珠三角地区架空线路绝缘子的自然积污特性

1、高电压技术 第36卷第11期2010年11月30日H igh Voltage En gineering,Vol.36,No.11,November 30,2010珠三角地区架空线路绝缘子的自然积污特性詹清华1,2,阮江军1,钟连宏3(1.武汉大学电气工程学院,武汉430072;2.广东电网公司佛山供电局,佛山528000;3.广东电网公司,广州510600摘 要:绝缘子自然积污特性研究对架空输电线路的外绝缘配置具有重要意义。在一条架空输电线路上安装不同伞形、材质的绝缘子串,测量绝缘子的等值附盐密度(ESDD和附灰密度(NSDD,分析比较绝缘子自然积污受各种因素的影响程度。研究表明:降雨、风速对

2、绝缘子表面积污有很大影响;绝缘子带电积污量远大于不带电积污量;外伞形绝缘子自洁性能较好,钟罩形次之,深棱形最差;结构高度高的绝缘子,自然积污相对较低;相同条件下,瓷质绝缘子自然积污比玻璃绝缘子低;附灰密度与等值附盐密度具有普遍的正相关趋势。关键词:架空输电线路;绝缘子;伞形;自然积污;等值附盐密度;附灰密度中图分类号:T M 855文献标志码:A 文章编号:1003 6520(201011 2662 06基金资助项目:广东电网公司科技项目(J A22200423。Project Supported by Science and Technology Project of Guang dong

3、Power Grid Corporation (JA22200423.Natural Contamination of Pearl River Delta Region OverheadTransmission Line InsulatorsZH AN Qing hua 1,2,RU AN Jiang jun 1,ZH ONG Lian hong3(1.School of Electrical Eng ineer ing,Wuhan U niv ersity,Wuhan 430072,China;2.Foshan Po w er Supply Bur eau,Guang dong Pow er

4、 Grid Corporation,Foshan 528000,China;3.Guang dong Pow er Grid Corporation,Guangzho u 510600,ChinaAbstract:T he nat ur al contamination of insulator is ver y impo rtant for t he ex ternal insulation determinat ion of ov er head transmission line.Differ ent ty pes (shed and materialo f insulator ar e

5、 insta lled on differ ent to wer s o f the same over head tr ansmissio n line.T he equiv alent salt deposit density (ESDDand no n so luble deposit densit y (N SDDo f insulat ors ar e measured,and the influent ial factor s of natural contaminatio n are ana lyzed by comparing the ESD D and N SD D data

6、.T he results indicate that:r ainfall,wind speed and shed have g reat influences on the natural con tamination on the insulat or surface.T he contaminatio n o f the char ged insulato rs is much higher than t ho se no t char ged insulators.T he o uter rib pro file shed ty pe insulato rs self cleaning

7、 pro per ties is better ,fo llo wed by the bell shaped,and the deep under r ib sheds ty pe insulato r is the wo rst.T he hig her the st ructur e heig ht is,the lo wer the nat ur al contamination will be.U nder the same conditio ns,the po rcelain insulators natural contaminatio n is lo w er than the

8、g lass insulat ors.NSDD and ESD D generally appear posit ive cor relation.Key words:over head transmission line;insulator ;shed pr ofile;nat ur al contamination;equiv alent salt deposit densi ty (ESDD;non soluble depo sit density (N SDD0 引言绝缘子积污特性研究可确定自然积污规律、积污的盐密、灰密,可指导污区划分、外绝缘的设计、运行和维护,是电力系统外绝缘研究的

9、一项基础性工作1 4。国内外很多学者开展了绝缘子自然积污研究,取得了一系列对外绝缘设计具有指导意义的研究成果。国外根据研究成果和运行经验建立起外绝缘选择标准,如IEC 608155。国内也开展了很多研究工作,文献6研究了降雨和风速等气象因素对输变电设备污闪的影响。文献7研究了电压、结构型式等因素对绝缘子积污量的影响,表明电压等级和绝缘子结构型式对积污量影响较大,风向对积污量影响较小。文献8研究表明普通型、双伞型和钟罩型绝缘子的自然积污量之比约为1:(0.30.5:(1.0 1.4。双悬垂串采用V 型或倒V 型布置可改善绝缘子积污特性。文献2开展了华东地区常用绝缘子的人工积污循环试验,获得了绝缘

