重工業粉塵污穢地區常用絕緣子閃絡特性的試驗研究

張遠博，朱義東，王 飛

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

重工業粉塵污穢地區常用絕緣子閃絡特性的試驗研究

張遠博1，朱義東1，王 飛2

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

在對遼寧省重度粉塵污穢分布進行調研分析的基礎上，對幾類主要粉塵污穢進行了成分分析。并在試驗站大霧室內對遼寧省常用的雙傘型瓷絕緣子和玻璃深棱型絕緣子進行了不同粉塵污穢條件下的污閃試驗，對2種絕緣子在重度污穢區域防污閃特性進行了試驗研究，給出了對此類地區絕緣子類型選擇的參考建議。

粉塵污穢；絕緣子選型；閃絡特性

近年來國內發生了多次重度污穢地區絕緣子閃絡、爆裂等故障［1-2］。經調查，遼寧省分布著數量較多的冶煉、水泥等重度粉塵污染地區，對輸變電設備安全運行構成嚴重威脅。對這類地區絕緣子類型的正確選用，是避免發生輸變電設備外絕緣污閃故障的重要前提。

1 重度粉塵污染類型與分布

1.1 設備外絕緣典型污染源類型及成分分析

電網設備周邊污穢污染源主要來自工礦企業、公路、城鎮生活區及海洋等。工礦企業一般集中在較大城市周邊或礦山，主要污染是企業排放的粉塵、污染氣體等，如鋼鐵廠、電熔鎂廠、火電廠、水泥廠等都屬于較大污染企業。公路污染主要由于汽車尾氣、灰塵、冬季使用的融雪劑等。城鎮生活區污染主要是由于居民采暖鍋爐、生活垃圾等。海洋污染主要體現為海風、海霧造成空氣中所含鹽分大幅增加。

經對污源類型的統計分析，分別對典型的粉塵污穢——鎂礦石、鐵礦石及水泥粉塵在附近變電站絕緣子外表面形成的污穢進行成分分析。各類粉塵污穢中，其對應的氧化物，即氧化鎂、氧化鐵、氧化鈣等成分所占比例較大。從現場測試看，所選取絕緣子下表面污穢較集中，上、下表面積污比較高。總體來說，重粉塵污穢地區絕緣子外表面鹽密、灰密均較大，且灰鹽比較高，遠超一般地區水平。

1.2 重粉塵對設備外絕緣影響

污穢物中不溶物是影響污閃電壓的因素之一，灰分本身性能不同對其污閃電壓影響也有差異。近年來我國電力系統在開展鹽密度測量的同時，也開展了絕緣子表面附灰程度的測量。結果表明，遼寧地區灰分與鹽分的比（灰鹽比）常規污染情況下介于2～20，灰密度一般不高于2.0 mg／cm2。隨著鹽密度增大，灰鹽比呈下降趨勢。灰鹽比隨季節不同而周期性變化，冬季偏大，夏季偏小，這與冬季揚塵增多等原因有關［3-5］。

在遼寧電網運維中發現，一些重度污染地區，鹽密度達0.1 mg／cm2以上，灰密度達4.0 mg／cm2以上，甚至一些地區灰鹽比達200，這將極大地降低污閃電壓，增加安全隱患。因此，急需開展重粉塵地區常用絕緣子閃絡特性的試驗研究，最大程度減少重粉塵污穢地區污閃事故的發生。

2 重粉塵污穢環境絕緣子選型研究

目前遼寧地區應用最多的絕緣子是瓷雙傘型絕緣子及玻璃鐘罩型絕緣子，因此，試驗選取這2種型式的絕緣子，其額定機械負荷強度為70 kN。

試驗前用清洗劑仔細清洗絕緣子表面，除去所有污物和油脂的痕跡，然后用自來水徹底沖洗干凈。以后每次染污前，僅用自來水進行徹底清洗，以除去污穢物的所有痕跡，清洗后的絕緣子晾干后涂污進行試驗。

