珠三角地區(qū)架空線路絕緣子的自然積污特性

1、高電壓技術(shù) 第36卷第11期2010年11月30日H igh Voltage En gineering,Vol.36,No.11,November 30,2010珠三角地區(qū)架空線路絕緣子的自然積污特性詹清華1,2,阮江軍1,鐘連宏3(1.武漢大學電氣工程學院,武漢430072;2.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,佛山528000;3.廣東電網(wǎng)公司,廣州510600摘 要:絕緣子自然積污特性研究對架空輸電線路的外絕緣配置具有重要意義。在一條架空輸電線路上安裝不同傘形、材質(zhì)的絕緣子串,測量絕緣子的等值附鹽密度(ESDD和附灰密度(NSDD,分析比較絕緣子自然積污受各種因素的影響程度。研究表明:降雨、風速對

2、絕緣子表面積污有很大影響;絕緣子帶電積污量遠大于不帶電積污量;外傘形絕緣子自潔性能較好,鐘罩形次之,深棱形最差;結(jié)構(gòu)高度高的絕緣子,自然積污相對較低;相同條件下,瓷質(zhì)絕緣子自然積污比玻璃絕緣子低;附灰密度與等值附鹽密度具有普遍的正相關(guān)趨勢。關(guān)鍵詞:架空輸電線路;絕緣子;傘形;自然積污;等值附鹽密度;附灰密度中圖分類號:T M 855文獻標志碼:A 文章編號:1003 6520(201011 2662 06基金資助項目:廣東電網(wǎng)公司科技項目(J A22200423。Project Supported by Science and Technology Project of Guang dong

3、Power Grid Corporation (JA22200423.Natural Contamination of Pearl River Delta Region OverheadTransmission Line InsulatorsZH AN Qing hua 1,2,RU AN Jiang jun 1,ZH ONG Lian hong3(1.School of Electrical Eng ineer ing,Wuhan U niv ersity,Wuhan 430072,China;2.Foshan Po w er Supply Bur eau,Guang dong Pow er

4、 Grid Corporation,Foshan 528000,China;3.Guang dong Pow er Grid Corporation,Guangzho u 510600,ChinaAbstract:T he nat ur al contamination of insulator is ver y impo rtant for t he ex ternal insulation determinat ion of ov er head transmission line.Differ ent ty pes (shed and materialo f insulator ar e

5、 insta lled on differ ent to wer s o f the same over head tr ansmissio n line.T he equiv alent salt deposit density (ESDDand no n so luble deposit densit y (N SDDo f insulat ors ar e measured,and the influent ial factor s of natural contaminatio n are ana lyzed by comparing the ESD D and N SD D data

6、.T he results indicate that:r ainfall,wind speed and shed have g reat influences on the natural con tamination on the insulat or surface.T he contaminatio n o f the char ged insulato rs is much higher than t ho se no t char ged insulators.T he o uter rib pro file shed ty pe insulato rs self cleaning

7、 pro per ties is better ,fo llo wed by the bell shaped,and the deep under r ib sheds ty pe insulato r is the wo rst.T he hig her the st ructur e heig ht is,the lo wer the nat ur al contamination will be.U nder the same conditio ns,the po rcelain insulators natural contaminatio n is lo w er than the

8、g lass insulat ors.NSDD and ESD D generally appear posit ive cor relation.Key words:over head transmission line;insulator ;shed pr ofile;nat ur al contamination;equiv alent salt deposit densi ty (ESDD;non soluble depo sit density (N SDD0 引言絕緣子積污特性研究可確定自然積污規(guī)律、積污的鹽密、灰密,可指導污區(qū)劃分、外絕緣的設計、運行和維護,是電力系統(tǒng)外絕緣研究的

