雾霾对绝缘子交流闪络特性影响

时间：2024-09-03

刘江涛（湖北省电力公司宜昌供电公司检修公司，湖北宜昌443000）

雾霾对绝缘子交流闪络特性影响

刘江涛（湖北省电力公司宜昌供电公司检修公司，湖北宜昌443000）

近几年以来，我国中东部地区出现了众多长时间以及大范围的雾霾天气。雾霾天气对于电力设施、人类健康、生态环境以及交通等将会产生重大的影响，其对于输变电设备的绝缘子交流闪络特性影响也需要引起相关研究者的重视。

雾霾；绝缘子；交流闪络特性；影响

1 引言

雾霾对于电网的干扰一个是湿度，使得绝缘子外表面湿润，另外就是污秽度，导致绝缘子外表面的污秽度加大。在雾霾的天气下，空气当中的相对介电常数就会加大，绝缘子串的最大场强显著提升，将会使得绝缘子串抵受电压的能力明显变弱，而电场的畸变以及凝露将会使得空气间隙被击穿。本文重点从雾霾的理化特征着手，分析了雾霾成分和粒径对于绝缘子闪络特性的影响。

2 试验装置、试品和试验方法

2.1 试验装置

为了模拟雾霾的条件，在试验室当中自制小型的雾霾室，其就是一个利用有机玻璃支撑的试验罐，高度为91cm，直径为79cm。其中的固体颗粒由气溶胶发生器制造，水雾则由超声波无发生器来进行模拟。

试验当中利用球磨机研磨来制造不同粒径的固体颗粒物，球磨机的研磨细度最小可以达到0.1μm，可以满足本试验的要求。研磨之后的颗粒物利用显微镜来测出粒径。交流试验电源利用有机玻璃试验灌上面的高压套管引进，它的额定容量为 2000kVA，额定电压为 500kV，它的输入电压为 0～ 10.5kV，输出电压为0～500kV，极限短路电流75A，可以满足污秽试验当中的需求。

2.2 试品

本试验利用典型的瓷绝缘子XP-70作为试验品，它的基本技术参数与结果如表1所示。

表1 试品的基本技术参数

2.3 试验方法

2.3.1 雾霾模拟方法

众多的研究可以看出，雾霾条件下的颗粒物大部分是矿物气溶胶，比如沙尘、粉尘等等，还有硝酸盐、铵盐、硫酸盐、有机碳气溶胶等等。考虑到试验的安全性与可行性，本试验利用硅藻土来模拟雾霾当中的矿物气溶胶与有机碳气溶胶等一些不溶物，利用（NH4）2SO4和CaSO4来模拟雾霾当中的水溶性无机盐。因为CaSO4容易吸水，粘结度比较大，在研磨的过程当中会结块而沉积在研磨缸的底部，没有办法实现研磨效果，所以只对于硅藻土以及（NH4）2SO4颗粒物研磨。采用球磨机利用不断调整其转速与研磨的时间，把硅藻土与（NH4）2SO4颗粒物磨成三种试验所需要的不同粒径，然后利用显微镜来测出粒径的大小。因为颗粒物的形状是非常不规则的，所以没有办法直接测出粒径，需要把不规则粒径颗粒的最短边与最长边的平均值用作颗粒物的有效粒径。随机选出10个颗粒物，算出平均粒径来用作该条件之下的粒径值。

2.3.2 雾霾条件下绝缘子闪络试验

本试验在任何一种成分的粒径条件下对于不同污秽程度的绝缘子开展试验。在这其中，绝缘子的污染方法利用定量涂刷法，采用硅藻土与NaCl来模拟污秽物当中的导电物与不溶物，通过盐密值代表污秽的程度，其分别为 0.05、0.1以及0.25mg/cm2，灰密值均取为1.0mg/cm2。

在试验的过程当中，把两片污秽绝缘子放于试验罐当中，结合人工来对雾霾进行模拟，对污秽层进行充足的湿润，通过均匀升压的方式开展闪络试验。升压的大致过程是：把电压升到40%的预定闪络电压，然后依照每秒预期闪络电压的10～20%速度升压，一直到试品闪络。在试验过程当中每串试品闪络一次，通过计算3串闪络电压的平均值来视为最终的闪络电压，并且每次闪络电压与平均值的误差应该≤15%。

3 试验结果分析

3.1 不同雾霾成分下绝缘子的闪络电压

本试验本试验当中分别利用硅藻土、CaSO4和（NH4）2SO4颗粒以及超声水雾的引入试验灌当中来模拟雾霾，以此来探讨雾霾当中所含成分对于试验品闪络有何影响。试验当中，超声水雾是25.3μS/cm的导电率，因为没有研磨的硫酸钙有效粒径为20μm，所以在试验当中另外的雾霾颗粒有效粒径也都利用调整球磨机研磨时间与转速使其接近20μm，其试验结果如表2。

