李意星

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

1 引言

本文選取27.5kV 腕臂棒形瓷質(zhì)和復合2 種不同材質(zhì)的絕緣子為研究對象，利用接觸網(wǎng)污穢絕緣子在線監(jiān)測裝置測量并記錄絕緣子在不同污穢程度下泄漏電流和周圍環(huán)境溫濕度信息，從而掌握絕緣子的污穢狀況。文中給出泄漏電流有效值Ie和三次諧波與基波幅值比值K 2 個特征量，通過綜合這2 個特征量判斷絕緣子污穢程度，并比較了2 種絕緣子在抗污方面的優(yōu)劣性：復合絕緣子在抗污穢性能方面優(yōu)于瓷質(zhì)絕緣子。濕度大于60%時，泄漏電流幅值顯著增加，放電現(xiàn)象明顯?？紤]濕度因素，給出2 種絕緣子泄漏電流有效值的參考值。

2 人工霧室試驗

2.1 接觸網(wǎng)絕緣子在線監(jiān)測裝置

首先，前端測量傳感器由泄漏電流傳感器和溫濕度傳感器組成，該部分的作用是感應接觸網(wǎng)絕緣子泄漏電流以及相對應的環(huán)境溫濕度信息；其次，數(shù)據(jù)處理模塊主要包括信號調(diào)理電路、信號采集電路、微處理器及數(shù)據(jù)存儲單元，該部分的作用是采集泄漏電流、溫濕度信息及存儲，并對采集的數(shù)據(jù)進行處理；再次，無線發(fā)送模塊主要完成數(shù)據(jù)結(jié)果的發(fā)送；最后，上位機軟件功能包括系統(tǒng)自檢、設置初始參數(shù)和運行參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)查詢等[1]。接觸網(wǎng)絕緣子污穢在線監(jiān)測裝置由專用小電流傳感器、監(jiān)測分析儀和遠程數(shù)據(jù)管理站等部分組成。其中專用小電流傳感器安裝于絕緣子接地處的帽端。

2.2 試驗原理

根據(jù)GB/T 4585—2004《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗》，將絕緣子以一定角度固定在3m×3m×3m 的人工霧室中，由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽清潔霧對污穢絕緣子濕潤。 試驗電源由250kW 發(fā)電機提供，調(diào)壓變壓器，工頻試驗變壓器為其額定容量為100kV·A、額定電流為1A，并設有水電阻保護裝置，滿足GB/T 4585—2004 對試驗電源的要求。

2.3 試驗試品

本試驗分別選取了電氣化鐵道接觸網(wǎng)用棒式瓷絕緣子QBSG-25/12-2000 和棒式復合絕緣子FQBSG-25/12-970P 各4 支作為試驗試品。棒式瓷質(zhì)絕緣子選用江西省萍鄉(xiāng)市玻瓷高壓絕緣子有限責任公司生產(chǎn)的QBSG-25/12-2000，試驗選用的絕緣子已掛網(wǎng)運行過，將其仔細清洗并干燥后作為試品使用。棒形復合絕緣子選用河北新華高壓電器有限責任公司生產(chǎn)的FQBJ-25/8-760P，該形式的絕緣子由于其憎水性強、質(zhì)量輕、強度高以及耐老化等優(yōu)點逐步受到用戶的青睞。

2.4 試驗過程

根據(jù)TB/T 2007—1997《電氣化鐵道接觸網(wǎng)絕緣污穢學級標準》配置了4 種污穢度的污物分別涂刷不同材質(zhì)的4 支標準試品，其中ESDD 為等值鹽密，NSDD 為灰值鹽密。采用固體涂污法涂刷絕緣子，將試品涂好污物垂直懸掛24h 自然風干。

模擬棒式瓷質(zhì)絕緣子和棒式復合絕緣子現(xiàn)場安裝方式，將污穢絕緣子以一定的安裝角度固定在特定機械架上。試驗過程中控制霧室濕度，待霧室內(nèi)濕度穩(wěn)定后給污穢絕緣子施加25kV交流電壓，同時利用接觸網(wǎng)絕緣子污穢監(jiān)測裝置進行在線實時監(jiān)測，并采集污穢絕緣子的泄漏電流和溫濕度信息。

