不同涂覆效果下復(fù)合化盤形懸式絕緣子電氣性能差異分析

（中國(guó)電力科學(xué)研究院，武漢430074）

0 引言

絕緣子表面涂敷RTV-Ⅱ防污閃涂料，使絕緣子從瓷的親水性表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)復(fù)合材料的憎水性表面，提高了絕緣子在污穢環(huán)境下的外絕緣能力，增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。在工廠以生產(chǎn)線方式涂覆RTV-Ⅱ涂料于盤形懸式瓷或玻璃絕緣子和站用支柱及空心瓷絕緣子的絕緣件表面，制得工廠復(fù)合化絕緣子已成為電網(wǎng)重要的防污反事故技術(shù)措施[1-6]。目前，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)主要從RTV防污閃涂料自身性能角度進(jìn)行分析、總結(jié)與判定，重點(diǎn)在如何提高RTV防污閃涂料的防污閃性能與老化性能[7-11]，并沒(méi)有深入地分析RTV防污閃涂料及不同涂敷效果對(duì)盤形懸式絕緣子機(jī)電特性可能帶來(lái)的影響極其趨勢(shì)，即未將RTV防污閃涂料與盤形懸式絕緣子組合而成的工廠復(fù)合化盤形懸式絕緣子作為一種全新產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)性能研究。文[12]中，分析了RTV及增爬裙對(duì)柱式絕緣子的電場(chǎng)影響，但并未涉及盤形懸式絕緣子的電場(chǎng)分布情況。

2014年，國(guó)網(wǎng)公司“靈州-紹興±800 kV直流特高壓輸電工程”首次大規(guī)模使用工廠復(fù)合化盤形懸式絕緣子。此后，我國(guó)多條直流特高壓工程已經(jīng)應(yīng)用了大量工廠復(fù)合化盤形懸式絕緣子。由于是在國(guó)際范圍內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用，該類型產(chǎn)品的相關(guān)涂覆工藝，并沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)或技術(shù)成果提供參考。

以目前國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家制造的工廠復(fù)合化盤形懸式絕緣子為基礎(chǔ)，研究不同涂覆狀態(tài)下的絕緣子電場(chǎng)強(qiáng)度差異，對(duì)工廠復(fù)合化盤形懸式絕緣子的生產(chǎn)、運(yùn)行維護(hù)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)設(shè)備、試品及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本文試驗(yàn)是在國(guó)家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，所采用的交流試驗(yàn)電源為FRC-250 kV變壓器，容量為100 kVA。測(cè)量系統(tǒng)精度為3%。直流電壓為350 kV，測(cè)量系統(tǒng)精度為1級(jí)。

1.2 試驗(yàn)試品

試驗(yàn)采用U550BP/240T盤形懸式瓷絕緣子涂覆不同處理工藝條件下的試品。所用涂料為國(guó)網(wǎng)公司特高壓合格供應(yīng)商同一批次產(chǎn)品，瓷絕緣子本體為國(guó)網(wǎng)公司特高壓合格供應(yīng)商同一批次產(chǎn)品。試品的基本參數(shù)如表1所示，絕緣子本體如圖1所示，不同涂覆情況分別如圖2、圖3、圖4所示。涂層厚度均為0.5 mm。

表1 不同組別試驗(yàn)基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of different group test

圖1 絕緣子本體照片F(xiàn)ig.1 Picture of insulator

圖2 涂料正好完全覆蓋絕緣子表面Fig.2 Coating completely cover the insulator surface

圖3 絕緣子露出20 mm環(huán)形區(qū)域Fig.3 Coating with 20 mm circular area uncovered

圖4 涂料覆蓋鐵帽下沿20 mmFig.4 Coating with 20 mm cap lower edge covered

1.3 試驗(yàn)方法

筆者采用油中工頻擊穿耐受試驗(yàn)與直流干閃絡(luò)電壓試驗(yàn)對(duì)不同涂敷工藝下的絕緣子進(jìn)行分析。

油中工頻擊穿耐受試驗(yàn)。將清潔干燥的絕緣子完全浸入盛有合適絕緣介質(zhì)的容器內(nèi)，以防止絕緣子表面放電。絕緣介質(zhì)溫度應(yīng)接近于室溫。絕緣介質(zhì)具有輕微的導(dǎo)電性（電阻率為106Ω·m～108Ω·m）。在浸入絕緣介質(zhì)時(shí)，應(yīng)采取預(yù)防措施，避免在絕緣子傘裙下形成氣穴。

