李 红，邢艳荣，符亚杰

（乌海职业技术学院，内蒙古 乌海 016000）

染污状态下典型伞形结构支柱绝缘子的闪络特性对比

李 红，邢艳荣，符亚杰

（乌海职业技术学院，内蒙古 乌海 016000）

支柱绝缘子作为换流站必不可少的绝缘配件，研究其外绝缘性能有重要意义。为进一步研究支柱绝缘子的闪络特性，以三种典型伞形结构的支柱绝缘子为对象，通过改变盐密和灰密，开展了大量的人工污秽试验，分析了绝缘子的污闪特性以及闪络梯度差异，研究结果表明：盐灰密对绝缘子闪络特性均有影响，对于本文三种支柱绝缘子，盐密影响特征指数在0.20～0.24之间，灰密影响特征指数在0.11～0.15之间；支柱绝缘子的闪络梯度值与其结构型式、ESDD和NSDD等有关，在相同污秽条件下，伞间距较大的Type A型支柱绝缘子泄漏距离使用率最高；在同等结构长度下，伞径较大的Type C支柱绝缘子具有最好的耐污性能。

支柱绝缘子；闪络；伞形结构；污秽；闪络梯度

0 引言

随着“西电东送”战略的进一步发展，目前已有多条特高压输电线路投入运营，其余各地区的特高压直流工程正在实施中，我国的高压输电技术以及输电装备以及走在世界前列。经济建设在快速发展，大气污染也在加剧，输电走廊跨度的扩大将使变电站选址不可避免地穿越高海拔、重污秽等复杂环境地区，使得外绝缘问题变得十分突出，这成为制约特高压电网发展的瓶颈[1-4]。

合理选择变电站站外绝缘是建设特高压输电工程关键问题之一。变电站站绝缘子的选择主要由运行电压下的电气特性确定，为避免较多的外绝缘事故，变电站地址往往尽可能选择轻污秽地区，其户外场的外绝缘配置可选择伞形较好的支柱绝缘子、采用复合材料支柱绝缘子。

不同伞形结构绝缘子的污闪特性有较大差别，大量针对悬式绝缘子的研究表明：绝缘子的有效爬电系数与其型式，玻璃钟罩型绝缘子较好的利用了其爬电距离，而双伞型瓷绝缘子的有效爬电系数最低；三伞型绝缘子和玻璃绝缘子具有较高的闪络电压；不同绝缘子的有效爬电系数与其结构型式和材质有关，玻璃绝缘子的有效爬电系数高于瓷绝缘子，且玻璃绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而增加，而瓷绝缘子的有效爬电系数随污秽程度的增加而减小[5-8]。

随着电压等级的增加以及大气污染的加重，电站支柱绝缘子仍存在一定的污闪风险。然而目前对于支柱绝缘子污闪特性的研究仍然有限，现有报道少有对盐密、灰密以及伞形结构等参数进行综合考虑，使得目前变电站绝缘子的选择缺乏系统的理论支撑。本文以三种典型的瓷支柱绝缘子为对象，开展了其在不同污秽程度下的闪络特性试验。并系统分析了他们的闪络特性。研究结果对外绝缘配置以及防污闪措施的选择有一定的指导意义。

1 人工污秽试验

1.1 试验介绍

为评估外绝缘设备的耐污性能以及评价防污闪技术措施，目前比较有效也是最基本的检测手段就是进行污秽试验。污秽试验分为人工污秽试验和自然污秽试验，人工污秽试验是用人工的方法对绝缘子进行染污，然后在人工雾室中施加一定的电压所进行的试验；自然污秽试验是指绝缘子在自然环境下染污，用自然积污的绝缘子作试品所进行的试验。由于人工污秽试验可以在短时间内获得大量与自然污秽试验基本等价的数据，因而被广泛应用。人工污秽试验方法及设备要求具备三方面的性能：等价性、重复性和再现性以及简便性[9]。

