张佰庆，郑秋玮，刘 洋，杨 帅，高 嵩，崔艳东，周文俊

（1.江苏省电力公司检修分公司，南京211102；2.武汉大学电气工程学院，武汉 430072；3.江苏省电力公司电力科学研究院，南京211103）

长棒形瓷绝缘子交流污闪特性的试验研究

张佰庆1，郑秋玮2，刘 洋3，杨 帅2，高 嵩3，崔艳东1，周文俊2

（1.江苏省电力公司检修分公司，南京211102；2.武汉大学电气工程学院，武汉 430072；3.江苏省电力公司电力科学研究院，南京211103）

为研究长棒形瓷绝缘子的污闪特性，指导线路绝缘配置与选型，采用交流人工污秽试验方法，研究了盐密、污秽不均匀度对单节长棒形瓷绝缘子交流污闪特性的影响，得到了长棒形瓷绝缘子的爬电距离有效系数。试验表明：长棒形瓷绝缘子污闪电压与盐密值之间满足负幂指数关系；长棒形瓷绝缘子表面污秽含量一定时，随着伞裙上下表面污秽不均匀度的增加，其污闪电压先增加后减小；绝缘子迎背风面不均匀积污时，其污闪电压高于均匀积污的情况。以双伞型瓷绝缘子串为基准时，灰密1.0 mg/cm2的长棒形瓷绝缘子的爬电距离有效系数为K1=0.611 6S-0.11。

长棒形瓷绝缘子；交流污闪特性；盐密；污秽不均匀度；爬电距离有效系数

0 引言

长棒形瓷绝缘子是一种特殊结构的输电线路绝缘子[1]，具有自洁性能好、爬电比距大、不可击穿性、无零值问题、机电性能好、免维护、使用寿命长等优点[2]。在我国江苏、湖北、安徽、浙江等地的220 kV、500 kV交流线路以及±500 kV直流线路中得到广泛使用[3]。近年来随着工业快速发展，环境污染日益严重[4]，长棒形瓷绝缘子也出现了多起严重污闪跳闸事故，例如江苏苏北地区，2011年春冬季发生了若干起长棒形瓷绝缘子污闪跳闸事故。但国内相关运维经验不足，同时由于环境巨大差异，国外运行方式并不完全适用，因此长棒形瓷绝缘子污闪特性研究十分必要。

目前长棒形瓷绝缘子的研究还不充分，清华大学王黎明教授等研究了长棒形悬式瓷绝缘子的机械特性，发现长棒形悬式瓷绝缘子可以应用在高压直流输电线路耐张串上[5]。华南理工大学阳林等在沙尘暴条件下进行了长棒形瓷绝缘子的风洞带电积污试验，发现与三伞型瓷绝缘子和复合绝缘子相比，长棒形瓷绝缘子具有最优良的空气动力学特性[6-8]。华南理工大学郝艳捧教授等研究了涂覆H-PRTV后长棒形瓷绝缘子的直流污闪特性，发现涂覆HPRTV后，其直流污闪电压明显提高，整个污秽闪络过程有延缓的趋势[9]。江苏电科院高嵩等通过人工污秽试验研究了长棒形瓷绝缘子的污闪特性和积污规律，发现长棒形瓷绝缘子交流污闪电压与串长呈线性关系，与等值盐密呈负幂指函数关系[10]。K.L.Chrzan等研究了不同伞形的棒形瓷绝缘子的污闪特性，发现阶梯式伞和大小伞明显好于等径伞和螺旋伞棒形瓷绝缘子，且以阶梯式伞最优[11]。德国Seifert研究小组通过人工污秽试验，发现长棒形瓷绝缘具有与盘形瓷绝缘子相近的直流污闪特性[12]。现有关于长棒形瓷绝缘子污闪特性的研究并不全面，特别是污秽不均匀度的影响和爬电距离有效系数研究较少。

为此本文采用交流人工污秽试验，研究分析盐密、污秽不均匀度（上下表面、迎背风面）对长棒形瓷绝缘子交流污闪特性的影响。同时对比单节长棒形瓷绝缘子和双伞型瓷绝缘子串的试验结果，计算长棒形瓷绝缘子的爬电距离有效系数。

1 试验条件与方法

1.1 试品

试品为无锡某公司生产的LP75/18+17/1500型长棒形瓷绝缘子（以下简称LP75）。该型号绝缘子的结构高度为1 500 mm，电弧距离1 455 mm，公称爬电距离5 000 mm，芯棒直径75 mm，大小伞裙的直径分别为215 mm和185 mm，单节绝缘子的重量为56 kg，绝缘子瓷表面积12 570 cm2，额定机械破坏负荷160 kN。用于对照的基准绝缘子采用是大连某厂生产的XWP2-160型双伞型瓷绝缘子（以下简称XWP2），单片绝缘子结构高度为155 mm，公称爬电距离450 mm，伞径为300 mm，绝缘子瓷表面积2 786 cm2，额定机械破坏负荷160 kN。为与单节长棒形瓷绝缘子形成对照，本文采用XWP2绝缘子7片串。试品绝缘子见图1。

