高压试验三：绝缘子串电位分布实验知识讲解

110kV线路的绝缘子串的电压与电场分布研究摘要：在对110千伏线路的绝缘子串的电压与电场分布进行研究时，考虑到各导线之间可能存在杂散电容，从而导致电压分布发生较严重的变化，从而使电场的分布出现局部较强的现象，这种现象极易造成击穿等情况，对线路的运行是非常不利的。

因此，对输电线路绝缘子串的电压与电场分布进行设计和研究必不可少，良好的设计可以有效保证线路的运行状态。

考虑到110千伏线路在分布的过程中会受到环境和气象条件等的影响，所以需要选择不同的形状和绝缘子串结构来对导线的排列方式进行选择。

但是我国现有的绝缘子串研究多是针对单串绝缘子，对于双串并联的方式研究较少。

基于此，本文研究了不同塔形下的单串绝缘子和双创绝缘子下的电压与电场分布情况，并采用仿真计算得出结果。

关键词：110kV线路；绝缘子串；电压；电场分布引言：随着我国电力系统的不断升级，电力系统的电压和电场分布也发生了一定的变化。

而绝缘子作为高压线路中应用较广的一种电气元件，它在应用过程中不仅可以为高压导线提供一定的支撑力，还可以防止电路中的电流流失，所以其在现有的线路中是非常重要的。

本文在对线路进行研究的过程中主要采用的是盘形悬式瓷绝缘子，这种绝缘子最早就是在我国开始使用并发展起来的，它具有抗气候变化性能、自洁性能和良好的组装灵活性等，而且其制作成本低，制造工艺简单，对我国电力系统的发展提供了良好的技术基础，对绝缘子串电压分布和和其电场的分布情况进行分析，可以有助于我国电力系统性能的提升和运行的稳定。

1.线路绝缘字串的电气特性以及数值计算方法分析1.1.1 悬式绝缘子串的结构悬式绝缘子主要由钢帽、钢脚、绝缘介质和填充料等组成。

而盘形悬式绝缘子的介质是绝缘子的主体，所以对其要求较高，它必须要有足够的机械强度和电气强度，这样尽管线路处于交易复杂的自然环境下，它依旧具有良好的性能。

而现有的电磁和钢化玻璃材料就具有这样的特性，所以其已经成为绝缘工业中较为常用的介质材料。

高压交流系统绝缘子电容量的检测方法及绝缘子串电位分布的研究1研究的背景及意义近几年电网的污闪事故有不断增多的趋势，在2000年至2001年间，国内几大电网相继多次发生大面积污闪事故。

电网污闪事故涉及范围大、停电时间长，严重威胁着输变电设备的安全运行，给国民经济带来重大的损失。

绝缘子串是电力线路的绝缘的主要部件，在运行中由于各绝缘子所分布的电压不等，承受较高电压的绝缘子，其绝缘性能劣化较快，当绝缘电阻降低或为零时称为低值或零值绝缘子。

它们对线路运行安全影响较大。

目前使用的检测方法，须上杆塔，由试验人员带电对每片绝缘子进行检测。

研究发现，发生上述缺陷的原因之一是运行中的绝缘子串电压分布不均匀。

因此绝缘子串电压的分布情况研究，对绝缘子的选用以及绝缘子运行状况监测都是具有十分重要的意义。

目前研究得出，影响绝缘子串电位分布的主要因素为绝缘子等效电容量和绝缘电阻。

绝缘子串可等效为其本身电容、对地电容、对导线电容三者之间的相互作用，通过试验研究发现，导线侧绝缘子承担电压最高，然后依次减小，在绝缘子连结只数的3/4附近为最小值，随之又增大，可见绝缘子串的电压分布不均匀，并且串中的绝缘子数越多，电压分布就越不均匀。

电压分布越不均匀，造成绝缘子的闪络，界面击穿，污闪的可能性越大。

目前多数学者都赞同并应用这种普遍的电位分布规律来指导科学研究，由于绝缘子串处于杆塔和导线这种复杂的电磁环境中，绝缘子串的电容分布受到各种杂散电容的影响给研究带来了困难。

检测在线情况下绝缘子串的电容分布，电阻分布从而研究绝缘子串的电位分布主要规律是一项重要的课题，为以后输电线路防污闪工作及均压措施提供了很好的理论基础。

2项目研究的现状江西省电力科学研究院与华中科技大学电气与电子工程学院共同研究完成高压交流系统绝缘子人工污秽试验方法与自然污秽等价性研究。

项目中一重要课题是试验研究江西典型污秽区，污秽绝缘子的电位分布规律。

2.1 绝缘子绝缘电阻检测与电位分布规律试验采用江西地区110kV线路高压绝缘子串实际运行情况选定7片XWP2—70进行电位分布试验研究，试验设置为五个部分，分别从绝缘子片上下表面染污不均匀、绝缘子串中不同位置污秽度不等、不同污秽区绝缘子表面污秽度大小不同等多种不均匀污秽形式，每种类型通过多组试验进行对比研究绝缘子串电位分布规律。

