绝缘子污层受潮过程中湿度和温差的作用

染污绝缘子的污闪电压与其表面污层的受潮程度有关,而湿度和温差均对污层受潮过程有显著影响。为此,采用固体涂层法中的定量涂刷法对XP-70型普通悬式电瓷绝缘子试品进行染污,在温湿度可控制的小雾室中进行了湿度试验和温差试验,研究了在运行电压的作用下相对湿度以及温差在绝缘子试品约1h的污层受潮过程中所起到的作用。研究结果表明,单靠湿度作用且相对湿度未达100%时,污层受潮是一个很缓慢的过程,约1h的受潮时间不能使污层充分受潮,导致人工污秽中的可溶性盐(氯化钠NaCl)不能充分溶解,湿度对污层表面电导率的贡献受到限制;相对湿度达到100%时能够使污层很快充分受潮。研究结果还表明,温差在短时间污层受潮过程中的作用很明显;绝缘子初始温度与雾室露点温度之间的差值会直接影响绝缘子表面泄漏电流的强弱;温差仅在污层受潮的初始阶段起着主导作用,随着温差的消失,湿度成为导致污层受潮的主导因素;温差起主导作用所能维持的时间与试品的比热容及散热面积有关,比热容越小,且散热面积越大,则温差起作用的时间越短。

HTV硅橡胶用不同高岭土染污后的憎水迁移特性对比

复合绝缘子人工污秽试验中,惰性物质的特性对染污试品的憎水性迁移特性影响显著,选用合适的惰性物质,对完善人工污秽试验方法,增强试验结果的对比性有显著意义。为此,选用3类高岭土作为惰性物质,对比研究了染污高温硫化硅橡胶(HTV)的憎水性迁移过程。针对3类高岭土染污试品憎水性迁移特性差异,通过扫描电镜、热重分析以及傅里叶变换红外光谱分析,对3类高岭土的微观形态及官能团进行了分析。试验结果表明:污层获取憎水性的能力由好至差分别是分析纯高岭土、化学纯高岭土及工业原料高岭土;高岭土对高温硫化硅橡胶憎水性迁移过程的影响,与其自身的微观特性有密切联系;目前市场上所提供的分析纯高岭土及化学纯高岭土,很有可能是高岭土热活化后的产物—偏高岭土。该研究结果对于复合绝缘子人工污秽试验惰性物质的选取有参考意义,相关结论可用于辅助分析染污硅橡胶憎水性迁移特性。

复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅰ——静态接触角法的适用性

在高电压外绝缘领域,静态接触角法是实验室内研究硅橡胶绝缘材料憎水性能的最常用方法,在清洁材料表面且憎水性能优异时,该方法的有效性得到认可。本文主要探讨染污高温硫化硅橡胶(HTV)表面憎水性能较弱时,静态接触角法在此阶段研究污层憎水性能的适用性。弱憎水性状态体现了硅橡胶中小分子链的迁移过程,对应着污层从完全亲水性状态向憎水性状态转变时的过渡环节。本文通过对比研究不同体积、不同种类液滴在试片污层表面形态变化过程,结合复合绝缘子的人工污秽试验,尝试将污闪电压与污层表面憎水性能建立联系。研究发现:当污层憎水性能不够强时,受污层粗糙度、弱憎水性沿污层表面不均匀分布特征以及静态接触角测量方式的影响,获取代表试片整体憎水性能的接触角值变得困难。对于弱憎水性表面,静态接触角法不适用于污层表面憎水特性研究。

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。

染污硅橡胶在不同憎水性时的污闪特性

研究了硅橡胶平板模型在不同憎水性条件下的污闪特性。试品以定量涂刷的方式染污,通过控制迁移时间,使固体污层获取不同程度的憎水性能。以污层表面的液滴面积最大值来代表污层的憎水性强度,分析污层憎水性能对平板模型的污闪电压、污层电导以及电弧发展过程的影响。随着污层憎水性能的改善,试品污闪电压逐步上升。污闪电压与液滴面积最大值存在关联,但两者间的分散性随污层憎水性能的改善而增加。污层表面水珠形态对电弧发展过程有重要影响,当污层表面水珠能形成连续水膜时,电弧通道集中且污闪电压低;当污层表面水珠呈离散分布时,放电区域分散且污闪电压高。根据污闪试验结果以及不同憎水性强度污层表面的液滴形态,将亲水性表面HC7细分为HC7A、HC7B、HC7C和HC7D四种状态。HC7B状态下,污层憎水性能虽然很微弱,但相对污层完全没有憎水性的情形(HC7C和HC7D),试品的污闪电压有明显的上升。因此,依据HC7B状态下的污闪电压设计复合绝缘子结构,可以在保证绝缘子安全裕度的同时,优化绝缘子的结构高度。