此外，油中工頻擊穿耐受試驗(yàn)前需進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表2 溫度循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Temperature cycling test results

經(jīng)1 min工頻閃絡(luò)電壓試驗(yàn)，絕緣子內(nèi)絕緣無(wú)損壞，且涂層表面無(wú)起泡、脫離等缺陷出現(xiàn)。

2.1 油中工頻擊穿耐壓試驗(yàn)結(jié)果

第一組試品試驗(yàn)情況如表3所示。通過(guò)表3可以看出，其擊穿破壞點(diǎn)主要集中于傘裙處（如圖5所示）。有一片為絕緣子頭部擊穿（如圖6所示）。計(jì)算得到，其擊穿電壓平均值為194.73 kV，標(biāo)偏為7.52 kV。

表3 第一組試品工頻擊穿電壓Table 3 Power frequency breakdown voltage of sample group 1

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，試品在進(jìn)行油中擊穿耐受電壓試驗(yàn)前必須進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)。本文對(duì)所有試品（1-1～1-20，2-1～2-20，3-1～3-20）進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)情況如表2所示。

第二組試品試驗(yàn)情況如表4所示。通過(guò)表4可以看出，擊穿部位并不集中于頭部，傾向于隨機(jī)分布。計(jì)算得到，其擊穿電壓平均值為201.09 kV，標(biāo)偏為13.87 kV。

表4 第二組試品工頻擊穿電壓Table 4 Power frequency breakdown voltage of sample group 2

第三組試品試驗(yàn)情況如表5所示。通過(guò)表5可以看出，擊穿部位與第二組類似，更傾向于隨機(jī)分布。計(jì)算得到，其擊穿電壓平均值為197.56 kV，標(biāo)偏為10.20 kV。

表5 第三組試品工頻擊穿電壓Table 5 Power frequency breakdown voltage of sample group 3

圖5 傘裙擊穿示意圖Fig.5 Umbrella breakdown diagram

圖6 頭部擊穿示意圖Fig.6 Head breakdown diagram

2.2 直流干閃絡(luò)電壓試驗(yàn)情況

為了分析由于不同涂敷工藝帶來(lái)的電場(chǎng)分布改變，本文對(duì)不同試品進(jìn)行直流干閃絡(luò)電壓試驗(yàn)。得到不同試品在同一試驗(yàn)條件下的干閃絡(luò)電壓，分別如表6至表8所示。

第一組試品試驗(yàn)情況如表6所示。其閃絡(luò)平均值為221.98 kV。

第二組試品試驗(yàn)情況如表7所示。其閃絡(luò)平均值為259.16kV。

第三組試品試驗(yàn)情況如表8所示。其閃絡(luò)平均值為263.17kV。

表6 第一組試品直流干閃絡(luò)電壓Table 6 DC dry flashover voltage of sample group 1

表7 第二組試品直流干閃絡(luò)電壓Table 7 DC dry flashover voltage of sample group 2

表8 第三組試品直流干閃絡(luò)電壓Table 8 DC dry flashover voltage of sample group 3

2.3 結(jié)果分析

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果情況，1）工頻擊穿電壓，第一組、第二組、第三組電壓分別為194.73 kV、201.09 kV、197.56 kV，第一組電壓相對(duì)更低，且試品的擊穿點(diǎn)主要集中于傘裙根部；2）直流干閃絡(luò)電壓試驗(yàn)電壓，第一組、第二組、第三組電壓分別為221.98 kV、259.16 kV、263.17 kV，第一組電壓相對(duì)最低，對(duì)比最高電壓降低約15.7%。對(duì)比可知，當(dāng)涂層邊緣恰好與鐵帽和瓷件的結(jié)合處重合時(shí)，其閃絡(luò)電壓最低，同時(shí)，擊穿點(diǎn)明顯更集中于傘裙部。另外兩種涂覆方式下，閃絡(luò)電壓更高，且擊穿點(diǎn)沒(méi)有明顯集中于傘裙的趨勢(shì)。