图1 试品绝缘子Fig.1 Sample insulator

1.2 试验方法

交流人工污秽试验在江苏省电力科学研究院污秽试验室进行，雾室大小为17 m×15 m×15 m，试验电源为YDTW-2400/600工频试验变压器，其额定电压为600 kV。试验采用蒸汽雾，试品的污层电导率一般在起雾后20 min达到最大值，最大值湿度为99%，雾水量约为5 g/m3。电源与雾室参数满足标准要求[13]。电压测量采用有源数字式峰值电压表与电容分压器并联，试验接线原理图见图2。采用固体层法制作染污绝缘子[13]，人工污秽成分为NaCl和高岭土。试验时将试品先受潮后加压，采用均匀升压法测量绝缘子的平均闪络电压。

图2 试验接线原理图Fig.2 Test principle diagram

2 试验结果与分析

2.1 盐密的影响

保持灰密为1.0 mg/cm2，盐密分别取0.02 mg/cm2、0.05 mg/cm2、0.1 mg/cm2、0.2 mg/cm2、0.3 mg/cm2， 对不同盐密的长棒形瓷绝缘子和双伞型瓷绝缘子串进行污闪试验，试验结果如表1和图3所示。长棒形瓷绝缘子和双伞型瓷绝缘子串的污闪电压都随着盐密的增加而下降，两种绝缘子污闪电压与盐密值之间都满足负幂指数关系，分别表示为式（1）和式（2）。

式中：Uflp、Ufxwp分别为两种绝缘子的污闪电压，kV；S为盐密，mg/cm2。

根据式（1）和式（2），长棒形瓷绝缘子 LP75 和双伞型瓷绝缘子XWP2串的盐密对污闪电压影响的特征指数分别为0.34和0.23，长棒形瓷绝缘子LP75相比双伞型瓷绝缘子XWP2串，其影响特征指数较大，即随着污秽度的升高，长棒形瓷绝缘子的污闪电压下降更快。

表1 不同盐密下两种绝缘子的污闪试验结果Table 1 Pollution flashover test results of two kinds of insulator of different SDD

图3 不同盐密下两种绝缘子的污闪电压拟合曲线Fig.3 Pollution flashover voltage curve of two kinds of insulator of different SDD

2.2 污秽不均匀度的影响

2.2.1 上下表面不均匀污秽的影响

取长棒形瓷绝缘子的平均盐密为0.1 mg/cm2，灰密为1.0 mg/cm2，伞裙上下表面污秽比分别按1∶1，1∶2，1∶3，1∶5 的比值进行涂污并试验，结果如表2所示。当长棒形瓷绝缘子表面污秽含量一定时，随着伞裙上下表面污秽不均匀度的增加，其污闪电压先增加后减小。相对于污秽均匀分布的情况，当绝缘子上、下表面污秽不均匀比例不太大时，其污闪电压有一定比例的升高。上下表面污秽比1∶2时比均匀污秽升高了4.29%，1∶3时升高了13.2%。但是当上、下表面污秽不均匀比例进一步加大时，污闪电压反而降低，且低于污秽均匀分布的情况，上下表面污秽比1∶5的污闪电压比均匀污秽情况降低了2.91%。

表2 上下表面不同污秽比绝缘子的污闪试验结果Table 2 Pollution flashover test results of unevenness of contaminants of top and bottom surface of insulator

2.2.2 迎背风面不均匀污秽的影响

对绝缘子进行迎背风面不均匀涂污，将单节长棒形瓷绝缘子沿径向分成两部分，污秽程度较轻的一半模拟绝缘子的迎风面，污秽程度较重的一半模拟绝缘子的背风面，如图4所示。取长棒形瓷绝缘子的平均盐密为0.1 mg/cm2，灰密为1.0 mg/cm2，迎背风面污秽比分别按 1∶1，1∶3，1∶5 的比值进行涂污并试验，结果见表3。绝缘子迎背风面不均匀积污时，其污闪电压高于均匀积污的情况。1∶3污秽比时，其污闪电压比均匀污秽情形高11.57%；1∶5污秽比时，其污闪电压比均匀污秽情形高3.85%。

图4 迎背风面不均匀涂污示意图Fig.4 Schematic diagram of unevenness of contaminants of windward and lee side of insulator

表3 迎背风面不同污秽比绝缘子的污闪试验结果Table 3 Pollution flashover test results of unevenness of contaminants of windward and lee side of insulator

迎、背风面不均匀积污的污闪过程相当于不同电导率污层表面电阻的并联，迎风面的表面电导率较小，背风面的表面电导率较大。理论上电弧从表面电导率较大的背风面部分开始产生，电弧发展时会在伞裙间发生滑动，当移动到迎风面的部分，其表面电导率低于电弧产生的背风面，若电弧不足以继续维持，则会造成熄弧[14]，如此电弧的发展将受到迎、背风面不均匀积污情形的影响，会一定程度地提高污闪电压。