染污复合绝缘子受潮过程研究

为了完善复合绝缘子的人工污秽试验方法,研究了染污硅橡胶试品的受潮过程。试品受潮期间监测污层表面泄漏电流,并提取了泄漏电流基波分量,结合试品受潮状态图像,综合分析泄漏电流变化趋势与污层受潮状态的对应关系。试验结果表明:泄漏电流幅值会受到污层表面放电现象的影响,然而泄漏电流基波分量主要取决于污层表面电导率,放电过程对泄漏电流基波分量幅值的影响较小。泄漏电流基波与全波的差异,体现了染污试品表面放电强度,以泄漏电流基波分量与全波的幅值比(以下简称幅值比)来表征污层表面的放电强度。放电强度与污层的受潮程度紧密关联,幅值比变化在试品受潮期间呈现出典型的阶段性,其第3阶段与污层的干区形成过程相对应,表明污层受潮程度趋于一种临界状态。在幅值比变化第3阶段附近进行升压闪络试验,试品污闪电压与污层憎水性能相关性良好。反之,若受潮时间设置不合理,试品污闪电压不能体现出污层的憎水性能差异。研究所得结论有助于理解复合绝缘子的受潮过程,为表征复合绝缘子的受潮状态提供了新思路。

空气流动性对染污高温硫化硅橡胶试品憎水迁移过程的影响

为了完善复合绝缘子人工污秽试验方法,研究了空气流动性对染污高温硫化(HTV)硅橡胶试品憎水迁移过程的影响。研究在人工污秽试验的基础上展开,试品被分为2组,分别放置在空气流动性相差显著的密封容器中进行干燥,通过测量污层表面液滴的静态接触角以及液滴面积等方法,对比研究了污层表面的憎水性能随迁移时间的变化过程。试验结果表明:在其他因素一致的前提条件下,迁移环境空气流动性较好时,有利于污层保持干燥,进而改善污层获取憎水性的能力;而空气流动性较差时,试品憎水迁移过程较缓慢,且污层状态易受到迁移环境波动的影响。复合绝缘子憎水迁移过程受迁移环境的影响,空气流动性是一项需要被重视的新环境因素。该研究结论可以加深对复合绝缘子憎水迁移过程的理解,同时也有助于完善复合绝缘子的人工污秽试验方法。

温度湿度可控的小雾室研制

针对目前国内大型雾室温度及湿度不可控,研究环境因素对绝缘子污层受潮过程的影响存在困难的现状,介绍了一种温度及湿度可以准确控制的小雾室系统,用于研究绝缘子表层污秽的受潮过程。介绍了温湿度可控小雾室的研制过程,通过硬件调节和软件控制的手段,实现了雾室内的温湿度准确快速控制。该小雾室能模拟绝缘子所处的环境,实现温度和湿度的自动调节控制,相对湿度控制范围是从当前环境相对湿度至99%,波动<3%;温度控制范围是从当前环境温度至50°C,波动<1°C。泄漏电流可以反映绝缘子的表面受潮状况,结合泄漏电流监测手段,在此小雾室中进行了一系列污层受潮试验研究,初步探索了温湿度对绝缘子表层污秽受潮过程的影响。试验证实,该套小雾室系统控制温湿度的效果良好,可以用于绝缘子污层受潮过程研究。

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。

基于特征参量Kh10的复合绝缘子污闪试验

该文基于特征参量Kh10研究复合绝缘子污闪试验。以真型复合绝缘子为研究对象,测量试品受潮期间泄漏电流及特征参量Kh10,并尝试通过Kh10表征污层受潮后的综合状态。试验发现:对于尺寸较大的人工污秽复合绝缘子,测量Kh10时应尽量保证测量区域电场分布均匀,且测量电压不宜过高,应避免剧烈放电导致污层受潮,状态突变。在此基础上,该文改进复合绝缘子受潮试验方法,通过测量个别伞裙受潮期间Kh10,以局部区域受潮状态表征整支绝缘子受潮情况,并将污层受潮状态与绝缘子闪络电压建立联系。研究认为,对于尺寸较大的真型复合绝缘子,特征参量Kh10能有效表征污层综合状态,对于同型号复合绝缘子,若闪络试验前Kh10值趋同,则试品闪络电压接近,此结论不受污层污秽度、污秽成分、憎水性能差异影响。该研究有利于改进复合绝缘子人工污秽试验方法,也可用于优化自然污秽绝缘子状态监测。

