高海拔地区直流特高压大尺寸复合外绝缘污闪特性研究

在实际高海拔条件下,通过大量的人工污秽试验分别对大尺寸的特高压直流悬式复合绝缘子以及±800kV支柱复合绝缘子的直流污闪特性进行了研究,获得了两种特高压直流绝缘子的污闪特性曲线,人工污秽试验涉及的加压方式包括均匀升压法和恒压升降法。试验研究结果表明:利用均匀升压法所得悬式复合绝缘子的直流污闪电压普遍高于利用恒压升降法得到的结果;恒压升降法试验中支柱复合绝缘子的最大泄漏电流随着污秽度的增大而逐渐增大、达到最大泄漏电流的时长随污秽度的增加而逐渐缩短;通过紫外成像仪对大尺寸支柱复合绝缘子染污沿面放电过程的观测表明顶端一节绝缘子的局部放电最为严重;支柱复合绝缘子的直流污闪电压与串长符合良好的线性关系,而安装离地高度对支柱复合绝缘子的直流污闪电压影响不大。本文的工作丰富了高海拔地区直流特高压绝缘子外绝缘特性的研究,其结果可为高海拔地区特高压直流输电工程的建设、运行和维护提供理论与试验依据。     

高海拔直流外绝缘试验研究

高海拔直流外绝缘问题一直是制约高海拔地区超特高压直流输电工程设计的技术难题。为此,依托昆明特高压实验室在实际高海拔条件下,对特高压直流输电工程外绝缘特性进行了系统研究。研究了±800 k V全尺寸悬式和支柱绝缘子直流污闪特性,以及典型电极和±800 k V直流线路塔头空气间隙放电特性。结果表明,在高海拔条件下,随着线路悬式复合绝缘子和换流站支柱绝缘子串长的增加,其50%污秽耐受电压均成线性增加关系;随着典型长空气间隙和±800 k V直流线路塔头间隙距离的增大,其50%雷电冲击和直流放电电压均成线性增加。该研究成果已应用于高海拔特高压直流输电工程外绝缘的设计和复合绝缘子产品的开发,并取得了良好的社会和经济效益。     

高海拔地区大吨位绝缘子直流污闪特性研究

为了研究实际高海拔条件下大吨位瓷和玻璃绝缘子染污放电特性,给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘设计提供参考,在实际海拔1970 m条件下,利用±250 kV直流污秽试验电压,采用恒压升降法,对大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性进行了详细研究。试验结果表明:大吨位瓷和玻璃绝缘子的直流污闪特性相差不大;盐的种类、灰密大小及污秽分布情况对大吨位瓷绝缘子直流污闪特性影响较大;伞形对绝缘子表面电弧发展特性影响较大,使得不同伞形绝缘子的直流污闪电压差别较大。因此,在高海拔地区特高压线路外绝缘选型和设计中要充分考虑这些因素的影响。     

换流站支柱绝缘子在高海拔地区的污秽外绝缘特性

支柱绝缘子作为换流站必不可少的绝缘配件,研究其外绝缘性能有重要意义。为此,总结了国内外关于换流站支柱绝缘子的污秽外绝缘特性研究工作,并结合我国特高压直流输电工程面临的特有技术问题,在实际高海拔地区对特高压直流全尺寸支柱绝缘子试品进行了人工污秽试验研究。试验分别得到了瓷和复合2种材质的换流站支柱绝缘子在不同污秽度条件下的50%污耐受电压曲线,并与相同污秽度条件下的污雨闪电压进行了对比,最后将该试验结果与不同单位的研究成果进行了比较。研究表明:直径及伞形结构对支柱瓷绝缘子的污闪特性有明显影响;支柱绝缘子的污闪电压与串长近似呈线性关系;支柱绝缘子的污雨闪电压高于其相同污秽条件下的污闪电压,因此支柱绝缘子的外绝缘设计应以污闪电压为主。     