9、一項基礎性工作1 4。國內(nèi)外很多學者開展了絕緣子自然積污研究,取得了一系列對外絕緣設計具有指導意義的研究成果。國外根據(jù)研究成果和運行經(jīng)驗建立起外絕緣選擇標準,如IEC 608155。國內(nèi)也開展了很多研究工作,文獻6研究了降雨和風速等氣象因素對輸變電設備污閃的影響。文獻7研究了電壓、結(jié)構(gòu)型式等因素對絕緣子積污量的影響,表明電壓等級和絕緣子結(jié)構(gòu)型式對積污量影響較大,風向?qū)Ψe污量影響較小。文獻8研究表明普通型、雙傘型和鐘罩型絕緣子的自然積污量之比約為1:(0.30.5:(1.0 1.4。雙懸垂串采用V 型或倒V 型布置可改善絕緣子積污特性。文獻2開展了華東地區(qū)常用絕緣子的人工積污循環(huán)試驗,獲得了絕緣

10、子的長期積污特性。文獻9將東莞分為山區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、靠海區(qū)、居民區(qū)和高速公路6個區(qū)域,分析了這些區(qū)域絕緣子自然積污的鹽密和灰密。表明工業(yè)區(qū)和高速公路區(qū)域的絕緣子積污高于其它區(qū)域。文獻10對500kV 大房二回線連續(xù)4a 鹽密測量結(jié)果進行統(tǒng)計分析,表明輸電線2662路絕緣子的鹽密值與連續(xù)積污時間不完全成正比。文獻11總結(jié)了我國北方內(nèi)陸地區(qū)3個直流自然積污試驗站的試驗結(jié)果,分析了盤形絕緣子和支柱絕緣子的直流自然積污特性及自清洗功能。文獻12在自然污穢試驗站研究了帶直流電壓運行2個積污季節(jié)的復合絕緣子的積污特性,分析了直流絕緣子的傘裙表面積污規(guī)律、降水對積污鹽密和灰密的影響,表面污穢不均勻度、表

11、面灰鹽比、鹽密和灰密的直交比等。文獻13在自然污穢試驗站研究了交流與直流電壓下復合絕緣子和XP 70、XWP 70型瓷絕緣子的積污特點及積污量關(guān)系。文獻14在500 kV線路上選點對4種型號絕緣子組成的6種不同型式的絕緣子串,定時測量了其自然積污后的鹽密增長率。文獻15在自然污穢試驗站進行了絕緣子帶電和不帶電積污的對比,表明帶電絕緣子的積污程度是不帶電的1.1倍。文獻16 17針對云南 廣東 800kV直流輸電工程,在高海拔自然積污試驗站對3種支柱、4種懸式絕緣子進行了直流自然污穢研究。經(jīng)過3a的研究表明,確定了站址污穢等級,直流深棱型和大小傘型支柱絕緣子表面等值鹽密可按交流普通型支柱絕緣子表

12、面等值鹽密的1.5倍和2倍考慮,確定了直流深棱絕緣子帶電與不帶電的積污量(等值鹽密和灰密比值。文獻18研究了帶電運行13a的三傘型和鐘罩型直流線路絕緣子的自然積污特性。文獻19對退運變電設備,有、無室溫硫化硅橡膠(RT V涂料懸式絕緣子進行了自然積污研究。文獻20研究表明地形地貌對絕緣子的自然積污量和污穢成分有很大的影響。從上述分析可見,目前國內(nèi)研究的絕緣子類型還不夠多,沒有分析材質(zhì)不同對積污的影響等。進一步進行絕緣子自然積污特性的試驗研究,同時對瓷、玻璃的不同結(jié)構(gòu)的多種絕緣子的積污特性和規(guī)律進行定量分析,對架空輸電線路外絕緣配置、制定運行維護策略具有重要指導意義。本文分析材質(zhì)、傘形、積污時間

