（中國電力科學研究院，武漢430074）

0 引言

絕緣子表面涂敷RTV-Ⅱ防污閃涂料，使絕緣子從瓷的親水性表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C復合材料的憎水性表面，提高了絕緣子在污穢環(huán)境下的外絕緣能力，增強了設(shè)備運行的安全可靠性。在工廠以生產(chǎn)線方式涂覆RTV-Ⅱ涂料于盤形懸式瓷或玻璃絕緣子和站用支柱及空心瓷絕緣子的絕緣件表面，制得工廠復合化絕緣子已成為電網(wǎng)重要的防污反事故技術(shù)措施[1-6]。目前，國內(nèi)外研究機構(gòu)主要從RTV防污閃涂料自身性能角度進行分析、總結(jié)與判定，重點在如何提高RTV防污閃涂料的防污閃性能與老化性能[7-11]，并沒有深入地分析RTV防污閃涂料及不同涂敷效果對盤形懸式絕緣子機電特性可能帶來的影響極其趨勢，即未將RTV防污閃涂料與盤形懸式絕緣子組合而成的工廠復合化盤形懸式絕緣子作為一種全新產(chǎn)品進行相關(guān)性能研究。文[12]中，分析了RTV及增爬裙對柱式絕緣子的電場影響，但并未涉及盤形懸式絕緣子的電場分布情況。

2014年，國網(wǎng)公司“靈州-紹興±800 kV直流特高壓輸電工程”首次大規(guī)模使用工廠復合化盤形懸式絕緣子。此后，我國多條直流特高壓工程已經(jīng)應(yīng)用了大量工廠復合化盤形懸式絕緣子。由于是在國際范圍內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用，該類型產(chǎn)品的相關(guān)涂覆工藝，并沒有現(xiàn)成經(jīng)驗或技術(shù)成果提供參考。

以目前國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家制造的工廠復合化盤形懸式絕緣子為基礎(chǔ)，研究不同涂覆狀態(tài)下的絕緣子電場強度差異，對工廠復合化盤形懸式絕緣子的生產(chǎn)、運行維護具有一定的指導意義。

1 試驗設(shè)備、試品及試驗方法

1.1 試驗設(shè)備

本文試驗是在國家電網(wǎng)公司重點實驗室內(nèi)完成，所采用的交流試驗電源為FRC-250 kV變壓器，容量為100 kVA。測量系統(tǒng)精度為3%。直流電壓為350 kV，測量系統(tǒng)精度為1級。

1.2 試驗試品

試驗采用U550BP/240T盤形懸式瓷絕緣子涂覆不同處理工藝條件下的試品。所用涂料為國網(wǎng)公司特高壓合格供應(yīng)商同一批次產(chǎn)品，瓷絕緣子本體為國網(wǎng)公司特高壓合格供應(yīng)商同一批次產(chǎn)品。試品的基本參數(shù)如表1所示，絕緣子本體如圖1所示，不同涂覆情況分別如圖2、圖3、圖4所示。涂層厚度均為0.5 mm。

表1 不同組別試驗基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of different group test

圖1 絕緣子本體照片F(xiàn)ig.1 Picture of insulator

圖2 涂料正好完全覆蓋絕緣子表面Fig.2 Coating completely cover the insulator surface

圖3 絕緣子露出20 mm環(huán)形區(qū)域Fig.3 Coating with 20 mm circular area uncovered

圖4 涂料覆蓋鐵帽下沿20 mmFig.4 Coating with 20 mm cap lower edge covered

1.3 試驗方法

筆者采用油中工頻擊穿耐受試驗與直流干閃絡(luò)電壓試驗對不同涂敷工藝下的絕緣子進行分析。

油中工頻擊穿耐受試驗。將清潔干燥的絕緣子完全浸入盛有合適絕緣介質(zhì)的容器內(nèi)，以防止絕緣子表面放電。絕緣介質(zhì)溫度應(yīng)接近于室溫。絕緣介質(zhì)具有輕微的導電性（電阻率為106Ω·m～108Ω·m）。在浸入絕緣介質(zhì)時，應(yīng)采取預(yù)防措施，避免在絕緣子傘裙下形成氣穴。

此外，油中工頻擊穿耐受試驗前需進行溫度循環(huán)試驗。

2 試驗結(jié)果及分析

表2 溫度循環(huán)試驗結(jié)果Table 2 Temperature cycling test results

經(jīng)1 min工頻閃絡(luò)電壓試驗，絕緣子內(nèi)絕緣無損壞，且涂層表面無起泡、脫離等缺陷出現(xiàn)。

2.1 油中工頻擊穿耐壓試驗結(jié)果

第一組試品試驗情況如表3所示。通過表3可以看出，其擊穿破壞點主要集中于傘裙處（如圖5所示）。有一片為絕緣子頭部擊穿（如圖6所示）。計算得到，其擊穿電壓平均值為194.73 kV，標偏為7.52 kV。

表3 第一組試品工頻擊穿電壓Table 3 Power frequency breakdown voltage of sample group 1

根據(jù)標準要求，試品在進行油中擊穿耐受電壓試驗前必須進行溫度循環(huán)試驗。本文對所有試品（1-1～1-20，2-1～2-20，3-1～3-20）進行溫度循環(huán)試驗。試驗情況如表2所示。