110kV双回线路格构式复合材料杆塔的污秽性能

为了呈现、阐释和解决110 k V双回线路格构式复合材料杆塔在污秽性能试验中塔头局部放电这种罕见的现象和问题,首先介绍了典型设计的110 k V双回线路格构式复合材料杆塔结构特点,开展了真型试验塔头的污秽性能试验,观察到在塔头的玻璃绝缘子钢帽、节点金属螺栓等金属节点处有显著的局部放电现象。然后仿真计算研究了试验塔头的电位和电场分布,结合试验塔头涂污、但不进行喷雾的工频耐压试验以及金属螺栓周围采取涂覆室温硫化硅橡胶(RTV)涂料(提升介质表面介电强度)防护措施后的污秽性能试验,分析获得了塔头金属节点局部放电的机理:在导线试验电压激励下,塔头电位分布不均匀,绝缘子串两端电位差约为49.7 k V,约占试验电压的50%;在污秽和水雾同时存在的污秽性能试验条件下,防污性能较差的玻璃绝缘子串上产生了强烈的污层局部放电和电流;这些污闪电流电荷在金属节点上聚集,导致金属节点电场强度增强,达到电晕放电起始电场强度,引起局部放电。即承受电压较高、防污性能较差的玻璃绝缘子串是导致局部放电的根本原因和源头。据此,提出了采用加均压环的耐污型复合绝缘子替换玻璃绝缘子串的推荐防护措施,试验表明,该措施能有效避免塔头发生局部放电,而且塔头污秽闪络电压可高达145 k V,具有足够的防污裕度。     

高海拔地区直流输电线路外绝缘特性研究

为给高海拔地区特高压直流输电线路绝缘子的选择及外绝缘的设计提供参考,在实际高海拔条件下采用恒压升降法详细研究了瓷、玻璃和复合绝缘子的直流污闪特性,其内容主要包括:不同悬挂方式和污秽分布情况对瓷绝缘子污闪特性的影响;2种大吨位玻璃绝缘子直流污闪特性的对比及550 kN玻璃绝缘子V串与I串污闪电压的比较;比较3类绝缘子直流污闪特性。试验结果表明:悬挂方式及污秽分布情况对瓷和玻璃绝缘子有较大影响;复合绝缘子的直流污闪特性明显优于瓷和玻璃绝缘子;爬电距离不是决定复合绝缘子直流污闪电压的唯一因素,合理优化复合绝缘子的伞裙结构可有效提高其单位绝缘高度的直流污闪电压。     

喷涂PRTV涂料玻璃绝缘子串染污外绝缘特性研究

PRTV涂料因其憎水性能良好,在输电线路外绝缘的建设和维护上得到了广泛应用。通过大量人工污秽试验,研究了220 k V和500 k V电压等级输电线路玻璃绝缘子串在PRTV涂料不同喷涂方式下的染污外绝缘性能。研究表明,PRTV涂料对提高绝缘子串污闪电压,降低表面泄漏电流效果明显;不完全喷涂PRTV涂料玻璃绝缘子串的污闪电压比普通绝缘子串有很大提高,甚至与完全喷涂效果相差不大,可大大节省涂料用量。提出了适合于220 k V电压等级绝缘子串的PRTV涂料喷涂方式,为输电线路外绝缘的设计和性能维护提供了支持和参考。     

复合绝缘子自然污秽与人工污秽试验的等价性分析

为了研究实际高海拔条件下复合绝缘子自然污秽与人工污秽试验的差异,给高海拔地区直流输电线路的外绝缘设计提供参考,在高海拔条件下,对绝缘高度为1.9m、伞形结构为一大一小的复合绝缘子进行不同附灰密度、不同污秽分布以及盐的不同成分的人工污秽试验,揭示灰密、污秽分布和盐的成分等因素对复合绝缘子直流污闪特性的影响。试验发现,盐密一定、灰密≤1.0mg/cm2的条件下,灰密修正系数与附灰密度成负幂函数关系;灰密一定的条件下,污闪电压随污秽分布不均匀程度的增加而增加;盐密一定的条件下,盐种类的修正系数与CaSO4贡献率成指数关系。因此,在估算自然污秽条件下复合绝缘子的直流污闪电压及实际工程外绝缘配置时要充分考虑这些因素的影响。     

特高压换流站复合支柱绝缘子伞伸出对其高海拔直流污闪性能的影响

为了研究高海拔地区伞伸出对复合支柱绝缘子直流污闪电压的影响规律,选取一大一小和一大两小两种伞形结构的10种伞伸出参数复合支柱绝缘子,在海拔2 100 m的条件下,采用恒压升降法进行人工污秽试验,研究伞伸出参数对复合支柱绝缘子污闪电压的影响,同时测量了试品单元伞裙表面电阻在雾室随时间的变化,用紫外放电仪和高速摄像机观测试品的临闪前局部放电和沿面电弧发展。研究结果表明:试品污闪电压值随着平均伞伸出增大存在最大值,提出了平均伞伸出与污闪电压值的二次函数关系;由于绝缘子表面电阻随着伞伸出的增大而减小,临闪前局部放电现象趋于明显,表面电弧桥接概率加大,电弧"飘弧"现象严重,大大降低了爬距利用率,导致污闪电压值下降。     

