10kV合成绝缘子沿面电场分布计算及其憎水性变化因素分析

【摘要】： 与传统瓷、玻璃绝缘子相比，合成绝缘子具有重量轻、强度高、耐污性能强、运行维护方便等特点，从而使其在各国电力系统中得到了广泛应用。随着挂网数量的增加、使用时间的加长，近年来，合成绝缘子在系统运行中不断暴露出一些不可忽视的问题，因此，国内外都在积极开展合成绝缘子的研究，其中不明原因闪络是研究的焦点之一。但目前普遍采用的传统的实验研究和现场观测的方法不能对合成绝缘子存在的不明原因闪络等现象做出合理解释。因此本论文在总结了现有的电场计算方法和经验的基础上，运用模拟电荷法对光滑硅橡胶杆以及10 kV真型合成绝缘子的电场分布进行了计算和分析。结果表明：1)10 kV合成绝缘子表面场强分布极不均匀；2)当清洁或污层干燥时，硅橡胶棒表面的电场强度要比伞裙表面的电场强度大，此时电场的切向分量占主要地位，其最大值出现在紧靠高压电极附近；3)当10 kV合成绝缘子污层均匀湿润时，伞裙表面的电场强度要比硅橡胶棒表面的电场强度大，此时电场强度最大处是其法向分量占主要地位，其最大值出现在靠近高压电极的第一片伞裙的外沿且比清洁或干燥时要大，但此时不会发生闪络，而且此时污秽程度对电场分布的影响不大；4)10 kV合成绝缘出现干燥带后，表面电位可近似的视为分段线性分布，干燥带上承受了很大的压降。在剩余污层中，电场主要由法向分量决定，其变化规律也和法向分量相同。但是在干燥带上，电场以切向分量为主，其值相对于剩余污层的值要大得多，电场最大值出现在干燥带上紧靠高压电极处。而且随着污秽等级增加，干燥带宽度减小，在相同条件下最大电场将大大增加，在较低的电压下即可能使干燥带表面空气击穿而产生局部电弧，这正是污秽等级越高闪络电压越低的原因所在。在干燥带表面击穿而产生局部电弧的过程中，电场的切向分量起了决定性的作用。为了检验计算方法和计算结果的可靠性和精确性，利用实验对10 kV合成绝缘子清洁状况下的电压分布进行了实测，测量结果与计算结果相符合。 硅橡胶合成绝缘子优异的耐湿污性能源于硅橡胶低能表面的憎水性。特别是运行一段时间合成绝缘子表面积污后，憎水性可以迁移到污层表面的特性为硅橡胶材料所独有。本文通过试验研究了在湿污环境中影响合成绝缘子憎水性的几种因素，包括在高湿环境中的时间、空气的pH值、ESDD和NSDD等的影响。结果表明：1)随着浸泡时间的增加，合成绝缘子的憎水性减弱直至丧失，但是酸性溶液对合成绝缘子憎水性丧失的作用和蒸馏水差不多，而碱性溶液对合成绝缘子憎水性丧失的作用比酸性溶液要强得多；2)随着ESDD的增加，在相同的迁移时间内，污层表面 WP=5 的憎水性减弱，最终所达到的憎水性等级也有所下降；3)当NSDD小于2.0 mg/cm2时，随着灰密的增大，迁移的速度变慢，但是迁移性受灰密的影响很小；当NSDD为3.0 mg/cm2时，迁移所需的时间明显增大。