（高电压与绝缘技术专业论文）自然环境中复合绝缘子憎水性变化特性及机理的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 中文摘要 本文通过现场测试以及室外模拟平台测试，对自然环境下复合绝缘子的憎水性变化 进行了长期研究。通过研究初步掌握了中国北方地区自然环境下复合绝缘子憎水性的变 化特性，即：冬季复合绝缘子憎水性会发生下降甚至丧失：冬季过后不同的复合绝缘子 随季节变化表现了不同的憎水性恢复特性。据此本文提出了基于冬季憎水丧失特性和夏 季憎水恢复特性的现场绝缘子憎水性评价方案，能够客观反映运行绝缘子的实际憎水性 变化特性。此外，本文还对现场摘下的复合绝缘子进行了全面的憎水性测试，同时还进 行了盐密和灰密测量、扫描电镜分析、热刺激电流测试以及红外光谱分析等，结果表明 造成冬季复合绝缘子憎水性下降甚至丧失的重要因素是冬季较低的环境温度；对于到夏 季憎水性仍未获得良好恢复的复合绝缘子来说，导致憎水恢复特性不良的主要原因是表 面污秽的积聚或者复合绝缘子材料的老化。 关键词：复合绝缘子，憎水性，测试，污秽，低温 a b s t r a c t t h e h y d r o p h o b i e i v yc h a n g ep e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e i n s u l a t o r su n d e rn a t u r a l e n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n si nn o r t hc h i n ah a sb e e ni n v e s t i g a t e dt h r o u g ho i l - s i t et e s t sa n d o u t d o o rs i m u l a t i o nt e s t s t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h eh y d r o p h o b i c i t yo fc o m p o s i t e i n s u l a t o r sc a nd e c r e a s eo re v e nl o s ei nw i n t e r 。i no t h e r a s o n s s o m ei n s u l a t o r sc a ne x h i b i t g o o dh y d r o p h o b i c i t yr e c o v e r yc a p a c i t y , w h i l eo t h e r sc a nn o t t h e r e f o r e ，at w o - p a r a m e t e r e v a l u a t i o nm e t h o do ft h eh y d r o p h o b i c i t yo fc o m p o s i t ei n s u l a t o r sw a sb r o u g h tf o r w a r d i t r e c o m a n d st ou s eb o t ht h e h y d r o p h o b i c i t yd e c r e a s ep e r f o r m a n c e i nw i n t e ra n dt h e h y d r o p h o b i c i t yr e c o v e r yp e r f o r m a n c ei ns u m l n e rf o rt h ee v a l u a t i o no fh y d r o p h o b i c i t y p e f r o m a n c eo fi n s u l a t o r s i na d i i t i o n ，ac o m p r e h e n s i v et e s t so fc o m p o s i t ei n s u l a t o r sw h i c h e x h i b i t e db a dh y d r o p h o b i c i t yo n - s i t eh a v eb e e nc a r r i e d o u t ，w h i c hi n c l u d eh y d r o p h o b i c i t y p e f r o m a n c e ，e s d d ，n s d d ，s e m ，t s c ，f t i r n ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h em a i n r e a s o no ft h eh y d r o p h o b i c i t yl o s si nw i n t e rc o u l db et h el o w t e m p e r a t u r e ，a n dt h em a i nr e a s o n f o rt h eb a