劉志強(qiáng)，郝宇亮，申 萌，鐘 磊

強(qiáng)降雨對(duì)空心復(fù)合絕緣子操作沖擊閃絡(luò)特性的影響

劉志強(qiáng)，郝宇亮，申 萌，鐘 磊

（西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司，西安710077）

強(qiáng)降雨引起的電力系統(tǒng)閃絡(luò)事故越來(lái)越多，因此研究強(qiáng)降雨對(duì)電氣設(shè)備放電特性的影響顯得尤為重要。淋雨?duì)顟B(tài)主要由降雨強(qiáng)度、雨水電阻率等因素決定。選取252 kV空心復(fù)合絕緣子為樣品，通過(guò)建立模擬淋雨平臺(tái)，研究了空心復(fù)合絕緣子在不同淋雨?duì)顟B(tài)下的操作沖擊閃絡(luò)特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：空心復(fù)合絕緣子在不同雨量下的外絕緣由負(fù)極性操作波電壓來(lái)決定；隨著雨水電導(dǎo)率的增加，操作濕閃絡(luò)電壓不斷降低，雨水電導(dǎo)率大于1 000 μS/cm以后時(shí)，操作濕閃絡(luò)電壓降低程度較為平緩并呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢(shì)。

強(qiáng)降雨；空心絕緣子；操作沖擊；閃絡(luò)特性

0 引言

近年來(lái)異常極端的氣候事件增多，暴雨甚至大暴雨出現(xiàn)的次數(shù)增加。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明我國(guó)部分地區(qū)的瞬間降雨強(qiáng)度可達(dá)10 mm/min以上，雨水電導(dǎo)率可高達(dá)2 000 μS/cm[1]。在如此嚴(yán)酷的氣候條件下，電力公司關(guān)于雨閃事故的報(bào)道顯著增多，強(qiáng)降雨引發(fā)的閃絡(luò)事故已嚴(yán)重影響到電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

目前在進(jìn)行絕緣子的外絕緣設(shè)計(jì)時(shí)，一般不考慮強(qiáng)降雨情況對(duì)絕緣子外絕緣放電特性的影響。雖然高壓輸電設(shè)備已通過(guò)了型式試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)的多次考核，但國(guó)內(nèi)外不斷發(fā)生的雨閃事故表明，降雨尤其是暴雨、大暴雨等惡劣氣候條件對(duì)設(shè)備放電特性的影響十分嚴(yán)重。

筆者通過(guò)模擬強(qiáng)降雨氣候，對(duì)空心絕緣子沖擊閃絡(luò)特性進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。研究不同降雨強(qiáng)度、雨水電阻率、雨水溫度等因素對(duì)空心絕緣子沖擊閃絡(luò)特性的影響，得出不同降雨強(qiáng)度、不同雨水電阻率、不同雨水溫度下空心絕緣子的操作沖擊閃絡(luò)特性的變化規(guī)律。有關(guān)結(jié)論可為相關(guān)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)修訂提供依據(jù)[2-3]。

1 試驗(yàn)裝置、方法及試驗(yàn)布置

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)電源是由4 800 kV/480 kJ沖擊電壓發(fā)生器提供，試驗(yàn)原理接線圖見(jiàn)圖1。

圖1 沖擊電壓試驗(yàn)回路圖Fig.1 The circuit diagram of impulse voltage test

淋雨裝置采用升降式可行走結(jié)構(gòu)，為液壓升降，可依照不同試品移動(dòng)噴淋位置?？烧{(diào)整噴頭的出水方向和大小，降雨均勻系數(shù)K大于0.8。試驗(yàn)用雨水為添加一定量NaCl純凈水配配制而成。

試驗(yàn)淋雨強(qiáng)度的測(cè)量采用SRY-1型容柵式雨量計(jì)。雨水電導(dǎo)率測(cè)量使用CON510臺(tái)式電導(dǎo)率儀。大氣參數(shù)采用THP-2000溫濕度記錄儀。

1.2 試品的選擇與布置

復(fù)合空心絕緣子應(yīng)用于電氣領(lǐng)域已接近25年，它與瓷絕緣子相比具有優(yōu)異的防爆性，憎水性、耐污性能好，抗震性能好、重量輕、可靠性高、免維護(hù)、免清洗、交貨期短等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。筆者選擇252 kV復(fù)合空心絕緣子（寶塔形、爬電比距為3.1 cm/kV）進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)圖2。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

筆者按GB/T16927.1—2011規(guī)定的50%沖擊閃絡(luò)電壓程序求取50%閃絡(luò)電壓值。為了減少大氣條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，每一個(gè)狀態(tài)的試驗(yàn)全部都在同一天內(nèi)完成，文中的所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均按GB/T16927.1—2011修正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的值。

試驗(yàn)時(shí)，每隔（15～20）min測(cè)量一次降雨強(qiáng)度，確保其在有效范圍之內(nèi)。每個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行多次加壓，舍棄標(biāo)準(zhǔn)偏差大于3%的試驗(yàn)結(jié)果，最終確保有效的閃絡(luò)電壓至不少于30個(gè)[7-8]。

圖2 試品照片F(xiàn)ig.2 Photo of test object

2 強(qiáng)降雨下空心絕緣子操作沖擊放電特性

降雨?duì)顩r主要由降雨強(qiáng)度、雨水電導(dǎo)率兩個(gè)要素組成，筆者分別對(duì)這2個(gè)要素進(jìn)行單獨(dú)試驗(yàn)研究，即在研究一個(gè)要素時(shí)，另外一個(gè)要素保持不變。

2.1 降雨強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)中雨強(qiáng)參數(shù)的選取范圍為：大雨2 mm/min，暴雨4mm/min，大暴雨6mm/min，特大暴雨8mm/min，涵蓋從大雨到特大暴雨的各種雨型[9-10]。