13、、降雨等因素對絕緣子自然積污的影響,以準確掌握廣東地區(qū),尤其是珠江三角洲地區(qū)各種類型絕緣子在實際掛網(wǎng)運行中的自然積污特性,為線路清掃和外絕緣設計提供參考,同時也對其他地區(qū)線路的外絕緣設計具有直接的指導意義。1 自然積污特性研究內(nèi)容和方法1.1 主要研究內(nèi)容1在廣東省佛山供電局220kV交流架空輸電線路紫紅乙線進行兩年絕緣子帶電和不帶電自然積污試驗,試驗樣品為12種不同材質(zhì)、不同型號、不同表1 絕緣子型號和參數(shù)Tab.1 Types(shed and materialof insulators 類型序號絕緣子型號結(jié)構(gòu)高度/mm爬距/mm傘形材質(zhì)#1C A 872EX170545外傘形瓷質(zhì)#2FC

14、 160PH155550外傘形玻璃#3TU210P/S CG170550外傘形玻璃#4CA 882E Z155450外傘形瓷質(zhì)#5CA 894EY170570鐘罩形瓷質(zhì)#6FC 16P/155155450深棱形玻璃#7FC 12P/146146400深棱形玻璃#8TU160/WVLCG155450鐘罩形玻璃#9CA 580EY155405標準形瓷質(zhì)#10T U160/CG146400標準形玻璃#11FC 120/146146320標準形玻璃#12LP75/2412303175長棒形瓷質(zhì)注:鐘罩形絕緣子指絕緣件的最深棱是最外部的一個棱,外觀如同罩子;深棱形絕緣子指絕緣件的最深棱不在最外部。懸掛方

15、式的帶電42串630片和不帶電6串60片絕緣子(型號、參數(shù)見表1,采用交叉懸掛的方式安裝在12座桿塔上,每年取樣測量積污物的鹽密和灰密,完成絕緣子樣本的積污數(shù)據(jù)分析。2進行盤型瓷質(zhì)絕緣子(三傘、雙傘、深棱、普通型、玻璃絕緣子(雙傘、深棱、普通型、瓷質(zhì)棒型懸式絕緣子的積污(等值附鹽密度ESDD、附灰密度NSDD測量,分析不同傘形的積污情況。3結(jié)合氣象資料,定性分析降雨量對不同絕緣子污穢附著特性的影響,總結(jié)絕緣子自然積污的季節(jié)特性。1.2 污穢度測量方法1.2.1 測量方法本文采用脫脂棉蘸適量去離子水(電導率<10 S/cm擦洗絕緣子的污穢,確保不占用過多的去離子水量,這樣做不影響污穢溶液的

16、電導率。測定在絕緣子上表面和下表面分別進行,擦拭絕緣子表面的污穢物質(zhì),測定污穢物質(zhì)溶液的電導率和溫度,計算ESDD。過濾溶液,干燥后測量濾紙重量,計算NSDD。1去離子水(蒸餾水的用量一般去離子水(蒸餾水的用量可以按以下方法選擇:方法1:對單片普通型懸式絕緣子,建議用水量取300mL。當被測絕緣子(包括懸式絕緣子及支柱絕緣子的單元裙段的表面積與普通型懸式絕緣子不同時,可根據(jù)面積大小按比例適當增減用水量,具體用水量如表2所示5。2663過電壓與絕緣詹清華,阮江軍,鐘連宏.珠三角地區(qū)架空線路絕緣子的自然積污特性表2 蒸餾水量Tab.2 Quantity of distilled w ater面積/

17、cm2 1500150020002000250025003000水量/mL300400500600方法2:根據(jù)絕緣子表面積,按每cm2表面積用水0.2mL計算總用水量。2刷洗絕緣子表面污穢打開密封袋,取出1塊合適大小的脫脂棉,擦拭絕緣子表面,直至絕緣子表面基本潔凈;取出第2塊合適大小的專用鹽密取樣巾,擦拭絕緣子,直至絕緣子表面完全潔凈;將上述兩塊沾有絕緣子污穢的脫脂棉和取樣巾放入準備好的去離子水中,充分攪拌,使污穢充分溶解在去離子水中,得到污穢溶液。將上述得到的懸浮污穢溶液充分攪拌均勻后,測其電導率 t(單位 S/cm和溶液溫度t(單位 C。1.2.2 ESDD和NSDD的計算方法1ESDD根