标准悬式普通玻璃绝缘子的高海拔现场交流污闪特性

绝缘子污闪特性在高海拔地区的输电线路外绝缘选择中起着重要作用,其相关研究主要在人工模拟条件下进行。为此,研究了自然环境高海拔地区绝缘子的污闪特性,通过理论分析提出了高海拔条件下的污闪模型,并在高海拔现场采用湿污法测量了LXY-70型标准悬式玻璃绝缘子的交流污闪特性。结果表明,LXY-70型绝缘子的污闪电压和污秽度满足负幂指数函数关系,并随着污秽度的不断增加而呈现一定的饱和趋势,污秽影响特征指数b的范围为0.288 9～0.314 5;绝缘子交流污闪电压与串长近似呈线性关系;高海拔条件下,随着海拔高度的升高,环境温度的上升,污闪电压下降,其气压影响特征指数m为0.597;其污闪电压正比于绝对温度之比的幂函数,其温度影响指数w为0.272。     

较低湿度下磷酸铝污秽引发的外绝缘放电

500 k V港城变电站在较低湿度下,其外绝缘发生大面积放电现象。为此采用化学分析与电气测试的方法,对该现象进行研究。化学模拟计算表明,磷酸铝的多孔结构增大了其比表面积,可吸附更多的水分子;同时结构中的桥位氧原子与四配位铝原子都可以与水分子形成化学键,增强了磷酸铝的吸湿性。人工污秽试验表明:非饱和湿度下,磷酸铝污秽绝缘子起始放电电压远低于常规污秽;相对湿度70%、盐密0.20 mg/cm2时,常规污秽绝缘子起始放电电压为17.5 k V,灰分中磷酸铝质量分数为20%的污秽绝缘子起始放电电压降至10.0 k V。研究结果表明,磷酸铝污秽具备的强吸湿性,是港城站外绝缘在较低湿度下放电的主要原因。污秽物吸湿性会影响低湿度下外绝缘放电特性,强吸湿性污秽将降低外绝缘放电所需的湿度要求。     

500 kV半复合绝缘横担外绝缘特性及绝缘配合研究

为研究500 kV半复合横担形式塔头外绝缘电气特性,采用真型构架,模拟系统操作过电压和雷电冲击电压开展塔头间隙放电特性试验,获得放电特性及放电路径分布特征。针对500 kV半复合横担紧缩型杆塔绝缘子试品,在人工环境气候实验室开展复合横担绝缘子表面不同亲水性和弱憎水性条件下的50%耐受电压试验,获得500 kV复合横担绝缘子污耐压特性,提出500 kV半复合横担形式塔头的电气间隙和绝缘配合建议。研究思路和结果能够为500 kV紧缩型铁塔设计提供理论依据。     

高海拔直流场设备污秽性能试验研究

直流设备的污闪问题已很突出，而高海拔地区因空气密度低而导致绝缘子污闪电压进一步下降，因此对高海拔低气压条件下直流设备的污秽外绝缘性能进行试验研究很有必要。章给出了污秽绝缘子污闪电压和大气压的关系及直流电压下的特性指数n，介绍了原有低海拔人工污秽试验和新近在不同气压下完成的直流支柱绝缘子人工污秽试验结果．提出了对高海拔换流站直流场户外设备外绝缘进行海拔修正的意见。     

高海拔直流线路大吨位绝缘子配置方法研究

为给中国高海拔地区特高压直流输电工程外绝缘设计提供参考,该文在1 970 m实际高海拔条件下,以10片/串大吨位钟罩型瓷绝缘子XZP1-300为试品(染污采用固体污层法),采用恒压升降法,在人工雾室中对大吨位绝缘子外绝缘配置方法进行系统研究。试验结果表明：灰密为1.0 mg/cm2条件下,50%闪络电压与盐密大小满足幂函数关系;盐的种类、上下表面污秽分布及灰密大小对直流污闪电压影响较大,沿绝缘子串轴向污秽分布不均匀的影响相对较小,并分别给出上述各因素对污闪电压影响的修正系数。以此为基础,对外绝缘配置公式的应用方法进行了说明,该公式可用来估算自然污秽和人工污秽试验中污闪电压值,并可作为高海拔地区特高压直流输电线路外绝缘设计的参考。     

不同伞形结构复合绝缘子的交流污闪有效爬电距离

为得出高海拔、低气压下污秽地区不同伞形结构复合绝缘子的爬电距离有效利用率,在大型多功能人工气候室内对高海拔、低气压条件下干弧距离比较接近的4组不同伞型结构的复合绝缘子及一张硅橡胶平板开展了污闪试验研究。根据真实复合绝缘子的污闪梯度与硅橡胶板的污闪梯度之比,可求得复合绝缘子的爬电距离有效利用率k。根据k及爬距与干弧距离之比(δCF系数),可计算得到电弧中间隙电弧的比例k1。分析了复合绝缘子污闪过程中k、k1的影响因素。结果表明,大小伞形δCF系数为3.55的复合绝缘子在海拔不超过2 500 m时爬电距离的利用率较高,当海拔升高到4 000 m时,大小伞形δCF系数为3.27的复合绝缘子具有较高的爬电距离有效利用率。爬电距离有效利用率与与盐密、气压均呈幂指数关系。     

