±800kV天中直流（甘肅段）絕緣子污穢特性研究

張發剛，郭光焰，王津，朱恒，吳珍琪

摘 要：為了研究±800kV天中直流（甘肅段）絕緣子污穢特性，對天中直流11個鐵塔上的33個污穢樣進行鹽密、灰密的測定，此次測試結果各絕緣子的鹽密、灰密值都較小。研究成果對防止天中直流（甘肅段）發生污閃事故具有重要的意義。

關鍵詞：絕緣子；鹽密；灰密；污穢特性

中圖分類號：TM216 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0168-03

Abstract： In order to study the pollution characteristics of ±800 kV Tianzhong DC insulator （Gansu section）， 33 polluted samples on 11 iron towers of Tianzhong DC （direct current） were measured for salt density and ash density. The test results show that the salt density and ash density of each insulator are small. The research results are of great significance to prevent the pollution flashover accident in Tianzhong DC （Gansu Section）.

Keywords： insulator； salt density； ash density； pollution characteristics

引言

近年來，國家經濟高速發展，電力資源分布不均與使用不平衡的問題也越來越嚴重。高壓直流輸電線路的輸電距離長、輸送容量大，可有效解決此問題。直流線路與交流線路相比，絕緣子積污程度更嚴重，且污閃事故率更高[1-10]。為了保障輸電線路的安全運行，相關部門都開展了直流線路絕緣子的積污特性研究工作[11-15]。

本文對天中直流（甘肅段）絕緣子污穢特性進行研究和分析，研究成果對防止天中直流（甘肅段）發生污閃事故具有重要的意義。

1 天中線運行情況

±800kV特高壓直流線路天中線工程是國家的重點建設項目，該線路西起新疆天山變電站，東至河南中州變電站，沿線經過新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南六省區，全線2210km。其中±800kV天中線（甘肅段），長度為1350km，共2644基桿塔，沿線經過酒泉、張掖、金昌、武威、白銀、慶陽等地市。

2 絕緣子污穢成分測試

本次測試通過對±800kV天中直流輸電線路絕緣子污穢成分的分析，為甘肅省電力公司輸變電工程污穢等級設計和安全運行提供數據基礎和理論依據，以保證電網安全運行。本次實驗針對天中直流11個鐵塔上的33個污穢樣進行鹽密、灰密的測定。測試的儀器主要有電導率儀、ICS1100離子色譜儀、220FS原子吸收分光光度計和電子天平。

2.1 取樣

單片普通型盤形絕緣子所用蒸餾水水量為300ml。其它絕緣子與普通盤形絕緣子表面積不同時，可依其表面積按比例適當增減用水量。將（100～300）cm3的蒸餾水倒入容器中，并將海綿浸入定量的蒸餾水中，測定浸有海綿的蒸餾水的電導率，其電導率值應小于10？滋s/cm，此蒸餾水方可使用。用壓擠棉花的方法從絕緣子的表面擦洗下污穢物。

帶有污穢物的棉花應放回到該容器中。然后通過在水中擺動和擠壓棉花使污穢物溶解在水中。重復此擦洗直至不再有污穢物留在絕緣子表面。如果即使擦洗幾次后還留有污穢物，應用刮刀除去這些污穢并放進含有污穢物的水中。在取樣過程中，不損失擦洗用水，即污穢物取樣前后，水量無大的變化。

2.2 鹽密（ESDD）和灰密（NSDD）的測定

測量含有污穢物的水的電導率和溫度。測量在充分地攪拌水以后進行。對于高溶解度的污穢物，要求攪拌時間較短，只有幾分鐘。對于低溶解度的污穢物通常要求攪拌時間較長，例如30min～40min。