18、據(jù)IEC60507 1991計算21。2NSDD的計算公式如下NSDD=(m2-m1/A。式中,m1為充分干燥后濾紙的質(zhì)量,mg;m2為過濾污穢物質(zhì),干燥后的濾紙質(zhì)量,m g;A為絕緣子的表面積,cm2。2 絕緣子自然積污的機理分析2.1 時間及降雨對自然積污的影響通過2007年220kV紫紅乙線#20桿塔不帶電積污的典型FC 120/146絕緣子的污穢度測量數(shù)據(jù),2007年度月降雨量和月平均風速統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析降雨量、平均風速對ESDD和NSDD的影響。從圖1、2可以看出,2007年月降雨集中在49月,月平均風速都比較小( 10m/s。結(jié)合圖1、2,分析圖3、4,可以看出,FC 120/146

19、絕緣子2007年中下表面的最大污穢度(ESDD和NSDD出現(xiàn)在3月份,4月份污穢度急劇降低,5月、6月繼續(xù)降低,但降低的幅度不大,7月份有所升高,而8月份又降低,9、10月份污穢度逐漸上升, 10、11、12月份積污比較快,且下表面的積污速度大于上表面,上表面的最大污穢度出現(xiàn)在10月份,10月份后上表面的污穢度有所降低。結(jié)合2007年的月降雨量數(shù)據(jù)和曲線可以看出,絕緣子表面的積污趨勢和降雨量趨勢基本相反(參照圖1,即降雨量大,絕緣子表面的污穢急劇降低,可見絕緣子表面的 自然積污情況受降雨量影響很大,且ESDD和NS圖1 2007年月降雨量圖Fig.1 Monthly rainf all map

20、 in2007圖2 2007年月平均風速Fig.2 Monthly average wind speed in2007圖3 FC 120/146絕緣子2007年ESDD月分布情況Fig.3 ESDD monthly distribution of FC 120/146insulators in2007DD受降雨量的影響有相同的趨勢,但由兩者曲線的斜率可以看出,絕緣子NSDD受降雨量的影響比ESDD稍微大些。初步分析認為線路所在的珠三角地區(qū)降雨中的酸雨較多,在雨水沖刷掉污穢顆粒的同時,也有酸性離子附著在絕緣子表面,從而導致N SDD受降雨量的影響大些。從平均ESDD和N SDD的曲線可以看出,1

21、2月份ESDD和NSDD都比1月份的大,上表面ESDD2664高電壓技術(shù)2010,36(11 圖4 F C 120/146絕緣子2007年NSDD 月分布情況Fig.4 NSDD monthly distribution of FC 120/146insulator in 2007和NSDD 分別減少了約33%和34%,而下表面ES DD 和NSDD 分別增加了約36%和92%,可見下表面積污較上表面嚴重,上表面的污穢受降雨影響嚴重,平均ESDD 和NSDD 分別增大約24%和75%,而NSDD 比ESDD 的增大趨勢明顯,可見如持續(xù)幾年的氣象條件基本相同,則平均ESDD 和NSDD 都會持續(xù)

22、增大,在足夠長的積污與沖刷過程中,絕緣子表面將達到積污與沖刷的動態(tài)平衡,即絕緣子表面達到飽和積污22。結(jié)合圖1、2,分析圖3、4,可以看出降雨量對絕緣子表面自然污穢的積累具有較大的影響。如降雨量大,在雨水沖刷作用下,絕緣子表面的污穢將顯著減少,不同型號(主要是傘形的影響比較大的絕緣子在同樣的降雨量作用下所受的影響不同,一般12月份的污穢度比1月份的污穢度高,如在近似的氣象條件下絕緣子將會持續(xù)積污,在一定長的時間內(nèi)就會出現(xiàn)積污和沖刷的動態(tài)平衡,從而達到絕緣子表面的飽和積污。2.2 帶電與不帶電對自然積污的影響取懸掛不帶電積污的FC 120/146絕緣子與對應位置的帶電積污情況污穢度進行對比,如表