1.2 试品

试验采用了三种典型支柱绝缘子为试品，以便使试验具有对比性和参考性，三种支柱绝缘子的基本技术参数和结构形状分别如表1和图1所示，其中Type A为伞间距较大的单一伞形绝缘子，Type B为大小伞型支柱绝缘子，Type C为一大两小伞型绝缘子。表中：H为结构高度，D为最大伞裙直径，L为爬电距离，单位均为mm。

表1 支柱绝缘子主要参数Table.1 Structure parameters of the post insulators

1.3 试验过程

在支柱绝缘子的污闪特性试验中，采用固体层法中的均匀涂刷法，用NaCl模拟导电物质，硅藻土模拟不导电物质。由于各变电站支柱绝缘子的等值盐密多在0.05～0.35之间，灰盐比也多在3～6之间，因此分别进行了支柱绝缘子在灰盐比为3和6时，ESDD＝0.08、0.15、0.2 和 0.3 mg/cm2时的污闪试验。

试验时先采用蒸汽雾使试品得到充分湿润。加压时采用均匀升压法对试品绝缘子施加电压进行闪络试验，每种污秽下选择3～5支试品，每支试品闪络4～5次，取其中与平均值误差低于8%的试验结果作为污闪电压Uf，即：

式中：Uf为绝缘子的平均污闪电压，kV；Ui为第i次污闪电压，kV；N为试验次数；σ%为试验结果的相对标准偏差。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

对不同型式支柱绝缘子进行污秽试验所得数据如表2所示。

由表2可以看出：

1）所有试验结果的相对标准偏差均在7%以内，表明采用本文的试验方法所得的支柱绝缘子污秽闪络特性具有较小的分散性。

2）随着盐密的增加，支柱绝缘子交流污闪电压均降低，例如NSDD为0.9 mg/cm2，SDD为0.15 mg/cm2时，Type A、Type B和Type C的交流污闪电压分别为 68.2 kV、80.7 kV和 99.0 kV，而 NSDD为0.9 mg/cm2，ESDD 为 0.30 mg/cm2时，Type A、Type B和Type C的交流污闪电压分别为55.3 kV、66.2 kV和86.0 kV，即与SDD为0.15 mg/cm2相比，Type A、Type B和Type C的交流污闪电压百分比分别下降了18.5%、17.9%和12.7%。

表2 不同型式支柱绝缘子交流污闪电压Table.2 Test results of flashover voltage of different types of insulators under pollution

3）灰密对所试验的支柱绝缘子污闪电压均有影响，且随着灰密的增加，支柱绝缘子交流污闪电压均降低，例如ESDD为0.08 mg/cm2时，NSDD分别为0.24、0.48 mg/cm2时，Type A的交流污闪电压分别为 94.5 kV、86.9 kV，即与 NSDD为 0.24 mg/cm2相比，NSDD为0.48 mg/cm2时Type A的交流污闪电压百分比下降了7.8%。

4）支柱绝缘子结构差异对污闪电压有影响，例如SDD 为 0.15mg/cm2、NSDD 为 0.45 mg/cm2时，Type A、Type B和Type C的交流污闪电压分别为76.1 kV、84.5 kV和105.4 kV，即在相同污秽条件下，C型支柱绝缘子具有最高闪络电压，B型支柱绝缘子次之，A型支柱绝缘子闪络电压最低。

2.2 盐灰密对支柱绝缘子闪络特性的影响

大量文献[10-12]研究结果表明，对于瓷、玻璃绝缘子，其交流污闪电压与ESDD和NSDD满足下列关系

式（5）中：A为与绝缘子结构、型式、电压类型等有关的常数，ESDD为附盐密度，NSDD为灰密，a为污秽影响特征指数，b为灰密影响特征指数，a、b值均与绝缘子结构、型式、电压类型等有关。

对表2结果采用数学方法并按式（3）进行拟合得三种支柱绝缘子的污闪电压与ESDD和NSDD之间关系如图1所示，具体表达式如（4）所示：

图1 支柱绝缘子污闪电压与盐密、灰密之间关系Fig.1 Relationships of flashover voltage with ESDD and NSDD