電導率的校正應使用公式（1）：

？滓20=？滓？茲[1-b（？茲-20）] （1）

式中：θ為溶液溫度（℃），？滓？茲為溫度θ℃時的體積電導率（S/m），？滓20為溫度20℃時的體積電導率（S/m），b為取決于溫度θ的一個因數，則有：

b=-3.200×10-8θ3+1.032×10-5θ2-8.272×10-4θ+3.54410-2（2）

絕緣子表面的ESDD應按公式（3）和（4）計算。

Sa=（5.7？滓20）1.03 （3）

ESDD=SaV/A （4）

式中：？滓20為溫度20℃時的體積電導率（S/m），ESDD為鹽密（mg/cm2），V為蒸餾水的體積（cm3），A為收集污穢的絕緣子表面的面積（cm2）。

在分別地測得了上表面和下表面的ESDD，平均ESDD可以計算如公式（5）：

平均ESDD=（ESDDt×At+ESDDb×Ab）/A （5）

式中：ESDDt為上表面的ESDD（mg/cm2），ESDDb為下表面的ESDD（mg/cm2）；At為絕緣子上表面面積（cm2），Ab為絕緣子下表面面積（cm2），A為絕緣子表面的總面積（cm2）。

使用漏斗和已干燥并且稱過重量的濾紙（等級GF/A1.6μm或類似的）過濾測量了ESDD后的含污穢的水。應干燥含有污穢物（殘余物）的濾紙，然后稱重。

NSDD按公式（6）計算：

NSDD=1000（Wf - Wi）/A （6）

式中：NSDD為不溶材料沉積密度（mg/cm2），Wf為在干燥條件下含有污穢物的濾紙重（g），Wi為在干燥條件下濾紙最初的重量（g），A為收集污穢的絕緣子表面的面積（cm2）。

2.3 離子成分分析

離子色譜分析需要先分析已知組分和質量濃度的標準試品溶液，由數據處理系統生成校正曲線；再分析經過必要前處理的試品溶液，數據處理系統將結果與校正曲線進行對比計算，完成離子質量濃度的定量測量。因此在實際操作中按照以下步驟進行：首先，配置待測量污穢溶液的離子質量濃度范圍內的標準離子質量濃度溶液。通常取離子質量濃度范圍內不同離子質量濃度的5 個點，其次，將標準離子質量濃度的溶液注入離子色譜儀， 獲取不同離子的標準色譜圖和校正曲線。

2.4 電導率的測量

（1）校正電導率儀，將溫度校正到20℃。

（2）直接測量含有污穢物的溶液的電導率，讀出的值即為20℃的電導率。對于高溶解度的污穢物，攪拌的時間可短些，如幾分鐘；對于低溶解度的污穢物，需要較長的攪拌時間，如30-40min。

3 測試結果及分析

天中線絕緣子自然污穢成分部分分析結果如表1所示。絕緣子污穢的鹽密值在0.004-0.047mg/cm2，灰密值在0.08-1.06mg/cm2；在所測絕緣子污穢成分中，Na+的濃度在1.64-12.18mg/L，K+的濃度在0.55-3.7mg/L，Mg2+的濃度在0.03-1.32mg/L，Ca2+的濃度在3.24-33.04mg/L，NH4+的濃度在0.36-4.29mg/L，F-的濃度在0.13-5.46mg/L，Cl-的濃度在2.24-19.6mg/L，SO42-的濃度在5.41-75.5mg/L，NO3-的濃度在2.25-16mg/L，CO32-的濃度在0.32-15.8mg/L，Zn2+的濃度在0.001-0.067mg/L。

此次測試結果各絕緣子的鹽密、灰密值都較小，其中鹽密最大值出現在1095#塔的極Ⅱ導線側倒數第1片絕緣子上，其Na+及Cl-的濃度分別為11.1mg/L和14.4mg/L，接近本次測試結果的最大值。經調查，1095#塔附近有運煤鐵路。

4 直流污區分布圖

根據天中線絕緣子自然污穢測試數據、污染源數據等數據按照Q/GDW 1152.2-2014《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準第二部分直流系統》的要求繪制的甘肅電力系統直流污區分布圖如圖1所示。

5 結束語

（1）參照《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準》（Q/GDW 1152.1-2014）中普通盤形絕緣子現場污穢度與等值鹽密/灰密的關系圖，從天中直流1095#鐵塔的極Ⅱ導線側倒數第1片絕緣子的等值鹽密及灰密可確定該鐵塔位于C級污區，608#鐵塔的極I35片絕緣子的等值鹽密及灰密可確定該鐵塔位于C級污區。

（2）建議對天中直流位于運煤鐵路線及鹽池附近的鐵塔進行定期觀察，必要時進行鹽密、灰密的測定及離子成分分析。

（3）研究成果對防止天中直流（甘肅段）發生污閃事故具有重要的意義。

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