复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅲ——液滴面积法的适用性

寻求合适的方法及参数来描述染污复合绝缘子的弱憎水性状态,对弱憎水性状态给出明确的定义,并对当前已有的7个憎水等级进一步细化。通过10μL靛蓝溶液在染污高温硫化硅橡胶试片表面的垂直投影面积,来反映污层的憎水性状况,并尝试将液滴面积与染污绝缘芯棒的污闪电压建立联系,以揭示弱憎水性阶段憎水性能改变对绝缘子污闪特性的影响。结合液滴在污层表面的形态以及试品的污闪特性,在人工污秽试验的基础上将当前憎水等级HC7进一步细化为四个阶段,分别是HC7A、HC7B、HC7C及HC7D。比较液滴面积、液滴接触角以及喷水分级试验结果,将新憎水等级HC7B定义为弱憎水性状态。试验研究认为:液滴面积法弥补了液滴接触角法在染污试品呈弱憎水性状态下的不足,可以用于弱憎水性阶段的憎水特性研究;而憎水性较强时,面积法对憎水性的辨识能力有限,选用接触角法更适合此阶段的研究。     

憎水迁移过程中的波动性

迁移时间是复合绝缘子人工污秽试验中的重要参数,为了说明迁移时间对于污层憎水性能描述的局限性,本文对染污复合绝缘子的憎水迁移过程进行了研究。通过测量高温硫化硅橡胶(high temperature vulcanizing silicon rubber,HTV)试片污层表面液滴接触角、液滴水平投影面积及HTV芯棒的污闪电压,发现污层憎水性能随迁移时间增长呈波动性增长。污层表面憎水性小分子不断向空气扩散,是导致憎水性呈波动性增长的内因;污层内部水分含量的变化,则是导致憎水性能呈波动性增长的主要原因;当试品所处迁移环境空气流通性较好时,有利于促进试品污层干燥,减小憎水性随迁移时间增长过程中的波动性。研究认为:染污复合绝缘子污层表面憎水性能随迁移时间总体上是增长的,但是,憎水性波动过程的存在,以及迁移过程受迁移环境的影响显著,使得单一的迁移时间不是描述污层憎水性能的理想参数。要提高复合绝缘子人工污秽试验与自然污秽试验间的等价性,需要寻找更合适的参数来描述试品污层的憎水性状态。     

复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅱ——喷水分级法的不确定性

主要探讨人工污秽试验中,通过喷水分级法来判断污层表面憎水性状态的可行性。在研究高温硫化硅橡胶试片表面污层憎水性能变化过程中,尝试将液滴静态接触角法与喷水分级法建立联系。试验中发现:喷水分级使污层湿润的过程中,改变了人工污层表面原始形态,影响污层表面憎水性能,随着喷水分级试验组数增加,试片表面憎水性能逐步发生了改变;且在试片表面污层憎水性能较弱时,存在着沿污层厚度憎水性不均匀分布的问题;此外,喷水分级过程中,液滴与污层碰撞时的初始速度会影响到喷水分级结果,从而使得喷水分级法对于憎水性的判断呈现出不确定性。本文研究认为:喷水分级法不适用于人工污秽试验相关憎水性能研究,液滴静态接触角与人工污层憎水等级(HC)之间整体关联较弱,针对弱憎水性条件下污层憎水性状态描述,需要寻找更合适的新方法来描述污层的憎水性状态。     

憎水性材料表面液滴面积分析方法

液滴面积是表征材料表面憎水性的有效方法,因而介绍了适用于复合绝缘材料污层憎水性能状态描述的液滴面积测量软件开发流程,着重阐述了图像识别液滴形态各个关键环节的核心算法。软件开发的图像处理环节采用拉普拉斯高斯算子,先以高斯低通滤波器平滑处理图像信号,再以拉普拉斯算子高通滤波实现目标对象边界提取。依据人工污秽试验特点,合理设置灰度阈值等手段,将液滴图像与背景图像实现分离。并在此基础上开展了复合绝缘子人工污秽试验研究,以液滴面积最大值代表污层的憎水性能。研究表明使用LOG算子,并结合靛蓝液滴,可以有效提高液滴面积法在污层憎水性能状态描述中的精度,并可应用于复合绝缘子人工污秽试验中憎水性的精细化分析。     

运行多年RTV涂料绝缘子防污性能的研究

室温硫化硅橡胶(RTV)涂料具有优异的憎水性和憎水迁移性,可显著提高瓷和玻璃绝缘子的污闪电压,目前已在电力系统广泛应用。通过以挂网运行多年后的RTV涂料绝缘子为试品,对RTV涂层表面的积污状况、憎水性、憎水迁移性和憎水性丧失后的恢复能力及试品在长时间饱和受潮条件下的耐污闪能力进行研究,研究结果对RTV涂料在输电线路绝缘子上的使用提供了有力的技术支持。     