將空心絕緣子直立安裝，雨水電阻率調(diào)到100 Ω·m。在未淋雨即全干（自然干燥）時(shí)先試驗(yàn)求得該空心絕緣子的50%操作閃絡(luò)電壓，然后打開淋雨排，淋雨15 min后再關(guān)閉淋雨立即再測(cè)其50%操作閃絡(luò)電壓，隨后由小到大、再由大到小分別模擬不同雨型進(jìn)行試驗(yàn)。不同雨強(qiáng)下操作閃絡(luò)電壓見(jiàn)圖3。

圖3 雨強(qiáng)對(duì)操作沖擊閃絡(luò)電壓的影響Fig.3 Influence of rainfall intensity on switching impulse flashover voltage

對(duì)于正極性操作波電壓，雨量的改變對(duì)閃絡(luò)電壓沒(méi)有影響，干、濕兩種狀態(tài)下的50%閃絡(luò)電壓幾乎相同但是，在負(fù)極性操作波電壓下，淋雨急劇地降低了空心復(fù)合絕緣子的50%閃絡(luò)電壓。由此可見(jiàn)，在操作波電壓下，空心復(fù)合絕緣子在不同雨量下的外絕緣主要由負(fù)極性操作波電壓來(lái)決定。

2.2 雨水電導(dǎo)率的影響

自然環(huán)境中雨水電導(dǎo)率隨地區(qū)的差異及其空氣質(zhì)量狀況的不同會(huì)有很大變化，雨水電導(dǎo)率變化范圍一般在（40～1 000）μS/cm之間[11]。

試驗(yàn)選擇的雨水電導(dǎo)率范圍為（80～2 000）μS/cm（即電阻率（5～125）Ω·m）[12]。本試驗(yàn)中的雨水電導(dǎo)率值均校正到20℃時(shí)的測(cè)量結(jié)果。

在降雨強(qiáng)度分別為2 mm/min、4 mm/min、6 mm/min，絕緣子直立安裝，變化雨水電導(dǎo)率時(shí)，50%操作沖擊閃絡(luò)電壓見(jiàn)表1和表2。

表1 雨水電導(dǎo)率對(duì)正極性操作沖擊閃絡(luò)電壓的影響Table 1 Influence of rain conductivity on positive switching impulse flashover voltage kV

表2 雨水電導(dǎo)率對(duì)負(fù)極性操作沖擊閃絡(luò)電壓的影響Table 2 Influence of rain conductivity on negative switching impulse flashover voltage kV

由表1和表2可知，在自然界雨水電導(dǎo)率的變化范圍內(nèi)[13]，隨著電導(dǎo)率增加，空心絕緣子的正、負(fù)極性操作沖擊閃絡(luò)電壓會(huì)降低，但雨水電導(dǎo)率對(duì)空心復(fù)合絕緣子操作沖擊閃絡(luò)電壓的影響相對(duì)降雨強(qiáng)度的影響更小。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著雨水電導(dǎo)率的增加，操作濕閃絡(luò)電壓不斷降低，雨水電導(dǎo)率大于1 000 μS/cm以后時(shí)，操作濕閃絡(luò)電壓降低程度較為平緩并呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢(shì)。

3 結(jié)論

筆者分別改變淋雨?duì)顩r的降雨強(qiáng)度、雨水電導(dǎo)率2個(gè)要素，對(duì)252 kV空心復(fù)合絕緣子的沖擊閃絡(luò)電壓進(jìn)行試驗(yàn)研究，得到結(jié)論如下：

1）對(duì)于正極性操作波電壓，雨量的變化對(duì)操作沖擊濕閃絡(luò)電壓沒(méi)有影響，且干、濕兩種狀態(tài)下的閃絡(luò)電壓幾乎相同。在負(fù)極性操作波電壓下，雨量增大時(shí)，空心復(fù)合絕緣子的操作沖擊濕閃絡(luò)電壓急劇降低。在操作波電壓下，空心復(fù)合絕緣子在不同雨量下的外絕緣主要由負(fù)極性操作波電壓來(lái)決定。

2）隨著雨水電導(dǎo)率的增加，正、負(fù)極性操作濕閃絡(luò)電壓不斷降低，雨水電導(dǎo)率大于1 000 μS/cm以后時(shí)，操作濕閃絡(luò)電壓降低程度較為平緩并呈現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢(shì)。

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Influence of Heavy Rainfall on Switching Impulse Flashover Characteristics of Composite Hollow Insulator

LIU Zhiqiang，HAO Yuliang，SHEN Meng，ZHONG Lei
（Xi′an High Voltage Apparatus Research Institute Co.，Ltd.，Xi′an 710077，China）

The number of flashover accidents occurred by heavy rainfall in power system is increas?ing，so it is particularly important to study the influence of heavy rainfall on the discharge characteristics of electrical equipment.The rain state is mainly determined by the factors of rainfall intensity，rain resis?tivity and other factors.Selecting 252 kV composite hollow insulator as the sample and establishing rain simulation platform，switching impulse flashover characteristics of composite hollow insulator are re?searched in different rain conditions.The results show that the external insulation of the composite hollow insulator is determined by the negative switching wave voltage in the different rainfall intensity.With the increase of rain conductivity，the wet switching impulse flashover voltage continuously decreases，and when the rain conductivity is greater than1 000 μS/cm，the degree of the wet switching impulse flashover voltage decreases more gentle and shows a steady trend.

heavy rainfall；hollow insulator；switching impulse；flashover characteristics

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.06.039

2016-05-22

劉志強(qiáng)（1979—），男，工程師，現(xiàn)從事高壓電器和絕緣子試驗(yàn)。