dh y d r o p h o b i c i t y r e c o v e r yc a p a c i t yi ns u r n i u e rc o u l db et h ea c c u m u l a t i o no f c o n t a m i n a t i o no rt h ea g i n go f s i l i c o nm b b e r k e yw o r d s ：c o m p o s i t e i n s u l a t o r s ，h y d r o p h o b i c i t y , t e s t ，c o n t a m i n a t i o n ，l o w t e m p e r a t u r e 华北电力大学硕士学位论文 中文摘要 本文通过现场测试以及室外模拟平台测试，对自然环境下复合绝缘子的憎水性变化 进行了长期研究。通过研究初步掌握了中国北方地区自然环境下复合绝缘子憎水性的变 化特性，即：冬季复合绝缘子憎水性会发生下降甚至丧失：冬季过后不同的复合绝缘子 随季节变化表现了不同的憎水性恢复特性。据此本文提出了基于冬季憎水丧失特性和夏 季憎水恢复特性的现场绝缘子憎水性评价方案，能够客观反映运行绝缘子的实际憎水性 变化特性。此外，本文还对现场摘下的复合绝缘子进行了全面的憎水性测试，同时还进 行了盐密和灰密测量、扫描电镜分析、热刺激电流测试以及红外光谱分析等，结果表明 造成冬季复合绝缘子憎水性下降甚至丧失的重要因素是冬季较低的环境温度；对于到夏 季憎水性仍未获得良好恢复的复合绝缘子来说，导致憎水恢复特性不良的主要原因是表 面污秽的积聚或者复合绝缘子材料的老化。 关键词：复合绝缘子，憎水性，测试，污秽，低温 a b s t r a c t t h e h y d r o p h o b i e i v yc h a n g ep e r f o r m a n c e o f c o m p o s i t e i n s u l a t o r su n d e rn a t u r a l e n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n si nn o r t hc h i n ah a sb e e ni n v e s t i g a t e dt h r o u g ho i l - s i t et e s t sa n d o u t d o o rs i m u l a t i o nt e s t s t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h eh y d r o p h o b i c i t yo fc o m p o s i t e i n s u l a t o r sc a nd e c r e a s eo re v e nl o s ei nw i n t e r 。i no t h e r a s o n s s o m ei n s u l a t o r sc a ne x h i b i t g o o dh y d r o p h o b i c i t yr e c o v e r yc a p a c i t y , w h i l eo t h e r sc a nn o t t h e r e f o r e ，at w o - p a r a m e t e r e v a l u a t i o nm e t h o do ft h eh y d r o p h o b i c i t yo fc o m p o s i t ei n s u l a t o r sw a sb r o u g h tf o r w a r d i t r e c o m a n d st ou s eb o t ht h e h y d r o p h o b i c i t yd e c r e a s ep e r f o r m a n c e i nw i n t e ra n dt h e h y d r o p h o b i c i t yr e c o v e r yp e r f o r m a n c ei ns u m l n e rf o rt h ee v a l u a t i o no fh y d r o p h o b i c i t y p e f r o m a n c eo fi n s u l a t o r s i na d i i t i o n ，ac o m p r e h e n s i v et e s t so fc o m p o s i t ei n s u l a t o r sw h i c h e x h i b i t e db a dh y d r o p h o b i c i t yo n - s i t eh a v eb e e nc a r r i e d o u t ，w h i c hi n c l u d eh y d r o p h o b i c i t y p e f r o m a n c e ，e s d d ，n s