接觸網(wǎng)絕緣子人工污穢試驗(yàn)泄漏電流分析

李意星

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

1 引言

本文選取27.5kV 腕臂棒形瓷質(zhì)和復(fù)合2 種不同材質(zhì)的絕緣子為研究對(duì)象，利用接觸網(wǎng)污穢絕緣子在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量并記錄絕緣子在不同污穢程度下泄漏電流和周?chē)h(huán)境溫濕度信息，從而掌握絕緣子的污穢狀況。文中給出泄漏電流有效值Ie和三次諧波與基波幅值比值K 2 個(gè)特征量，通過(guò)綜合這2 個(gè)特征量判斷絕緣子污穢程度，并比較了2 種絕緣子在抗污方面的優(yōu)劣性：復(fù)合絕緣子在抗污穢性能方面優(yōu)于瓷質(zhì)絕緣子。濕度大于60%時(shí)，泄漏電流幅值顯著增加，放電現(xiàn)象明顯。考慮濕度因素，給出2 種絕緣子泄漏電流有效值的參考值。

2 人工霧室試驗(yàn)

2.1 接觸網(wǎng)絕緣子在線監(jiān)測(cè)裝置

首先，前端測(cè)量傳感器由泄漏電流傳感器和溫濕度傳感器組成，該部分的作用是感應(yīng)接觸網(wǎng)絕緣子泄漏電流以及相對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫濕度信息；其次，數(shù)據(jù)處理模塊主要包括信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)采集電路、微處理器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，該部分的作用是采集泄漏電流、溫濕度信息及存儲(chǔ)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；再次，無(wú)線發(fā)送模塊主要完成數(shù)據(jù)結(jié)果的發(fā)送；最后，上位機(jī)軟件功能包括系統(tǒng)自檢、設(shè)置初始參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)查詢等[1]。接觸網(wǎng)絕緣子污穢在線監(jiān)測(cè)裝置由專用小電流傳感器、監(jiān)測(cè)分析儀和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理站等部分組成。其中專用小電流傳感器安裝于絕緣子接地處的帽端。

2.2 試驗(yàn)原理

根據(jù)GB/T 4585—2004《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗(yàn)》，將絕緣子以一定角度固定在3m×3m×3m 的人工霧室中，由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽清潔霧對(duì)污穢絕緣子濕潤(rùn)。 試驗(yàn)電源由250kW 發(fā)電機(jī)提供，調(diào)壓變壓器，工頻試驗(yàn)變壓器為其額定容量為100kV·A、額定電流為1A，并設(shè)有水電阻保護(hù)裝置，滿足GB/T 4585—2004 對(duì)試驗(yàn)電源的要求。

2.3 試驗(yàn)試品

本試驗(yàn)分別選取了電氣化鐵道接觸網(wǎng)用棒式瓷絕緣子QBSG-25/12-2000 和棒式復(fù)合絕緣子FQBSG-25/12-970P 各4 支作為試驗(yàn)試品。棒式瓷質(zhì)絕緣子選用江西省萍鄉(xiāng)市玻瓷高壓絕緣子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QBSG-25/12-2000，試驗(yàn)選用的絕緣子已掛網(wǎng)運(yùn)行過(guò)，將其仔細(xì)清洗并干燥后作為試品使用。棒形復(fù)合絕緣子選用河北新華高壓電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的FQBJ-25/8-760P，該形式的絕緣子由于其憎水性強(qiáng)、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高以及耐老化等優(yōu)點(diǎn)逐步受到用戶的青睞。

2.4 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)TB/T 2007—1997《電氣化鐵道接觸網(wǎng)絕緣污穢學(xué)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》配置了4 種污穢度的污物分別涂刷不同材質(zhì)的4 支標(biāo)準(zhǔn)試品，其中ESDD 為等值鹽密，NSDD 為灰值鹽密。采用固體涂污法涂刷絕緣子，將試品涂好污物垂直懸掛24h 自然風(fēng)干。

模擬棒式瓷質(zhì)絕緣子和棒式復(fù)合絕緣子現(xiàn)場(chǎng)安裝方式，將污穢絕緣子以一定的安裝角度固定在特定機(jī)械架上。試驗(yàn)過(guò)程中控制霧室濕度，待霧室內(nèi)濕度穩(wěn)定后給污穢絕緣子施加25kV交流電壓，同時(shí)利用接觸網(wǎng)絕緣子污穢監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采集污穢絕緣子的泄漏電流和溫濕度信息。