自然污秽与人工污秽绝缘子等价性分析方法研究

污闪事故长期威胁着我国电力系统的安全稳定运行,经过多年防污治理工作及治理规程的完善,中国的污闪事故大大减少,但关于污闪机理的分析研究工作仍需继续开展。人工污秽试验是分析研究绝缘子外绝缘性能的重要方式之一,但人工污秽试验与自然污秽试验之间等价性的问题并没有得到妥善解决。目前常用的分析方法是以等值盐密作为绝缘子污秽程度评价标准,用在清洗污秽溶液中产生相同电导率的NaCl盐量表示污层可电离物质的导电性。事实上,该方法并没有完全解决两者等价性的问题。首先提出一套评估人工污秽与自然污秽试验结果等价性的数学方法,并利用本方法在不同污秽度度量标准体系下分析人工污秽试验与自然污秽试验结果的等价性。分析结论表明,以绝缘子整体电导率作为衡量参数时,自然污秽绝缘子的外绝缘性能与人工污秽绝缘子外绝缘性能之间的等价性较好。

绝缘子饱和受潮条件下泄漏电流预测方法

为通过测量绝缘子表面泄漏电流实现污秽程度的在线监测与预警,对影响绝缘子饱和受潮条件下泄漏电流的因素进行了研究。提出了一种在大空间试验室中控制环境湿度的方法,通过人工污秽试验研究了在不同湿度条件下充分受潮后的绝缘子表面污层泄漏电流,分析了等值盐密、环境湿度对泄漏电流变化趋势的影响,并探讨了绝缘子在不同湿度条件下的泄漏电流之间的关系。研究结果表明泄漏电流与绝缘子受潮过程密切相关,无温差条件下可近似认为低湿度条件下测得的泄漏电流与饱和受潮状态下泄漏电流满足线性折算关系。进一步给出了利用低湿度条件下泄漏电流预测饱和受潮条件下泄漏电流的方法,并讨论了其适用范围。

饱和受潮绝缘子外绝缘状态评估系统的试验验证

污闪问题是电力系统最重要的问题之一。为了有效预防污闪,介绍了一套绝缘子外绝缘状态评估系统。该系统综合考虑绝缘子型号、线路电压等级、相对湿度、最大泄漏电流等因素的影响,对绝缘子的外绝缘状态尤其是闪络电压做出预判,进而防止污闪事故的发生。基于这套外绝缘状态评估系统,研究了等值附盐密度(equivalentsalt deposit density,ESDD)、绝缘子串长以及绝缘子表面污层饱和受潮时泄漏电流最大值与污闪电压的关系,并对同一ESDD下的实测污闪电压和估算污闪电压进行了对比。结果表明,当所选用的XWP2-160型绝缘子的串长分别为28、21、14片时,污闪电压的实测值和估算值的最大相对误差分别为4.6%、6.6%、5.5%。对比结果最终验证了该系统的可靠性和准确性。

染污瓷和玻璃绝缘子的湿润特性研究

研究染污绝缘子的湿润特性对完善其污闪机制有着重要意义。基于"混流法"和"水汽平衡法"的原理设计了可以准确控制环境温、湿度的污秽试验系统和精确控制环境温、湿度与气压的小环境系统,试验结果证实了这两系统具有良好的温、湿度控制效果。以设计的污秽试验系统和小环境系统为试验平台,详细研究了环境温度、环境相对湿度、大气压、污秽物中可溶盐的成分及含量、污秽物中惰性物质的成分及含量等对玻璃、瓷绝缘子湿润特性的影响,同时研究了含有蔗糖污秽绝缘子、自然污秽绝缘子和绝缘子不同部位的湿润特性差异,并分析了其机制。研究结果表明:除了大气压外,其他因素都对染污瓷和玻璃绝缘子的湿润特性有明显影响。

