張國(guó)武，邵瑰瑋

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650000；2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢 430074)

相對(duì)濕度及鹽密對(duì)絕緣子泄漏電流的影響

張國(guó)武1，邵瑰瑋2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650000；2.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢 430074)

為研究環(huán)境相對(duì)濕度及鹽等值密度對(duì)絕緣子泄漏電流的影響，以XP-70絕緣子為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在人工霧室進(jìn)行大量的人工污穢試驗(yàn)。同時(shí)利用非線性回歸分析方法，分析了相對(duì)濕度及鹽密對(duì)污穢絕緣子泄漏電流最大值的影響。

泄漏電流，相對(duì)濕度，等值鹽密，污穢絕緣子

0 前言

污閃是危害電力系統(tǒng)安全的災(zāi)害性事故之一[1-4]，研究發(fā)現(xiàn)泄漏電流和污閃放電過(guò)程密切相關(guān)。通過(guò)研究輸電線路絕緣子串鹽密、相對(duì)濕度與泄漏電流的關(guān)系[5-6]，可以應(yīng)用于泄漏電流在線監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)鹽密報(bào)警或指導(dǎo)清掃，也可以應(yīng)用于飽和鹽密及帶電和不帶電絕緣子積污規(guī)律的研究。本文采用恒壓潔凈霧試驗(yàn)方法，在人工霧室環(huán)境下，通過(guò)人工污穢試驗(yàn)，分析了環(huán)境對(duì)絕緣子泄漏電流的影響。結(jié)果表明：泄漏電流和環(huán)境相對(duì)濕度、絕緣子表面鹽等值密度關(guān)系密切，灰密/環(huán)境溫度和泄漏電流相關(guān)性很弱，環(huán)境溫度主要通過(guò)影響相對(duì)濕度來(lái)間接影響泄漏電流。

1 試驗(yàn)原理及方法

1.1 試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)設(shè)備主要包括霧室及自動(dòng)加濕系統(tǒng)，試驗(yàn)電源及測(cè)量裝置。霧室的濕度采用超聲波霧化加濕機(jī)控制，全自動(dòng)控制，無(wú)需人值守。試驗(yàn)電源由200 kV/30 kVA交流試驗(yàn)變壓器提供。采用SGB-200 A數(shù)字高壓表測(cè)量絕緣子兩端電壓，泄漏電流由絕緣子泄漏電流測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量。本試驗(yàn)原理如圖1所示：其中Vr為調(diào)壓器，T為變壓器，Rp、R為保護(hù)電阻，G為保護(hù)球隙，K為人工氣候室，Vd為電容分壓器。試驗(yàn)設(shè)備主要包括人工霧室及自動(dòng)加濕系統(tǒng)，試驗(yàn)電源及測(cè)量裝置。

圖1 試驗(yàn)原理圖

1.2 試驗(yàn)方法

參照GB/T 4585-2004，本試驗(yàn)采用固體層法[7]，選用選用閃絡(luò)電壓最低的氯化鈉來(lái)模擬污穢物中的水溶性導(dǎo)電物質(zhì)，選用硅藻土混合物來(lái)模擬污穢物中不溶于水的固體物質(zhì)。模擬不同鹽密 (0.1 mg/cm2、0.2 mg/cm2、0.3 mg/cm2、0.4mg/cm2)、相對(duì)濕度 (自然濕度60%～75%、不飽和濕度75%～95%、飽和濕度95%以上持續(xù)加霧)條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)絕緣子串XP-70型絕緣子的泄漏電流進(jìn)行試驗(yàn)。

首先對(duì)清洗干凈的絕緣子進(jìn)行涂污，將絕緣子涂污后在室溫下存放兩個(gè)小時(shí)以上，待絕緣子表面污穢完全干燥。霧室加霧使霧室相對(duì)濕度保持在75%～95%，然后將試品放入霧室，保持霧室濕度，試品存放10小時(shí)以上，觀察絕緣子表面污穢的濕潤(rùn)情況。待絕緣子表面污穢濕潤(rùn)以后，電源升壓至運(yùn)行電壓27.2 kV，觀察絕緣子表面是否有放電現(xiàn)象，記錄泄漏電流最大值。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 相對(duì)濕度對(duì)泄漏電流的影響

