基于微波辐射理论的绝缘子污秽等值盐密/灰密检测模型

用微波辐射计测量绝缘子污秽表面亮度温度,从而可获得污秽的辐射能量特性。提出用亮度温度计算绝缘子污秽等值附盐密度(equivalent salt deposit density,ESDD)、等值附灰密度(non-soluble deposit density,NSDD)的检测模型以及盐密和灰密乘积形式的检测模型。在不同测量角度下,研究干燥(相对湿度20%)和湿润(表面形成水膜)条件下,ESDD和NSDD与天线温度的关系,同时研究天线温度与环境温度及湿度的关系,并分析湿度对模型参数的影响。结果表明:ESDD和NSDD对天线温度的影响是独立的,通过测量天线温度可以同时测定ESDD和NSDD。

人工污秽下盐/灰密对普通悬式绝缘子串交流闪络特性的影响

污闪是电力系统的严重自然灾害之一,国内外对盐密(ESDD)的影响进行了大量的研究,但对灰密(NSDD)影响的研究较少。文中以7片串普通悬式绝缘子XP-160为试品,在人工雾室中进行了大量的人工污秽试验,分析了ESDD和NSDD的变化对人工污秽绝缘子交流闪络电压的影响。试验结果表明:在人工污秽试验中,ESDD和NSDD均对绝缘子交流闪络电压有影响,与ESDD对人工污秽绝缘子串绝缘子交流闪络电压的影响一致,人工污秽绝缘子串交流闪络电压与NSDD也呈幂函数关系。在对交流闪络电压的影响上,ESDD和NSDD是相互独立的。因此,污区的划分不仅应考虑ESDD,同时也应考虑NSDD。对于7片串XP-160,文中还给出人工污秽试验条件下绝缘子串的交流污闪电压表达式。

高浓度工业粉尘环境下宁夏地区线路瓷绝缘子积污模拟仿真

针对目前宁夏部分地区工业粉尘污染污秽浓度偏高的特点,考虑宁夏电网绝缘子表面不均匀粗糙度的实际情况,基于能量守恒原理得到高污秽覆盖下绝缘子表面污秽颗粒沉积模型,采用COMSOL仿真软件搭建多物理场耦合绝缘子自然积污仿真模型;以宁夏吴忠某工业园区附近110 kV交流输电线路瓷绝缘子为研究对象,模拟研究风速、粒径、污秽成分及电压类型对绝缘子表面自然积污特性的耦合影响。结果表明:交流场中污秽粘附率沿伞裙呈不规则“M”型分布且二氧化硅粘附率最高;在直流场中污秽粘附率沿伞裙呈“U”型分布且氧化铁粘附率最高;与均匀粗糙表面绝缘子积污仿真模型相比,本文所提模型可有效提高模拟结果的准确性,更真实地反映出高污秽工业粉尘环境下绝缘子串各伞裙的积污分布情况。

±500kV高肇直流线路绝缘子积污特性对比分析

为分析不同结构绝缘子在华南地区直流输电线路使用后的积污情况,在±500 kV高肇直流线路经过广东省内的轻污秽区,设置污秽测量点,对带电运行1～3 a后的不同伞形结构(三伞型和钟罩型)直流线路绝缘子的污秽度进行了测量。测量结果表明:在相似的运行环境中,三伞型绝缘子的积污程度轻于钟罩型绝缘子;耐张串绝缘子的积污程度轻于直线串绝缘子;绝缘子表面积污多年期积高于1 a期。此外,雨水对绝缘子表面污秽具有清洁作用。研究成果有助于分析广东地区(甚至整个华南地区)直流线路绝缘子的积污规律,为直流输电线污秽外绝缘的设计和绝缘子的使用提供依据。