10、子的长期积污特性。文献9将东莞分为山区、农业区、工业区、靠海区、居民区和高速公路6个区域,分析了这些区域绝缘子自然积污的盐密和灰密。表明工业区和高速公路区域的绝缘子积污高于其它区域。文献10对500kV 大房二回线连续4a 盐密测量结果进行统计分析,表明输电线2662路绝缘子的盐密值与连续积污时间不完全成正比。文献11总结了我国北方内陆地区3个直流自然积污试验站的试验结果,分析了盘形绝缘子和支柱绝缘子的直流自然积污特性及自清洗功能。文献12在自然污秽试验站研究了带直流电压运行2个积污季节的复合绝缘子的积污特性,分析了直流绝缘子的伞裙表面积污规律、降水对积污盐密和灰密的影响,表面污秽不均匀度、表

11、面灰盐比、盐密和灰密的直交比等。文献13在自然污秽试验站研究了交流与直流电压下复合绝缘子和XP 70、XWP 70型瓷绝缘子的积污特点及积污量关系。文献14在500 kV线路上选点对4种型号绝缘子组成的6种不同型式的绝缘子串,定时测量了其自然积污后的盐密增长率。文献15在自然污秽试验站进行了绝缘子带电和不带电积污的对比,表明带电绝缘子的积污程度是不带电的1.1倍。文献16 17针对云南 广东 800kV直流输电工程,在高海拔自然积污试验站对3种支柱、4种悬式绝缘子进行了直流自然污秽研究。经过3a的研究表明,确定了站址污秽等级,直流深棱型和大小伞型支柱绝缘子表面等值盐密可按交流普通型支柱绝缘子表

12、面等值盐密的1.5倍和2倍考虑,确定了直流深棱绝缘子带电与不带电的积污量(等值盐密和灰密比值。文献18研究了带电运行13a的三伞型和钟罩型直流线路绝缘子的自然积污特性。文献19对退运变电设备,有、无室温硫化硅橡胶(RT V涂料悬式绝缘子进行了自然积污研究。文献20研究表明地形地貌对绝缘子的自然积污量和污秽成分有很大的影响。从上述分析可见,目前国内研究的绝缘子类型还不够多,没有分析材质不同对积污的影响等。进一步进行绝缘子自然积污特性的试验研究,同时对瓷、玻璃的不同结构的多种绝缘子的积污特性和规律进行定量分析,对架空输电线路外绝缘配置、制定运行维护策略具有重要指导意义。本文分析材质、伞形、积污时间

13、、降雨等因素对绝缘子自然积污的影响,以准确掌握广东地区,尤其是珠江三角洲地区各种类型绝缘子在实际挂网运行中的自然积污特性,为线路清扫和外绝缘设计提供参考,同时也对其他地区线路的外绝缘设计具有直接的指导意义。1 自然积污特性研究内容和方法1.1 主要研究内容1在广东省佛山供电局220kV交流架空输电线路紫红乙线进行两年绝缘子带电和不带电自然积污试验,试验样品为12种不同材质、不同型号、不同表1 绝缘子型号和参数Tab.1 Types(shed and materialof insulators 类型序号绝缘子型号结构高度/mm爬距/mm伞形材质#1C A 872EX170545外伞形瓷质#2FC

14、 160PH155550外伞形玻璃#3TU210P/S CG170550外伞形玻璃#4CA 882E Z155450外伞形瓷质#5CA 894EY170570钟罩形瓷质#6FC 16P/155155450深棱形玻璃#7FC 12P/146146400深棱形玻璃#8TU160/WVLCG155450钟罩形玻璃#9CA 580EY155405标准形瓷质#10T U160/CG146400标准形玻璃#11FC 120/146146320标准形玻璃#12LP75/2412303175长棒形瓷质注:钟罩形绝缘子指绝缘件的最深棱是最外部的一个棱,外观如同罩子;深棱形绝缘子指绝缘件的最深棱不在最外部。悬挂方