d d ，s e m ，t s c ，f t i r n ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h em a i n r e a s o no ft h eh y d r o p h o b i c i t yl o s si nw i n t e rc o u l db et h el o w t e m p e r a t u r e ，a n dt h em a i nr e a s o n f o rt h eb a dh y d r o p h o b i c i t y r e c o v e r yc a p a c i t yi ns u r n i u e rc o u l db et h ea c c u m u l a t i o no f c o n t a m i n a t i o no rt h ea g i n go f s i l i c o nm b b e r k e yw o r d s ：c o m p o s i t e i n s u l a t o r s ，h y d r o p h o b i c i t y , t e s t ，c o n t a m i n a t i o n ，l o w t e m p e r a t u r e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文自然环境中复合绝缘子憎水性变化特 性及机理的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特另1 ；1 1 以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：趟 日期：丝! ：i ：1 2 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：熊蛐 日 期：芝盟! z 导师签名：j 兰! 兰 日 期：谢! i ：生 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 研究复合绝缘子憎水性的重要意义 传统的绝缘子是以电瓷或玻璃作为绝缘材料的，但是由于其抗污性能不好在运行中 发生了大量的污闪事故，严重影响了电力系统的安全运行【i 捌。 输变电设备发生污闪的主要原因是运行中的绝缘子经常会受到工业污秽或自然界盐 碱、飞尘、鸟粪等的污染。在干燥的情况下，这些污秽物的电阻很大，但当大气湿度较 高，在毛毛雨、雾、露、雪等不利气候条件下，绝缘子表面污秽物被润湿时，其表面电 导和泄漏电流剧增，使绝缘子的闪络电压显著降低，甚至可使绝缘子在工作电压下闪络， 影响电力系统的安全运行。 一 为了提高输电线路和变电所的运行可靠性，抑制绝缘子在恶劣气象条件下的沿面泄 漏电流水平是非常必要的。这其中，高温硫化( h t v ) 硅橡胶复合绝缘子的使用是一重 要手段，硅橡胶复合绝缘子表面具有良好的憎水性，即复合绝缘子表面受潮后，吸附的 水分以不连续的孤立小水珠的形式存在，不形成连续水膜，从而限制了表面泄漏电流， 提高了闪络电压。与其它有机材料相比，硅橡胶还具有独特的憎水迁移性，即硅橡胶表 面脏污后，硅橡胶可以把自身的憎水性迁移到污秽物表面，使污秽物表面也有憎水性【3 】。 良好的憎水性和独特的憎水性迁移性使得硅橡胶复合绝缘子在我国电力系统中获得 了广泛的应用。2 0 0 4 年我国已经有超过3 0 0 万支以上的复合绝缘子挂网运行【4 1 。 虽然复合绝缘子具有良好的耐污特性和憎水性能，但运行经验也表明，硅橡胶外绝 缘的憎水性和憎水迁移性并非恒定不变。随着运行时间的延长、绝缘子的老化以及环境 因素的影响等，憎水性会丧失，憎水性迁移速度也会减慢。造成复合绝缘子憎水性和憎 水迁移性下降的主要因素有： ( 1 ) 潮湿和放电造成硅橡胶外绝缘产品憎水性下降甚至丧失。在湿应力单因素作用 下，复合绝缘子表面的憎水性会发生下降甚至丧失；绝缘子各种闪络、潮湿环境中水珠 间的电晕放电、绝缘子表面局部放电等也会造成复合绝缘子的憎水性发生局部或整体下 降 5 1 0 】。 ( 2 ) 污秽成份及污秽度。硅橡胶类绝缘产品并非对于所有类型的污秽及污秽度均具 有良好迁移性，污秽物质的组成及种类、污层的灰密、盐密及灰盐比等都会对复合绝缘 子表面的憎水性及其迁移性产生影响i7 ，3 l o , z u 。 ( 3 ) 温度。低温下硅橡胶外绝缘产品的憎水性会发生下降甚至丧失【1 1 1 2 】：低温下， 硅橡胶外绝缘产品的憎水迁移速度缓慢【”。5 1 。 ( 4 ) 复合绝缘子由于配方及制造工艺的影响质量千差万别，投运后的憎水性能也不 1 华北电力大学硕士学位论文 尽相同，有的长期运行憎水性能良好。有的却只经过短暂的运行后憎水性即发生严重下 降现象 8 , 1 0 l 。 复合绝缘子憎水性的下降将直接影响输变电设备的防污和抗污闪性能，甚至威胁系 统的安全运行，开展复合绝缘子的憎水性检测工作是十分必要的。 1 2 憎水性检测方法的研究现状 目前憎水性测试的主要方法有静态接触角法、h c 分级法和憎水性指示函数法等三 种。 ( 1 ) 静态接触角法 静态接触角法是通过测量固体表面平衡水珠的接触角来反映材料表面憎水性状态的 方法，可通过静态接触角测量仪器、测量显微镜或照相的方式来测量静态接触角的大小。 测试时，将一水滴滴在表面水平的复合绝缘材料上，在空气、水和复合绝缘材料的交 界点做水滴表面切线，该切线与绝缘材料表面的夹角口即为静态接触角。很显然， 在相同的水滴容量下，静态接触角越大，水滴与绝缘材料的接触面越小，则憎水性 越好。通常认为，e 9 0 时，绝缘材料表面是憎水的 1 6 l 。这种方法测量简单，定量准 确，可方便地用于材料表面憎水性的评估。但是，该方法需要严格的试验环境，所用试 品为平板试品，只能用于材料的实验室研究而不能用于复合绝缘子构件的现场研究。此 外，在用于粗糙或被污染的表面憎水性的评价时，接触角会有明显的迟滞现象。另外也 有人用动态接触角法进行材料表面憎水性的研究【1 7 】，但是该方法和静态接触角法一样都 只能用于材料表面憎水性的实验室测量，而不能用于复合绝缘子构件憎水性的现场测试。 ( 2 ) h c 分级法 对于运行绝缘子的憎水性测试，最常用的方法是采用瑞典输电研究所( t h e s w e d i s ht r a n s m i s s i o nr e s e a r c hi n s t i t u t e - - s t r i ) 推出的h c 分级法 1 8 1 。h c 分级法通 过倾斜伞裙表面水滴的后退角靠和水膜的覆盖面积两个物理量来评估运行状态下复 合绝缘子的憎水性，并将憎水性分成h c l h c 7 共7 个等级。表1 1 给出了分级判据， 图1 1 是参考图片( 其中h c 7 是全部试验面积上覆盖了连续的水膜时的憎水等级， 未给图片) 。采用这种方法的操作过程比较简单，喷水设备可用能喷出薄水雾的普通 喷壶。一般来说被试品的测试面积应在5 0 l o o c m 2 之间，。喷水设备喷嘴距试品2 5 l o c r n ，每秒钟对试品喷1 2 次，连续喷雾2 0 3 0 秒，在喷雾结束后1 0 秒内，完成憎 水性的判断。判断时，测试人要分别从不同的角度仔细观察绝缘予表面水滴的情况， 然后将所观察到的情形和图1 - l 中的分级图象加以比较，同时参考表1 - 1 中的7 种级 别特征，得出憎水等级。如果是h c l h c 3 级，则属于憎水性表面，此时表面主要是 水珠；h c 4 级是一个中间过渡级，此时，水珠和水带同时存在；h c 5 h c 7 级对应于 亲水性表面，表面主要是水膜。 华北电力大学硕士学位论文 表1 - 1s t r i 的h c 分级判据 h c 值绝缘子表面水滴的状态 1 仅形成分离的水珠，大部分水珠8r 8 0 。 2 仅形成分离的水珠，大部分水珠5 0 。 0r 8 0 。 3仅形成分离的水珠，水珠一般不再是圆的，大部分水珠2 0 。 0r 5 0 。 4 同时存在分离的水珠和水膜( 8r = o 。) ，总的水膜覆盖面积 被测面积的9 0 最大的水膜面积 被测面积的9 0 ，有少量的干燥区域( 点或狭窄带) 7 全部试验面积上覆盖了连续的水膜 h c 1 h c 3 h c 一5 h c 6 图1 - 1 不同憎水等级的s t r i 参考图象 ( 3 ) 憎水性指示函数法 h c 分级法可对绝缘子表面的憎水性能进行较为准确的评价，但是该方法也存在缺 点，主要原因是因为其属于一种人工评价方法，所得结果对操作人的主观依赖性较大， 华北电力大学硕士学位论文 并且给出的判据和分级标准图也略显粗糙。近年来，数码摄像技术和计算机数字图像处 理技术的发展为人们更为客观和精确的评价复合绝缘子表面的憎水性提供了一条新的道 路。一些研究单位和学者尝试通过运用数字图象分析的方法来客观判断绝缘子的憎水性 并取得一些研究成果，其中以均熵法【1 9 0 0 1 和形状因子法【2 1 0 2 】最为典型。这两种方法的共 同点就是首先要对复合绝缘子表面喷水，然后拍摄所需的数字图片，最后对图片进行处 理、分析和计算，从而得出所需的函数值，以此作为憎水性等级的判据。均熵法和形状 因子法的区别就是对图片采用不同算法，得出的函数值不同。依赖于图像信号的计 算机处理，能够减少判断过程中对操作人的主观依赖性，提高判断的客观性和准确 性。 华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室通过研究，已经成功开发出一套 基于s t i l l 分级法和基于图象处理的憎水性分析软件，同时研究开发出一套适合带电 操作的、方便安全的憎水性检测硬件设备。现场实践证明，这套软件和硬件是行之 有效的，能够并已经应用于现场带电检测复合绝缘子的憎水性。 1 3 本论文的主要研究内容 本论文的主要研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 利用实验室研制的便携式复合绝缘子憎水性带电检测装置对河南平顶山地 区若干输电线路复合绝缘子的憎水性进行长期跟踪检测；同时在实验室室外模拟试 验平台也开展复合绝缘子试样憎水性的长期跟踪检测。 ( 2 ) 结合现场检测与实验室室外模拟试验平台的测试结果，研究复合绝缘子憎 水性的长期变化特性。 ( 3 ) 对现场获得的憎水性不良的复合绝缘子，在实验室进行包括憎水性测试、 扫描电镜分析、红外光谱分析、热刺激电流测试和污秽成份的化学分析及灰密、盐 密测试等研究，探索自然环境中复合绝缘子憎水性变化的机理。 华北电力大学硕士学位论文 第二章现场复合绝缘子憎水性变化特性的试验研究 2 1 现场检测装置的介绍 现场复合绝缘子憎水性的检测是采用华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实 验室研制的机械式和电动式复合绝缘子憎水性带电检测装置。带电检测装置由喷水装置、 憎水性图片拍摄装置、憎水性分析软件等组成，能够实现对线路复合绝缘子憎水性的不 停电检测。下面对检测装置进行介绍。 2 1 1 喷水装置 ( 1 ) 机械式喷水装置 机械式喷水装置由喷雾器、空心外绝缘操作杆、实心内绝缘操作杆和操作把手组成。 喷雾器固定在外绝缘操作杆的杆头并与内绝缘操作杆的一端相连，内绝缘操作杆的另一 端伸出外绝缘操作杆的杆尾并与喷水操作把手相连。外绝缘操作杆长1 5 米，可根据被测 绝缘子的电压等级及喷水位置改变其长度。喷雾器喷头可以调节出水的雾化度，出水口 直径为l m m 。此外，在外绝缘操作杆的杆头处设置了接地引线的接线端子。机械式带电 喷水装置的示意图如图2 - 1 所示。 1 喷雾器部分；2 外绝缘操作杆；3 内绝缘操作杆 图2 - i 机械式喷水装置示意图 ( 2 ) 电动式喷水装置 由于机械式喷水装置存在着喷头不可调，现场操作比较复杂等诸多问题，故我们研 制和开发了电动式喷水装置。电动式喷水装置采用分立式结构，即微型喷水电机用圆柱 形铝制壳体包裹，前端用法兰和喷头相连，后端用法兰和绝缘杆相连，下端用螺纹结构 和喷壶相连。红外接受和控制模块，以及可充电电池组单独放在方形铝盒中，固定在喷 华北电力大学硕士学位论文 水电机后部。电动式喷水装置的示意图如图2 2 所示。 2 1 2 憎水性图片拍摄装置 图2 2 电动式喷水装置示意图 憎水性图片的带电拍摄需要克服一些不利的现场条件，例如拍摄目标较小( 一般复 合绝缘子伞裙的直径为十几厘米) 、拍摄距离较远( 一般都有1 米以上的距离) 和操作稳 定性较差( 如远距离高光学变焦拍摄带来的抖动、操作人员在塔上手持拍摄带来的抖动 等) 等。为了克服以上问题，憎水性图片拍摄装置应采用具有高像素、高光学变焦性能、 高存储量、定焦速度快、曝光速度快、防抖动性能优异及具有静像拍摄功能的微型数码 摄像机。本装置选用了s o n yd c r p c 3 5 0 e 型微型数码摄像机。利用该装置可通过两种 方式来获取憎水性图片：( 1 ) 采用拍摄静态图像的方式；( 2 ) 采用拍摄动态录像并从动 态录像中截取静像的方式。 2 1 3 憎水性分析软件 憎水性分析软件具有三项主要功能：( 1 ) 基于图像对比法的憎水性等级主观判断；( 2 ) 基于改进形状因子法的憎水性等级客观判断；( 3 ) 对历史数据进行查询和统计。憎水性 分析软件的主界面如图2 3 所示。 6 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 3 憎水性分析软件的主界面 主观判断采用基于s t r l 分级图像的图像对比法，即借助于s t r i 所给出的6 幅 标准图象，将喷水后的绝缘子跟6 幅标准图象对照，看跟哪一个等级的图象最相似， 就判断为哪一级。 客观判断采用改进的形状因子法，改进的形状因子法与t t o k o r o 的形状因子法 相比【2 3 2 4 1 ，不仅计算了形状因子庙，而且还引入了一个新的参数一一面积比k ，这样 可以对复合绝缘子的憎水性进行更准确的判断【2 5 】。 表2 - 1 憎水性分级标准 h c 值置和五 h c l k e ( 0 ，1 ) ，f c 【0 5 ，1 】 h c 2 k e 【1 ，4 ) f c 【0 5 ，1 】 h c 3 k 4 ，1 0 ) ，f c 【0 5 ，1 】 h c 4 k ( 0 ，1 0 ) ，f c ( 0 ，0 5 ) ； 或k 【1 0 ，4 0 ) ，f c ( o ，1 】 h c 5 k e 【4 0 ，8 0 ) ，f c ( 0 ，1 】 h c 6 k 【8 0 ，9 5 ) ，f c ( o ，1 】 h c 7 k 【9 5 ，1 0 0 ，f c ( o ，1 ) 历史数据的查询和统计功能可以在需要的时候，只要输入绝缘子型号、检测时间 和检测位置，就可以查询到该绝缘子在当时天气情况下的的憎水等级( 包括主观判断 等级和客观判断等级) 以及当时的天气、光照等背景信息。 2 2 复合绝缘子憎水性带电检测方法 复合绝缘子憎水性带电检测采用采取塔上、地面相结合的工作方式。2 名工作人员上 塔，1 名工作人员对运行复合绝缘子靠近接地侧的1 3 个伞裙进行喷水。喷水有两种方法 - 7 一 华北电力大学硕士学位论文 可以实现：( 1 ) 采用手动喷水装置，喷水方法是：将喷水装置的喷头对准待测部位并距 其1 0 3 0 c m ，推拉绝缘操作杆尾的喷水操作把手从而实现绝缘子表面的喷水。推拉一次， 喷头的出水量约为1 0 m l ，每次测量推拉3 次，手动式喷水装置的带电操作图片如图2 - 4 所示。