复合绝缘子悬挂导线安装绝缘护套后的污闪特性

复合绝缘子高压端输电导线上安装绝缘护套能够改善高压端的电场强度,但对其污闪特性的影响国内外尚未有相关的研究报道。研究了复合绝缘子高压端输电导线安装绝缘护套结构在染污受潮情况下的物理模型,分析了护套参数对绝缘子污闪特性的影响,得出了安装优化参数的绝缘护套能够改善复合绝缘子污闪特性的结论。在理论研究的基础上,试验研究了复合绝缘子污闪电压与绝缘护套长度的关系,并给出了适合现场复合绝缘子的较优的绝缘护套参数以及安装该参数绝缘护套后复合绝缘子污闪电压与等值盐密的关系曲线。最后,该较优参数的绝缘护套由厂家生产并安装在现场复合绝缘子上,一年时间的运行结果证实了安装该参数绝缘护套能够改善现场复合绝缘子的外绝缘性能。

高电导率雾对复合绝缘子憎水性的影响

沿海地区的海雾以及城市工业区的浓雾,其雾水的电导率高,会导致绝缘子快速积污,并可能对复合绝缘子憎水性能产生影响,研究了高电导率雾环境下染污硅橡胶表面的憎水性能变化过程。利用超声波雾发生装置来产生高电导率雾,在小雾室内使染污的硅橡胶试片受潮,采用静态接触角法测量染污试片表面的憎水性在受潮前后的变化。试验发现,在高电导率雾中受潮会导致染污硅橡胶试片表面的憎水性下降。受潮结束后,污层表面的憎水性恢复情况和污秽物中的不溶物成分有关;污秽中可溶盐成分与不溶物成分的比值越高,对憎水性恢复越不利;此外,环境湿度越高,越不利于憎水性恢复。分析认为,高电导率雾导致硅橡胶表面污层的盐密值增加,增强了污层的吸水能力,是染污硅橡胶表面憎水性下降的原因。

湿度可控的绝缘子泄漏电流智能测控系统研制

为了防止污闪事故的发生,需要对线路外绝缘污秽状态和污闪风险进行评估。泄漏电流法由于其在线实时性越来越受人们关注。泄漏电流主要受绝缘子染污程度和受潮程度的影响。目前研究大多集中在饱和受潮下的泄漏电流特性,而对于非饱和受潮的研究较少。为了对绝缘子泄漏电流和湿度关系进行研究,研制了一套湿度可控的绝缘子污秽试验的智能测控系统。该系统能精确测量试验过程中绝缘子上的电压、电流及温湿度;对实现泄漏电流在0.1mA～2A内精度为2%的测量;采用模糊控制调节湿度,实现相对湿度在80%～99%内精度为2%的调控。同时对不同污秽的绝缘子在不同湿度下的受潮进行了研究分析,给出了加湿的参考时长为40min。

染污复合绝缘子受潮过程中特征量K_(h10)理论分析

特征量Kh用于描述复合绝缘子受潮期间的污层状态,研究了其物理意义。针对污层表面局部放电现象,提出了相应的电路模型,并结合试品受潮期间的干区形成过程,进一步探讨了电路模型的正确性。分析认为:Kh的理论值等于污层剩余电阻与总电阻之比,干区电阻越小,污层表面放电越微弱,Kh值越大。Kh值变化与污层表面局部放电相对应,间歇性放电造成Kh值频繁波动,要评价污层受潮状态,需对Kh数据进行特殊处理。通过提取周期T内10个最小的Kh值,得到平均值K_(h10),可用于研究染污复合绝缘子的受潮过程。研究发现:试品闪络电压与污秽度、污秽成分、憎水性、受潮程度等多因素有关,特征量K_(h10)表征了试品受潮期间的综合表面状态,对于污秽度、污秽成分、憎水性能、受潮方式均不同的染污试品,只要闪络试验前的K_(h10)值趋同,闪络电压也接近,由此表明特征量K_(h10)对于复合绝缘子人工污秽试验具有良好的适用性。

结构单元表面电导率测量系统及应用

表面电导率涵盖了污秽成分、污层受潮以及污秽在表面的分布状况等全面信息,是较为理想的污秽度评估参数。为此,提出了1种新的表面电导率测量方法即结构单元表面电导率测量方法,并设计了完整的结构单元表面电导率测量系统。该系统的试验仓温湿度可控,能够精确测量泄漏电流值并实时存储,还可计算绝缘子的结构单元表面电导率。实验室的人工污秽试验结果表明绝缘子结构单元表面电导率与闪络电压有较好的负幂指数关系,自然污秽试验结果同样满足该关系。应用所开发的系统开展了现场污秽度测量,结果表明该系统可方便快捷测定结构单元表面电导率,其预测的闪络电压与实测闪络电压误差较小。