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。

带电复合绝缘子积污特性的对比观测

复合绝缘带电是否会对绝缘子盐密(ESDD)和灰密(NSDD)值产生影响关系到电力系统污秽复合外绝缘配置,开展带电复合绝缘子与不带电复合绝缘子积污对比观测有助于研究复合绝缘子带电与不带电运行积污规律。为此,选择深圳地区22处代表性的输电杆塔上进行带电与不带电复合绝缘子挂样观测,测量了积污期为2a的复合绝缘子盐密、灰密和灰密盐密比,对比了带电与不带电复合绝缘子上表面、下表面与单片均值积污规律的差别。结果表明:带电与否对复合绝缘子上表面盐密基本无影响,下表面盐密值约增加0.3倍,片均值约增加0.1倍;带电复合绝缘子盐密片均值与不带电复合绝缘子上、下表面盐密值有较好的线性关系;带电运行对复合绝缘子灰密值有影响,带电有利于不溶灰份的积累,上表面灰密增加0.4倍,下表面增加约0.7倍,片均值增加约0.5倍。带电绝缘子的灰密盐密比更大。带电复合绝缘子积污特性的对比观测数据为实验室开展复合绝缘子污闪试验工况及现场外绝缘配置考虑带电因素提供了基础数据。

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。

沿海地区与内陆地区复合支柱绝缘子直流污闪特性比较

根据沿海地区绝缘子积污测量调研的结果,以不同盐灰比模拟沿海地区和内陆地区的复合支柱绝缘子积污特性,首先测量了两类试品在试验雾室内表面电阻随时间的变化趋势,然后在昆明特高压国家工程实验室进行直流人工污秽试验,试验过程中,用紫外放电仪对两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试品临闪电弧的发展情况。结果表明:灰密含量高的内陆地区试品表面电阻相对沿海地区试品低;在同盐密条件下,沿海地区试品的污闪电压高于内陆地区,且随着盐密的增加,两者差异越大;灰密大的内陆试品易产生局部电弧而出现干区,出现干区后,强吸水性使干区快速再次湿润,如此反复最后闪络,因此其污闪电压低;随着试验盐密的增加,不仅进一步降低试品表面电阻,还会使灰密高的内陆试品电弧桥接现象更明显,甚至出现电弧跨接现象,爬距利用率大幅降低,造成两者污闪电压值的差异更大。

高海拔地区±800kV特高压直流输电系统绝缘子带电自然积污特性

为了研究特高压直流绝缘子的自然带电积污特性,进行了全电压全尺寸特高压直流绝缘子积污特性试验。测定了绝缘子的等值盐密(ESDD)、等值灰密(NSDD),分析了不同材质(复合硅橡胶、玻璃、瓷)的绝缘子串,不同串型(I悬垂,V悬垂,耐张)的绝缘子串,不同伞形结构(复合伞裙、钟罩、三伞、瓷长棒)的绝缘子串,以及绝缘子伞裙上下表面和沿绝缘子串不同位置(高压侧、地侧、中间)的积污状况。初步结果表明:不同材质绝缘子串中瓷绝缘子积污最轻;不同串型的绝缘子串中耐张串积污最轻;不同伞形结构绝缘子串中瓷长棒绝缘子是最小积污伞型;伞裙上下表面污秽状况差异巨大,绝缘子杆塔侧积污最重。研究结果可为我国高海拔地区(特别是昆明地区)特高压直流输电工程的外绝缘提供重要的参考。

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。

污秽绝缘子表面干区形成的影响因素

干区的形成是绝缘子污闪发生的一个必要条件,干区的形成受电压、污秽种类和含量、天气等诸多因素的影响,研究干区形成的影响因素问题,不仅有助于更加深刻地认识干区的形成,而且可以完善外绝缘污闪理论。为此,以矩形污秽玻璃片模拟实际绝缘子,在人工雾室中试验研究了污秽和雾对干区形成的影响。试验结果表明:随着等值附盐密度(ESDD)的增加,干区的形成时间逐渐缩短,干区宽度逐渐减小;随着等值附灰密度(NSDD)的增加,干区的形成时间逐渐变长,干区宽度逐渐增大;随着雾浓度的增大,干区的形成时间不变,干区宽度逐渐减小。此外,基于热量平衡理论对这些影响趋势给出了解释。研究结果表明ESDD、NSDD和雾浓度对于干区的形成是有影响的。

