王　鋒　張宏軍　溫定筠　張秀斌　李亞軍

（1. 國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州　730030；2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州　730050；3. 安徽正廣電電力技術有限公司，合肥　230088）

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絕緣子表面電場強度和電壓分布的實測研究

王鋒1張宏軍1溫定筠2張秀斌2李亞軍3

（1. 國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州730030；2. 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州730050；3. 安徽正廣電電力技術有限公司，合肥230088）

摘要本文在試驗室對兩種330kV有機復合絕緣子的表面電場分布和鋼化玻璃絕緣子串的電壓分布進行了實際測量。通過搭建試驗平臺，采用人工污穢法模擬絕緣子表面的污穢層，得到了清潔干燥和均勻污層狀態(tài)下的絕緣子表面電場電壓分布情況，并與前期理論研究及仿真結果進行了比較，驗證了清潔干燥和污潮濕穢狀態(tài)下絕緣子周圍電場的仿真計算結果的準確性。

關鍵詞：絕緣子；污穢閃絡；表面電場分布；試驗

近年來，電網(wǎng)內各電壓等級的輸電線路多次發(fā)生絕緣子閃絡跳閘事故，對電網(wǎng)供電可靠性造成了重大影響，造成較大經濟損失。為了研究輸電線路中存在的缺陷，得到預防輸電線路閃絡事故的技術方案，以保證電網(wǎng)的安全可靠運行，國網(wǎng)甘肅省電力公司啟動了“輸電線路閃絡事故預防技術研究”科研項目。

通過該項目的研究，計算了輸電線路沿線工頻過電壓、操作過電壓、雷電過電壓；計算了桿塔電位分布、絕緣子串電位分布、桿塔形狀、結構、材料、氣候條件等對于桿塔電位分布、絕緣子電位分布的影響。相關理論研究成果已經公開發(fā)表[1-11]。

為了驗證仿真計算結果的準確性，國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院在試驗室進行了模擬試驗，對電場計算所得結論進行了論證，對輸電線路閃絡事故的預防技術進行試驗驗證。

技術人員在試驗室對兩種330kV有機復合絕緣子的表面電場分布和鋼化玻璃絕緣子串（22片）的電壓分布進行實際測量。試驗采用人工污穢法模擬絕緣子表面的電導污穢層。采用一種新型的光纖電壓/電場測量儀測量絕緣子表面的電場、電壓分布。

1　試驗平臺的搭建與試驗方法

1.1試驗平臺的搭建

試驗在國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院高壓試驗大廳進行，試驗電氣接線如圖1所示，圖中，S為交流電源，T為試驗變壓器，R0為保護電阻，F(xiàn)為交流電容分壓器，T.O.為試品絕緣子。試驗采用的變壓器額定電壓為1000kV、額定容量為2000kVA。試驗過程中絕緣子兩端電壓通過交流電容分壓器測量，分壓器高壓臂電容值458pF，低壓臂電容值4581nF，額定容量為1000kVA。圖2為試驗變壓器、電容分壓器的實物圖。

圖1　試驗電氣接線圖

圖2　試驗變壓器、電容分壓器

試品布置：桿塔采用1∶1金屬塔架模擬，雙分裂導線長40m，絕緣子懸吊位置均按實際桿塔1∶1布置如圖3所示。

圖3　試驗布置

1.2絕緣子的染污及濕潤

絕緣子染污方法采用GB/T 4585《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗》推薦的定量涂刷法。將染污后的絕緣子懸掛于陰涼干燥處靜置24h，待其自然陰干。

采用噴嘴將去離子水均勻噴射在絕緣子表面污層。噴嘴與絕緣子距離不小于1m，保證沿絕緣子整個長度和四周的噴霧均勻。待絕緣子表面污層充分濕潤后，立即施加試驗電壓。

1.3試驗電壓的確定

為避免試驗過程中污層的發(fā)熱或干燥而引起嚴重誤差，應當盡量減小絕緣子兩端施加電壓。為消除試驗電壓不同對絕緣子周圍電場的影響，IEC 60507規(guī)定絕緣子兩端施加電壓按總爬電比距計每米不低于700V。表1列出不同種類絕緣子試品總爬電比距及施加電壓最小值。

表1　試品總爬電比距及最小值施加電壓

1.4光纖電壓/電場測量系統(tǒng)

試驗采用GCD-100光纖電壓/電場測量儀測取絕緣子表面電場、電位。測量儀的傳感器由非金屬構成，因此具有極高的輸入阻抗；光纖是一種柔軟、低損耗導光材料，具有抗電磁干擾的特性，因而用光纖電壓/電場測量儀可實現(xiàn)遠距離測量。

測量儀采用的分壓器是一個對稱輸入的電容分壓器。其高壓電容量約為2.4pF，額定電壓為40kV。其結構對外界高壓電場及電暈放電有較強的屏蔽效果。信號處理器對經光電二極管變換后的信號進行放大和處理，由液晶顯示器顯示測量結果。測量儀設有交、直流輸出端口，可連接示波器觀測信號波形。圖4為現(xiàn)場試驗接線。