2.5 試驗(yàn)現(xiàn)象

試驗(yàn)中，瓷質(zhì)絕緣子和復(fù)合絕緣子表現(xiàn)出不同的現(xiàn)象。隨著污穢的增加，絕緣子表面在大霧條件下伴隨著放電現(xiàn)象，電暈進(jìn)一步發(fā)展成局部電弧并纏繞2 個(gè)傘群之間的芯棒，聲音更加明顯。輕度污穢ESDD=0.05mg/cm2，NSDD=0.5mg/cm2時(shí)，即使環(huán)境相對(duì)濕度達(dá)到了100%，2 種絕緣子表面都不會(huì)出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。中度污穢ESDD=0.1mg/cm2，NSDD=1.0mg/cm2時(shí)，環(huán)境濕潤(rùn)時(shí)（相對(duì)濕度達(dá)到80%以上），瓷質(zhì)絕緣子表面會(huì)出現(xiàn)輕微的放電現(xiàn)象，而復(fù)合絕緣子表面仍然沒(méi)有發(fā)生放電現(xiàn)象。污穢度達(dá)到重度污穢ESDD=0.2mg/cm2，NSDD=1.5mg/cm2時(shí)，環(huán)境濕潤(rùn)時(shí)（相對(duì)濕度達(dá)到80%以上），2 種絕緣子表面會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，瓷質(zhì)絕緣子放電現(xiàn)象比復(fù)合絕緣子嚴(yán)重，都沒(méi)有發(fā)生跳閘現(xiàn)象。特重污穢ESDD=0.4mg/cm2，NSDD=2.0mg/cm2時(shí)，環(huán)境濕潤(rùn)時(shí)（相對(duì)濕度達(dá)到80%以上），2 種絕緣子都出現(xiàn)了嚴(yán)重的放電現(xiàn)象，而且瓷質(zhì)絕緣子出現(xiàn)了一次跳閘現(xiàn)象。由試驗(yàn)現(xiàn)象看，復(fù)合絕緣子的抗污性能優(yōu)于瓷質(zhì)絕緣子。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

泄漏電流有效值e的計(jì)算方法如式（1）所示：

式中，Ie為泄漏電流有效值，mA；I1，I2，…，In為漏電流采樣值；N為采樣時(shí)段內(nèi)所有采樣點(diǎn)數(shù)。Ie的大小直接反映了相同測(cè)試條件下絕緣子絕緣性能的變化過(guò)程。

諧波是電力系統(tǒng)電壓中所含的基本頻域成分，傳統(tǒng)的分析方法都離不開(kāi)諧波。對(duì)于泄漏電流，其波形中也同時(shí)含有基波和三次、五次等諧波成分。諧波的變化從頻域的角度反映了泄漏電流的特性。

泄漏電流三次諧波與基波幅值的比值K 可以用來(lái)表征絕緣子表面泄漏電流的變化特征，K 可用如式（2）計(jì)算：

式中，Am3為對(duì)泄漏電流三次諧波幅值；Am1為基波幅值。

在試驗(yàn)中采集不同濕度下，每支試品的泄漏電流，并進(jìn)行Ie和K 的計(jì)算。（1）在自然環(huán)境下（不加霧操作，相對(duì)濕度為42.3%），對(duì)絕緣子加壓運(yùn)行，穩(wěn)定后的采集泄漏電流數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算各試品的Ie和K 值；（2）在飽和濕潤(rùn)環(huán)境下（加霧操作，濕度為100%），對(duì)絕緣子加壓運(yùn)行，穩(wěn)定后的采集泄漏電流數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（1）和式（2）計(jì)算各試品的Ie和K 值。

計(jì)算得出，當(dāng)環(huán)境濕度低時(shí)，Ie和K 的數(shù)值在不同污穢度下數(shù)值變化不大，且數(shù)值都很小。而當(dāng)飽和濕潤(rùn)時(shí)，Ie和K 隨著污穢度的增加而明顯增大。由此可見(jiàn)，環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)泄漏電流影響很大，下面分析不同濕度對(duì)泄漏電流的影響，以Ie為例分析，探討復(fù)合絕緣子和瓷質(zhì)絕緣子在不同濕度下，不同污穢度絕緣子泄漏電流有效值隨環(huán)境濕度的變化。

試驗(yàn)得出同一污穢度絕緣子泄漏電流隨濕度的增大呈非線性增大趨勢(shì)，無(wú)論復(fù)合材料還是瓷材料，環(huán)境相對(duì)濕度超過(guò)60%時(shí)，不同污穢度絕緣子泄漏電流幅值變化明顯，絕緣子表面放電現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，在試驗(yàn)結(jié)論基礎(chǔ)上根據(jù)環(huán)境濕度給出對(duì)實(shí)際具有指導(dǎo)意義的泄漏電流有效值的參考值，如表1 所示。

表1 泄漏電流有效值參考值

4 結(jié)論

通過(guò)本文的研究，得出以下結(jié)論：

1）通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象及泄漏電流有效值、三次諧波與基波幅值比值可以看出，復(fù)合絕緣子在抗污方面優(yōu)于瓷質(zhì)絕緣子，較適合環(huán)境污染重的地區(qū)；

2）在空氣相對(duì)濕度不大于60%時(shí)，泄漏電流幅值增長(zhǎng)緩慢，且數(shù)值較小，放電現(xiàn)象不明顯；在空氣相對(duì)濕度大于60%時(shí)，泄漏電流幅值增長(zhǎng)明顯，放電現(xiàn)象嚴(yán)重；

3）根據(jù)相對(duì)濕度因素，給出2 種絕緣子Ie值的參考值。