蒸汽雾中悬式绝缘子表面污层饱和附水量研究

为给输电线路绝缘子自然积污污秽度测量、微溶盐对污层电导率贡献和污闪电压研究提供参考,在人工雾室内对单片悬式玻璃、瓷和复合绝缘子的表面污层饱和附水量进行了研究。分析了材质、伞形、污秽度、复合绝缘子憎水性对蒸汽雾中绝缘子的表面污层饱和附水量的影响。研究表明:绝缘子饱和附水量与绝缘子的表面积和附灰密度(NSDD)直接相关,饱和附水量与NSDD基本呈线性关系,当NSDD增大到3.0 mg/cm2时,饱和附水量趋于饱和;相同污秽度下,瓷绝缘子的饱和附水量密度约是玻璃绝缘子的1.1倍;空气动力型绝缘子饱和附水量密度分别为伞下带棱的普通和深棱型绝缘子1.1、1.2倍;复合绝缘子饱和附水量密度远大于瓷绝缘子和玻璃绝缘子,约为单伞玻璃的3.9倍,单伞瓷的3.5倍,3伞瓷的3.1倍;复合绝缘子憎水性丧失后,饱和附水量密度约降低为憎水性丧失前的2/3。研究结果可为绝缘子污秽度测量、污层电导率研究和污闪试验提供参考。

不同型式110 kV支柱绝缘子自然积污特性分析

支柱绝缘子在电力系统中被广泛应用,研究支柱绝缘子积污规律对预防污闪事故的发生、保证电力系统的稳定运行有着重要意义。为此选取了3种不同型式的110 kV支柱绝缘子在冀北秦皇岛、湖南株洲以及宁夏石嘴山进行了为期1a的自然积污试验,分析了支柱绝缘子结构型式以及积污地点地理气象差异对支柱绝缘子表面自然积污的影响,并建立了支柱绝缘子流体力学仿真模型,进一步对支柱绝缘子型式和积污地点地理气象差异对表面积污的影响进行了研究。研究表明,支柱绝缘子伞径的增大会使得表面积污严重且上、下表面积污比偏大;支柱绝缘子上、下表面积污不均匀程度与积污地点风速、气流倾角有关,而表面积污程度随入口污秽体积分数增大而增长;自然积污试验结果与仿真计算结果基本一致。

基于光波导边界传输特性的污秽在线监测技术

基于光波导边界传输特性和人工神经网络,文中介绍了一种可同时监测输电线路绝缘子表面等值盐密和灰密的污秽在线监测装置。在详细分析光波导表面污层对全反射光束影响机理的基础上,提出了光波导和光源设计方案。通过不同湿度、不同污秽等级、不同灰盐比条件下的积污标定试验,获取了大量样本数据,并依此建立和训练了人工神经网络模型。检验结果和运行实践表明,利用该装置及训练后的内嵌神经网络模型,可实现盐密和灰密的同时监测,且测试精度满足相关标准要求。

多因素分析绝缘子位置对自然积污的影响

由于绝缘子是带电运行,绝缘子的位置会影响到绝缘子的自然积污。为研究绝缘子位置对绝缘子自然积污的影响,对安徽电网1 000 kV特高压淮南站里不同高度的避雷器绝缘子污秽进行采集。测量其等值盐密,等值灰密,局部表面电导率,污秽粒径以及污秽成分,进行多因素分析。试验结果表明,位置不仅影响绝缘子的污秽程度分布,还会影响到污秽的局部表面电导率,污秽成分及污秽粒径分布;绝缘子串两端的小颗粒污秽积累相较于中间更为严重;绝缘子位置越低,大颗粒污秽积累越严重;污秽成分和局部表面电导率均呈现沿串U形分布。试验结果为绝缘子位置对绝缘子自然积污的影响提供参考。

