王永輝,黃艷麗,劉彥垓

(許繼集團 許繼電子有限公司,河南 許昌 461000)

基于動態(tài)水滴試驗的電力復合絕緣子憎水性研究

王永輝,黃艷麗,劉彥垓

(許繼集團 許繼電子有限公司,河南 許昌 461000)

利用動態(tài)水滴實驗對不同老化程度的硅橡膠絕緣子的憎水性進行了評估。針對電流信號包絡線的脈沖個數(shù)、均值、標準方差、峰度和偏度等 5個因素,對泄露電流進行了分析,找出了復合絕緣子表面憎水性與泄露電流之間的關系。結果表明,泄露電流的特性對復合絕緣子憎水性的變化很敏感。

復合絕緣子;憎水性;泄露電流

0 引 言

當前使用的復合絕緣子主要是硅橡膠合成絕緣子,硅橡膠復合絕緣子良好的耐污能力來源于其硅橡膠外絕緣良好的憎水性和獨特的憎水性遷移性。然而,運行經(jīng)驗也表明,運行中的復合絕緣子由于受污穢、潮濕、放電等因素的影響,其憎水性存在下降甚至喪失的可能。憎水性的嚴重下降將導致復合絕緣子污閃電壓的顯著下降,從而威脅系統(tǒng)的安全運行。因此,對復合絕緣子的憎水性能的檢測是十分必要的。

測量絕緣表面的憎水性有 3種方法：接觸角方法、表面張力法和表面噴水法。與接觸角法和表面張力法相比,表面噴水法操作簡單,對檢測裝備要求低,而且還可以檢測污染的絕緣表面。測量復合絕緣子憎水性的噴水分級法[1](hydrophobic class,HC)是由瑞典輸配電研究所 (the Swedish Transmission Research Institute,STRI)提出的。表面噴水法是按一定規(guī)范在絕緣表面噴水,在根據(jù)絕緣表面的水滴形狀和水滴分布情況把憎水性分為 HC1～HC7共 7個等級,HC1級和 HC7級分別對應憎水性最強和最差的狀態(tài)。該方法操作簡單,檢測時用普通噴壺對試品噴灑水霧,觀測水分在試驗品表面的分布情況,然后有人工通過與每一等級的典型圖的目測比較來確定憎水性等級。由于人的主觀性,這種目測鑒定的結果不可避免的會出現(xiàn)不一致[2]。為了彌補噴水分級法的不足,許多研究人員嘗試了應用數(shù)字圖像分析技術來判斷憎水性等級。文獻[3]嘗試通過計算絕緣子噴水圖像的灰度信息熵來表征憎水性等級;但是由于受到現(xiàn)場絕緣子表面污穢及周圍光源的不均勻性及不確定性等因素的影響,這種方法難以應用于實際[4]。文獻[5]則通過計算絕緣子噴水圖像中水珠的形狀因子來表征憎水性等級,但其只能對絕緣子表面的憎水性狀態(tài)進行定性描述,分級粗糙。國內(nèi)外的一些學者嘗試通過運用圖像分析的方法來客觀判斷絕緣子的憎水性,根據(jù)水珠圖像和水跡圖像的不同特點,采用不同的濾波方法處理水珠和水跡圖像,然后用基于熵的自動閥值法進行分割,最后,用二值形態(tài)重構運算提取主要區(qū)域。試驗表明,該算法適用性強,簡單,能較準確地實現(xiàn)憎水性圖像的分割[6]。但這些方法對于復合絕緣子憎水性等級判決效果并不好。

本文以動態(tài)水珠試驗中泄露電流為分析對象,在合理假設基礎上,重點討論了在復合絕緣子表面憎水性不同的情況下,泄露電流的脈沖個數(shù)、均值、方差、峰度、偏度等 5個因素所表現(xiàn)出來的不同特征。試驗表明,該方法能夠客觀、準確的區(qū)分出絕緣子表面的憎水性狀況,這就為憎水性等級評定的準確性提供了保證。

1 試驗安排

圖1所示為 3種不同老化程度的硅橡膠樣品,用靜態(tài)接觸角法來判斷它們的老化程度。圖 1(a)表示硅橡膠樣品憎水性良好;(b)表示硅橡膠樣品憎水性部分喪失;(c)表示硅橡膠樣品憎水性完全喪失。

圖1 實驗樣品Fig.1 Experimental samples

電路如圖 2所示,試驗樣品為硅橡膠,放在傾角為 60°的絕緣板上間隔50 mm的兩銅電極之間,電極模型為板—板型。樣品的尺寸為 80×40×5mm。水滴是導電率為 3±0.2ms/cm的NaCl溶液,NaCl溶液從上端高壓端沿樣品表面流下,流到下端低壓端并收集起來。在不施加電壓的情況下,滴水頻率約為 12±1滴/min。加壓前滴水5 min,然后開始加壓。通過變壓器把頻率為50 Hz的工頻交流電壓升至有效值為5 kV的電壓,將其通過一個15 kΩ的水泥保護電阻接至上高壓端電極,低壓端電極接測量電路 (采樣電路,采樣頻率為22 kHz)。同時通過示波器記錄水泥電阻兩端的電流波形,用高速相機拍下滴水和放電過程。