15、式的带电42串630片和不带电6串60片绝缘子(型号、参数见表1,采用交叉悬挂的方式安装在12座杆塔上,每年取样测量积污物的盐密和灰密,完成绝缘子样本的积污数据分析。2进行盘型瓷质绝缘子(三伞、双伞、深棱、普通型、玻璃绝缘子(双伞、深棱、普通型、瓷质棒型悬式绝缘子的积污(等值附盐密度ESDD、附灰密度NSDD测量,分析不同伞形的积污情况。3结合气象资料,定性分析降雨量对不同绝缘子污秽附着特性的影响,总结绝缘子自然积污的季节特性。1.2 污秽度测量方法1.2.1 测量方法本文采用脱脂棉蘸适量去离子水(电导率<10 S/cm擦洗绝缘子的污秽,确保不占用过多的去离子水量,这样做不影响污秽溶液的

16、电导率。测定在绝缘子上表面和下表面分别进行,擦拭绝缘子表面的污秽物质,测定污秽物质溶液的电导率和温度,计算ESDD。过滤溶液,干燥后测量滤纸重量,计算NSDD。1去离子水(蒸馏水的用量一般去离子水(蒸馏水的用量可以按以下方法选择:方法1:对单片普通型悬式绝缘子,建议用水量取300mL。当被测绝缘子(包括悬式绝缘子及支柱绝缘子的单元裙段的表面积与普通型悬式绝缘子不同时,可根据面积大小按比例适当增减用水量,具体用水量如表2所示5。2663过电压与绝缘詹清华,阮江军,钟连宏.珠三角地区架空线路绝缘子的自然积污特性表2 蒸馏水量Tab.2 Quantity of distilled w ater面积/

17、cm2 1500150020002000250025003000水量/mL300400500600方法2:根据绝缘子表面积,按每cm2表面积用水0.2mL计算总用水量。2刷洗绝缘子表面污秽打开密封袋,取出1块合适大小的脱脂棉,擦拭绝缘子表面,直至绝缘子表面基本洁净;取出第2块合适大小的专用盐密取样巾,擦拭绝缘子,直至绝缘子表面完全洁净;将上述两块沾有绝缘子污秽的脱脂棉和取样巾放入准备好的去离子水中,充分搅拌,使污秽充分溶解在去离子水中,得到污秽溶液。将上述得到的悬浮污秽溶液充分搅拌均匀后,测其电导率 t(单位 S/cm和溶液温度t(单位 C。1.2.2 ESDD和NSDD的计算方法1ESDD根

18、据IEC60507 1991计算21。2NSDD的计算公式如下NSDD=(m2-m1/A。式中,m1为充分干燥后滤纸的质量,mg;m2为过滤污秽物质,干燥后的滤纸质量,m g;A为绝缘子的表面积,cm2。2 绝缘子自然积污的机理分析2.1 时间及降雨对自然积污的影响通过2007年220kV紫红乙线#20杆塔不带电积污的典型FC 120/146绝缘子的污秽度测量数据,2007年度月降雨量和月平均风速统计数据,分析降雨量、平均风速对ESDD和NSDD的影响。从图1、2可以看出,2007年月降雨集中在49月,月平均风速都比较小( 10m/s。结合图1、2,分析图3、4,可以看出,FC 120/146

19、绝缘子2007年中下表面的最大污秽度(ESDD和NSDD出现在3月份,4月份污秽度急剧降低,5月、6月继续降低,但降低的幅度不大,7月份有所升高,而8月份又降低,9、10月份污秽度逐渐上升, 10、11、12月份积污比较快,且下表面的积污速度大于上表面,上表面的最大污秽度出现在10月份,10月份后上表面的污秽度有所降低。结合2007年的月降雨量数据和曲线可以看出,绝缘子表面的积污趋势和降雨量趋势基本相反(参照图1,即降雨量大,绝缘子表面的污秽急剧降低,可见绝缘子表面的 自然积污情况受降雨量影响很大,且ESDD和NS图1 2007年月降雨量图Fig.1 Monthly rainf all map