考虑CaSO_4的盘形悬式绝缘子串交流污耐压修正研究

为解决输电线路绝缘子自然污秽中Ca SO4等微溶盐导致相同测量盐密下人工污秽与自然污秽试验绝缘子污耐压存在差异的问题,考虑绝缘子表面污层饱和附水量,从电导率等价角度出发,研究了人工污秽(Na Cl)等值盐密与自然污秽(Na Cl和Ca SO4混合盐)等值盐密的等价性,建立了混合盐表观盐密的计算公式;结合Ca SO4饱和溶解度建立了考虑盐密、灰密、不同Ca SO4质量分数的绝缘子污耐压修正公式,并与7片XWP2—160绝缘子串污耐压试验数据进行了对比。研究结果表明:在一定的盐质量浓度下,溶液的电导率随着混合盐中Ca SO4质量分数的增大而逐渐降低,污耐压修正公式修正数据与试验数据误差在7.2%以内。研究结果可为线路绝缘子污耐压修正、外绝缘设计和运行维护提供参考。

染污方法对瓷绝缘子直流污闪特性的影响

在人工污秽试验中,IEC标准推荐了几种染污方法,但未给出不同方法试验结果差异的相关说明。为此,采用大吨位瓷绝缘子XZP-300为试品,研究了定量涂刷法、浸污法2种染污方法获得的瓷绝缘子试品在不同盐密条件下的直流污闪特性,比较了2种染污方法试验结果的概率分布特性,同时分析了2种试验方法试验结果的差异,并基于污闪平板模型从原理上解释了差异的原因。结果表明,定量涂刷法和浸污法的试验结果均近似呈正态分布,可以采用2种方法均值计算50%耐受电压;定量涂刷法获得的污闪电压高出浸污法的污闪电压约2%～6%;通过基于平板模型的公式推导可证明,均匀染污表面的污闪电压低于不均匀染污表面的,由于浸污法染污绝缘子表面盐密分布比定量涂刷法的更均匀,因此浸污法的污闪电压低于定量涂刷法的。

±500kV直流复合绝缘子沿串积污特性研究

复合绝缘子的积污特性与瓷绝缘子和玻璃绝缘子有所不同,研究其积污规律对防止污闪有着重要意义。为此,以3支实际运行后的±500kV直流复合绝缘子为研究对象,系统测量其沿串不同位置的污秽度,用等值盐密(ESDD)和灰密(NSDD)表征。试验发现绝缘子不同伞上下表面的等值盐密和灰密大多呈现出U形的分布规律,尤其以等值盐密的U形分布更为明显,而且不同伞上下表面污秽U形分布规律性的强弱有一定差异。讨论了积污过程中电场对污秽沉积的作用以及自清洗过程中雨水冲洗的随机作用,更好地解释了直流复合绝缘子的沿串积污规律。

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500 kV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干盐密累积速度;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。

江西省输电线路现场污秽度测量与防污闪研究

近年来的电网事故调查表明,导致我国电网大面积停电的首要原因是污闪事故。为进一步预防、减少污闪事故的发生,保障江西电网的安全、可靠运行,江西省电力公司于2008年开展了输电线路污秽在线监测网的研究。本文首先介绍了绝缘子污闪的机理和污闪电压模型,并根据项目实际进展情况,分析了项目数据对比和污闪试验情况。通过对试验数据的分析,提出了XP-70普通盘型悬式绝缘子的污闪电压与等值盐密和灰密的关系和已建线路绝缘子污闪预警流程,并将在下面的工作中继续研究不同型式绝缘子交流闪络电压与等值盐密和灰密的关系,以及利用软件实现污闪事故原因分析和评估污闪对电网安全影响等智能辅助决策功能。