电力系统污秽与覆冰绝缘4.ppt

第4章 绝缘子污秽试验,电力系统污秽与覆冰绝缘,概述 人工污秽试验 试验电源对试验结果的影响 对人工污秽试验的评价,污秽试验分为人工污秽试验和自然污秽试验。人工污秽试验是用人工的方法对绝缘子进行染污，然后在人工雾室中施加一定的电压所进行的试验；自然污秽试验是指绝缘子在自然环境下污染，用自然积污的绝缘子作试品所进行的试验。自然污秽试验的方式有两种，一是将自然积污的绝缘子取回到人工雾室，人工制造受潮环境，测量其闪络电压或耐受电压，二是在自然环境中长期经受运行电压考验，测量其耐受的时间及闪络次数。 为什么要进行污秽试验？污秽试验为耐污型绝缘子选型和绝缘子爬电距离计算提供了科学依据。在评价各种防污闪技术措施时，污秽试验也是基本的检测手段。因此，在防污闪工作中需要掌握污秽试验技术。,人工污秽试验的特点在于短时间内可获得大量与自然污秽试验基本等价的数据，因而被广泛应用。 人工污秽试验方法及设备要求具备三方面的性能： 等价性 应当尽可能接近模拟自然环境及运行条件，所得到的试验结果与自然污秽试验结果在优劣次序上一致，并做到在给定条件下，能够定量地预知被试绝缘子的实用性。 重复性和再现性 在一个试验室进行多次重复试验，分散性要小，在不同的试验室所获得的结果要相互接近。 简便性 用比较简单的设备，即能进行试验。,(1) 人工污秽试验设备,典型交、直流人工污秽试验的主要设备有： 人工雾室 试验变压器 调压装置 人工雾产生装置 测量设备,附图 典型人工交流、直流污秽试验主要设备及接线示意,(a) 人工雾室,人工雾室是模拟潮湿天气(雾天)或恶劣环境(盐雾)的场所。 分固定房屋式和可拆移的塑料布罩式两种。 我国人工雾室大多数为固定房屋式，塑料布罩式常用于临时性试验。雾室一般为方形或长方形。 房屋顶部宜呈圆弧形，以免凝结在顶部的水滴滴在试品上。雾室的大小与引入电压的高低及试验方法有关。如果要求雾室能进行盐雾试验，按照标准的要求，盐雾喷嘴固定架的轴线与试品轴线平行，分布在试品的两对称侧，喷嘴距离试品轴线为3.0m。若将喷嘴安装在室内的两对称边角，则要求能进行盐雾试验的雾室最小对角线长为7.0m。 根据经验，在雾室中每100kV要求有约1.0m的空间距离，因此雾室大小可以按照引入电压每100kV约2.0m边长进行设计。,附图 人工雾室照片,大多数雾室的试验电压经穿墙套管从雾室外的试验变压器高压短引入，也可以将试验变压器直接放置在雾室内。,(b) 污秽试验变压器,试验变压器为污秽试验提供试验电源，其额定电压应根据试品最高闪络电压(Uf)来选择，同时应考虑研究系数K1(取1.3)和安全系数K2(取1.1)。试验变压器的额定电压(Ue)为：,对于人工污秽试验，除了额定电压有一定要求的，试验变压器即试验电源的容量应满足一定要求。许多国家和我国国家标准以及IEC-60507，对试验电源容量都作了规定。 用于污秽试验的试验变压器，除了要求有较大的额定电流和尽可能低的短路阻抗外，还要求能够承受高压侧经常性放电产生的过电压，为此，在高压侧加装了保护电阻。 关于试验电源对污秽试验结果的影响将在后面讨论。,附表 对应不同电压等级的污秽试验变压器额定电压,附表 一些国家和我国污秽试验标准及IEC-60507对污秽试验试验电源的规定,(c) 调压装置,常用调压装置有低阻抗发电机和调压变压器。 用低阻抗发电机组调压的优点是容量大，调压速度能在很大范围调节，常为超高压大型雾室所配置，其缺点是造价高，维护困难。 中、小型雾室大都采用调压变压器调压。调压变压器中以新型接触式调压器最为适合，其主要优点是阻抗低(Uk%3.5%)，在调压过程中阻抗变化小，波形基本不畸变。,(d) 人工雾,大型污秽试验室以及有条件的雾室大都采用低压锅炉产生的蒸汽作人工雾。没有低压锅炉的雾室，可用电加热器产生的蒸汽雾，或用喷雾器将冷水喷成冷水雾，将热水喷成热水雾，以及蒸汽雾与冷水雾组成的混合雾。