典型伞型悬式盘型绝缘子自然积污特性及污耐压性能比较

，， ， ，

(1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014； 2.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310004)

0 引言

绝缘子是承担架空输电线路绝缘的主要部件，中、重污区绝缘子的选型、片数选择直接关系到输电线路的安全稳定运行[1-3]。盘型悬式绝缘子的防污闪性能与其自然积污特性、污闪电压特性有关。不同伞型、材质盘型悬式绝缘子的积污特性存在差别[4-5]，同时由于伞型结构的差异，不同绝缘子在相同污秽度下其单位爬电距离所能承受的电压也即污闪梯度不同，通过相同环境下不同绝缘子的积污差异、在相应积污差异基础上获得其污闪梯度的差异是正确评判绝缘子防污闪性能的有效方法[6-7]。

当前，已有一些研究对不同伞型、材质悬式绝缘子自然积污特性、人工污秽闪络特性进行了研究。文献[8]对GW-110型瓷长棒绝缘子与X-4.5悬式绝缘子积污特性进行了对比，发现GW-110积污盐密值仅为X-4.5绝缘子盐密值一半。文献[9]通过风洞积污试验发现双伞绝缘子积污灰密大于钟罩型绝缘子，然而文献[10]认为玻璃、瓷绝缘子表面积污特性无明显差异。文献[11]对典型伞型绝缘子污闪电压随盐密、灰密的变化规律进行了试验研究。文献[12]对玻璃、瓷绝缘子人工污秽闪络特性进行了研究，得到了不同型号绝缘子的污闪梯度。

可见现有成果主要基于实验室或现场不同杆塔之间对某两种伞型绝缘子积污特性进行对比，缺少严格按照同塔悬挂方式对标准型、钟罩型、外伞型绝缘子积污特性系统性的研究，且不同研究对于玻璃、瓷质绝缘子积污差异的结果并不统一。此外，目前尚无通过自然积污与污闪特性相结合对比不同伞型绝缘子防污闪性能的研究。

因此，笔者在浙江选取典型环境区域，不同伞型和材质悬式盘型绝缘子进行同塔悬挂，通过盐密、灰密测试获得了其积污特性差异，并结合自然积污绝缘子的污闪特性对不同绝缘子的污闪梯度、耐污性能进行了比较，为输电线路外绝缘设计、污区划分、污秽度评估、运维措施制定等工作提供参考。

1 自然积污测试方案

1.1 测试点选择

选取嘉兴地区典型污源附近线路杆塔，同塔悬挂瓷双伞XWP2-70、瓷标准型XP-70绝缘子，以研究双伞绝缘子、标准型绝缘子积污差异。同塔悬挂玻璃钟罩型FC70P绝缘子、玻璃标准型LXY-70绝缘子，以研究钟罩绝缘子、标准型绝缘子积污差异。利用瓷标准型XP-70绝缘子、玻璃标准型LXY-70绝缘子研究瓷、玻璃材质对绝缘子积污的影响。

各测点位置、环境等信息详见表1。

表1 绝缘子污秽测点信息Table 1 Test tower information for insulator pollution measurement

典型测试绝缘子悬挂照片见图1。

图1 汾阳4Q24线31号测试串悬挂照片Fig.1 Test insulators of Fenyang 4Q24 line tower 31

1.2 测试方法及绝缘子参数

污秽测试严格按照Q/GDW 1152.1—2014规定方法进行，对绝缘子上、下表面分别测取等值盐密、等值灰密，进而得到灰盐比、积污不均匀度等积污特性参数。考虑到绝缘子串积污存在端部效应，最上端绝缘子污秽度偏低、最下端绝缘子污秽度偏高，因此测试绝缘子均取自绝缘子串中间部位。测试时间为绝缘子积污最为严重时的3月份。测试绝缘子结构参数见表2。

