35kV绝缘子雷电冲击下闪络特性实验分析
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第2O卷第3期 2012年9月 厦门理工学院学报 Journal of Xiamen University of Technology V0】.2O No.3 Sep.2012
35 kV绝缘子雷电冲击下闪络特性实验分析
田 洪,陈天翔,孙 园,张 辑
(厦门理工学院电子与电气工程系,福建厦门361024)
[摘要]用盐水浓度模拟污秽物导电特性,用400 kV冲击电压发生器对35 kV陶瓷支柱绝缘子和复 合支柱绝缘子进行了1O00余次雷电冲击电压下的干闪、湿闪和人工污秽试验,对起始闪络电压和伏秒特性 曲线的变化规律进行了探索.实验结果表明,陶瓷绝缘子的起始闪络电压比复合绝缘子更容易受到污秽物
的影响,但其闪络形成时间受盐水浓度和表面湿度的变化影响不大,而复合绝缘子则会受到较大影响,这 在电力系统绝缘配合设计方面需要重视.本文对35 kV陶瓷绝缘子和复合绝缘子在雷电冲击电压下的闪络 特性开展了实验研究. [关键词]陶瓷绝缘子;复合绝缘子;雷电冲击电压;闪络 [中图分类号]TM852 [文献标志码]A [文章编号]1673—4432(2012)03—0051—06
绝缘子在运行中闪络现象时有发生.中国电力线路的雷击和污闪问题突出….2001年华北电网
的大面积污闪 ,让人们意识到传统意义上对污闪特性的认识并不够准确.35kV线路避雷装置缺乏,
绝缘水平低,接地电阻较高 ,更加容易遭受雷电侵扰.近年来雷击污秽绝缘闪络事故的多次发生,
表明污秽绝缘子的冲击电气强度有明显的降低,应当引起足够的重视 引.
1污闪机理分析
绝缘子发生闪络时,气体沿着绝缘子表面发生贯穿性放电现象.在潮湿且表面有污秽的情况下,
污秽物中的不导电部分吸收水分,保持绝缘子表面一定的含水量,导电部分溶解在水中,增大绝缘子
表面的电导率,经过积污、湿润、出现干区和局部电弧等过程发展至完全闪络 引.因此通常认为憎
水性表面的抗污闪性能较好 .污秽度的描述主要从污秽物附着在绝缘子表面的导电性方面进行,
最常见的是等值盐密法 ,还有积分电导率法等 引.
2 实验研究
2.1买验设计
以35 kV陶瓷支柱绝缘子和35 kV复合支柱绝缘子为对象,按国标_9 要求的盐雾法设计了如下实
验,在不同的实验条件下测出50%起始闪络电压和50%伏秒特性曲线.
1)实验条件:配制l0 kg・13"1~、4O kg-m~、80 kg・121 三种质量浓度的NaC1溶液,模拟不同
导电性能的污秽情况;将绝缘子表面的湿润程度分为“小水珠”、“大水珠”和“水珠成串” 2)实验组别:
a)干闪试验:对陶瓷绝缘子和复合绝缘子分别做干闪试验,共2组;
b)湿闪试验:对陶瓷绝缘子和复合绝缘子分别在三种湿润程度下进行试验,共6组;
[收稿日期]2012—04—23 [修回日期]2012—09—08 [基金项目]福建省教育厅科技项目(JB11183);厦门市重大科技项目(3502Z20111008) [作者简介]田洪(1983一),男,助教,硕士,研究方向为电力系统自动化、电力设备绝缘与诊断等.E-mail ti
anhong@xmut.edu.en ・52・ 厦门理工学院学报
c)污闪试验:根据绝缘子表面的三种湿润程度、三种盐溶液浓度和两种绝缘子,构建18组污闪
实验组别.
2.2 50%闪络电压实验结果及分析
用400 kV冲击电压发生器对上述两种绝缘子进行了293次实验,得到不同盐水浓度和表面湿润
程度下陶瓷绝缘子和复合绝缘子的50%闪络电压如图1所示.