根据公式（4）的计算结果可得各种污秽情况下计算值（U*f）与试验值的偏差ΔU，如表3所示。

表3 考虑ESDD与NSDD时不同污秽下支柱绝缘子的ΔU%Table.3 ΔU%of different samples calculated by ESDD and NSDD

由公式（4）和表3结果可知：

1）利用公式（4）计算所得的支柱绝缘子交流污闪电压值与实测值的相对误差在±5%以内，这表明支柱绝缘子污闪电压与ESDD和NSDD同样满足负幂指数函数关系。

2）ESDD对不同型式绝缘子交流污闪电压的影响程度有差异，所试验的Type A、Type B、Type C不同型式支柱绝缘子中，其a值分别为0.24、0.22和0.21，即Type A型支柱绝缘子闪络电压受ESDD的影响最大。

3）NSDD对不同型式绝缘子交流污闪电压的影响程度有差异，所试验的3种不同型式支柱绝缘子中，其b值分别其b值分别为0.15、0.13和0.11，即Type A型支柱绝缘子闪络电压受NSDD的影响最大。

2.3 不同伞形支柱绝缘子闪络梯度对比

闪络梯度可以反应不同伞形结构绝缘子的爬电距离利用性能以及耐污特性。定义支柱绝缘子爬电距离闪络梯度（EL）为污闪电压Uf与爬电距离L之比，即EL＝Uf/L，支柱绝缘子结构高度闪络梯度（EH）为污闪电压 Uf与高度 H 之比，即 EH＝Uf/H，根据试验结果和表1支柱绝缘子的基本技术参数，可以得到不同型式支柱绝缘子的爬电闪络梯度、结构高度闪络梯度如表4所示。

表4 不同型式支柱绝缘子电压梯度Table.4 Results of the flashover voltage gradient of different shed type post insulators （kV/cm）

由表4可知：

1）所试验的3种不同伞形支柱绝缘子的爬电距离闪络梯度值在0.21～0.51 kV/cm之间，结构高度闪络梯度值在0.39～1.03 kV/cm之间，且数值均与其结构型式、ESDD和NSDD等有关。

2）不同型式支柱绝缘子的闪络梯度是不同的。在相同污秽条件下，Type A具有最大爬电距离闪络梯度，且污秽度越低，Type A绝缘子的高爬电距离闪络梯度体现地越明显。在轻污秽地区，建议使用伞间距较大的Type A型支柱绝缘子以提高泄漏距离利用率，避免伞裙之间被电弧短接而照成的爬电距离浪费。

3）不同型式支柱绝缘子的结构高度闪络梯度是不同的，在相同污秽条件下，Type C具有最大结构高度闪络梯度，Type C支柱绝缘子具有最好的耐污性能，其运用在污秽度较高的地区可以达到良好的防污闪效果。

3 结论

1）文中试验的三种典型支柱绝缘子，盐密影响指数a值在0.21-0.24，灰密影响指数b值在0.11-0.15之间，Type A单一伞型支柱绝缘子闪络电压受ESDD和NSDD的影响最大。

2）支柱绝缘子的闪络梯度数值均与其结构型式、ESDD和NSDD等有关，在相同污秽条件下，伞间距较大的Type A具有最大爬电闪络梯度，伞径较大的大小伞Type C具有最大结构高度闪络梯度。

3）在轻污秽地区，建议使用伞间距较大的单一伞形支柱绝缘子以提高爬电利用率，避免伞裙之间被电弧短接而照成的绝缘浪费；而在污秽度较重的地区，建议使用伞径较大的一大两小伞型支柱绝缘子来达到良好的耐污效果。

[1]李恒真，刘刚，李立浧.绝缘子表面自然污秽成分分析及其研究展望[J].中国电机工程学报，2011，31（16）：128-137.LI Hengzhen，LIU Gang，LI Licheng.Study status and prospect of natural contamination component on insulator surface[J].Proceedings of me CSEE，2011，31（16）：128-137.

[2]魏旭，周志成，赵晨龙，等.可溶盐成分对绝缘子表面污秽度评估的影响[J].高电压技术，2013，39（12）：3109-3115.WEI Xu，ZHOU Zhicheng，ZHAO Chenlong，et al.Effect of soluble salt composition on contamination degree of insulator surface[J].High Voltage Engineering，2013，39 （12）：3109-3115.

