相對濕度及鹽密對絕緣子泄漏電流的影響

張國武，邵瑰瑋

(1.云南電網有限責任公司昆明供電局，昆明 650000；2.國網電力科學研究院，武漢 430074)

相對濕度及鹽密對絕緣子泄漏電流的影響

張國武1，邵瑰瑋2

(1.云南電網有限責任公司昆明供電局，昆明 650000；2.國網電力科學研究院，武漢 430074)

為研究環境相對濕度及鹽等值密度對絕緣子泄漏電流的影響，以XP-70絕緣子為實驗對象，在人工霧室進行大量的人工污穢試驗。同時利用非線性回歸分析方法，分析了相對濕度及鹽密對污穢絕緣子泄漏電流最大值的影響。

泄漏電流，相對濕度，等值鹽密，污穢絕緣子

0 前言

污閃是危害電力系統安全的災害性事故之一[1-4]，研究發現泄漏電流和污閃放電過程密切相關。通過研究輸電線路絕緣子串鹽密、相對濕度與泄漏電流的關系[5-6]，可以應用于泄漏電流在線監測裝置，通過鹽密報警或指導清掃，也可以應用于飽和鹽密及帶電和不帶電絕緣子積污規律的研究。本文采用恒壓潔凈霧試驗方法，在人工霧室環境下，通過人工污穢試驗，分析了環境對絕緣子泄漏電流的影響。結果表明：泄漏電流和環境相對濕度、絕緣子表面鹽等值密度關系密切，灰密/環境溫度和泄漏電流相關性很弱，環境溫度主要通過影響相對濕度來間接影響泄漏電流。

1 試驗原理及方法

1.1 試驗原理

本試驗設備主要包括霧室及自動加濕系統，試驗電源及測量裝置。霧室的濕度采用超聲波霧化加濕機控制，全自動控制，無需人值守。試驗電源由200 kV/30 kVA交流試驗變壓器提供。采用SGB-200 A數字高壓表測量絕緣子兩端電壓，泄漏電流由絕緣子泄漏電流測量裝置進行測量。本試驗原理如圖1所示：其中Vr為調壓器，T為變壓器，Rp、R為保護電阻，G為保護球隙，K為人工氣候室，Vd為電容分壓器。試驗設備主要包括人工霧室及自動加濕系統，試驗電源及測量裝置。

圖1 試驗原理圖

1.2 試驗方法

參照GB/T 4585-2004，本試驗采用固體層法[7]，選用選用閃絡電壓最低的氯化鈉來模擬污穢物中的水溶性導電物質，選用硅藻土混合物來模擬污穢物中不溶于水的固體物質。模擬不同鹽密 (0.1 mg/cm2、0.2 mg/cm2、0.3 mg/cm2、0.4mg/cm2)、相對濕度 (自然濕度60%～75%、不飽和濕度75%～95%、飽和濕度95%以上持續加霧)條件下對標準絕緣子串XP-70型絕緣子的泄漏電流進行試驗。

首先對清洗干凈的絕緣子進行涂污，將絕緣子涂污后在室溫下存放兩個小時以上，待絕緣子表面污穢完全干燥。霧室加霧使霧室相對濕度保持在75%～95%，然后將試品放入霧室，保持霧室濕度，試品存放10小時以上，觀察絕緣子表面污穢的濕潤情況。待絕緣子表面污穢濕潤以后，電源升壓至運行電壓27.2 kV，觀察絕緣子表面是否有放電現象，記錄泄漏電流最大值。

2 試驗數據分析

2.1 相對濕度對泄漏電流的影響

在自然濕度 (60%～75%)、不飽和濕度(75%～95%)、飽和濕度 (95%以上持續加霧)下，鹽密為0.2 mg/cm2、灰密1.0 mg/cm2與鹽密為0.4 mg/cm2、灰密1.0 mg/cm2條件下，每種鹽密做5組進行不同濕度下泄漏電流比較試驗，試驗結果如圖2所示。

圖2 相對濕度與泄漏電流最大值平均值關系圖

根據試驗結果，隨著相對濕度的增大，泄漏電流最大值基本上是隨著相對濕度的增大而增大，呈現非線性關系。當相對濕度較小時 (小于50%)時，泄漏電流最大值很小，幾乎接近于0；在相對濕度為60%～75%時，泄漏電流最大值維持在一很小的數值附近；隨著相對濕度的增加，泄漏電流逐步增大，當濕度接近飽和時，泄漏電流的增大速度明顯加快，呈現非線性變化。當泄漏電流超過1 A，鹽密高的曲線增加更快，閃絡發生的概率大大增加，很容易發生閃絡事故，如圖3所示。

圖3 飽和濕度下絕緣子發生閃絡前夕泄漏電流波形

2.2 鹽等值密度對泄漏電流的影響

在不飽和濕度 (75%～95%)，對鹽密為0.1 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2；鹽密 0.2 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2；鹽密 0.3 mg/cm2、灰密 1.0 mg/cm2與鹽密為0.4 mg/cm2、灰密1.0 mg/cm2四種不同鹽密值條件下進行試驗，每種鹽密做5組，當結果離散型較大時適當加組。試驗時，從低鹽密值開始做起，如果發生閃絡，將不再做更高鹽密值的試驗，試驗結果如下：