>
0 ln 陶瓷大水珠 > 陶瓷大水珠 陶瓷大水珠成串 复合大水珠 复合大水珠 复合水珠成串 +陶瓷0kg/m3 一・陶瓷lO kg/m3 -+・陶瓷40 kg/m3 -1I一陶瓷80kg/m3
.◆.复合0 kg/m 复合10kg/m3
....复合40 kg/m
一.复合80 kg/m
盐水浓度/(kg・m一 ) 表面湿度
图1 绝缘子在不同盐水浓度和不同表面湿度条件下的50%起始闪络电压对比
Fig.1 Comparison of 50%initial flashover voltage with diferent salt solution and wetness
实验结果表明:a)纯水的湿闪电压与干闪电压几乎一致;说明纯水不具有导电性,不引起闪络
电压的降低.b)陶瓷绝缘子在各种盐水浓度下,都体现出50%闪络电压随表面湿度的增加而显著降
低的趋势;然而复合绝缘子这一规律并不明显,尤其当盐水浓度达80 kg/m 时,在各种表面湿度下
的闪络电压基本保持不变;这是由于复合绝缘子的憎水性表面即使在水量较大时,水珠仍成半球状,
不连成片,放电电压取决于水珠间空气间隙的击穿电压,只要水珠中的带电粒子足够,无论水珠大小
对水珠间电场影响并不大.c)复合绝缘子在“大水珠”和“水珠成串”的表面湿度下,闪络电压随
盐水浓度变化的曲线几乎重合;这表明当表面湿度达到一定程度后,复合绝缘子表面水珠中的带电粒
子数量已足够形成稳定的电场,因此闪络电压随湿度变化已十分有限.
2.3 50%伏秒特性实验结果及分析 1)两种绝缘子干闪的伏秒特性
对陶瓷绝缘子和复合绝缘子在表面干
燥、清洁的情况下分别进行了33次和36次
雷击闪络试验,得到的数据做出散点图并
进行幂函数拟合,如图2所示.由图2可
以看出,复合绝缘子表面干燥时的伏秒特
性曲线整体在陶瓷绝缘子的右上方,无论
从闪络电压还是击穿时问上看复合绝缘子
的性能都远优于陶瓷绝缘子.
2)两种绝缘子在不同表面湿度的下的
伏秒特性 放电时Igl/Ixs
图2绝缘子干闪伏秒特性曲线对比 Fig.2 Voltage-time curve comparison for flashover of dry insulators +陶瓷千闪
一乘幂(陶瓷干闪)
X复合干闪
——乘幂(复合干闪)
在绝缘子表面均匀喷洒不同量的纯净水,并进行了150次雷电冲击闪络试验,如图3所示.由图
3可以看出,无论表面湿度如何,其伏秒特性曲线都很接近,并且与干闪伏秒特性曲线基本重合,再
次说明由于纯水中带电粒子数量很少,对绝缘子表面电导的影响也很小,因此绝缘子闪络特性变化不
大,与预期相符. 3)陶瓷绝缘子和复合绝缘子在相同盐水浓度不同表面湿度条件下的伏秒特性
根据实验设计,对绝缘子表面进行相同浓度、不同量的盐水喷洒,在模拟盐雾法的环境下进行雷
电冲击闪络试验298次,结果如图4一图6所示.
