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复合绝缘子污秽放电闪络的原理

日期:2019-07-27

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  在自然环境中,输电线路中的复合绝缘子受到SO2、氮氧化物以及颗粒性尘埃等大气环境的影响,在其表面逐渐沉积了一层污秽物。在天气干燥的情况下,这些表面带有污秽物的复合绝缘子保持着较高的绝缘水平,其放电电压和洁净、干燥状态时接近。然而,当遇有雾、露、毛毛雨以及融冰、融雪等潮湿天气时,复合绝缘子表面污秽物吸收水分,使污层中的电解质溶解、电离,导致污层电导增加,这时,复合绝缘子的表面泄漏电流就会增加。由于复合绝缘子的形状、结构尺寸的影响以及复合绝缘子表面污层分布不均和潮湿程度不同等因素,使复合绝缘子表面各部位的电流密度不同,其结果是在电流密度比较大的部位形成了干燥带。例如悬式绝缘子的钢脚附近,棒式支柱绝缘子裙和芯棒交接处。干燥带的形成促使复合绝缘子表面电压分布更加不均匀,干燥带承担较高的电压。当电场强度足够大时,将产生辉光放电,随着泄漏电流的增大,辉光放电有可能转变为局部电弧,这时复合绝缘子表面相当于局部电弧和一串剩余的污层电阻相串联。这时的局部电弧可能熄灭,也可能发展。完全是随机的。局部电弧的热效应,会使干区扩大,局部电弧会沿干区旋转,不断适应自己的长度。当局部电弧不断发生和发展,达到和超过临界状态时,电弧贯穿两极,完成闪络。

  由此可见,复合绝缘子的污秽闪络,取决于以下四个阶段的发生和发展,即:

  (1)复合绝缘子表面的染污过程。

  (2)复合绝缘子表面污层湿润的过程。

  (3)干燥带形成和局部电弧过程。

  (4)局部电弧发展贯穿两极的过程。

  复合绝缘子表面沉积的污秽,来源于该地大气环境的污染(包括远方传送来的),还与绝缘子本身的结构、表面性能有着密切的关系,当然也受大气条件的洗涤(如风吹和雨淋)。长期的运行经验表明,城市工业区及大气污染严重的地区,一般复合绝缘子表面的积污也多。工业规模愈大,对周围影响的范围也愈大;距工业污染源愈远,影响愈弱,复合绝缘子表面积得的盐密值也逐渐减少。

  大气污染比较严重地区的浓雾,对复合绝缘子表面的污染也是明显的。研究表明,城市工业区的浓雾的雾水电导率可达2000μs/cm左右,一次来雾一般可稳定地维持数小时。城市工业区的边缘及邻近农村的浓雾的雾水电导率也可达数百至1000μs/cm以上。经实测,一次持续时间为8~10小时的大、中型雾,可使绝缘子表面盐密值增加 0.01ms/cm2左右。人工模拟试验表明,当雾水电导率为2000μs /cm时,复合绝缘子,受雾6~10h,盐密值可增加0.03~0.04mg/cm3。雾水电导率为2000μs/cm的雾可使设备的污闪电压比蒸馏水雾下降20%左右。如果雨、雪中含有较高的电导率物质,则对绝缘子有增加污染的作用。如果是大雨,则又有洗涤复合绝缘子使其净化的作用,某地 10月份雨季后测得的复合绝缘子表面盐密值,普遍比同年3月份(无雨积污期)低,雨水的冲洗效果明显,平均冲洗效率为28%。