圖4 鹽密與泄漏電流最大值平均值關系圖

根據本節試驗結果來看，在不飽和濕度情況下，泄漏電流隨絕緣子表面污穢的鹽密值增大而增大，各種鹽密均放電現象穩定，未發現有閃絡的跡象。泄漏電流的最大值大部分發生在試驗開始的1分鐘以內，其余組的泄漏電流最大值也發生在試驗開始的前幾分鐘，這是因為試品在相對濕度95%的條件下存放十小時以上，使得絕緣子表面污穢得到充分濕潤，便于產生局部放電，所以泄漏電流最大值出現在試驗剛開始的階段。隨著試驗時間的增長，放電電弧產生的大量熱量使得絕緣子表面濕潤的污穢物被燒干，而此時的霧室濕度又不能保證在放電發生時持續保證絕緣子表面的濕潤狀態，從而放電電弧熄滅后無法重燃，放電現象減弱，泄漏電流變小，如下圖所示。

圖5 不飽和濕度下絕緣子泄漏電流波形

2.3 灰密對泄漏電流的影響

在不飽和濕度下，對鹽密為0.2 mg/cm2、灰密0.5 mg/cm2；鹽密0.2 mg/cm2、灰密1.0 mg/ cm2；鹽密0.2 mg/cm2、灰密1.5 mg/cm2與鹽密為0.2 mg/cm2、灰密2.0 mg/cm2四種不同灰密值條件下，對標準絕緣子串XP-70型絕緣子的泄漏電流進行試驗。

根據本節試驗，當鹽密值一定時，相對濕度較低時，當灰密變化時，由于試驗結果離散性很大，各數據點的變化沒有明顯的趨勢，可以得知泄漏電流最大值從整體上看很集中，變化不是很明顯，呈略微的上升趨勢，灰密與其相關性不是很大。但當相對濕度飽和時，泄漏電流逐漸增大，但仍為毫安級。

3 數據分析

本文利用非線性回歸方程對上述試驗結果進行擬合，首先利用相對濕度與泄漏電流的關系，建立數學模型，得出回歸方程為：

式中Im為泄漏電流最大值，RH為環境相對濕度，α為常量，β為RH隨Im變化的速度。

考慮到鹽等值密度的影響，重建模型，將擬合曲線修正為：

在式 (2)中增加變量灰密 ρNSDD，建立模型，其關系式可修正為：

從初步數據來看，此擬合曲線比較接近實際試驗數據，但由于數據標本不夠多，且部分實驗數據標本存在誤差，因此需做進一步大量實驗來確定式 (3)中影響變量的參數具體數值大小。

4 結束語

本文主要模擬3片XP-70絕緣子串在27.2 kV電壓下進行不同相對濕度、鹽密及灰密下的絕緣子泄漏電流最大值試驗，從試驗結果可以看出：

1)絕緣子串在相對濕度較小時，灰密對泄漏電流影響較小，兩者相關性很弱。當相對濕度逐漸增大時，泄漏電流隨著灰密的增大而增大。

2)在相對濕度較低時，泄漏電流變化不是很明顯；當相對濕度RH＞80%時，隨著相對濕度的增加，泄漏電流迅速增加而且表面電弧明顯出現；當相對濕度RH趨于飽和時，泄漏電流最大值很大，超過1 A，很容易發生閃絡。

3)鹽密對泄漏電流影響較大，泄漏電流最大值隨鹽等值密度增加而增加，兩者呈現正相關關系。

4)在人工污穢試驗下3片絕緣子串泄漏電流隨環境相對濕度、鹽密、灰密關系式為：Im=

[1] 邵瑰瑋，蔡煒，胡建勛，等.人工污穢絕緣子泄漏電流、濕度、鹽密關系對比研究 [R].武漢，國網武漢電力科學研究院，2009.

[2] T.Suda.Frequency Characteristics of Leakage Current Waveforms of an Artificially Polluted Suspension Insulator[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，Tokyo，Japan，August 2001，Vol.8 No.4，PP704-709.

[3] H.Matsuo，T.Fujishima，T.Yamashita.Relation between Leakage Impedance and Equivalent Salt Deposit Density on an Insulator under a Saltwater Spray[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol.6 No.1，February 1999，pp177-182.

[4] 張仁豫.絕緣污穢放電 (第一版)[M].水利電力出版社，1994.

[5] 顧樂觀，孫才新.電力系統的污穢絕緣 (第一版)[M].重慶大學出版社，1990.

[6] 孫才新，司馬文霞，舒立春.大氣環境與電氣外絕緣 [M] .中國電力出版社，2002.

[7] GB/T4585.2-91.交流系統用高壓絕緣子人工污穢試驗方法固體層法 [S].北京：國家技術監督局，1991.

Research on Influence of Environmental Relative Humidity and Salt Equivalent Insulator Surface Density on Leakage Current of Insulator

ZHANG Guowu1，SHAO Kuiwei2
(1.Kunming Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Co.Ltd.，Kunming 650000，China；2.State Grid Electric Power Research Institute，Wuhan 430074，China)

In order to analysis the environment RH and ESDD on the effects of insulator leakage current，we experimentally researched artificial pollution of single XP-70 insulator in the artificial fog chamber.Regression analysis was used to obtain an expression of relationship between environmental relative humidity(RH)，salt equivalent insulator surface density(ESDD)and insulator leakage current.

leakage current；RH；ESDD；contamination insulator

TM83

B

1006-7345(2015)06-0051-03

2015-06-29

張國武 (1986)，男，助理工程師，云南電網有限責任公司昆明供電局，長期從事電力系統工作 (e-mail)ceeezhang＠qq.com。

邵瑰瑋 (1974)，男，博士，高級工程師，國網電力科學研究院，從事高壓輸電技術研究工作 (e-mail)shaogw＠whvri.com。