為模擬不同污穢類型，導電物選擇商業用純氯化鈉，不溶物選擇硅藻土、氧化鎂、氧化鐵、水泥灰等。試驗時絕緣子串按照實際運行情況布置模擬橫擔及模擬導線，試驗連接如圖1所示。

圖1 大霧環境下污閃試驗連接圖

2.1 鎂礦石粉塵污穢下瓷雙傘與玻璃深棱型絕緣子試驗對比

對XWP2-70雙傘型瓷絕緣子和FC-70P／155玻璃深棱型絕緣子，在不同附鹽密度（氯化鈉）、不同附灰密度（氧化鎂）工況下的短串（3片）人工污穢特性進行研究，試驗結果如圖2、圖3所示。

由圖2可以看出，灰密度在1.0 mg／cm2以下時，污耐受電壓隨灰密度增加迅速下降，達到2.0 mg／cm2時，污閃電壓幾乎接近最低點，此后隨灰密度增大，污閃電壓變化并不明顯。主要原因是當絕緣子表面灰密度過小時，污染物吸水量小，保水性差，容易受潮的上表面很快吸水飽和，污穢物開始隨水流失，而下表面未充分受潮，因而絕緣子電導率并非最大，污閃電壓也相對較高，在灰密度較大，達到1 mg／cm2以上時，污穢物吸水量和保水性均較好，上表面充分受潮且未開始流失時，下表面也受潮充分，此時更容易發生閃絡。

根據不同鹽密度值閃絡電壓曲線可以看出，盡管灰密度對閃絡電壓有所影響，但影響閃絡電壓的主要因素仍是鹽密度，即鹽密度越高，閃絡電壓越低。

由圖3可以看出，隨灰密度、鹽密度的增加閃絡電壓逐漸降低，與XMP2-70雙傘型瓷絕緣子閃絡特性相似，從閃絡電壓看二者在灰密度較大時差別較小。

考慮到FC-70P／155玻璃深棱型絕緣子下部深棱區域結構特點，此類絕緣子在重污穢地區比XMP2-70雙傘型瓷絕緣子積污量一般高出30%左右，造成閃絡電壓降低，導致輸電線路存在安全隱患。因此，在重粉塵污穢地區要盡量避免使用自潔性差的鐘罩型或深棱型絕緣子。

盡管在相同鹽密度、灰密度條件下，深棱玻璃絕緣子閃絡電壓雖略高于瓷絕緣子，但受限于本身結構特點及積污速率，在重污穢區域玻璃絕緣子的適用性較差，建議使用瓷絕緣子。

圖2 雙傘形瓷絕緣子不同鹽密度、灰密度（氧化鎂）閃絡電壓

圖3 玻璃深棱型絕緣子不同鹽密度、灰密度（氧化鎂）閃絡電壓

2.2 鐵礦石粉塵污穢環境下瓷雙傘型與玻璃深棱型絕緣子試驗對比

與之前的試驗過程相同，對不同附鹽密度（NaCl）、附灰密度（Fe2O3）工況下的長串人工污穢特性進行試驗，試驗結果如圖4、圖5所示。

圖4 雙傘型瓷絕緣子不同鹽密度、灰密度氧化鎂閃絡電壓

圖5 玻璃深棱型絕緣子不同鹽密度、灰密度閃絡電壓

由圖4、圖5可以看出，盡管污穢類型由電容鎂變為氧化鐵，但2組絕緣子的閃絡特性均未發生太大變化，閃絡電壓仍主要由鹽密度決定，而與污穢成分關聯不大。

在霧氣室內充分浸潤絕緣子表面污穢時發現，氧化鎂作為灰分時的附著性明顯高于氧化鐵作為灰分時的附著性（見圖6、圖7），雨水或霧氣較大時，附著在絕緣子表面的氧化鐵污穢更容易被沖洗，提高絕緣子的自潔性，導致氧化鐵作為灰分時，閃絡電壓略低于氧化鎂作為灰分時的污穢。

