交直流输电线路绝缘子积污特性分析

交直流输电线路绝缘子积污特性分析

李金成

国网滨州供电公司，山东省滨州市， 256600

摘 要：绝缘子是输电线路上重要的电力设备之一，作为导线与铁塔的机械支撑部件及绝缘部件，在电力系统安全运行中发挥着重要的作用。随着电网技术的发展，输电线路电压等级越来越高，对于绝缘子的性能要求也越来越高。目前，环境问题不容乐观，大气污染及自然灾害等问题严重威胁电力设备的安全运行，而绝缘子的污闪是造成大面积停电的原因之一。本文研究了交流和直流线路上绝缘子的积污特性，结果对输电线路的外绝缘配置具有一定的指导意义。

关键词：绝缘子，交直流，输电线路，积污特性

1 引言

绝缘子的自然积污是一个复杂的动态过程，会受到很多因素的影响，如交流直流的影响，污秽颗粒在直流场中会朝着一个方向运动，带负电的粒子朝着正极运动，带正电的粒子朝着负极运动，而在交流场中，由于电场极性交替变换，粒子在场中会受到方向连续变换的电场力，而往复运动。随着时间的增加，积污达到一定条件后会引起污闪，造成线路安全事故。

2 直流线路中绝缘子积分特性分析

2.1直流污秽等级划分

根据《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》将直流线路所在现场污秽度从非常轻到重分为4个等级，A级为非常轻，一般为人类很少活动及自然保护区，距海岸、沙漠、高耗能企业群、山区或开阔干地>50kmn；B级为轻,在人口密度为500~1000人/km²的农业耕作区或距离大中城市15km以外，重要交通干线沿线(含航道)1km内；C级为中，在人口密度1000~10000人/km2的农业耕作区或者紧邻村庄的地区；D为重，在重要的交通枢纽附近，距海、沙漠或开阔干地5km内;距独立化工及燃煤工业源1km内；地方工业密集区及重要交通干线0.2km重盐碱地区。

2.2实验步骤

绝缘子积污数据的采集有着严格的步骤，具体的测量步骤为：所有绝缘子均采用取样巾擦拭擦拭，对于110kV电压等级的线路，上、中、下各取一片绝缘子进行擦拭，靠近高压端以及低压端的第一片绝缘子不取，将3片绝缘子的平均等值盐密和灰密作为该串绝缘子的等值盐密和灰密。对于220kV及以上电压等级的线路，上、 中、下部各取两片绝缘子进行擦拭，靠近高压端以及低压端的第一片绝缘子不取，将6片绝缘子的平均等值盐密和灰密作为该串的等值盐密和灰密。

2.3数据分析

1)正态性检测。将所测绝缘子的不带电盐密值与带电盐密值的数值做比值，求得最大值为1.548，最小值为0.327，将比值数据等距分为10组，组距为0.1221，将各组的分布频率。各组的上下限值以及频数进行对比，得出结论为：不带电与带电绝缘子的积污比值的分布函数呈正要分布，比值的数学期望值为0.8293。

2)带电积污系数。从实验数据中可以发现带电与不带电XP-70绝缘子上表面盐密都比较小，基本都在0.01~0 02mg/cm²之间，有一基杆塔的带电运行绝缘子上表面盐密均值超过了0.04mg/cm²；总体来看，带电运行对绝缘子的上表面盐密影响不大，但带电运行使绝缘子的下表面盐密和灰密呈增大趋势,灰密值集中在0.2~ 0.3mg/cm²。

3)污秽不均匀系数

污秽不均匀系数分为盐密不均匀系数与灰密不均匀系数，是表征绝缘子上下表面积污不均匀的参数。从实验数据可看出带电情况下绝缘子的污秽不均匀系数较不带电有所不同，对盐密分析得到，污秽不均匀系数较不带电情况下增加了1.09倍，对灰密分析得到，带电运行绝缘子的污秽不均匀系数增加了1.35倍，即带电情况下绝缘子下表面灰密和盐密的积累速度超过上表面灰密和盐密的积累速度，使上下表面积污差距变大，说明带电情况下污秽更容易沉积在绝缘子的下表面。

