闪络电压影响规律。结果表明:雾霾颗粒会导致绝缘子表面快速积污,20 min内绝缘子表面等值盐密最大可增加0.028 mg/cm2,引起闪络电压降低32.2%;盐类气溶胶和小粒径气溶胶对闪络电压影响较大,可使轻度污秽绝缘子闪络电压降低20%以上;雾霾环境中绝缘子交流闪络依然为沿面闪络。     

浙江电网架空输电线路绝缘子串的自然积污特性

掌握自然积污绝缘子的积污特性是绘制污秽区域分布图的重要依据。因此,以浙江电网架空输电线路绝缘子串为对象,对自然积污绝缘子的积污特点进行了试验研究。采用数量统计方法分析了上、下表面的等值灰密(NSDD)、等值盐密(ESDD)积污比KNSDD、KESDD以及2者比值KNSDD/ESDD的分布规律,并对不同污染源下绝缘子表面污秽物化学成分进行了分析。结果表明:不同结构型式自然积污绝缘子上、下表面污秽分布的不均匀特性存在差异;自然积污绝缘子KNSDD/ESDD的平均值为4.66,整片绝缘子KNSDD/ESDD平均值的变化趋势与下表面KNSDD/ESDD的变化趋势基本一致;绝缘子表面污秽物中,Ca2+占全部阳离子的摩尔分数最高,SO42-占全部阴离子的摩尔分数最高;同一片绝缘子,上、下表面污秽中各种离子的摩尔分数存在一定差异。建议外绝缘设计及线路运行维护中充分考虑这些积污特点。     

直流自然积污试验站在直流外绝缘污秽评估中的作用及应用前景

总结了在云广工程的禄丰直流自然积污试验站的研究工作。主要研究结果为:确定了附近换流站址的污秽等级;给出了直流深棱型和大小伞型支柱绝缘子表面等值盐密与交流普通型支柱绝缘子表面等值盐密的比例关系;确定了直流深棱绝缘子带电与不带电的积污量(等值盐密和灰密)比值。此外,简要介绍了自主研发的自然积污站成套装置。     

雾霾环境下自然积污绝缘子的污秽颗粒粒径分布特性

绝缘子表面污秽颗粒粒径分布的不同会导致污层吸水特性的差异,进而影响污层的电导率和绝缘子的闪络特性。为了研究雾霾环境下自然积污绝缘子的污秽颗粒粒径分布特性,在交流、直流作用电压下和不带电情况下对4类绝缘子进行雾霾环境下的自然积污,利用电子显微镜和图像二值化处理软件对绝缘子污秽颗粒的粒径大小进行统计。统计结果表明,雾霾环境下自然积污绝缘子污秽颗粒的粒径服从对数正态分布,90%的污秽颗粒粒径20μm;交流、直流、不带电3种情况下的污秽粒径分布存在差异,表现为直流电压下的平均粒径最小,交流电压下的平均粒径最大;上伞面的平均粒径大于下伞面;复合绝缘子污秽颗粒的平均粒径较瓷和玻璃绝缘子大。进一步分析发现,不同带电形式下,上下伞面以及不同类型绝缘子污秽颗粒粒径分布的差异,分别是由污秽颗粒所受的电场力和重力及绝缘子材质不同引起。     

绝缘子表面自然污秽物性与污染源关系研究

不同污染源影响绝缘子积污量,对污秽的理化性质也有较大影响。文中选取江苏盐城各县市不同污染源附近的6个绝缘子悬挂点,通过取样分析悬挂点绝缘子的等值附盐密度(ESDD)和等值附灰密度(NSDD)及其污秽可溶物、不溶物中阴阳离子体积分数和上、下表面污秽颗粒粒径的变化,研究分析了不同污染源附近绝缘子自然积污规律。结果表明:连续积污两年后,各污染源附近绝缘子下表面的盐密和灰密高于上表面;水泥厂、热电厂、镍厂和工业园区附近绝缘子的污秽度要大于农田公路区和化肥厂,平均灰盐比以水泥厂附近绝缘子3.28为最高,化工园区1.75为最低;不同污染源绝缘子表面污秽物的理化性质存在很大差异。建议外绝缘设计及线路运行维护中充分考虑上述积污特点。     

±500 kV兴安直流线路复合绝缘子积污特性

受静电吸尘效应等影响,直流输电线路绝缘子积污相比交流输电线路的绝缘子较严重,污闪风险较大。测量、研究实际运行的直流线路绝缘子积污特性,有利于电力系统开展外绝缘配置、污闪防治工作,保障系统安全稳定运行。通过人工上塔擦拭的方法,采集±500 kV兴安直流线路实际运行的复合绝缘子表面污秽,测量其等值盐密,研究线路绝缘子积污特性。研究结果表明：±500 kV兴安直流线路复合绝缘子表面积污较轻,等值盐密都在0.025 mg/cm2以下,表面积污受污染源影响,2个直流极积污情况基本一致。复合绝缘子污秽沿串呈现两端大中间小的U形曲线分布,63%的取样样品上表面积污重于下表面,不同插花型式中小伞裙积污最严重。直流线路复合绝缘子积污特性与交流线路存在明显差异。     