3 電場(chǎng)仿真結(jié)果

3.1 仿真過(guò)程

為了分析由于不同涂覆工藝帶來(lái)的不同擊穿試驗(yàn)和直流干閃絡(luò)電壓差異的原因，筆者對(duì)不同三種不同涂覆工藝下的工廠復(fù)合化絕緣子用ANSYS軟件進(jìn)行有限元建模仿真。參數(shù)設(shè)置如下，涂層厚度設(shè)定為0.5 mm，在鋼腳處加靜電壓6.5 kV，鐵帽接地，設(shè)置10倍于絕緣子尺寸圓柱形空氣介質(zhì)，涂層相對(duì)介電常數(shù)為4，瓷件相對(duì)介電常數(shù)為5，水泥膠合劑相對(duì)介電常數(shù)為7，瀝青相對(duì)介電常數(shù)為5，鐵帽、鋼腳、空氣相對(duì)介電常數(shù)均為1。第一組、第二組、第三組試品的仿真結(jié)果分別如圖7、圖8、圖9所示。仿真結(jié)果顯示，第一組試品，涂層與絕緣子結(jié)合處下邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度為387.2 V/m，上邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度為403.9 V/m；第二組試品，涂層與絕緣子結(jié)合處下邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度為360.4 V/m，上邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度為24.4 V/m；第三組試品，涂層與絕緣子結(jié)合處下邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度為383.7 V/m，上邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度為17.2 V/m。

圖7 第一組試品電場(chǎng)分布圖Fig.7 Electric field distribution of sample group 1

3.2 結(jié)果分析

由仿真結(jié)果可知，不同涂覆工藝條件下，鐵帽底部電場(chǎng)強(qiáng)度確實(shí)有一定程度的變化。當(dāng)涂料邊緣正好與鐵帽最底部重合時(shí)，鐵帽底部電場(chǎng)強(qiáng)度有明顯增強(qiáng)。與油中工頻擊穿電壓試驗(yàn)和陡波沖擊電壓試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

圖8 第二組試品電場(chǎng)分布圖Fig.8 Electric field distribution of sample group 2

圖9 第三組試品電場(chǎng)分布圖Fig.9 Electric field distribution of sample group 3

4 結(jié)論

1）不同涂覆工藝條件下，絕緣子工頻擊穿電壓差異明顯。涂層邊緣距離結(jié)合處較遠(yuǎn)時(shí)，工頻擊穿電壓值相對(duì)更高，對(duì)絕緣子本體內(nèi)絕緣強(qiáng)度影響越小。

2）不同涂覆工藝條件下，絕緣子直流干閃絡(luò)電壓差異明顯。涂層邊緣距離結(jié)合處較遠(yuǎn)時(shí)，其直流干閃絡(luò)電壓相對(duì)更高，表明其有更好的電壓分布情況。

3）建議絕緣子進(jìn)行RTV涂覆時(shí)，鐵帽底部周圍應(yīng)保持一定寬度的環(huán)形空隙。但空隙寬度的選取，需要結(jié)合污穢試驗(yàn)、老化試驗(yàn)等綜合考慮。

[1] 陳原，崔江流，姚文軍，等.電力系統(tǒng)防污閃現(xiàn)狀與技術(shù)政策分析[J].中國(guó)電力，2004，37（2）：97-101.

CHEN Yuan，CUI Jiang liu，YAO Wen jun，et al.Analysis on present status and technology policy of anti-contamina?tion flashover in power system[J].Electric Power，2004，37（2）:97-101.

[2] 宿志一，李慶峰.我國(guó)電網(wǎng)防污閃措施的回顧和總結(jié)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（12）：124-130.