圖4　現(xiàn)場測量照片

2　仿真與實測結果比對

2.1絕緣子在清潔干燥狀態(tài)下電場、電壓分布比對

1）清潔干燥狀態(tài)下有機復合絕緣子串電場分布

#1有機復合絕緣子共有66段護套，從高壓端到低壓端依次標號為1—66。實測護套表面電場強度值如圖5所示。

圖5　清潔干燥的#1有機復合絕緣子切向電場強度仿真與實測比較

#2有機復合絕緣子共有39個重復單元，將重復單元中兩小傘群間護套從高壓端到低壓端依次標號為1—39。實測護套表面切向電場強度值如圖6所示。

圖6　清潔干燥的#2有機復合絕緣子電場強度仿真與實測比較

由圖5、圖6可以看出，絕緣子護套表面電場強度的仿真計算值與實測值有相同的變化規(guī)律。造成實測值比仿真值負偏差的原因是：有限元模型中絕緣子周圍單元尺寸較小，使計算值偏大；測量探頭上的金屬電極對絕緣子周圍電場產生畸變；測量點偏差。

2）清潔干燥狀態(tài)下鋼化玻璃絕緣子串電位分布

圖7對比了鋼化玻璃絕緣子串電壓承擔率曲線的實測結果與計算結果。

圖7　清潔干燥的鋼化玻璃絕緣子串電壓承擔率仿真與實測結果比較

由圖7可以看出，清潔干燥的鋼化玻璃絕緣子串電位分布的仿真結果與實測結果基本一致。絕緣子串首、末端的電壓承擔率偏差最大約8%。這主要是由于兩端對測量的干擾較大。

2.2絕緣子在覆有均勻污層狀態(tài)下的電場、電壓分布比對

依據(jù)GB/T 4585《交流系統(tǒng)用高壓絕緣子的人工污穢試驗》推薦的定量涂刷法，試驗污穢電導率為10?7S。

1）覆有均勻污層狀態(tài)下有機復合絕緣子串電位分布

有機復合絕緣子表面覆有均勻導電污層時電場強度實測結果如圖8、圖9所示。

圖8　覆有均勻導電污層的#1有機復合絕緣子切向電場強度仿真與實測比較

圖9　覆有均勻導電污層的#2有機復合絕緣子切向電場強度仿真與實測比較

由圖8、圖9可以看出，覆有導電污層的有機復合絕緣子電場強度的仿真值與實測值基本吻合，說明本文在限元法中采用2D單元對污層進行模擬是有效的。

2）覆有均勻污層狀態(tài)下鋼化玻璃絕緣子串電位分布

鋼化玻璃絕緣子表面覆有均勻導電污層時電場強度實測結果如圖10所示。

圖10中第1、2、3、4片絕緣子的電壓承擔率實測值高于仿真值，這可能是由于測量過程中靠近高壓端的絕緣子表面污穢層水分流失較快，電導率有所減小。

圖10　覆有均勻導電污層的鋼化玻璃絕緣子串電壓分布仿真與實測比較

3　結論

本文通過在試驗室搭建試驗平臺，對兩種330kV有機復合絕緣子表面電場分布和鋼化玻璃絕緣子串表面電場和電壓分布進行了實際測量。采用人工污穢法模擬絕緣子表面電導污穢層，得到了清潔干燥和均勻污層狀態(tài)下的絕緣子表面電場和電壓的分布情況，并與前期理論研究及仿真結果進行了比較。

經過本文的試驗與前期的仿真結果的比較可以看到，對清潔干燥狀態(tài)下以及覆有均勻污層的有機復合絕緣子以及鋼化玻璃絕緣子，試驗結果所擬合出來的曲線與前期理論仿真曲線基本吻合，從而驗證了前期理論仿真的準確性，相關數(shù)據(jù)結果可以對進一步研究預防輸電線路絕緣子表面閃絡事故提供支撐和參考。

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Actual Measurement Study of Distribution of Electric Field Strength and Voltage on the Surface of Insulator

Wang Feng1Zhang Hongjun1Wen Dingjun2Zhang Xiubin2Li Yajun3
(1. State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou730030; 2. State Grid Gansu Electric Power Research Institute, Lanzhou730050; 3. Anhui ZGD Electric Power Technology Co., Ltd, Hefei230088)

Abstract In this paper, the surface electric field distribution of two kinds of 330kV organic composite insulator and the voltage distribution of toughened glass insulator string were actual measured in the testing laboratory. Through the establishment of test platform, surface contamination layer of insulator was built by artificial contamination method. The voltage distribution on surface of insulator under clean and dry and uniform pollution layer condition were obtained. Comparison with theoretical simulation results in previous word was taken. The accuracy of the simulation calculation was verified.

Keywords：insulator; contamination flashover; surface electric field distribution; test