表2 不同雾霾成分条件下绝缘子的闪络电压

表2的数据结果能够看到，纯雾条件下比人工所模拟的雾霾条件之下绝缘子的闪络电压高，在这当中硫酸铵对于绝缘子闪络的电压影响是最大的，硅藻土颗粒对于其的影响是最为微弱的。不断加大绝缘子的污秽程度，雾霾组成的变化对于绝缘子的干扰在慢慢减弱，针对清洁绝缘子，雾霾组成对于闪络电压的影响是最为显著的，在这当中硫酸铵使得闪络电压降低了26.5%，硫酸钙与硅藻土分别使得闪络电压降低了17.3%与0.9%。然而如果绝缘子外表面的盐密值是0.25mg/ cm2的时候，雾霾组成对于绝缘子闪络的影响是最为微弱的，而硫酸钙、硅藻土与硫酸钙分别使得闪络电压降低4.1%、0.6%以及2.6%。

所以，从人工模拟雾霾试验可以看到，雾霾当中的颗粒成分变化对于绝缘子闪络电压的干扰是不一样的，在这当中，矿物气溶胶以及有机碳气溶胶等对于绝缘子的影响是最小的，不会直接干扰绝缘子污层的导电率，但是会相应提升绝缘子表面的灰密，进而使得闪络电压下降；盐类气溶胶对于绝缘子的干扰比矿物气溶胶更大，盐类物质的溶解度越大，其对于绝缘子闪络电压的干扰也就越大，盐类气溶胶因为积污效应提升了绝缘子外表面的ESDD，进而使得闪络电压下降。

3.2 不同粒径雾霾下绝缘子闪络电压

利用调整球磨机的转速与研磨时间，得到三种粒径分别为20μm、10μm、6μm的硅藻土，得到三种粒径分别是38μm、20μm、10μm的硫酸铵。硫酸铵颗粒与硅藻土颗粒不同粒径之下试验数据如表3～4所示。

通过对表3与表4能够看到，清洁绝缘子的闪络电压会随着硅藻粒径的增大而增加，可是增大的幅度是很小的，也就是说，硅藻土的粒径对于绝缘子闪络的影响是非常小的。针对那些小粒径的硅藻土，在重力、风力等作用之下聚集在绝缘子外表上，然而粒径比较大的硅藻土其重量也是比较大的，因为沉降作用，很难悬浮在空气当中，聚集在绝缘子表面也比较少。小粒径的硅藻土使得绝缘子表面的污秽量增加，绝缘子表面将会吸取更多的水分，进而形成比较厚的水膜，使得闪络电压降低。因为硅藻土自身是不溶性物质，相比可溶盐类气溶胶，粒径的改变对于绝缘子闪络的电压影响还是比较小的。

表3 不同粒径的硅藻土情况下绝缘子闪络电压

表4 不同粒径的硫酸铵情况下绝缘子闪络电压

4 试验结论

（1）模拟雾霾条件之下的绝缘子交流闪络电压相比较纯雾条件下来说要更低，对于不相同的颗粒物，其对于绝缘子闪络电压的干扰也是不同的。硅藻土模拟的有机碳气溶胶等不溶物将会使得绝缘子的闪络电压降低0.6～5.6%，不溶物并没有让绝缘子外表面的ESDD变大，而是利用灰密的加大导致闪络电压降低。伴随绝缘子污秽程度的不断增加，雾霾成分的变化对于绝缘子闪络电压的干扰程度降低。

（2）雾霾当中颗粒物粒径的增加会使得绝缘子闪络电压产生增加的趋势，对于有机碳气溶胶与矿物气溶胶等不溶物粒径增加将会其闪络电压加大，但是增加幅度比较微弱；加大盐类气溶胶的粒径将会使得绝缘子闪络电压升高的幅度变大，而且粒径越大，绝缘子外表面ESDD的增幅在降低。不相同粒径使得颗粒的存在情况不相同，对于小粒径颗粒物来说，其悬浮的时间比较长，不容易发生沉降，有助于积聚在绝缘子外表面上。

（3）雾霾条件下的污染绝缘子闪络是一种从沿面的局部区域电弧变为沿面闪络的放电状况。要想避免雾霾条件下的绝缘子发生闪络，能够利用调整爬电距离亦或是改变绝缘子形状来提升闪络电压。