( 2 ) 采用电动喷水装置，喷水方法是：将喷水装置的喷头距离距绝缘子表面 l o 3 0 c m ，点击绝缘杆尾部的开关，每2 3 s 点击1 次，间断性点击1 5 次，电动式喷水装 置的带电操作图片如图2 5 所示。在喷水过程中，另1 名工作人员用摄像机记录喷水的过 程，喷水结束后对被测伞裙的憎水性图片以静态拍摄的模式进行记录。然后工作人员回 到地面，将拍摄到的数码图像通过u s b 数据传输线输入到便携式微型计算机中，通过憎 水性分析软件来分析复合绝缘予的憎水性状况，同时记录现场的气象信息，如温度、湿 度、光照、风力等，将气象信息同样输入到憎水性分析软件中。 图2 - 4 手动式喷水装置的带电操作图片 图2 - 5 电动式喷水装置的带电操作图片 2 3 现场复合绝缘子憎水性检测结果 利用上述便携式复合绝缘子憎水性带电检测装置，我们对河南平顶山供电局的平顶 山2 2 0 k v 平徐线4 7 # 、5 0 # 、7 5 # 和7 9 # 塔，平顶山1 1 0 k v i i 九帘线1 1 # 、1 3 # 塔和平顶山 - 8 些i ! 皇垄查兰堡主羔堡笙茎 1 1 0 k v 计谢线5 3 # 、5 4 # 塔的复合绝缘子的憎水性进行了长期跟踪检测。 2 3 1 平徐线7 5 # 和7 9 # 塔复合绝缘子憎水性检测结果 ( 1 ) 被测复合绝缘子的背景信息 河南平顶山供电局2 2 0 k v 平徐线7 5 # 塔和7 9 # 塔的复合绝缘子2 0 0 0 年3 月挂网运行， 2 0 0 3 年底至今该线路停电。该线路所挂复合绝缘子型号是祥和厂f b x 42 2 0 11 0 ，一大一 小伞结构，在高压端和接地端均安装了均压环。7 9 # 塔位于平顶山市郊区，一边距许南公 路约2 0 米，另一边距一条铁路和煤厂约5 0 米，污秽等级为i v 级。公路上来往运煤车很 多，路面有较厚的煤尘。7 5 # 塔距许南公路约1 0 0 米，处于一片庄稼地中，污秽等级为i 级。 ( 2 ) 检测结果 我们分别于2 0 0 4 年6 月、9 月、1 2 月对这两基杆塔的复合绝缘予憎水性在塔上进行 测量，被测伞裙均为接地侧第2 伞；在2 0 0 5 年3 月，将这两条线路的6 支复合绝缘子摘 下，在地面测量其憎水性。现场典型的复合绝缘子憎水性图片如图2 - 6 所示，测量结果如 表2 - 2 ，2 3 所示。 a 2 0 0 4 年6 月现场典型憎水性图片b 2 0 0 4 年1 2 月现场典型憎水性图片 图2 4 现场典型复合绝缘子憎水性图片 表2 2 平徐线7 5 # 塔复合绝缘子憎水性测量结果 7 5 # 塔 2 0 0 4 年9 月 t 2 0 0 4 年1 2 月2 0 0 5 年3 月 右相h c 4h c 6 7h c 6 7 中相 h c 5h c 岳4h c 6 7 左相h c 4h c 每0h c 6 刁 表2 3 平徐线7 9 # 塔复合绝缘子憎水性测量结果 7 9 # 塔 2 0 0 4 年6 月2 0 0 4 年9 月2 0 0 4 年1 2 月2 0 0 5 年3 月 右相h “h c 5h c 6 7h c 6 - 7 中相 h c 4h c 5h c 6 7 h c 6 7 左褶 h e 5h c 6 矗h c 6 7 华北电力大学硕士学位论文 2 3 2 平徐线4 7 # 年1 ：15 0 # 塔复合绝缘子憎水性检测结果 ( 1 ) 被测复合绝缘子的背景信息 平徐线为2 2 0 k v 线路4 7 # 、5 0 # 所挂绝缘予为水平排列，杆塔位于平顶山郊区，许南 公路东2 k r n ，距铁路线5 0 0 m 左右，周围为农田。污秽等级为级。所挂绝缘子水平排列， 面向大号侧左相为玻璃绝缘子，中相为复合绝缘子，右侧为瓷绝缘子。所测复合绝缘子 2 0 0 0 年3 月挂网运行，2 0 0 3 年底至今该线路停电。 ( 2 ) 检测结果 我们分别于2 0 0 5 年5 月、6 月、7 月、9 月对这两基杆塔的复合绝缘子憎水性在塔上 进行测量，被测伞裙均为接地侧第2 伞。典型的现场复合绝缘子憎水性图片如图2 7 所示， 测量结果如表2 - 4 所示。 图2 72 0 0 5 年6 月现场典型复合绝缘子憎水性图片 表2 - 4 平徐线4 7 # 和5 0 # 塔复合绝缘子憎水性测量结果 2 0 0 5 年5 月2 0 0 5 年6 月2 0 0 5 年7 月2 0 0 5 年9 月 4 7 # 塔中相h c 4 5h c 3h c 3 h c 4 5 0 # 塔中相h c 4 5h c 3h c 3h c 4 2 3 3i i 九帘线11 撑、1 3 # 塔复合绝缘子憎水性检测结果 ( 1 ) 被测复合绝缘子的背景信息 i i 九帘线为平顶山市区内的l l o k v 短线路，所挂绝缘子为垂直排列。1 l 捍、1 3 # 杆塔 经过居民区，设计污秽等级为i 级，现为级。所用复合绝缘子型号为祥和厂f b x 4 1 1 0 7 0 ，大小伞结构，投运时间为2 0 0 2 年4 月。 ( 2 ) 检测结果 我们分别于2 0 0 5 年3 月、5 月、6 月、7 月、9 月对这两基杆塔的复合绝缘子j 噌水性 在塔上进行带电测量，被测伞裙均为接地侧第2 伞。