20、 in2007图2 2007年月平均风速Fig.2 Monthly average wind speed in2007图3 FC 120/146绝缘子2007年ESDD月分布情况Fig.3 ESDD monthly distribution of FC 120/146insulators in2007DD受降雨量的影响有相同的趋势,但由两者曲线的斜率可以看出,绝缘子NSDD受降雨量的影响比ESDD稍微大些。初步分析认为线路所在的珠三角地区降雨中的酸雨较多,在雨水冲刷掉污秽颗粒的同时,也有酸性离子附着在绝缘子表面,从而导致N SDD受降雨量的影响大些。从平均ESDD和N SDD的曲线可以看出,1

21、2月份ESDD和NSDD都比1月份的大,上表面ESDD2664高电压技术2010,36(11 图4 F C 120/146绝缘子2007年NSDD 月分布情况Fig.4 NSDD monthly distribution of FC 120/146insulator in 2007和NSDD 分别减少了约33%和34%,而下表面ES DD 和NSDD 分别增加了约36%和92%,可见下表面积污较上表面严重,上表面的污秽受降雨影响严重,平均ESDD 和NSDD 分别增大约24%和75%,而NSDD 比ESDD 的增大趋势明显,可见如持续几年的气象条件基本相同,则平均ESDD 和NSDD 都会持续

22、增大,在足够长的积污与冲刷过程中,绝缘子表面将达到积污与冲刷的动态平衡,即绝缘子表面达到饱和积污22。结合图1、2,分析图3、4,可以看出降雨量对绝缘子表面自然污秽的积累具有较大的影响。如降雨量大,在雨水冲刷作用下,绝缘子表面的污秽将显著减少,不同型号(主要是伞形的影响比较大的绝缘子在同样的降雨量作用下所受的影响不同,一般12月份的污秽度比1月份的污秽度高,如在近似的气象条件下绝缘子将会持续积污,在一定长的时间内就会出现积污和冲刷的动态平衡,从而达到绝缘子表面的饱和积污。2.2 带电与不带电对自然积污的影响取悬挂不带电积污的FC 120/146绝缘子与对应位置的带电积污情况污秽度进行对比,如表

23、3所示。分析表3数据可见,绝缘子带电积污远大于不带电积污情况,上相带电积污的绝缘子上表面ES DD 、下表面ESDD,上表面NSDD 、下表面N SDD 分别约大92%,70%,93%,53%。中相带电积污的绝缘子上表面ESDD 、下表面ESDD,上表面NSDD 、下表面NSDD 分别约大370%,23%,160%,17%。即上表面ESDD 带电积污约为不带电情况的1.924.70倍,下表面ESDD 带电积污约为不带电情况的1.231.70倍。上表面N SDD 带电积污约为不带电情况的1.93 2.60倍,下表面NSDD 带电积污 约为不带电情况的1.171.53倍。图5 20072008年绝

24、缘子平均ESDD 排序Fig.5 Sequence of insulators average ESDDfrom 2007to 2008表3 FC 120/146绝缘子带电与不带电积污对比Tab.3 ESDD and NSDD comparisons of chargedand not charged FC 120/146insulators对比项ESDD /(mg cm-2上表面下表面 NSDD /(m g cm-2上表面下表面#20塔上相#36塔中相不带电0.01340.05960.04450.4328带电0.02570.10140.08570.6605增大值/%91.7970.1392.

25、5852.61不带电0.01260.06570.05870.3667带电0.05920.08060.15280.4280增大值/%369.8422.68160.3116.72注:增大值以不带电情况为基准。2.3 绝缘子伞形对自然积污的影响每一类型带电绝缘子悬挂在不同地点的3基杆塔上,每基杆塔各1串,每串为14片,每年取每串上中下3片绝缘子上下表面的盐密、灰密样本,因此,每年将获取每一类型绝缘子ESDD 、NSDD 数值各18个,对20072008年12种典型绝缘子的带电积污测量数据取平均值,并进行平均ESDD 、平均NS DD 的数值排序分析,如图5、6所示。根据20072008年各类绝缘子E