绝缘子的电位分布实验一、绝缘子串电压分布规律每一个绝缘子就相当于一个电容器，因此一个绝缘子串就相当于由许多电容器组成的链形回路。

因为绝缘子的体积电阻和表面电阻较正常情况下（50Hz）的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。

如果不考虑其他因素影响，由于每个绝缘子的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分担的电压是相同的。

但由于每个绝缘子的金属部分与杆塔（地）间、导线间均存在杂散电容（寄生电容），绝缘子串中每个绝缘子实际所分担的电压并不相同。

图11-1 绝缘子串的等值电路(a) 仅考虑金属部分对杆塔的电容(b) 仅考虑金属部分对导线的电容在图11-1（a）中，C为绝缘子本身的电容，Cz为其金属部分对杆塔的电容。

由于存在这种电容，当有电位差时，就有一个电流经Cz流入接地支路。

流经Cz的电流都分别要流经电容C，因此，愈靠近导线的电容C所流经的电流就愈大。

由于各绝缘子电容大致相等，则它们的容抗也大致相等，又由于靠近导线的绝缘子的电容电流较大，所以此处每片绝缘子上的电压降也就较大。

绝缘子串的电压分布如图11-2中的曲线1所示。

在图11-1（b）中，C为绝缘子本身的电容，Cd为其金属部分对导线的电容。

由于每个电容Cd两端均有电位差，因此就有电容电流流过，而且都必须经电容C到地构成回路，这样就使离导线愈远的绝缘子所流过的电流愈多，电压降也愈大。

绝缘子串的电压分布如图11-2的曲线2所示。

图11-2 绝缘子串的电压分布曲线1—仅考虑Cz作用；2—仅考虑Cd作用；3—考虑Cz、Cd两者同时作用由于绝缘子金属部分对导线的电容Cd比其对地电容Cz小，因而流过的电流也小，所以产生的压降就相对地较小。

实际的绝缘子串各个绝缘子上的电压分布应考虑两种电容的同时作用，即沿绝缘子串的电压分布应该由分别考虑Cz与Cd所得到的电压分布相叠加，如图11-2中的曲线3所示。

由图可见，沿绝缘子串的电压分布是极不均匀的，靠近导线的绝缘子电压降最大，离导线愈远的绝缘子两端压降愈小，当绝缘子靠近杆塔横担时，绝缘子电压降又升高。

发电厂升压站绝缘子串电压分布实测【摘要】交流电压作用下，由于绝缘子对杆塔和导线有杂散电容，绝缘子串电位分布不均匀，一般情况下导线端承受较高电压。

长期的高电压环境容易导致绝缘子污闪、起晕和劣化，对绝缘子的绝缘水平和电力系统的安全稳定可靠运行带来影响。

本文通过实测不同电压等级绝缘子串的电压分布，得到绝缘子串的电压分布规律，同时提出了针对电压分布情况的改进措施。

【关键词】升压站；绝缘子串；杂散电容引言绝缘子的绝缘水平对电力系统的安全稳定运行有很大的影响，而绝缘子通常都通过组合成绝缘子串进而运用到系统实际中。

近年来，由于绝缘子串的污闪造成的事故不容忽视，这往往是由于绝缘子串电压分布的不均匀导致。

因此研究绝缘子串电压分布的规律和影响因素对于电力系统意义重大，目前的研究也主要通过数值计算和实测两种途径来进行，这两种方法各有优点，而实测方法由于跟实际较为接近而更加具有实际意义。

1发电厂升压站绝缘子串特点1.1 绝缘子结构目前发电厂使用的绝缘子大多为悬式绝缘子，悬式绝缘子的组成部分包括：钢帽，钢脚，绝缘介质和填充料。

绝缘子的主体是介质，该介质在机械强度和电气强度方面必须满足线路或者升压站的要求，同时，绝缘介质必须在变化较为剧烈的大气条件下满足热机稳定性。

电瓷和钢化由于具有较好的上述特性从而成为工业中应用较为广泛的材料。

瓷质绝缘子表面均匀光亮瓷釉是由塑性粘土、石英砂和微晶花岗岩混合而成的。

瓷盘下表面有3～4个棱是为了增长闪络路径和泄露距离，为了在组成绝缘子串时悬式绝缘子的盘径最小且充分地利用空气放电距离，绝缘子的瓷盘直径和结构高度的比值一般分布在0.5～0.65范围之内。