紫外线老化对复合绝缘子硅橡胶憎水性的影响

硅橡胶复合绝缘子的优良耐污闪性能源自于硅橡胶材料的憎水性以及憎水迁移性。本文研究了紫外老化对硅橡胶憎水性影响以及硅橡胶表面积污后的憎水迁移性。研究结果表明：经小分子处理的硅橡胶经过2 000 h紫外线辐射后仍能够保持良好的憎水性,静态接触角仍能达到102.3°,憎水性等级为HC2级;硅橡胶上的污层在较短时间内具有了憎水性,憎水性等级能达到HC2~HC3。并对硅橡胶紫外老化机理以及憎水迁移性机理进行了分析。     

运行多年RTV涂料绝缘子防污性能的研究

室温硫化硅橡胶(RTV)涂料具有优异的憎水性和憎水迁移性，可显著提高瓷和玻璃绝缘子的污闪电压，目前已在电力系统广泛应用。通过以挂网运行多年后的RTV涂料绝缘子为试品，对RTV涂层表面的积污状况、憎水性、憎水迁移性和憎水性丧失后的恢复能力及试品在长时间饱和受潮条件下的耐污闪能力进行研究，研究结果对RTV涂料在输电线路绝缘子上的使用提供了有力的技术支持。     

运行多年TRV涂料绝缘子防污性能研究

室温硫化硅橡胶(TRV)涂料具有优异的憎水性和憎水迁移性,可显著提高瓷和玻璃绝缘子的污闪电压,目前已在电力系统广泛应用。通过以挂网运行多年后的RTV涂料绝缘子为试品,对TRV涂层表面的积污状况、憎水性、憎水迁移性和憎水性丧失后的恢复能力及试品在长时间饱和受潮条件下的耐污闪能力进行研究,研究结果对TRV涂料在输电线路绝缘子上的使用提供了有力的技术支持。     

憎水性表面水带形状对其闪络特性的影响

由于具有优异的防污闪性能,复合绝缘子已经被广泛应用于电力系统。复合绝缘子的憎水性和憎水迁移性是其优异防污闪特性的关键因素,当其表面憎水性减弱或丧失时,绝缘子受潮后表面会产生水珠、水带,此时的复合绝缘子的闪络电压有可能大幅下降。为此,研究了表面覆有水带的憎水性试片的闪络特性,观察了局部电弧在不同形状水带表面的动态发展过程,定义了干带击穿后水带的临界闪络长度,并通过仿真研究了沿水带路径的电场分布。研究结果表明,当覆有水带的试片表面产生局部电弧以后,试片表面电场分布沿水带路径发生明显畸变,导致电弧发展路径的变化以及水带临界闪络长度的改变,研究结果可以加深对憎水性表面闪络过程的认识。     

表面憎水性不均匀分布时复合绝缘子污闪特性

针对复合绝缘子在现场运行中有可能出现的憎水性不均匀分布的情况,分别模拟7种典型憎水性分布状态,利用升降法对复合绝缘子开展污闪特性试验研究。在记录电流电压变化同时,利用高速摄影仪同步拍摄了电弧发展至闪络形态的变化。结果表明:当连续分布憎水性区域所占比例为33%时,闪络电压较亲水性闪络电压低14.4%以上;下表面的憎水性状态对绝缘子整体污闪电压起决定作用。7种状态下,绝缘子在闪络电压和放电特征上都有明显差异;从泄漏电流特征变化反映出的湿润过程可区分为亲水特征和憎水特征;从闪络机理上可分为同步闪络和不同步闪络,发现后者是闪络电压异于亲水性的根本原因。对于在运线路复合绝缘子,当连续憎水性区域所占比例低于一定值时,须考虑憎水性不均匀分布对污闪电压的影响;同时应重点关注运行中绝缘子下表面憎水性状态,作为衡量耐污闪能力的重要指标。     

憎水性表面水珠的电场计算及放电研究

用ANSYS有限元分析软件对不均匀电场(针-板电极)中憎水性表面分离水珠的电场进行了计算,比较了无水珠、单个水珠以及多个水珠存在时憎水性表面沿面电场分布的变化情况,计算出水珠存在引起固、液、气三重介质连接点处的畸变,且水珠的存在对强场区电场的畸变作用更显著。同时在实验室中进行了模拟试验,用10000帧/s的高速数字摄影仪对整个放电过程进行了全程捕捉。结果表明,人工布液方式下憎水性表面分离水珠的放电是存在明显熄灭重燃现象并由两端向中间发展并沿水珠顶部贯通的细小电弧连接所致。     

丧失憎水性的直流复合绝缘子耐污特性

通过人工污秽试验研究了丧失憎水性的复合绝缘子在直流电压下的污秽闪络特性,给出了两种憎水性状态下的复合绝缘子污闪电压,在憎水性完全丧失状态下时不同表面污秽度下的复合绝缘子50%闪络电压,文中还分析了表面污秽不均匀分布对污闪电压的影响。试验结果表明即使复合绝缘子完全丧失憎水性,其污闪电压较相同长度的瓷或玻璃绝缘子串高20%～50%。     

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.     