高海拔下双串并联瓷绝缘子串的直流污闪特性

为研究高海拔直流条件下大吨位瓷绝缘子串的双串并联污闪特性,在高海拔条件下,对XZP1-300直流瓷绝缘子在不同污秽条件及不同串间间距下进行了单串及双串并联人工污秽试验。并通过高速摄影仪拍摄的电弧发展过程的录像,揭示了高海拔条件下盐密和串间距等因素对大吨位瓷绝缘子直流污闪过程的影响。试验发现,高海拔条件下直流污闪存在较严重的片间桥络和飘弧现象,双串并联时电弧发展的独立性及飘弧的程度呈现出一定的规律性,在串间距一定的条件下电弧仅沿一串发展,双串并联并不会造成闪络电压的明显降低,研究结果可为实际工程外绝缘设计提供参考。     

高海拔地区±800kV复合支柱绝缘子直流污闪特性

为给特高压直流变电外绝缘设计提供试验依据,在实际海拔1970m条件下对4种复合支柱绝缘子和2种瓷支柱绝缘子进行了恒压升降法直流污闪试验,研究了高海拔条件下盐密、灰密以及绝缘子材质和几何形状等因素对其直流污闪特性的影响。结果表明,污闪电压随盐密、灰密的增大而下降,并分别符合幂函数关系;盐密与灰密对污闪电压的影响相互独立;用最小二乘法可以得到给定结构绝缘子的直流污闪电压计算公式。比较不同绝缘子的污闪特性表明,复合支柱绝缘子直流污闪特性优于瓷支柱绝缘子,单位绝缘高度直流污闪电压随芯棒直径增加而减小。以上结果可为我国高海拔地区直流输电外绝缘配置的选择和设计提供参考。     

高海拔特高压复合支柱绝缘子伞形结构对直流污闪特性的影响（英文）

为研究高海拔地区伞形结构对复合支柱绝缘子直流污闪特性的影响规律,对4种不同伞形结构的6支复合支柱绝缘子和1支无伞裙结构的复合支柱绝缘子在昆明特高压国家工程实验室进行了大量的直流人工污秽试验,分析了各类试品的爬距有效系数,用紫外放电成像仪对各类试品的局部放电现象进行观测,统计了紫外放电光子数,同时利用高速摄像机观察了不同伞形结构试品沿面电弧的发展情况,并分析了一大一中4小伞形复合支柱绝缘子伞裙参数对直流污闪电压的影响,结果表明:一大两小伞形是4种伞形中最优的伞形结构,该伞形试品的直流污闪电压和爬距有效系数均最高,等径伞伞形最差;各类试品的爬距有效系数随着盐密的增大而有所增加;等径伞伞形试品的紫外局部放电现象严重,电弧桥接现象最明显,导致爬距利用率最低,而大小伞交替伞形不仅紫外局部放电现象较弱,还能较好抑制电弧桥接现象,有效提高爬距利用率;建议在高海拔地区一大一中4小伞形复合支柱绝缘子的爬电系数取3.5左右,相邻伞间距不小于35 mm,但由于一大一中4小伞形相邻伞裙电弧桥接现象严重,即使改变伞裙参数也不能有效提高其直流污闪电压,因此,该伞形不如一大两小伞形。     

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。     

污秽成分对LXY_4—160绝缘子串交流闪络特性的影响

自然条件下绝缘子表面的积污成分呈多样性,而污秽成分差异对绝缘子污闪电压有影响。本文以7片LXY4—160标准玻璃绝缘子串为研究对象,试验研究其在不同污秽成分下的交流闪络特性,结合不同污秽成分下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流的测量结果,分析了污秽成分对绝缘子串交流闪络特性的影响,研究结果表明:改变污秽成分中可溶性物质和不溶性物质的比例,均对污闪电压有影响;对于可溶性物质,绝缘子的污闪电压随着NaCl比例减小、CaSO4比例增加而升高;对于不溶性物质,绝缘子的污闪电压随着SiO2、Al2O3和Fe2O3混合物比例变化而产生相应的改变;不同污秽成分下绝缘子表面污层电导率和泄漏电流存在差异,影响局部电弧的产生和发展过程,最终导致绝缘子污闪电压存在差异;自然积污研究中仅利用等值盐密无法表征自然积污程度。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。