2.5 試驗現(xiàn)象

試驗中，瓷質(zhì)絕緣子和復合絕緣子表現(xiàn)出不同的現(xiàn)象。隨著污穢的增加，絕緣子表面在大霧條件下伴隨著放電現(xiàn)象，電暈進一步發(fā)展成局部電弧并纏繞2 個傘群之間的芯棒，聲音更加明顯。輕度污穢ESDD=0.05mg/cm2，NSDD=0.5mg/cm2時，即使環(huán)境相對濕度達到了100%，2 種絕緣子表面都不會出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。中度污穢ESDD=0.1mg/cm2，NSDD=1.0mg/cm2時，環(huán)境濕潤時（相對濕度達到80%以上），瓷質(zhì)絕緣子表面會出現(xiàn)輕微的放電現(xiàn)象，而復合絕緣子表面仍然沒有發(fā)生放電現(xiàn)象。污穢度達到重度污穢ESDD=0.2mg/cm2，NSDD=1.5mg/cm2時，環(huán)境濕潤時（相對濕度達到80%以上），2 種絕緣子表面會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，瓷質(zhì)絕緣子放電現(xiàn)象比復合絕緣子嚴重，都沒有發(fā)生跳閘現(xiàn)象。特重污穢ESDD=0.4mg/cm2，NSDD=2.0mg/cm2時，環(huán)境濕潤時（相對濕度達到80%以上），2 種絕緣子都出現(xiàn)了嚴重的放電現(xiàn)象，而且瓷質(zhì)絕緣子出現(xiàn)了一次跳閘現(xiàn)象。由試驗現(xiàn)象看，復合絕緣子的抗污性能優(yōu)于瓷質(zhì)絕緣子。

3 試驗數(shù)據(jù)分析

泄漏電流有效值e的計算方法如式（1）所示：

式中，Ie為泄漏電流有效值，mA；I1，I2，…，In為漏電流采樣值；N為采樣時段內(nèi)所有采樣點數(shù)。Ie的大小直接反映了相同測試條件下絕緣子絕緣性能的變化過程。

諧波是電力系統(tǒng)電壓中所含的基本頻域成分，傳統(tǒng)的分析方法都離不開諧波。對于泄漏電流，其波形中也同時含有基波和三次、五次等諧波成分。諧波的變化從頻域的角度反映了泄漏電流的特性。

泄漏電流三次諧波與基波幅值的比值K 可以用來表征絕緣子表面泄漏電流的變化特征，K 可用如式（2）計算：

式中，Am3為對泄漏電流三次諧波幅值；Am1為基波幅值。

在試驗中采集不同濕度下，每支試品的泄漏電流，并進行Ie和K 的計算。（1）在自然環(huán)境下（不加霧操作，相對濕度為42.3%），對絕緣子加壓運行，穩(wěn)定后的采集泄漏電流數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）和式（2）計算各試品的Ie和K 值；（2）在飽和濕潤環(huán)境下（加霧操作，濕度為100%），對絕緣子加壓運行，穩(wěn)定后的采集泄漏電流數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（1）和式（2）計算各試品的Ie和K 值。

計算得出，當環(huán)境濕度低時，Ie和K 的數(shù)值在不同污穢度下數(shù)值變化不大，且數(shù)值都很小。而當飽和濕潤時，Ie和K 隨著污穢度的增加而明顯增大。由此可見，環(huán)境相對濕度對泄漏電流影響很大，下面分析不同濕度對泄漏電流的影響，以Ie為例分析，探討復合絕緣子和瓷質(zhì)絕緣子在不同濕度下，不同污穢度絕緣子泄漏電流有效值隨環(huán)境濕度的變化。

試驗得出同一污穢度絕緣子泄漏電流隨濕度的增大呈非線性增大趨勢，無論復合材料還是瓷材料，環(huán)境相對濕度超過60%時，不同污穢度絕緣子泄漏電流幅值變化明顯，絕緣子表面放電現(xiàn)象嚴重。因此，在試驗結(jié)論基礎(chǔ)上根據(jù)環(huán)境濕度給出對實際具有指導意義的泄漏電流有效值的參考值，如表1 所示。

表1 泄漏電流有效值參考值

4 結(jié)論

通過本文的研究，得出以下結(jié)論：

1）通過試驗現(xiàn)象及泄漏電流有效值、三次諧波與基波幅值比值可以看出，復合絕緣子在抗污方面優(yōu)于瓷質(zhì)絕緣子，較適合環(huán)境污染重的地區(qū)；

2）在空氣相對濕度不大于60%時，泄漏電流幅值增長緩慢，且數(shù)值較小，放電現(xiàn)象不明顯；在空氣相對濕度大于60%時，泄漏電流幅值增長明顯，放電現(xiàn)象嚴重；

3）根據(jù)相對濕度因素，給出2 種絕緣子Ie值的參考值。