1000kV支柱瓷绝缘子自然积污规律试验研究

研究1 000 kV支柱瓷绝缘子的自然积污规律可为我国特高压工程外绝缘设计和运行检修提供参考。为此,通过对荆门特高压变电站运行的支柱瓷绝缘子进行了连续3 a的积污观察和检测,测量了等值附盐密度(缩写为ESDD,简称为盐密)、不溶物密度(缩写为NSDD,简称为灰密)及污秽成分,分析了1 000 kV支柱瓷绝缘子污秽不均匀分布特性以及与传统瓷绝缘子积污特性的差异,评估了现阶段绝缘子污秽水平。研究结果表明:11 000kV支柱瓷绝缘子沿面盐密和灰密分布较不均匀,高压端最高,其他部位逐渐走低。绝缘子上表面积污重于下表面,上表面与下表面积污比为1.7~4.4;背风面积污重于迎风面,迎风面与背风面积污比为0.17~0.90;2绝缘子表面污秽物中Ca SO4质量分数为65%~70%,高于线路绝缘子现有测量数据;3随着运行时间的延长,上表面与下表面盐密积污比变化较小,灰密积污比增幅较大;迎风面与背风面积污比呈下降趋势;4对于1 000 kV支柱瓷绝缘子的单个元件,可考虑采取"前后2点简化法"测量污秽度;5同一运行环境、不同电压等级的支柱瓷绝缘子积污特性存在一定差异;6基于"一年一清扫"的前提,支柱瓷绝缘子的污秽水平现仍处于设计范围,并有一定裕度。     

±660 kV银东线瓷绝缘子的积污特性研究

为了研究银川东—胶东±660 k V直流输电线路瓷绝缘子的积污特性,在山东德州地区选取有代表性的#1894杆塔作为积污试验点,并进行为期两年的自然积污试验,测量了瓷绝缘子的等值盐密和等值灰密,研究分析正负极性对瓷绝缘子上下表面盐密、灰密及灰盐比的影响。结果表明:瓷绝缘子串积污整体呈现出两端高中间低的趋势,高压端积污最为严重;瓷绝缘子下表面积污比上表面严重;瓷绝缘子表面灰盐比主要分布在10~18.7;负极的瓷绝缘子积污比正极严重。     

深圳地区支柱绝缘子自然积污特性

为研究变电站支柱绝缘子自然积污特性,在深圳地区选取了37处有代表性的变电站自然积污观测点,测量了观测点处模拟防污型、模拟普通型和带电支柱绝缘子的等值附盐密度和附灰密度,对比了支柱绝缘子积污规律的差别。结果表明:模拟防污型支柱绝缘子盐密值和灰密值都大于模拟普通型支柱绝缘子,2者上表面盐密值之比约为2.4,下表面盐密值之比约为1.2,2支绝缘子盐密均值之比约为2;2者上表面灰密值之比约为3.5,下表面灰密值都较小,2支绝缘子灰密均值之比约为2.7;支柱绝缘子上表面积污普遍重于下表面,防污型上下表面灰密比10倍、盐密比约为4;普通型上下表面灰密比约为3.5、盐密值比约为2;防污支柱绝缘子带电下的盐密和灰密明显大于模拟情况下,2者盐密之比和灰密之比均约为1.9。因此,污秽外绝缘配置选择防污型支柱绝缘子时应注意到积污特性与普通支柱绝缘子的明显差异,及是否带电对积污特性的影响。     

高污秽度环境中绝缘子积污特性研究

在宁夏石嘴山高污秽度地区搭建积污站,以垂直悬挂、斜拉悬挂和水平悬挂的方式模拟I串、V串和耐张串悬挂不同伞型的瓷、玻璃和复合绝缘子。经过一定积污期之后,测试绝缘子的等值盐密(ESDD)、灰密(NSDD)、可溶盐离子成分和颗粒度,分析不同悬挂方式、不同材质绝缘子的积污特性。结果表明:在高污秽度环境中绝缘子积污主要受污秽自由沉降的影响,上表面污秽度高于下表面,上下表面积污不均匀程度从大到小的顺序为I串、V串、耐张串,双伞和三伞型绝缘子的污秽度高于钟罩型绝缘子,复合绝缘子的污秽度高于瓷和玻璃绝缘子。绝缘子污秽成分以CaSO4为主,粒径主要分布于0.2～100μm。     

XWP2–70双伞型绝缘子表面污秽颗粒积聚特性

绝缘子表面积污通常是大气环境中污秽颗粒运动导致,而大气污秽颗粒粒径普遍处于0.1~100μm之间,其中雾霾颗粒的粒径通常10μm。首先利用流体力学软件FLUENT对具有双伞型结构的XWP2–70绝缘子表面的流场特性进行仿真,然后研究不同污秽颗粒粒径和不同风速下绝缘子表面污秽颗粒碰撞系数,同时利用建立的自然积污试验站对上述绝缘子进行了为期8个月的自然积污试验验证。研究表明:风速大小对绝缘子表面附近的气流场特性有影响;绝缘子表面的污秽颗粒碰撞系数P受到粒径和风速的综合影响。研究结果为建立雾霾环境下绝缘子积污模型提供了参考和借鉴,对输电线路外绝缘的选择和设计具有重要参考意义。