在自然濕度 (60%～75%)、不飽和濕度(75%～95%)、飽和濕度 (95%以上持續(xù)加霧)下，鹽密為0.2 mg/cm2、灰密1.0 mg/cm2與鹽密為0.4 mg/cm2、灰密1.0 mg/cm2條件下，每種鹽密做5組進(jìn)行不同濕度下泄漏電流比較試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 相對(duì)濕度與泄漏電流最大值平均值關(guān)系圖

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，隨著相對(duì)濕度的增大，泄漏電流最大值基本上是隨著相對(duì)濕度的增大而增大，呈現(xiàn)非線性關(guān)系。當(dāng)相對(duì)濕度較小時(shí) (小于50%)時(shí)，泄漏電流最大值很小，幾乎接近于0；在相對(duì)濕度為60%～75%時(shí)，泄漏電流最大值維持在一很小的數(shù)值附近；隨著相對(duì)濕度的增加，泄漏電流逐步增大，當(dāng)濕度接近飽和時(shí)，泄漏電流的增大速度明顯加快，呈現(xiàn)非線性變化。當(dāng)泄漏電流超過(guò)1 A，鹽密高的曲線增加更快，閃絡(luò)發(fā)生的概率大大增加，很容易發(fā)生閃絡(luò)事故，如圖3所示。

圖3 飽和濕度下絕緣子發(fā)生閃絡(luò)前夕泄漏電流波形

2.2 鹽等值密度對(duì)泄漏電流的影響

在不飽和濕度 (75%～95%)，對(duì)鹽密為0.1 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2；鹽密 0.2 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2；鹽密 0.3 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2與鹽密為0.4 mg/cm2、灰密1.0 mg/cm2四種不同鹽密值條件下進(jìn)行試驗(yàn)，每種鹽密做5組，當(dāng)結(jié)果離散型較大時(shí)適當(dāng)加組。試驗(yàn)時(shí)，從低鹽密值開(kāi)始做起，如果發(fā)生閃絡(luò)，將不再做更高鹽密值的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

圖4 鹽密與泄漏電流最大值平均值關(guān)系圖

根據(jù)本節(jié)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在不飽和濕度情況下，泄漏電流隨絕緣子表面污穢的鹽密值增大而增大，各種鹽密均放電現(xiàn)象穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)有閃絡(luò)的跡象。泄漏電流的最大值大部分發(fā)生在試驗(yàn)開(kāi)始的1分鐘以內(nèi)，其余組的泄漏電流最大值也發(fā)生在試驗(yàn)開(kāi)始的前幾分鐘，這是因?yàn)樵嚻吩谙鄬?duì)濕度95%的條件下存放十小時(shí)以上，使得絕緣子表面污穢得到充分濕潤(rùn)，便于產(chǎn)生局部放電，所以泄漏電流最大值出現(xiàn)在試驗(yàn)剛開(kāi)始的階段。隨著試驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)，放電電弧產(chǎn)生的大量熱量使得絕緣子表面濕潤(rùn)的污穢物被燒干，而此時(shí)的霧室濕度又不能保證在放電發(fā)生時(shí)持續(xù)保證絕緣子表面的濕潤(rùn)狀態(tài)，從而放電電弧熄滅后無(wú)法重燃，放電現(xiàn)象減弱，泄漏電流變小，如下圖所示。

圖5 不飽和濕度下絕緣子泄漏電流波形

2.3 灰密對(duì)泄漏電流的影響

在不飽和濕度下，對(duì)鹽密為0.2 mg/cm2、灰密0.5 mg/cm2；鹽密0.2 mg/cm2、灰密1.0 mg/ cm2；鹽密0.2 mg/cm2、灰密1.5 mg/cm2與鹽密為0.2 mg/cm2、灰密2.0 mg/cm2四種不同灰密值條件下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)絕緣子串XP-70型絕緣子的泄漏電流進(jìn)行試驗(yàn)。

根據(jù)本節(jié)試驗(yàn)，當(dāng)鹽密值一定時(shí)，相對(duì)濕度較低時(shí)，當(dāng)灰密變化時(shí)，由于試驗(yàn)結(jié)果離散性很大，各數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化沒(méi)有明顯的趨勢(shì)，可以得知泄漏電流最大值從整體上看很集中，變化不是很明顯，呈略微的上升趨勢(shì)，灰密與其相關(guān)性不是很大。但當(dāng)相對(duì)濕度飽和時(shí)，泄漏電流逐漸增大，但仍為毫安級(jí)。