絕緣子閃絡電壓主要由鹽密度、絕緣子積污速度、污穢附著力決定，與污穢類型關聯不大，但不同污穢類型下絕緣子的自潔能力差別顯著。

2.3 水泥粉塵污穢環境下瓷雙傘型與玻璃深棱型絕緣子數據對比

與之前的試驗過程相同，對不同附鹽密度（NaCl）、附灰密度（水泥干粉）工況下的長串人工污穢特性進行試驗，試驗結果如圖8、圖9所示。

圖6 氧化鐵作為灰分涂抹玻璃絕緣子表面

圖7 氧化鎂作為灰分涂抹在玻璃絕緣子表面

圖8 雙傘型瓷絕緣子不同鹽密度、灰密度（水泥干粉）下的閃絡電壓

圖9 玻璃深棱型絕緣子不同鹽密度、灰密度（水泥干粉）下的閃絡電壓

由圖8、圖9可見，閃絡電壓較在電熔鎂、鋼鐵廠模擬環境下偏低，主要是由于水泥干粉內的硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽及其他雜質導致的。水泥干粉內的鹽分增大了配制時測定的原有鹽密度，降低了閃絡電壓，因此，水泥污穢時的閃絡電壓低于其他污穢地區閃絡電壓。

因試驗過程中污閃及污閃導致的絕緣子表達過熱情況如圖10、圖11所示。

圖10 閃絡電弧導致污穢層受熱干燥并出現變黃痕跡

圖11 試驗過程中絕緣子表面的電弧灼燒

3 結論

a.工業污染、環境揚塵因素造成省內多個地區存在局部重度粉塵污染，電熔鎂粉塵、鋼鐵廠粉塵、水泥廠粉塵等為重度粉塵污染的主要污染物，電熔鎂污染導致的污閃故障較多，對電網構成較大威脅。

b.各種傘型及型號絕緣子閃絡電壓均隨灰密度增大而降低，但瓷絕緣子受灰密度影響較小。

c.在重度粉塵地區，實驗室試驗結果表明，應優先選用開放型、自潔性好的絕緣子。玻璃絕緣子在重度粉塵污染情況下存在集中自爆風險，開放型絕緣子整體防污閃性能具有技術優勢。

d.不同成分灰分附著力不同，本項目所研究的成分中，鎂礦石粉塵附著力強于水泥，鐵礦石粉塵附著力最弱，容易被雨水沖洗掉，因此鎂礦石粉塵污染地區應加強防污閃工作。

［1］ 徐通訓，徐喜佑，宿志一，等.電力設備防污閃技術［M］.武漢：能源部電力司，1995.

［2］ 顧洪連.玻璃絕緣子集中自破的原因分析［J］.電瓷避雷器，2003，46（5）：6-7.

［3］ 舒立春，冉啟鵬，蔣興良，等.瓷和玻璃絕緣子人工污穢交流閃絡特性比較［J］.高電壓技術，2007，33（3）：9-13.

［4］ 吳光亞，蔡 煒，王 鋼，等.輸電線路不同型式絕緣子的特性分析［J］.高電壓技術，2001，27（3）：72-74.

［5］ 陳及時.鋼化玻璃絕緣子機電性能分析［J］.東北電力技術，1998，19（3）：34-37.

［6］ 徐通訓.從污閃事故中應吸取的教訓［J］.東北電力技術，1996，17（2）：7-10.

Experimental Study on Flashover Characteristic of Insulator in Dust Contamination Region with Heavy Industry

ZHANG Yuan?bo1，ZHU Yi?dong1，WANG Fei2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In this paper，component analysis is carried out for the main dust contamination based on the research study about the dis?tribution of the dust contamination in Liaoning province.Under the different conditions，pollution flashover test is carried out by using porcelain insulator and glass insulator in fog environment of lab，flashover characteristic is analyzed.This paper is to provide a refer?ence for type selection of insulator in this region.

Dust contamination；The selection of insulator；Flashover characteristic

TM216

A

1004-7913（2015）06-0054-04

張遠博（1987—），男，碩士，工程師，從事高電壓絕緣技術與變壓器試驗技術的研究工作。

2015-04-10）