[3]ZHANG Zhijin，HUANG Haizhou.Analysis of the pollution accumulation and flashover characteristics of field aged 110 kV composite insulators[C].International conference in Electrical Insulation Conference，Annapolis，Maryland，5 to 8 June 2011：120-124.

[4]高海峰，樊灵孟，李庆峰，等.±500 kV高肇直流线路绝缘子积污特性对比分析[J].高电压技术，2010，36（3）：672-677.GAO Haifeng，FAN Lingmeng，LI Qingfeng，et al.Comparative analysis on pollution deposited performances of insu-lators on the±500 kV Gao-Zhao DC transmission line[J].High Voltage Engineering，2010，36（3）：672-677.

[5]黄欢，蒋兴良，罗利云，等.超、特高压直流线路瓷和玻璃绝缘子污闪特性研究[J].高压电器，2008，44（5）：424-427.HUANG Huan，JIANG Xingliang，LUO Liyun，et al.Study on the pollution flashover performance of porcelain and glass insulators used in EHV and UHV DC lines[J].2008，44（5）：424-427.

[6]舒立春，冉启鹏.瓷和玻璃绝缘子人工污秽交流闪络特性比较[J].高电压技术，2007，33（3）：9-13.SHU Lichun，RAN Qipeng.Comparison of the artificial ac flashover performance of porcelain and glass insulators[J].High Voltage Engineering，2007，33（3）：9-13.

[7]李明翔.高速动车组车顶绝缘子积污特性与电场分布研究[D].成都：西南交通大学，2013.

[8]YE H，ZHANG J，JI Y，et al.Contamination accumulation and withstand voltage characteristics of various types of insulators[C].IEEE 7th Intern.Conf.Properties and Applications of Dielectric Materials （ICPADM），Nagoya，Japan，2003：1019-1023.

[9]ZEDAN F M，AKABAR M A.Performance of HV transmission line insulators in desert conditions.IV：study of insulators at a semicoast site in the eastern region of Saudi Arabia[J].IEEE Trans on Power Delivery，1991，6 （1）：439-447.

[10]张仁豫.绝缘污秽放电，北京：水利电力出版社，第一版，1994.

[11]梁曦东，陈昌渔，周远翔.高电压工程，北京：清华大学出版社，第一版，2003.

[12]邱志贤.关于高压绝缘子交流人工和自然污秽闪络电压的分散性[J].电瓷避雷器，2007（5）：1-5.QIU Zhixian.Dispersion of A.C.artificial and natural pollution flashover voltage of high voltage insulators[J].Insulators and Surge Attesters，2007（5）：1-5.

Comparison of Flashover Performances of Typical Types Post Insulators under Pollution Conditions

LI Hong，XING Yanrong，FU Yajie
（Wuhai Vocational&Technical College，Wuhai 016000，China ）

Post insulators are the indispensable equipment in converter stations and it is significant to research their insulation property.In order to further study the flashover performance of post insulators，three typical types of post insulators are taken as the sample，and then plenty of artificial tests are carried out by changing the equivalent salt deposit density （ESDD）and non-soluble deposit density （NSDD）.Basing on the test data，the difference of flashover performance and flashover gradient of the samples are analyzed.Research results indicate that，ESDD and NSDD have effects on the flashover performance，and the ESDD influencing characteristic is within 0.20～0.24 while the NSDD influencing characteristic is within 0.11～0.15.The flashover gradient of the samples changes with the shed type，ESDD and NSDD values.Under the same pollution condition，the insulator creepage utilization ratio of type A insulator which owns larger shed distance is the highest.Under the same structure height，the type C insulator which has larger shed diameter possesses better anti-pollution property.Research results have some guiding significance for the outdoor insulation selection and antipollution measurements.

post insulator;flashover;shed type;pollution;flashover gradient

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.01.031

2015-09-06

李红 （1982—），女，讲师，主要研究方向:电气工程。