SU Zhiyi，LI Qingfeng.Historical review and summary on measures against pollution flashover occurred in power grids in China[J].Power System Technology，2010，34（12）:124-130.

[3] 魏勁容，陳子巖.淺談室溫硫化硅橡膠防污閃涂料在絕緣子上的應(yīng)用[J].電瓷避雷器，2011（2）：10-15.

WEI Jinrong，CHEN Ziyan.Discuss on anti-pollution flashover coating of RTV in the insulator application[J].In?sulators and Surge Arresters，2011（2）:10-15.

[4] 賈志東，謝恒堃，關(guān)志成.沿室溫硫化硅橡膠表面及瓷表面染污放電現(xiàn)象的研究[J].電瓷避雷器，1999（1）：1-10.

JIA Zhidong，XIE Hengkun，GUN Zhicheng.The study on the discharge along RTV coated insulators and porcelain discharge along RTV coated insulators and porcelain insu?lators[J].Insulators and Surge Arresters，1999（1）:1-10.

[5] 高海峰，賈志東，關(guān)志成.運(yùn)行多年RTV涂料表面涂層老化分析研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（9）：158-163.

GAO Haifeng，JIA Zhidong，GUAN Zhicheng.Aging study on RTV coating covered on insulators and energized for many years[J].Proceedings of the CSEE，2005，25（9）:158-163.

[6] 周渠.電力設(shè)備外絕緣的防污閃綜合措施[J].絕緣材料，2004，37（2）：41-43.

ZHOU Qu.The preventions of pollution flashover on the external insulation of electric equipment[J].Insulating Ma?terials，2004，37（2）:41-43.

[7] 蒲路，張鵬，何計(jì)謀.對(duì)運(yùn)行多年RTV防污閃涂料性能的試驗(yàn)研究[J].電瓷避雷器，2004（2）：22-23.

PU Lu，ZHANG Peng，HE Ji-mou.Investigation and study on service performance of the room temperature vulca?nized silicone rubber coating[J].Insulators and Surge Ar?resters，2004（2）:22-23.

[8] 王天，盧明，景冬冬，等.RTV防污閃涂層老化分析方法[J].絕緣材料，2014，47（1）：26-30.

WANG Tian，LU Ming，JING Dongdong，et al.Aging Anal?ysis Methods Review of RTV Insulator Coating with Antipollution Flashover[J].Insulating Materials，2014，47（1）:26-30.

[9] 張煒，梁曦東，李震宇，等.硅橡膠材料憎水性遷移與憎水性減弱特性試驗(yàn)方法的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（S1）:116-119.

ZHANG Wei，LIANG Xidong，LI Zhenyu，et al.Research on the test method of silicone robber’s hydrophobicity transfer and loss property[J].Power System Technology，2006，30（S1）:116-119.

[10]賈志東，陸海，胡亞榮，等.高濕氣候下RTV防污閃涂料的運(yùn)行特性分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（8）:2291-2297.

JIA Zhidong，LU Hai，HU Yarong，et al.Analysis of operat?ingperformanceofRTVcoatingusedinareaswithhumidcli?mate[J].PowerSystemTechnology，2014，38（8）:2291-2297.

[11]JIA Z，F(xiàn)ANG S，GAO H，et al.Development of RTV sili?cone coatings in China:overview and bibliography[J].Elec?trical Insulation Magazine，IEEE，2008，24（2）:28-41.

[12]黃玲，文習(xí)山.RTV涂層和增爬裙對(duì)絕緣子電場(chǎng)分布的影響[J].高電壓技術(shù)，2007，33（3）：91-95.

HUANG Ling，WEN Xishan.Effects of RTV coating and creepage extenders on electric field distribution along post insulator[J].High Voltage Engineering，2007，33（3）:91-95.

[13]標(biāo)稱電壓高于1 000 V的架空線路絕緣子第1部分：交流系統(tǒng)用瓷或玻璃絕緣子元件——定義、試驗(yàn)方法和判定準(zhǔn)則：GB/T 1001.1—2003[S].