圖2 動態(tài)水滴試驗電路Fig.2 Dynam ic d roptest circuit

2 試驗結果及分析

泄露電流作為沿面放電和絕緣子絕緣性能的集中體現(xiàn),涵蓋了豐富的有關污閃形成過程的狀態(tài)信息[7]?？梢岳眠@些信息判斷絕緣子表面的憎水性狀況。泄露電流的包絡線,作為放電強度的體現(xiàn),相對電流波形,由于剔除了大量的污層電流值,而更能有效體現(xiàn)出沿面放電狀態(tài)。

3種憎水性不同的樣品表面泄露電流的包絡線如圖 3。以下所有波形圖均為一滴水滴落過程中泄露電流波形分析圖。

3種憎水性不同的樣品表面泄露電流的放電脈沖變化規(guī)律如圖 4。

由圖 4可知,在兩個水滴之間的放電過程中,不同憎水性樣品的放電脈沖個數(shù)不同,由圖知對任一給定閾值,憎水性好的樣品放電脈沖個數(shù)都是最少的,部分喪失的次之,憎水性喪失的放電脈沖個數(shù)最多。因此,從一定程度上講放電脈沖個數(shù)能夠反應出絕緣子表面的憎水性狀況。

3種憎水性不同的樣品表面泄露電流的均值化規(guī)律如圖 5。

由圖 5可知,在動態(tài)水滴實驗中,水滴滴下的瞬間出現(xiàn)放電,產(chǎn)生放電脈沖。由于樣品憎水性的不同,水滴滴下后到另一個水滴滴下前的時間里,憎水性良好的樣品不再出現(xiàn)放電脈沖,憎水性部分喪失的樣品表面會附著部分水滴,還會出現(xiàn)放電脈沖,憎水性喪失的樣品表面由于水膜的存在,還會多次出現(xiàn)放電脈沖,這些都會引起波形均值的變化。

3種憎水性不同的樣品表面泄露電流的均方差如圖 6。

由圖 6可知,3種不同樣品在水滴滴下的瞬間產(chǎn)生放電脈沖時(0.5 s之前的時間里)的均方差是不同的,憎水性喪失樣品的均方差要比前兩種樣品小,說明此時的電流接近工頻電流波形,即此時樣品表面呈現(xiàn)阻性。電流以阻性電流為主。

3種憎水性不同的樣品表面泄露電流的偏度如圖 7。

偏度是刻畫數(shù)據(jù)在均值兩側的對稱程度的參數(shù)。由圖 7可知,3種不同樣品在水滴滴下的瞬間產(chǎn)生放電脈沖時的偏度相差不大,因為此時都有放電脈沖,樣品表面呈阻性,所以偏度相差不大。到下一滴水滴滴下之前的時間里,老化程度不同樣品會出現(xiàn)次數(shù)不同的放電脈沖。老化越嚴重,放電次數(shù)越多,引起的偏度越大越密集。

3種憎水性不同的樣品表面泄露電流的峰度如圖 8。

峰度是刻畫數(shù)據(jù)在均值兩側的集中程度的參數(shù)。由圖 8可知,憎水性不同的樣品電流峰度值和密集度是不同的。憎水性越差,電流的峰度值和密集度越大。

3 結 論

(1)當水滴滴在樣品表面時候,會出現(xiàn)放電現(xiàn)象。隨著樣品憎水性的降低,會有部分水滴附著在樣品表面,導致更多的放電脈沖。

(2)憎水性不同絕緣子,其泄露電流的均值、均方差、偏度和峰度都不相同。因此,可以根據(jù)指標的不同,來判斷其對應絕緣子表面的憎水性狀況。

[1]Swedish Transm ition Research Institute.STRIguide 92-1hydrophobicity classfication guide[S].1992.

[2]彭克學,王泉德,王先培.基于表面噴水圖像分析的絕緣子表面憎水性檢測方法 [J].絕緣材料,2005,38(1)：47-51.

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Study on Hyd rophobicity of Composite Insulator Based on Dynamic DropTest

Wang Yonghui,Huang Yanli,Liu Yangai
(XJElectronic Co.,Ltd of XJGroupCorporation,Xuchang 461000,China)

Outdoor polymeric insulators are widely used in power system because of their superior hydrophobic.Due to the environmental influence,the chemical changesmay take placeand cause the loss ofhydrophobic,which will endanger the long-term performanceofoutdoor insulators in service.So,it is important to takeaccurateevaluation of the insulator hydrophobic.A dynamic droptest(DDT)was carried out to evaluate the hydrophobic properties for different ageing levels of silicone rubber insu lator.For the current signal envelope of the pu lse number,mean,standard deviation,kurtosis,and skewness of five factors,leakage currents were analyzed to identify the composite insulator surface hydrophobic and the leakage current relationship.The results showed that leakage current characteristics of composite insu lators is very sensitive to changes in hyd rophobicity.

polymeric insulator;hydrophobic;leakage current.

T M216

A

2010-01-20。

王永輝 (1972-),男,工程師,從事電力系統(tǒng)的檢測和設計,E-mail：yonghuiw@xjgc.com。

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