23、3所示。分析表3數(shù)據(jù)可見,絕緣子帶電積污遠大于不帶電積污情況,上相帶電積污的絕緣子上表面ES DD 、下表面ESDD,上表面NSDD 、下表面N SDD 分別約大92%,70%,93%,53%。中相帶電積污的絕緣子上表面ESDD 、下表面ESDD,上表面NSDD 、下表面NSDD 分別約大370%,23%,160%,17%。即上表面ESDD 帶電積污約為不帶電情況的1.924.70倍,下表面ESDD 帶電積污約為不帶電情況的1.231.70倍。上表面N SDD 帶電積污約為不帶電情況的1.93 2.60倍,下表面NSDD 帶電積污 約為不帶電情況的1.171.53倍。圖5 20072008年絕

24、緣子平均ESDD 排序Fig.5 Sequence of insulators average ESDDfrom 2007to 2008表3 FC 120/146絕緣子帶電與不帶電積污對比Tab.3 ESDD and NSDD comparisons of chargedand not charged FC 120/146insulators對比項ESDD /(mg cm-2上表面下表面 NSDD /(m g cm-2上表面下表面#20塔上相#36塔中相不帶電0.01340.05960.04450.4328帶電0.02570.10140.08570.6605增大值/%91.7970.1392.

25、5852.61不帶電0.01260.06570.05870.3667帶電0.05920.08060.15280.4280增大值/%369.8422.68160.3116.72注:增大值以不帶電情況為基準。2.3 絕緣子傘形對自然積污的影響每一類型帶電絕緣子懸掛在不同地點的3基桿塔上,每基桿塔各1串,每串為14片,每年取每串上中下3片絕緣子上下表面的鹽密、灰密樣本,因此,每年將獲取每一類型絕緣子ESDD 、NSDD 數(shù)值各18個,對20072008年12種典型絕緣子的帶電積污測量數(shù)據(jù)取平均值,并進行平均ESDD 、平均NS DD 的數(shù)值排序分析,如圖5、6所示。根據(jù)20072008年各類絕緣子E

26、SDD 數(shù)據(jù)由高至低的排序,對應各型號絕緣子情況如表4所示。結(jié)合表4,分析圖5曲線可見,通過交叉懸掛、在剔除個別異常數(shù)據(jù)的基礎上,計算兩年36個ES DD 數(shù)據(jù)的平均值,可認為12種絕緣子在相同的運行環(huán)境下,呈現(xiàn)出不同的積污特性。#6、#10、#11、#7、#9等結(jié)構(gòu)高度較小、外形為深棱形、標準型絕緣子ESDD 處于高值區(qū)間,#8、#12、#3等結(jié)構(gòu)高度較高、外形為鐘罩形、外傘形絕緣子ESDD 處于中值區(qū)間,#5、#4、#2等結(jié)構(gòu)高度較高、外形為鐘罩形、外傘形絕緣子ESDD 處于低值區(qū)間,#1三傘外2665過電壓與絕緣詹清華,阮江軍,鐘連宏.珠三角地區(qū)架空線路絕緣子的自然積污特性 圖6 200

27、72008年絕緣子平均NSDD數(shù)據(jù)Fig.6 Insulators average NSDD from2007to2008表4 20072008年各類型絕緣子ESDD和NSDD平均值Tab.4 Average ESDD and NSDD of all types insulatorfrom2007to2008mg/cm2類型序號平均ESDD數(shù)據(jù)(從高到低排序平均NSDD數(shù)據(jù)#60.05730.2898#100.05610.2579#110.05530.2291#70.05100.2443#90.04360.1822#80.03670.1521#120.03510.0945#30.03000.0