典型的现场复合绝缘子憎水性图片 如图2 - 8 所示，测量结果如表2 5 所示。 华北电力火学硕士学位论文 2 0 0 5 年3 月现场典型憎水性图片2 0 0 5 年7 月现场典型憎永性图片 图2 - 8 现场典型复合绝缘子憎水性图片 表2 - 5 九帘线1 1 # 、1 3 # 塔复合绝缘子憎水性测量结果 2 0 0 5 年3 月2 0 0 5 年5 月2 0 0 5 年6 月2 0 0 5 年7 月2 0 0 5 年9 月 1 l # 塔上相h c 6 7h c 3h c l 2h c l - 2h c i - 2 1 3 # 塔上相 h c 6 7 h c 3h c l 之h c l 2h c l 2 2 3 4 计谢线5 3 # 、5 4 # 塔塔复合绝缘子憎水性检测结果 ( i ) 被测复合绝缘子的背景信息 计谢线为1 1 0 k v 线路，所挂绝缘子为水平排列。5 3 # 、5 4 # 塔位于平顶山市区，紧挨 公路和铁路；周围有化肥厂、水泥厂、姚孟电厂和白龟山水库，距离均约为1 0 0 0 米。设 计污秽为i i i 级，现为级。所用复合绝缘子型号为祥和厂f b x 21 1 0 7 0 ，等径伞结构，投 运时间为1 9 9 7 年9 月。 ( 2 ) 检测结果 我们分别于2 0 0 5 年3 月、5 月、6 月、7 月、9 月对这两基杆塔的复合绝缘予憎水性 在塔上进行带电测量，被测伞裙均为接地侧第2 伞。典型的现场复合绝缘子憎水性图片 如图2 - 9 所示，测量结果如表2 6 所示。 2 0 0 5 年3 月现场典型憎水性图片2 0 0 5 年9 月现场典型憎水性图片 图2 - 9 现场典型复合绝缘子憎水性图片 华北电力大学硕士学位论文 表2 - 6 计谢线5 3 # 、5 4 # 塔复合绝缘子憎水性测量结果 5 3 # 塔2 0 0 5 年3 月2 0 0 5 年5 月2 0 0 5 年6 月2 0 0 5 年7 月2 0 0 5 年9 月 右相 h ( 2 4h c l 2h c 3h c 3 中相 h c 6 7h c 6 1h c 4 - - - 5h c 3 - 4h c 2 3 左相 h c 6 7h c 5 6h c 6h c 6 5 4 # 塔2 0 0 5 年3 月2 0 0 5 年5 月2 0 0 5 年6 月2 0 0 5 年7 月2 0 0 5 年9 月 右相h c 4h c l - , - 2h c 3h c 3 中相h c 6 7h c 6 7h c 4 - 5h c 3 4h c 2 3 左相 h c 6 7h c 5 巧h c 6h c 6 由表2 - 6 可知：计谢线5 3 # 和5 4 # 塔的憎水性测量结果分散性很大，具体体现为；两 基杆塔的左相绝缘子串的检测结果始终保持在h c 5 6 级；右相绝缘予串则随着环境温度 的上升其憎水性测量结果从h c 6 级逐渐恢复到h c i 2 级；中相复合绝缘予的检测结果则 介于两者之间。分析其原因可能为：由于受主导风向及主要污源方向的影响，复合绝缘 子表面的憎水性沿伞面分布不均匀，典型的现场复合绝缘子憎水性分布不均匀的图片如 图2 一l o 所示；在对同一基杆塔的三相绝缘子串进行憎水性测量时，由于受杆塔空间结构 的影响，被测伞裙的方位会有不同，从而导致了测量结果产生明显的差异。为了进一步 分析其原因，2 0 0 5 年9 月将计谢线5 3 # 和5 4 # 塔的左相复合绝缘子串摘下，运回北京试验 室进行综合分析。 2 4 小结 图2 1 0 现场复合绝缘子憎水性沿伞面分布不均匀的图片 通过对现场的复合绝缘子憎水性进行长期检测的结果，可以初步总结出现场复合绝 缘子憎水性的变化特性。 ( 1 ) 现场复合绝缘子在冬季气温较低时，憎水性会发生下降甚至丧失。 ( 2 ) 冬季过后，随着环境温度的升高，其憎水性会逐渐恢复，但是不同复合绝缘子 的憎水性恢复程度不一样。 ( 3 ) 现场复合绝缘子的憎水性可能会沿伞裙表面分布不均匀，这可能是由于绝缘子 所处环境主导风向或主要污源方向引起的。 华北电力大学硕士学位论文 第三章模拟试验平台复合绝缘子憎水性变化特性的试验研究 在现场检测复合绝缘子憎水性的同时，我们对实验室室外模拟试验平台上的复合绝 缘子试样的憎水性进行了较为系统的研究。研究内容包括复合绝缘子试样憎水性的长期 变化特性和典型气象条件下试样憎水性短期变化特性，同时结合憎水性现场检测试验的 结果，总结出了中国北方地区自然环境下的复合绝缘子憎水性的变化特性，并提出了现 场复合绝缘子憎水性变化的综合判断方法。 3 1 试验方法和内容 3 1 1 试样的选择 试验用试样包括运行绝缘子试样和新伞裙试样。运行绝缘子为来自不同运行环境的3 个生产厂家的产品，厂家名称用a 、b 和c 来代替。由于运行年限不详，本试验用出厂 日期至今的时间来代替。其参数如表3 - 1 所示。新伞裙来自2 个不同的厂家，厂家名称用 d 和e 代替。 