表2 污秽测试绝缘子结构参数Table 2 Parameters of the insulator for contamination test

2 自然积污特性分析

2.1 等值盐密及等值灰密

各测点上表面等值盐密及等值灰密测试结果见图2、图3。

图2 上表面等值盐密测试结果Fig.2 ESDD results of the up surface of test insulators

图3 上表面等值灰密测试结果Fig.3 NSDD results of the up surface of test insulators

由图2、图3可知，绝缘子上表面盐密、灰密测试结果未体现出与伞型相关的规律。

各测点下表面等值盐密及等值灰密测试结果见图4、图5。

图4 下表面等值盐密测试结果Fig.4 ESDD results of the lower surface of test insulators

图5 下表面等值灰密测试结果Fig.5 NSDD results of the lower surface of test insulators

由图2、图3可知，伞型对绝缘子下表面盐密、灰密有显著影响，表现在以下方面。

1)所有测点XWP2-70双伞绝缘子下表面盐密均小于XP-70绝缘子，除测点2外，其他测点XWP2-70下表面灰密均小于XP-70绝缘子。

2)所有测点FC70P钟罩型绝缘子下表面盐密大于LXY-70绝缘子，除测点4之外，其他测点FC70P下表面灰密均大于LXY-70绝缘子。

为比较材质对积污污秽度影响，比较图2、图3中XP-70、LXY-70绝缘子测试结果，显示两者结果相近。

XWP2-70双伞绝缘子与XP-70标准型绝缘子下表面污秽度差别主要来源于伞群下表面结构。XP-70伞裙下表面存在棱槽，气流流过时容易出现涡流导致污秽颗粒在凹槽中集聚，同时降雨条件下棱槽内污秽更难被清洗。FC70P钟罩型绝缘子与LXY-70绝缘子相比其下表面棱槽更深，导致在雨水条件下的污秽保有能力更强。

绝缘子下表面污秽度的差别将导致整体污秽度的差异，各测点不同伞型、材质绝缘子之间积污比平均值见表3。

由表3可知，XP-70绝缘子整体盐密、灰密平均值分别为XWP2-70对应数值的2.084、1.474倍，FC70P绝缘子整体盐密、灰密平均值分别为LXY-70对应数值的1.559、1.716倍。

XP-70与LXY-70绝缘子整体盐密、灰密数值较为接近，因此对于这两种标准型绝缘子，材质对积污的影响可以忽略，即使用上述两种绝缘子进行污秽度评估具备等价性。

表3 不同伞型绝缘子之间积污比Table 3 Contamintaion ratio between insulators with different sheds

2.2 积污不均匀度

绝缘子整体盐密、灰密一致时，上下表面污秽度的差异越大，污闪电压越高，因此积污不均匀度是绝缘子运维、污秽度评估中的重要参数。

令绝缘子伞裙下表面盐密与上表面盐密的比值为盐密不均匀度，绝缘子伞裙下表面灰密与上表面灰密的比值为灰密不均匀度，各测点盐密、灰密不均匀度结果见图6和图7。

图6 各测点盐密不均匀度Fig.6 Ununiformed ESDD perimeters of test insulators

图7 各测点灰密不均匀度Fig.7 Ununiformed NSDD perimeters of test insulators

由图6、图7可知，伞型对绝缘子积污不均匀度有一定影响，体现为：1)所有测点XWP2-70双伞绝缘子盐密不均匀度均小于XP-70绝缘子，灰密不均度差异不明显。2)除测点3外，其他所有测点FC70P钟罩型绝缘子盐密不均匀度大于LXY-70绝缘子，整体上FC70P钟罩型绝缘子盐密不均匀度大于LXY-70绝缘子。

将各测点各型号绝缘子盐密不均度取平均，灰密不均匀度做相同处理，结果见表4。

表4 不同伞型绝缘子积污不均匀度均值Table 4 Ununiformed contamination perimeters between insulators with different sheds

由表3可见，FC70P积污不均匀度大于LXY-70绝缘子，XP-70积污不均匀度大于XWP2-70绝缘子，LXY-70积污不均匀度与XP-70较为接近。

造成上、下表面积污不均匀的主要原因为绝缘子伞裙上、下表面承受雨水冲刷情况不同。外伞型绝缘子如XWP2-70其伞裙下表面没有棱槽，在降雨天气易受下一片伞裙溅起的雨水湿润，造成污秽流失。而标准型绝缘子如LXY-70下表面存在较浅棱槽，钟罩型绝缘子如FC70P下表面棱槽较深，棱槽约深，其积污越难以被清洗，因此导致了不同伞型绝缘子积污不均匀度的差别。

由于LXY-70积污不均匀度与XP-70较为接近，因此认为瓷、玻璃对积污不均匀度影响不显著，可以忽略其影响，因而直接将3种伞裙积污不均匀度一起比较，可见钟罩型绝缘子积污不均匀度最大，外伞型绝缘子积污不均匀度最小，标准型绝缘子居于中间。