3 交流线路中绝缘子积分特性分析

2.1直流污秽等级划分

根据《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》，与直流线路有所不同的是交流线路的污区等级为非常轻到非常重5个等级，主要分级标准为人口密度及周围环境。a级为非常轻，几乎无人类活动，植被覆盖好；b级为轻人口密度500-1000人/km²的农业耕作区；c级为中，人口密度1000- 10000人/km2的农业耕作区；d级为重，人口密度大于10000人/km²的居民区和交通枢纽；e级为非常重，沿海1km和含盐量大于1.0%的盐土、沙漠地区，在化工、燃煤工业源区内及距此类独立工业源0.5km。

2.2等值盐密

在220kV的某线选取了12基杆塔，将XP-70绝缘子作为参照绝缘子，用其它5种绝缘子的等值盐密、灰密与XP-70绝缘子的等值盐密、灰密的比值作为积污比来进行归一化处理。用格拉布斯准则剔除数据中的异常值后，通过对比平均数、中位数、上四分数和下四分数来获得绝缘子的积污特性。为使实验的结果更为准确，对4次自然积污实验的数据进行了分析，第一次测量时绝缘子积污趋于饱和，后面每隔两个月各取--次积污数据进行测量来全面分析5种绝缘子的积污特性。将绝缘子的等值盐密和灰密与参照绝缘子进行归一化处理后，用集合的方式表示出来。

从右图可以看出，折线从上往下依次为FC70D、CA160、 FC160PH、FC70P和XWP2-70,在第一 次实验中FC70P和XWP2-70这两种绝缘子盐密的平均值以及四分位数相差不大，稳定在0.1mg/cm²以下，表现出了相似的积污特性，且积污程度要轻于另外3种绝缘子: FC160PH 的四分位数折线处于5种绝缘子的中间，盐密值在0.15~0.2mg/cm²之间，折线较为平滑，平均值和四分位数无较大变化；CA160 和FC70D这两种绝缘子表面积污最严重，CA160 盐密的平均值和四分位数在0.16~0.47mg/cm2之间，FC70D盐密的平均值和四分位数在0.29~0.46mg/cm²之间，两种绝缘子等值盐密波动较大。从第一次盐密的测量结果分析得知:这5种绝缘子双伞型XWP2-70绝缘子和钟罩型FC70P最不容易积污。

2.2灰密

从实验结果可看出CA160的灰密在0.026~2.76mg/cm²之间,FC70D的灰密在0.039^~3.77mg/cm²之间，且波动范围明显大于另外3种绝缘子，FC70P、FC160PH、 XWP2-70这三种型号的绝缘子积污特性较为接近，灰密在0.01~0.53mg/cm2之间，平均值和四分位数较为接近。根据NSDD数值对比分析后得出,FC70D和CA160两种绝缘子比较容易积污，FC70P的积污程度比FC70D和CA160小，比其余两种积污程度要大，FC160PH和xWP2-70绝缘子最不容易积污。

5 小结

虽然雷击导致的外绝缘事故率占据第一位，但是绝缘子污闪造成的损失却为雷击的10倍，所以绝缘子的污闪问题必须引起重视。而绝缘子的积污是一个复杂的动态过程，与绝缘子的形状、材质、来流风速、污秽颗粒直径、碰撞角度等有着相关性叫，不同材质的绝缘子在不同环境下所表现的积污特性是不同的。因此研究绝缘子的积污特性，可为线路设计时绝缘子的选型，制定绝缘子清扫周期及优化外绝缘设备的配置提供帮助，可以减少污闪的发生，从而提高电力系统运行的稳定性和安全性。

参考文献:

[1] 卢明雾霾与输变电设备外绝缘配置[M]北京中国电力出版社, 2017

[2] 陈子俊.泥石流冲击作用下桥墩的动力响应分析[D]华南理工大学,2017.

[3] 毕晓甜高压直流输电线路绝缘子积污特性实验与仿真研究[D].山东大学, 2016.

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