表3 - 1 试验用复合绝缘子参数 试样 j 豕 运行年限年结构 伞径c m伞间距c m a l a 1 01 大伞2 小伞 1 3 5 1 1 l1 5 a 2 a 1 41 大伞2 小伞1 3 5 1 l 1 5 a 3a 1 6等径伞 1 1 55 a 4a1 6 1 大伞2 小伞 1 3 5 1 l1 5 b 1b 1 大伞1 小伞 1 5 1 01 0 c 1c5 1 大伞l 小伞 1 4 5 1 1 08 c 2c5 1 大伞1 小伞 1 4 5 1 08 c 3c5 1 大伞l 小伞 1 4 5 1 0 8 c 4 c 51 大伞l 小伞 1 4 5 1 1 08 3 1 2 试验内容 将上述试样置于室外试验平台上，然后定期检测其憎水性。试验内容包括： ( 1 ) 记录试验期间的气象信息( 包括温度、湿度、降水量、光照及风力等) ，并对 其变化过程进行统计。 ( 2 ) 分析典型气象条件下( 包括晴天和降雨) 复合绝缘子憎水性的短期变化特性。 ( 3 ) 分析自然环境下复合绝缘子憎水性的长期变化特性。 ( 4 ) 分析环境温度、湿度、降雨和光照等因素对复合绝缘子憎水性能的影响。 华北电力大学硕士学位论文 各试样于2 0 0 4 年1 0 月1 4 日置于室外试验平台，放置前，其憎水性等级均为h c l 3 级。对于运行绝缘子试样，其放置形式如图3 - 1 所示。这样放置的目的是使绝缘子试样的 一侧受光比另一侧受光充分。而伞裙试样则水平放置于可充分接受阳光的地方。 3 1 3 试验方法 多够 多 孓，绝缘亍 7 i地面低 图3 - l 试验平台上复合绝缘子放置方式 试验中憎水性测量采用h c 分级法。喷水装置为一手扣式喷雾器，将喷雾器喷头调 至可喷出细小的水珠。喷水方法为每秒喷水1 次，每次出水量约l m l ，喷2 5 次。由于现 场经常有风，故喷头距离试样表面的距离不固定，在1 0 - - 2 5 e m 的范围内变动。喷水后， 以最快的速度将伞裙表面的水分模式用数码摄像机以静像拍摄的模式记录下来。 室外试验平台上的复合绝缘子试样憎水性的长期变化情况每隔1 5 天进行测量，测量 时间选择在下午2 点，对复合绝缘子憎水性的测量包括对受光面和背光面的测量，测量 的伞裙为接地侧第2 伞和高压侧第2 伞。 对于短期变化情况，包括降水对复合绝缘子憎水性的影响和晴好天气下复合绝缘子 2 4 小时内的变化情况。在有雨的情况下，在雨前、雨中和雨后对复合绝缘予憎水性进行 测量。 3 2 试验结果分析 3 2 1 试验期间的天气变化情况 试验从2 0 0 5 年3 月6 日开始至今，试验期间需要对环境的天气情况进行记录，包括 温度、湿度、紫外线等级、风力等。试验期间的温度和湿度变化规律如图3 - 2 、3 - 3 所示， 图中的温度变化的趋势线是采用二次多项式回归的方法进行拟合的。 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 2 试验期间的温度变化趋势 雕嘲雕瓣羡崩l 鬣 f = 茚丽匿二= 甄匮习 图3 - 3 试验期间的湿度变化趋势 3 2 2 复合绝缘子试样憎水性长期变化特性 试验平台的复合绝缘子憎水性长期变化趋势如图3 4 3 9 所示。图中的趋势线是采用 多项式回归的方式进行拟合的，曲线上的数字r 2 是拟合相关系数，是用于评价所拟合的 回归方程的好坏程度，它的取值范围为肚1 之间。拟合相关系数越接近l ，表示回归曲线 与样本数据的相关度越好。 e _ 日孵 黼瓣瓣粼戮瓣瓣瓣辫撵l i | | 黼熏瓣l i 兰霆盏幽：兰霆盏幽z ：釜篓盔些：三霆篓盆塑l 图3 4 a i # 试样憎水性长期变化趋势 黼瓣溺襄鞴瓣骚囊瓣鞭瑟黼骚懿鞴囊 日精 广葡礴蒋霸两广i _ 勇嚼酥弼蕊f r 蔫鳓鞘搿赫r - 葺溅蕲鞠匿翥_ i ：篡曼爨篓l 戮骥鲤徽熬= = ：积隧照嬲燃嚏然蕺：萎溅薅爨赛睦萎爨觏：妻燃嫌黧嘲嬲嫩垂 图3 - 5a 3 埚式样憎水性长期变化趋势 鞭瓣瓣瓣戮瓣瓣瓣缀鬻戮瓣嚣黼糕 8 期 f 1 醪酮r 了鳓r _ 勘瓣广_ _ 1 瞬瓣r l ：= = 虽然壁垒嚣鑫黧= ：= 蔗然罂嬲i ：曼燃鲤l 黧漂k ：妻蠛日缝塑舾d 图3 - 6b i # 试样憎水性长期变化趋势 蘸瓣鬻瓣熊熏聪瑗溺瓣熏蒸l i 8 孵 匡瑟夏i 蚕霞蒸五要霖甄云盈豳 图3 7c 3 # 试样憎水性长期变化趋势 e 歪三受莛耍羽 图3 - 9e 伞裙试样憎水性长期变化趋势 从图3 4 3 - 9 可以得出，图中趋势线的拟合相关系数大都在0 9 以上，说明采用多项 l7 _ 华北电力大学硕士学位论文 式回归的方法得出的室外平台复合绝缘子试样的憎水性长期变化趋势是接近实际憎水性 的变化情况的。 通过对室外试验平台的复合绝缘子憎水性进行长期检测，可以得出以下规律： ( 1 ) 对于室外自然环境中的复合绝缘子，随着冬季气温的降低，憎水性会发生下降 甚至丧失；冬季过后，随着环境温度的升高，其憎水性会逐渐恢复。但不同的试样表现 出不同的憎水性恢复能力。 ( 2 ) 对于同一试样的同一伞裙体现为受光面的憎水性恢复速度快于背光面，显然充 分的太阳光照的照射有助于试样憎水性的恢复。 通过分析，本文认为形成以上规律的原因可能是： 冬季复合绝缘子憎水性下降或丧失的主要原因【2 6 , 2 7 1 分析如下：低温下，复合绝缘 子的表面自由能( 或者是吸附在复合绝缘子表面的污秽的表面自由能) 增加，从而导致 憎水性下降；运行中的复合绝缘子表面不断吸附污秽，在低温环