2.3 灰盐比

绝缘子灰密、盐密比值与其污秽度评估相关，相同盐密下，灰盐比数值越大绝缘子越容易发生污闪。各测点灰盐比数据见图8。

图8 各测点积污灰盐比Fig.8 Ratio of NSDD and ESDD of test insulators

由图8可知，各测点LXY-70、FC70P、XP-70 3种绝缘子灰盐比数据较为接近，测点2、测点3处XWP2-70绝缘子灰盐比数据大于其他型号绝缘子。将各测点绝缘子型号灰盐比数值取均值，XWP2-70绝缘子灰盐比均值为5.4，LXY-70、FC70P、XP-70 3种绝缘子灰盐比分别为3.17、3.01、3.39。可见玻璃、瓷两种材质标准绝缘子积污灰盐比接近，对于瓷绝缘子，双伞XWP2-70绝缘子灰盐比比标准型XP-70绝缘子更大。

3 污耐压水平对比

为对比不同伞型绝缘子耐污性能，在考虑各型号绝缘子积污特性差异基础上，对不同污秽度下各伞型绝缘子污闪梯度进行计算，污闪梯度计算方法见式(1)。

EL=Uf/L

(1)

式中：EL为污闪梯度，Uf为污闪电压，L为绝缘子爬电距离。各伞型爬电距离数据见表1，污闪电压Uf曲线采用文献[13]试验结果，见式(2)。

(2)

式(2)为利用自然积污绝缘子进行污闪试验得到的结果，充分考虑了盐密、灰密、积污不均匀度的影响。式(2)中没有XP-70绝缘子的污闪电压曲线，但根据文献[12]可知，普通型瓷、玻璃绝缘子在相同盐、灰密下污闪梯度几乎一致，根据本文第2节自然积污结果，XP-70、LXY-70绝缘子相同环境下自然积污特性一致，因此可认为XP-70、LXY-70绝缘子自然积污状态下污闪梯度一致，本文不再对XP-70绝缘子污闪梯度进行计算。

根据第2节自然积污结果，利用式(2)对各绝缘子污闪电压进行计算，计算所需参数见表5。

表5 各伞型绝缘子污闪电压计算参数Table 5 Calculation perimeters of pollution flashover voltage for insulators with different sheds

根据2.1节分析结果，XWP2-70绝缘子整体盐密平均为LXY-70的0.5倍，FC70P整体盐密平均为LXY-70的1.56倍，因此计算时，以LXY-70绝缘子选定盐密为基础，XWP2-70、FC70P计算盐密在LXY-70盐密基础上乘以相应倍数。计算时LXY-70盐密设置范围为0.01 mg/cm2至0.3 mg/cm2。各绝缘子灰密通过灰盐比得到，灰盐比数值采用2.3节结果。积污不均匀度采用2.2节盐密不均匀度结果。

利用各伞型绝缘子计算所得Uf、爬电距离对绝缘子污闪梯度进行计算，结果见图9。

图9 典型伞型绝缘子污闪梯度Fig.9 Pollution flashover voltage gradient of insulators with typical sheds

由图9可知，等值盐密0.05 mg/cm2至0.25 mg/cm2范围内，3种绝缘子污闪梯度由高至低依次为XWP2-70、LXY-70、FC70P。可见对于浙江面积最大的C、D级污区，耐污能力表现最好的是XWP2-70，即双伞型绝缘子。

4 结论

利用浙江地区典型污秽附近杆塔，同塔悬挂典型伞型悬式盘型绝缘子进行自然积污试验，并利用积污试验结果结合绝缘子自然积污污闪特性对典型伞型耐污能力进行了比较，得到以下主要结论。

1)伞型对绝缘子积污盐密、灰密值有显著影响，标准型绝缘子XP-70积污盐密、灰密约为双伞型XWP2-70相应值的2.1、1.5倍，钟罩型FC70P积污盐密、灰密约为标准型LXY-70相应值的1.6、1.7倍。

2)伞型对绝缘子积污不均匀度有显著影响，双伞型XWP2-70绝缘子积污不均匀度均小于标准型XP-70绝缘子，钟罩型FC70P绝缘子盐密不均匀度大于标准型LXY-70绝缘子。

3)瓷、玻璃两种材质差异，对标准型绝缘子积污盐密、灰密值及积污不均匀度影响不明显。

4)C、D级污区，相同积污环境下双伞型XWP2-70绝缘子耐污能力强于普通型LXY-70绝缘子、钟罩型FC70P绝缘子。