第二組試品試驗情況如表4所示。通過表4可以看出，擊穿部位并不集中于頭部，傾向于隨機分布。計算得到，其擊穿電壓平均值為201.09 kV，標偏為13.87 kV。

表4 第二組試品工頻擊穿電壓Table 4 Power frequency breakdown voltage of sample group 2

第三組試品試驗情況如表5所示。通過表5可以看出，擊穿部位與第二組類似，更傾向于隨機分布。計算得到，其擊穿電壓平均值為197.56 kV，標偏為10.20 kV。

表5 第三組試品工頻擊穿電壓Table 5 Power frequency breakdown voltage of sample group 3

圖5 傘裙擊穿示意圖Fig.5 Umbrella breakdown diagram

圖6 頭部擊穿示意圖Fig.6 Head breakdown diagram

2.2 直流干閃絡(luò)電壓試驗情況

為了分析由于不同涂敷工藝帶來的電場分布改變，本文對不同試品進行直流干閃絡(luò)電壓試驗。得到不同試品在同一試驗條件下的干閃絡(luò)電壓，分別如表6至表8所示。

第一組試品試驗情況如表6所示。其閃絡(luò)平均值為221.98 kV。

第二組試品試驗情況如表7所示。其閃絡(luò)平均值為259.16kV。

第三組試品試驗情況如表8所示。其閃絡(luò)平均值為263.17kV。

表6 第一組試品直流干閃絡(luò)電壓Table 6 DC dry flashover voltage of sample group 1

表7 第二組試品直流干閃絡(luò)電壓Table 7 DC dry flashover voltage of sample group 2

表8 第三組試品直流干閃絡(luò)電壓Table 8 DC dry flashover voltage of sample group 3

2.3 結(jié)果分析

綜合以上試驗結(jié)果情況，1）工頻擊穿電壓，第一組、第二組、第三組電壓分別為194.73 kV、201.09 kV、197.56 kV，第一組電壓相對更低，且試品的擊穿點主要集中于傘裙根部；2）直流干閃絡(luò)電壓試驗電壓，第一組、第二組、第三組電壓分別為221.98 kV、259.16 kV、263.17 kV，第一組電壓相對最低，對比最高電壓降低約15.7%。對比可知，當涂層邊緣恰好與鐵帽和瓷件的結(jié)合處重合時，其閃絡(luò)電壓最低，同時，擊穿點明顯更集中于傘裙部。另外兩種涂覆方式下，閃絡(luò)電壓更高，且擊穿點沒有明顯集中于傘裙的趨勢。

3 電場仿真結(jié)果

3.1 仿真過程

為了分析由于不同涂覆工藝帶來的不同擊穿試驗和直流干閃絡(luò)電壓差異的原因，筆者對不同三種不同涂覆工藝下的工廠復合化絕緣子用ANSYS軟件進行有限元建模仿真。參數(shù)設(shè)置如下，涂層厚度設(shè)定為0.5 mm，在鋼腳處加靜電壓6.5 kV，鐵帽接地，設(shè)置10倍于絕緣子尺寸圓柱形空氣介質(zhì)，涂層相對介電常數(shù)為4，瓷件相對介電常數(shù)為5，水泥膠合劑相對介電常數(shù)為7，瀝青相對介電常數(shù)為5，鐵帽、鋼腳、空氣相對介電常數(shù)均為1。第一組、第二組、第三組試品的仿真結(jié)果分別如圖7、圖8、圖9所示。仿真結(jié)果顯示，第一組試品，涂層與絕緣子結(jié)合處下邊緣電場強度為387.2 V/m，上邊緣電場強度為403.9 V/m；第二組試品，涂層與絕緣子結(jié)合處下邊緣電場強度為360.4 V/m，上邊緣電場強度為24.4 V/m；第三組試品，涂層與絕緣子結(jié)合處下邊緣電場強度為383.7 V/m，上邊緣電場強度為17.2 V/m。

圖7 第一組試品電場分布圖Fig.7 Electric field distribution of sample group 1

3.2 結(jié)果分析

由仿真結(jié)果可知，不同涂覆工藝條件下，鐵帽底部電場強度確實有一定程度的變化。當涂料邊緣正好與鐵帽最底部重合時，鐵帽底部電場強度有明顯增強。與油中工頻擊穿電壓試驗和陡波沖擊電壓試驗結(jié)果基本吻合。

圖8 第二組試品電場分布圖Fig.8 Electric field distribution of sample group 2

圖9 第三組試品電場分布圖Fig.9 Electric field distribution of sample group 3

4 結(jié)論

1）不同涂覆工藝條件下，絕緣子工頻擊穿電壓差異明顯。涂層邊緣距離結(jié)合處較遠時，工頻擊穿電壓值相對更高，對絕緣子本體內(nèi)絕緣強度影響越小。

2）不同涂覆工藝條件下，絕緣子直流干閃絡(luò)電壓差異明顯。涂層邊緣距離結(jié)合處較遠時，其直流干閃絡(luò)電壓相對更高，表明其有更好的電壓分布情況。

3）建議絕緣子進行RTV涂覆時，鐵帽底部周圍應(yīng)保持一定寬度的環(huán)形空隙。但空隙寬度的選取，需要結(jié)合污穢試驗、老化試驗等綜合考慮。

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[13]標稱電壓高于1 000 V的架空線路絕緣子第1部分：交流系統(tǒng)用瓷或玻璃絕緣子元件——定義、試驗方法和判定準則：GB/T 1001.1—2003[S].