2.3 污闪试验现象

长棒形瓷绝缘子在加压后一般从靠近高压端的小伞裙处开始出现电弧，然后绝缘子其他地方的小伞裙附近也纷纷出现电弧；随着干带的形成，电弧逐渐减少并变成间歇性电弧，电弧一般在小伞裙附近，很少出现有电弧跨接两片大伞裙；经过一段时间的发展，整只绝缘子发生闪络。闪络后的绝缘子上，小伞裙的污秽几乎全部干燥，部分大伞裙上的污秽干燥，且干燥的大伞裙的位置没有固定规律，见图5。

图5 污闪试验后的长棒形瓷绝缘子Fig.5 Porcelain long rod insulator after pollution flashover tests

3 长棒形瓷绝缘子的爬电距离有效系数

爬电距离对污闪电压的影响比较明显，外形复杂的绝缘子的污闪电压与爬电距离之间可能是非线性关系，因此有效爬电距离La和爬电距离有效系数Kx能更好地指导线路绝缘配置与选型[15-16]。我国技术标准规定，线路防污设计时需采用有效爬电距离[17-18]。由于盐密对绝缘子污闪电压影响较大，爬电距离有效系数Kx的求取主要考虑不同盐密下的闪络电压梯度变化[19-20]。在相同人工污秽试验条件下，采用被试绝缘子和基准绝缘子的闪络电压梯度相比较的方法求Kx，即

式中：E0为基准绝缘子的闪络电压梯度，kV/cm；Ec为被试绝缘子的闪络电压梯度，kV/cm。

单节长棒形瓷绝缘子电弧距离1 455 mm、爬电距离5 000 mm，双伞型瓷绝缘子7片串总电弧距离1 085 mm、总爬电距离3 150 mm。将表1中的污闪电压分别按电弧距离和爬电距离区分，以电弧闪络梯度和爬电闪络梯度表示，得到不同盐密下两种绝缘子串的闪络梯度见表4，并绘制拟合曲线见图6。

表4 不同盐密下两种绝缘子串的闪络梯度Table 4 Flashover gradient of two kinds of insulator string of different SDD

图6 不同盐密下两种绝缘子串的闪络梯度拟合曲线Fig.6 Flashover gradient curve of two kinds of insulator string of different SDD

根据爬电闪络梯度拟合曲线，灰密为1.0 mg/cm2情况下，长棒形瓷绝缘子与双伞型瓷绝缘子串的爬电闪络梯度分别为

式中：ELP为长棒形瓷绝缘子爬电闪络梯度，kV/cm；EXWP为双伞型瓷绝缘子串的爬电闪络梯度，kV/cm；S为盐密，mg/cm2。

由式（4）和式（5）可得，以双伞型瓷绝缘子串为基准时，灰密为1.0 mg/cm2的长棒形瓷绝缘子的爬电距离有效系数为

4 结论

1）长棒形瓷绝缘子和双伞型瓷绝缘子串的污闪电压与盐密值之间都满足负幂指数关系，随着污秽度的增加，长棒形瓷绝缘子的污闪电压下降更快。

2）长棒形瓷绝缘子表面污秽含量一定时，随着伞裙上下表面污秽不均匀度的增加，其污闪电压先增加后减小；绝缘子迎背风面不均匀积污时，其污闪电压高于均匀积污的情况。

3）以双伞型（XWP2-160型）瓷绝缘子串为基准时，灰密为1.0 mg/cm2的长棒形瓷绝缘子（LP75/18+17/1500型）的爬电距离有效系数为K1=0.611 6S-0.11。

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Research on AC Pollution Flashover Performance Test of Porcelain Long Rod Insulators

ZHANG Baiqing1， ZHENG Qiuwei2， LIU Yang3， YANG Shuai2， GAO Song3，CUI Yandong1，ZHOU Wenjun2
（1.Jiangsu Electrical Power Company Maintenance Branch， Nanjing 211102， China； 2.School of Electrical Engineering，Wuhan University， Wuhan 430072， China； 3.Jiangsu Electrical Power Research Institute， Nanjing 211103， China）

In order to study the pollution flashover performance of porcelain long rod insulator，and guide insulation configuration and selection of transmission line.Based on AC artificial pollution tests，the influences of SDD and unevenness of contaminants on AC pollution flashover performance of porcelain long rod insulator are studied and creepage distance effective coefficient of porcelain long rod insulator is obtained.Test results show that the pollution flashover voltage of porcelain long rod insulator has a negative power function relationship with SDD.When the surface contaminants of porcelain long rod insulator are certain，with the increase of contaminants unevenness on top and bottom surface of sheds，the pollution flashover voltage increases first and then decreases.When contaminants unevenness of windward and lee side of insulator The pollution flashover voltage is higher than the case of contaminants evenness.If double sheds porcelain insulator is taken as standard insulator， when， the creepage distance effective coefficient of porcelain long rod insulator with NSDD of 1.0 mg/cm2is K1=0.611 6 S-0.11.

porcelain long rod insulator； AC pollution flashover performance； SDD； contaminants unevenness；creepage distance effective coefficient

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.02.025

2015-12-22

张佰庆 （1978—），男，高级工程师，长期从事输变电运行维护及检修管理工作。