3 數(shù)據(jù)分析

本文利用非線性回歸方程對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，首先利用相對(duì)濕度與泄漏電流的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，得出回歸方程為：

式中Im為泄漏電流最大值，RH為環(huán)境相對(duì)濕度，α為常量，β為RH隨Im變化的速度。

考慮到鹽等值密度的影響，重建模型，將擬合曲線修正為：

在式 (2)中增加變量灰密 ρNSDD，建立模型，其關(guān)系式可修正為：

從初步數(shù)據(jù)來(lái)看，此擬合曲線比較接近實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但由于數(shù)據(jù)標(biāo)本不夠多，且部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)本存在誤差，因此需做進(jìn)一步大量實(shí)驗(yàn)來(lái)確定式 (3)中影響變量的參數(shù)具體數(shù)值大小。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要模擬3片XP-70絕緣子串在27.2 kV電壓下進(jìn)行不同相對(duì)濕度、鹽密及灰密下的絕緣子泄漏電流最大值試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

1)絕緣子串在相對(duì)濕度較小時(shí)，灰密對(duì)泄漏電流影響較小，兩者相關(guān)性很弱。當(dāng)相對(duì)濕度逐漸增大時(shí)，泄漏電流隨著灰密的增大而增大。

2)在相對(duì)濕度較低時(shí)，泄漏電流變化不是很明顯；當(dāng)相對(duì)濕度RH＞80%時(shí)，隨著相對(duì)濕度的增加，泄漏電流迅速增加而且表面電弧明顯出現(xiàn)；當(dāng)相對(duì)濕度RH趨于飽和時(shí)，泄漏電流最大值很大，超過(guò)1 A，很容易發(fā)生閃絡(luò)。

3)鹽密對(duì)泄漏電流影響較大，泄漏電流最大值隨鹽等值密度增加而增加，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

4)在人工污穢試驗(yàn)下3片絕緣子串泄漏電流隨環(huán)境相對(duì)濕度、鹽密、灰密關(guān)系式為：Im=

[1] 邵瑰瑋，蔡煒，胡建勛，等.人工污穢絕緣子泄漏電流、濕度、鹽密關(guān)系對(duì)比研究 [R].武漢，國(guó)網(wǎng)武漢電力科學(xué)研究院，2009.

[2] T.Suda.Frequency Characteristics of Leakage Current Waveforms of an Artificially Polluted Suspension Insulator[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，Tokyo，Japan，August 2001，Vol.8 No.4，PP704-709.

[3] H.Matsuo，T.Fujishima，T.Yamashita.Relation between Leakage Impedance and Equivalent Salt Deposit Density on an Insulator under a Saltwater Spray[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol.6 No.1，F(xiàn)ebruary 1999，pp177-182.

[4] 張仁豫.絕緣污穢放電 (第一版)[M].水利電力出版社，1994.

[5] 顧樂(lè)觀，孫才新.電力系統(tǒng)的污穢絕緣 (第一版)[M].重慶大學(xué)出版社，1990.

[6] 孫才新，司馬文霞，舒立春.大氣環(huán)境與電氣外絕緣 [M] .中國(guó)電力出版社，2002.

[7] GB/T4585.2-91.交流系統(tǒng)用高壓絕緣子人工污穢試驗(yàn)方法固體層法 [S].北京：國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，1991.

Research on Influence of Environmental Relative Humidity and Salt Equivalent Insulator Surface Density on Leakage Current of Insulator

ZHANG Guowu1，SHAO Kuiwei2
(1.Kunming Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.Ltd.，Kunming 650000，China；2.State Grid Electric Power Research Institute，Wuhan 430074，China)

In order to analysis the environment RH and ESDD on the effects of insulator leakage current，we experimentally researched artificial pollution of single XP-70 insulator in the artificial fog chamber.Regression analysis was used to obtain an expression of relationship between environmental relative humidity(RH)，salt equivalent insulator surface density(ESDD)and insulator leakage current.

leakage current；RH；ESDD；contamination insulator

TM83

B

1006-7345(2015)06-0051-03

2015-06-29

張國(guó)武 (1986)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)工作 (e-mail)ceeezhang＠qq.com。

邵瑰瑋 (1974)，男，博士，高級(jí)工程師，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，從事高壓輸電技術(shù)研究工作 (e-mail)shaogw＠whvri.com。