基于图像识别的绝缘材料憎水表面凝露形貌表征 及其对放电发展影响研究

凝露是造成电气设备绝缘劣化或损坏,影响电力系统安全稳定运行的主要危害之一。在相同凝露条件下不同表面产生的凝露在形貌上存在差异,对其放电发展的影响不同。提出了一种基于图像识别的湿区占比和凝露平均接触面积等特征形貌参数对沿面放电影响的表征方法,采用3种涂覆有不同憎水涂层的试验样品进行憎水性测试,在分析测定了不同样品表面憎水性的基础上,通过相关试验研究了不同憎水表面下凝露液滴的发展过程及分布规律,并分析了凝露形貌参数对闪络电压的影响。结果表明,CSS涂层、P-EL88涂层和无涂层样品表面静态接触角分别为103.17°、91.60°、80.77°,在0.01的显著水平下湿区占比和液滴平均接触面积对凝露闪络电压的Pearson相关系数分别为-0.989和-0.696,凝露闪络电压受湿区占比和液滴平均接触面积联合影响。     

复合绝缘子表面憎水性和污秽对其湿闪电压的影响

提出一种染污复合绝缘子的湿闪络试验方法，给出不同憎水性和污秽条件下复合绝缘子的干、湿闪电压，并根据试验结果对其干、湿闪机理进行了分析。试验结果表明：复合绝缘子的湿闪电压随表面憎水性的减弱而降低，干闪电压与表面憎水性无关；表面存在污秽时，绝缘子的湿闪电压较清洁表面有明显下降；其表面憎水性的不同仍然影响着复合绝缘子的湿闪电压；在不同盐密条件下，涂污的复合绝缘子湿闪电压也随表面憎水性的减弱而降低；重污秽条件下其表面憎水性较差时的湿闪电压要比憎水性良好时下降11％。     

直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性研究

为了给超高压及特高压直流线路复合绝缘子设计应用提供依据,采用人工污秽试验方法研究了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络特性以及憎水性条件下污闪电压的提高幅度,提出了直流复合绝缘子不均匀污秽闪络电压的修正系数公式,获得了修正系数。研究结果表明,污秽在上下表面不均匀分布对复合绝缘子污闪电压的影响比瓷或玻璃绝缘子的影响小,直流复合绝缘子上下表面污秽不均匀校正系数为1.065,复合绝缘子在憎水性下直流污闪梯度比亲水性下高出近153%。     

Computer-aided design of porcelain insulators under pollutedconditions

The development of a user-friendly, interactive personal computer package for designing insulators to be used in polluted conditions is presented. This is accomplished by integrating a dynamic arc model that computes the pollution flashover voltage within the Microsoft Windows application program. Suspension, station post and pin type insulators of numerous shapes have been incorporated into the package. The model is capable of handling AC and DC voltages, in addition to uniform and nonuniform pollution distributions on the insulator surface. The use of the model as a design tool to predict the insulation requirement for a given system voltage, and as a maintenance tool to determine the critical contamination level (in terms of ESDD) that will cause flashover of the insulator at the operating voltage, has been demonstrated. Wherever possible, comparisons of the model predictions with experimental data have been made, and good agreement has been obtained     

Flashover mechanism of non-ceramic insulators

The contamination performance of non-ceramic (NC) insulators is better than porcelain insulators. The paper describes the pollution collection mechanism and concludes that silicone rubber insulators collect more pollution than porcelain insulators. Long term exposure of silicone rubber insulators produces a thin layer of pollution, which is a mixture of dust, salt and silicone oil. Fog or morning dew produces droplets on the flat surfaces and forms conductive regions. Spot discharge starts between the regions, which reduces hydrophobicity. Simultaneously, dry-band arcing starts on the shank of the insulator. The two arcs join together, which leads to flashover. The flashover voltage of polluted NC insulators is significantly higher than porcelain ones. Insulator performance is measured with laboratory tests. However, salt-fog and clean-fog tests can give different flashover values     

复合绝缘子人工污秽试验方法研究综述

复合绝缘子人工污秽试验方法和标准至今还不完善,试验方法对研究绝缘子污秽闪络特性具有重要的现实意义和参考价值。综述了复合绝缘子人工污秽试验方法研究取得的成果,总结了复合绝缘子染污方法以及加压方式、盐密和灰密、污层受潮方式、憎水特性对复合绝缘子污闪特性的影响,认为今后研究工作的重点是自然污秽与人工污秽试验的等价性评价研究。