26、SDD 数据由高至低的排序,对应各型号绝缘子情况如表4所示。结合表4,分析图5曲线可见,通过交叉悬挂、在剔除个别异常数据的基础上,计算两年36个ES DD 数据的平均值,可认为12种绝缘子在相同的运行环境下,呈现出不同的积污特性。#6、#10、#11、#7、#9等结构高度较小、外形为深棱形、标准型绝缘子ESDD 处于高值区间,#8、#12、#3等结构高度较高、外形为钟罩形、外伞形绝缘子ESDD 处于中值区间,#5、#4、#2等结构高度较高、外形为钟罩形、外伞形绝缘子ESDD 处于低值区间,#1三伞外2665过电压与绝缘詹清华,阮江军,钟连宏.珠三角地区架空线路绝缘子的自然积污特性 图6 200

27、72008年绝缘子平均NSDD数据Fig.6 Insulators average NSDD from2007to2008表4 20072008年各类型绝缘子ESDD和NSDD平均值Tab.4 Average ESDD and NSDD of all types insulatorfrom2007to2008mg/cm2类型序号平均ESDD数据(从高到低排序平均NSDD数据#60.05730.2898#100.05610.2579#110.05530.2291#70.05100.2443#90.04360.1822#80.03670.1521#120.03510.0945#30.03000.0

28、975#50.02770.1403#40.02720.1104#20.02560.1248#10.01780.0748伞形、高结构高度、大爬距绝缘子ESDD最低,为#6的31%。通过对高值区间、中值区间、低值区间和# 1绝缘子的ESDD分别取平均值,得到3个区间ESDD的比例关系为3 0:2 0:1 5:1。通过比对相同结构高度、相同爬距的#6、#8、#4绝缘子,ESDD值最低的是外伞形,其次是钟罩形,最高为深棱形,ESDD比例关系约为2 1:1 4: 1 0;受结构高度影响,标准形绝缘子均比较高;相近结构参数的瓷质绝缘子ESDD值较玻璃绝缘子低。结合表4、图5,分析图6曲线可见,NSDD与E

29、SDD具有较大的正相关趋势;#12、#3、#1和#4、#2等瓷长棒、外伞形绝缘子NSDD处于低值区间, #9、#8、#5钟罩形、普通形绝缘子NSDD处于中值区间,#6、#10、#11、#7深棱形、普通形绝缘子NS DD处于高值区间。绝缘子表面的自然积污受伞形影响很大,自洁性能较好的是外伞形绝缘子,其次是钟罩形,最差为深棱形,受结构高度影响,标准形绝缘子自洁性能表现较差;较高结构高度的绝缘子,自然积污都比较低;在相同条件下,瓷质绝缘子自然积污比玻璃绝缘子低;NSDD与ESDD具有普遍的正相关趋势。3 结论通过不同类型绝缘子在不同状态下自然积污数据的对比,可以得出以下结论:a绝缘子自然积污量受降雨

30、量、月平均风速影响,尤其是降雨量的影响非常大,降雨量大,绝缘子表面污秽显著减少,其中伞面倾斜型和空气动力型的外伞形绝缘子表现较好。b可通过悬挂试验串乘以带电系数的方法推导绝缘子自然积污的真实状况,不同结构的绝缘子,带电积污系数差异较大,一般情况下,深棱型的带电系数大于浅棱型的;普通型绝缘子上表面ESDD带电积污约为不带电情况的1.924.70倍,下表面约为不带电情况的1.23 1.70倍。上表面NSDD带电积污约为不带电情况的1.932.60倍,下表面约为不带电情况的1.171 53倍。c绝缘子表面的自然积污受伞形影响很大,自洁性能较好的是外伞形绝缘子,其次是钟罩形,最差为深棱形;绝缘子表面的

31、自然积污受结构高度影响,较高结构高度的绝缘子,自然积污都比较低;ESDD 高值区间、中值区间、低值区间和#1绝缘子的ES DD的比例关系为3.0:2.0:1.5:1.0;相同结构高度的深棱形、钟罩形、外伞形ESDD比例关系约为2 1:1.4:1 0。d材质和串型对绝缘子的自然积污也有一定的影响,相同条件下,瓷质绝缘子自然积污比玻璃绝缘子低。eN SDD与ESDD具有普遍的正相关趋势。参考文献1关志成,刘瑛岩,周远翔,等.绝缘子及输变电设备外绝缘M.北京:清华大学出版社,2006.GU AN Zhi ch eng,LIU Ying yan,ZH OU Yuan xiang,et al.In su

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