28、975#50.02770.1403#40.02720.1104#20.02560.1248#10.01780.0748傘形、高結(jié)構(gòu)高度、大爬距絕緣子ESDD最低,為#6的31%。通過對高值區(qū)間、中值區(qū)間、低值區(qū)間和# 1絕緣子的ESDD分別取平均值,得到3個區(qū)間ESDD的比例關(guān)系為3 0:2 0:1 5:1。通過比對相同結(jié)構(gòu)高度、相同爬距的#6、#8、#4絕緣子,ESDD值最低的是外傘形,其次是鐘罩形,最高為深棱形,ESDD比例關(guān)系約為2 1:1 4: 1 0;受結(jié)構(gòu)高度影響,標準形絕緣子均比較高;相近結(jié)構(gòu)參數(shù)的瓷質(zhì)絕緣子ESDD值較玻璃絕緣子低。結(jié)合表4、圖5,分析圖6曲線可見,NSDD與E

29、SDD具有較大的正相關(guān)趨勢;#12、#3、#1和#4、#2等瓷長棒、外傘形絕緣子NSDD處于低值區(qū)間, #9、#8、#5鐘罩形、普通形絕緣子NSDD處于中值區(qū)間,#6、#10、#11、#7深棱形、普通形絕緣子NS DD處于高值區(qū)間。絕緣子表面的自然積污受傘形影響很大,自潔性能較好的是外傘形絕緣子,其次是鐘罩形,最差為深棱形,受結(jié)構(gòu)高度影響,標準形絕緣子自潔性能表現(xiàn)較差;較高結(jié)構(gòu)高度的絕緣子,自然積污都比較低;在相同條件下,瓷質(zhì)絕緣子自然積污比玻璃絕緣子低;NSDD與ESDD具有普遍的正相關(guān)趨勢。3 結(jié)論通過不同類型絕緣子在不同狀態(tài)下自然積污數(shù)據(jù)的對比,可以得出以下結(jié)論:a絕緣子自然積污量受降雨

30、量、月平均風速影響,尤其是降雨量的影響非常大,降雨量大,絕緣子表面污穢顯著減少,其中傘面傾斜型和空氣動力型的外傘形絕緣子表現(xiàn)較好。b可通過懸掛試驗串乘以帶電系數(shù)的方法推導絕緣子自然積污的真實狀況,不同結(jié)構(gòu)的絕緣子,帶電積污系數(shù)差異較大,一般情況下,深棱型的帶電系數(shù)大于淺棱型的;普通型絕緣子上表面ESDD帶電積污約為不帶電情況的1.924.70倍,下表面約為不帶電情況的1.23 1.70倍。上表面NSDD帶電積污約為不帶電情況的1.932.60倍,下表面約為不帶電情況的1.171 53倍。c絕緣子表面的自然積污受傘形影響很大,自潔性能較好的是外傘形絕緣子,其次是鐘罩形,最差為深棱形;絕緣子表面的

31、自然積污受結(jié)構(gòu)高度影響,較高結(jié)構(gòu)高度的絕緣子,自然積污都比較低;ESDD 高值區(qū)間、中值區(qū)間、低值區(qū)間和#1絕緣子的ES DD的比例關(guān)系為3.0:2.0:1.5:1.0;相同結(jié)構(gòu)高度的深棱形、鐘罩形、外傘形ESDD比例關(guān)系約為2 1:1.4:1 0。d材質(zhì)和串型對絕緣子的自然積污也有一定的影響,相同條件下,瓷質(zhì)絕緣子自然積污比玻璃絕緣子低。eN SDD與ESDD具有普遍的正相關(guān)趨勢。參考文獻1關(guān)志成,劉瑛巖,周遠翔,等.絕緣子及輸變電設備外絕緣M.北京:清華大學出版社,2006.GU AN Zhi ch eng,LIU Ying yan,ZH OU Yuan xiang,et al.In su

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