  由上所述:大气环境中充满了各种气态、液态污染物和固体微粒。固体微粒中直径较大者,在重力作用下垂直降落,而直径较小的微粒呈悬浮状态,也在复合绝缘子周围运动着。高压绝缘子表面污秽的积聚,一方面取决于促使微粒接近绝缘子表面的张力,另一方面也取决于微粒和表面接触时保持微粒的条件。微粒在绝缘子表面上的沉积,受风力、重力、电场力的作用,其中风力是*主要的。重力只对直径较大的微粒起作用,且主要影响污染源附近的绝缘子的上表面。微粒在交流电场中作振荡运动,作用在中性微粒上的电场力指向电力线密集的一端。空气运动的速度和复合绝缘子的外形决定了复合绝缘子表面附近的气流特性,在不形成涡流的光滑表面附近,微粒运动速度快,从而减少了它们降落在复合绝缘子表面的可能性。反之,下表面具有高棱和深槽的复合绝缘子表面附近则易形成涡流,使气流速度下降,创造了污秽沉积的有利条件。

  由于风力对复合绝缘子表面积污起主要作用,因此,有风、无风及风大、风小均对微粒的沉积影响较大,也直接影响绝缘子上、下表面积污的差别,同时带电与否也对积污有影响。大多数的污物在干燥状态下是不导电的,该状态下复合绝缘子放电电压和洁净干燥时非常接近。只有当这些污物吸水受潮,其中的电解质电离并在绝缘子表面形成一层导电膜时,复合绝缘子表面的闪络电压才会降低,其中闪络电压降低的程度与污层的电导率有关。

  长期的运行经验表明,雾、露、毛毛雨*容易引起复合绝缘子的污秽放电。这些气象条件之所以容易发生污闪,是因为它们能够使污层充分湿润,使污层中的电解质完全溶解,但又不致使污层被冲洗掉。因此,污层的电导*大,污闪电压*低。

  雾是由悬浮在近地面大气中缓慢沉降的微小水滴、冰晶质点或二者的混合物组成的。雾经常出现的厚度是20~50m,持续时间为1.5h至数个昼夜,雾中水滴的直径多为2~15μm,出现概率*大的是 5~10μm,含水量约为0.5~1.5g/m3。雾有多种类型,例如,冬季采暖期的辐射雾以及平流辐射雾等。雾多在夜间发生,据统计,大部分地区起雾时间多在20:00~24:00。直至凌晨,消雾时间多在9:00~12:00;山雾的持续时间多为2~8h,占54%。持续时间超过12h的,占8%以上;雾的含水量在发生发展过程中是起伏变化的,在两次对雾的全过程观测中,其含水量的高峰值在凌晨5:00~7:00,这也可能是输变电设备的雾闪多发生在凌晨的原因。

  露是空气中水分在温度低于周围空气时对绝缘子上的冷凝物。露和雾一样,也能使复合绝缘子的上下表面都湿润。近年来,凝露对室内10kV设备曾造成连串的闪络事故,也应引起我们的重视。使用RTV涂料解决凝露问题是一个非常有效的措施,它具体的机理和应用,我们放在后面篇章说明。

  毛毛雨是稠密而细小的液体降水,随风飘浮、徐徐下降、迎面有潮湿感。其强度为0.05~4.0mm/h,降落速度不超过1m/s,降雨持续时间可达数小时。毛毛雨多数情况下仅能湿润绝缘子的上表面。而雨一般分为大、中、小雨,中雨雨落如线,雨滴不易分辨, 1h的雨量为2.5~8.0mm;超过中雨的雨称为大雨,强度很大的雨每小时的降雨量达几十到几百毫米,多数雨滴的直径为1000~1400μm,雨滴的降落速度为4.0~6.0m/s。雨量10mm/h左右的雨一般可持续几小时。小雨雨点清晰可见,无飘浮现象,1h内的降水量可达2.5mm。大雨和中雨,水滴较大,对染污复合绝缘子表面能形成冲刷,净化污秽表面的作用较大,一般地说,大雨不是污秽地区复合绝缘子运行的危险条件。然而,对于伞裙较密,伞伸出不长的棒型支柱绝缘子、套管等设备来说,在久旱无雨积污较多又突然降大雨的情况下,却有可能发生闪络。