第3期 田洪,等:35 kV绝缘子雷电冲击下闪络特性实验分析 ・53・
至250 吾240 删230 220 210 200 辩 至340 蓦330
320 310 300 ・小水珠 -大水珠
・水珠成串 X干闪
一乘幂(小水珠)
一乘幂(小水珠) 一乘幂(水珠成串)
一乘幂(干闪) 放电时间/ s 放电时间/ s 图3 陶瓷绝缘子和复合绝缘子表面喷洒纯水的雷击闪络伏秒特性
Fig.3 Voltage-time curves of flashover on porcelain and polymeric insulators on condition of lightening strike voltage applied and pure water sprayed
250
230
210
190
鳗170 >330
320 310
300
290
《Ⅱ280 270 ・小水珠 _大水珠 ▲水珠成串
干闪 一乘幂(小水珠) 一乘幂(小水珠) 一乘幂(水珠成串)
一乘幂(干闪) 2 4 6 8 1O 4 6 8 10 12 14 闪络时f ̄3/ixs 闪络时f ̄3/ixs 图4绝缘子表面喷洒10 kg/m。盐水在不同表面湿度下的雷击闪络伏秒特性 Fig.4 Voltage-time cuwes of flashover on insulators with salt water sprayed at the solution of 1 0 kg/m。
立330 吾320 310 300 290 280 270 260 小水珠 ・大水珠 ・水珠成串 干闪 一乘幂(小水珠)
一乘幂(小水珠) 一乘幂(水珠成串)
一乘幂(干闪)
闪络时间 s 闪络时间 s 图5绝缘子表面喷洒40 kg/m。盐水在不同表面湿度下的雷击闪络伏秒特性
Voltage‘time cuwes of flashover on insulators with salt water sprayed at the solution of 40 kg/m。
立 ・小水珠 -大水珠 ‘水珠成串 千闪 一乘幂(小水珠) 一乘幂(小水珠) 一乘幂(水珠成串) 一乘幂(干闪)
闪络时间 s 闪络时间/ s
图6绝缘子表面喷洒80 kg/m。盐水在不同表面湿度下的雷击闪络伏秒特性
Fig.6 Voltage。time cuwes of flashover on insulators with salt water sprayed at the solution of 80 kg/m。 鳗 5 g F
厦门理工学院学报
实验结果表明:a)盐水的喷洒使陶瓷绝缘子的起始闪络电压显著下降,但在较低的电压下,闪
络形成时间较长;这是由于较低的闪络电压下,形成的有效电子较少,需要更长的时间才能形成放电
通道.b)陶瓷绝缘子在200 kV以上的雷击电压峰值下,干闪伏秒特性曲线与污闪基本重合,而对于
180 kV以下的雷击电压峰值,较小的表面湿度反而产生了更长的闪络形成时间;这是由于当表面湿
度较大时,陶瓷绝缘子的亲水性表面水膜面积较大,有效电子形成后容易被水膜所捕获而消失,难以
形成放电通路.c)复合绝缘子的污闪伏秒特性曲线都在干闪伏秒特性曲线左下方,伏秒特性曲线随
表面湿度的增加而向左下方移动;这是由于在复合绝缘子的憎水性表面,水珠不形成水膜,放电发生
在水珠间,有效电子形成后不被吸收,而爬距变小,放电时间缩短.
4)陶瓷绝缘子和复合绝缘子在相同表面湿度不同盐水浓度条件下的伏秒特性
根据实验设计,对绝缘子表面进行不同浓度、相同量的盐水喷洒,进行雷电冲击闪络试验321
次,结果如图7~图9所示.
》
匠 30
l0
90
70 ・小水珠 -大水珠 ^水珠成串 ×干闪 一乘幂(小水珠) 一乘幂(小水珠) 一乘幂(水珠成串)
一乘幂(干闪) 闪络时间/LLs 闪络时间/ s 图7绝缘子表面喷洒不同浓度的盐水呈小水珠状的雷击闪络伏秒特性 Fig-7 Voltage.time curves of flashover on insulators covered by small drops of salt water at diferent solutions
>240
210 恕
18o
避150 ・小水珠 -大水珠 t水珠成串 ×干闪 一乘幂(小水珠) 一乘幂(小水珠) 一乘幂(水珠成串)
一乘幂(干闪)
闪络时间, s 闪络时间/ 。 图8绝缘子表面喷洒不同浓度的盐水呈大水珠状的雷击闪络伏秒特性 Fig.8 Voltage.time curves of flashover on insulators covered by large drops of salt water at diferent solutions