悬式瓷绝缘子由高标号水泥作为其填充料，其膨胀系数需配合钢脚钢帽和绝缘元件。

绝缘子的钢帽和钢脚所使用的材料为高硅可铸铁和结构钢，钢帽的破坏强度需在0.4～0.6MPa之间，而钢脚的破坏强度要更大。

为了保证绝缘子的正常可靠安全运行，绝缘子需要有耐腐蚀性且钢脚承力面需带大弧度。

实验四绝缘子串电压分布的测量一、实验目的1．验证绝缘子串电压分布不均匀现象；2．了解改善绝缘子串电压分布的措施；3．掌握绝缘子串电压分布的测量方法。

二、实验内容1. 用“小球法”测量绝缘子串在无均压环时的电压分布；2. 用“小球法”测量绝缘子串装有均压环时的电压分布。

（不同电压等级线路绝缘子串的绝缘子（以X-4.5为例）片数：≥14片/220kV；≥8片/110kV；≥4片/35kV。

X-4.5绝缘子单片耐压强度为56kV。

可根据各学校实验室现实情况，选取合适的绝缘子片数及小球（直径可选0.3-0.5cm）间距。

）三、理论概述在交流电压作用下，绝缘子串可以等效为电容的串联，由于杂散电容的存在且分布不均衡，使得各片绝缘子上流过的电容电流不相等，因而电压分布不均匀。

绝缘子串上绝缘子片数量越多，电压分布越不均匀。

通常当表面比较清洁时，绝缘本身的电容和杂散电容决定了这一电压分布，而当表面因污染而绝缘电阻下降时，则电压分布主要决定于表面的电导。

如果绝缘中某一部分因损坏而绝缘电阻急剧下降，则表明电压分布会有明显的改变。

因此测量绝缘表面的电压分布可以发现绝缘子绝缘的缺陷。

四、实验接线与实验方法将一间隙距离固定不变的小球间隙S依次挂接在绝缘子串各片绝缘子片的两端，调节电源电压使小球间隙击穿，测量绝缘子串的总电压U i（为减小小球放电的分散性，针对每片绝缘子的测量重复三次，求取三次的平均值为U i）。

如果试验中保持小球的放电电压ΔU不变，那么对于由n片绝缘子构成的绝缘子串，第i 片绝缘子上的电压承担率为i iUU α∆=并且有：1122n n U U U U ααα∆====……及11ni i α==∑，由上两式可以得到，111ni iU U =∆=∑，故111i ni i iU U α==∑因此，可以得出整个绝缘子串的电压分布曲线。

给绝缘子串加装均压环，重复测量，比较均压环加装前后，电压分布的区别，验证均压环改善电压分布的作用。

750kV输电线路绝缘子串电压分布研究绝缘子是架空输电线路的关键部件之一,其性能的优劣直接影响到整条线路的安全运行。

由于绝缘子串与导线、铁塔及金具之间杂散电容的存在,使得沿绝缘子串的电压分布不均匀。

随着750kV电网建设在西北五省的全面展开,750kV电网将成为我国西北地区的主网架。

750kV输电线路采用的绝缘子串属于超长串、绝缘子型号及规格多样,绝缘子串电压分布不均匀更加突出,均压措施实施复杂、困难。

因此,确定绝缘子串电位分布,对检测低、零值绝缘子,确保输电线路的安全、稳定运行具有重要的意义。

750kV交流超高压输电线路运行至今,还没有绝缘子串分布电压的标准,这不利于对绝缘子串中劣化绝缘子的判别,影响线路的安全运行。

根据750kV输电线路线路实际情况,考虑铁塔、分裂导线、均压环、避雷线等因素的影响,建立了750kV输电线路绝缘子串三维电场有限元计算模型,研究确定750kV绝缘子串电压分布规律。

分析讨论了分裂导线、铁塔、避雷线、均压环、绝缘子型号、绝缘子材质、悬挂方式、导线排列方式等因素对线路不同位置绝缘子串电位分布仿真计算的影响,优化了均压环结构,进而确定了不同塔型、不同绝缘子片数、不同绝缘子型号、不同材质绝缘子的750kV输电线路绝缘子串电位分布。

主要得到了以下结论:①仿真计算时,分裂导线对绝缘子串电位分布计算影响明显,它能够使绝缘子串电位分布更加均匀化;当分裂导线长度取为绝缘子串长的8倍以上时,与实际导线的效果类似;考虑同一杆塔上的其他相导线的影响时绝缘子串电位分布更加不均匀。

铁塔对绝缘子串电位分布影响明显,忽略铁塔影响时绝缘子串电位分布会更加不均匀,特别是对靠近接地端的绝缘子承受电压影响显著。

避雷线、绝缘子伞形结构、绝缘子串的悬挂方式、导线排列方式、绝缘子材质等因素对不同位置的绝缘子串电位分布的计算均有影响。

②对瓷/玻璃绝缘子均压环上抗位置在2~3片绝缘子处,环径取为900mm~1000mm,环管径取为100mm~120mm绝缘子串电位、电场分布更为均匀;对复合绝缘子均压环抬高距h 取150mm~300mm、环径R取1100~1300mm、管径Φ取140mm~180mm时绝缘子各部分表面电场较小。