采用固体涂层法时，人工雾输入雾室的流速的规定应满足IEC-60507(1988)的要求。 雾的浓度用雾水量来衡量，试验时，雾室中雾水量在37g/m3较为合适。当雾水量偏小时，试品的耐受电压增高且不稳定；雾水量偏大时，易使试品上的污秽物部分流失，从而使试品的耐受电压反而增加。只有在适当的范围内，试品的耐受电压才能稳定在最低值。 雾室的温度也影响污秽绝缘子的试验结果。按照IEC-60507(1998)的要求，在雾室开始湿润时，试品与周围环境的温度差应在2K内，在试验结果时，在试品高度处测量的雾室温升应不超过15K。,(e) 测量设备,试验电压经分压器或电压互感器直接并联在试品两端，用峰值电压表或示波器进行测量。 对于70kV以上的试验电压，多用电容分压器测量；70kV以下的试验电压，也可用电磁式电压互感器测量。 试品的泄漏电流和短路电流可通过阻值不同的分流器进行测量。,(2) 人工污秽试验的固体层法,(a) 模拟对象,固体层法是人工污秽试验最主要的一种方法，它是模拟工业污秽的试验方法。 工业污秽的成分由水溶性导电物质及不溶于水的固体物质组成。固体层法用氯化钠(NaCl)模拟导电物质，用硅藻土或者高岭土(或砥石粉)模拟不溶性物质。 。,(b) 染污操作方法,用清洁剂清除试品表面油迹和污垢，然后用自来水冲洗干净，待干燥后进行染污。 试品染污操作方法分为两种： 一是用100 g硅藻土加10 g二氧化硅，1000 g水，再加适量的盐；或者用40 g高岭土(或砥石粉)加1000 g水，再加适量盐，配制成一定电导率或盐密的污秽悬浮液。将配制的溶液用浇染法(或浸染法，或喷污法)在绝缘子表面均匀覆盖一层污秽，且使同一批试品上的污秽量相同。经染污后的试品待污层干燥后，抽取3只实测其盐密或电导率，若3只平均值如与预定值之差大于10%，则应重新调整污液配比，将试品洗净后重新染污，直到满足要求为止。 二是根据染污的盐密与灰密的要求和染污绝缘子的表面积，计算出每只试品所需盐和硅藻土的重量，用1/1000天平称取后混合，并加上适量的糊精和水调匀，均匀地涂刷在试品绝缘子表面。采用这种定量涂刷染污的试品，可以不抽测。这种方法简单易行，国内多采用这种染污法。,(c) 恒压法试验污耐受电压或耐受污秽度,恒压法： 恒压法是将电压快速升到预期的试验电压，维持恒定至少数分钟的一种升压方法。这种升压方法与实际运行状态相同，试验分散性小，是IEC和国家标准所推荐的方法。 试验程序 在试验程序方面，IEC-60507(1988)推荐了两种采用恒压法的试验程序，所不同之处是当试验电压作用在试品上时，试品污层条件不同，其中程序A是湿的(达到饱和湿润)，程序B是干的。 如果按程序A或程序B进行3次连续试验都没有闪络，或者闪络1次，进行第4次，如没有闪络，则在此污秽度下，已通过的试验电压为耐受电压或者说在此试验电压下，已通过的污秽度为耐受的污秽度。,程序A：带电前和带电期间湿润,试品安装在人工雾室中，最好用蒸气雾使试品均匀受潮，试品周围温度不超过35，当污层电导达到最大值时，快速(不超过5s)升压到预计的试验电压值并维持恒定或直至闪络，如未发生闪络，则维持或耐受15min.，然后将绝缘子从雾室取出，并将其干燥。可将已试的试品第二次放入雾室，重复试验，要求试品受潮后测得的电导率不低于前一次的90%。,程序B：带电后湿润,程序B所用污液是用高岭土(或砥石粉)配置的，要求使用蒸汽雾。在施加试验电压后，立即喷入蒸汽雾，维持试验电压恒定，如果发生闪络，则立即停止试验，否则持续100min或是测量试品泄漏电流的峰值下降到最大值的70%，试品污层只能使用一次。 如果按程序A或程序B进行3次连续试验都没有闪络，或者闪络1次，进行第4次，如没有闪络，则在此污秽度下，已通过的试验电压为耐受电压或者说在此试验电压下，已通过的污秽度为耐受的污秽度。,(d)用递增或递降恒压法测量最大耐受电压,用恒压法测得的绝缘子耐受电压没有反映绝缘子的最大耐受电压，而绝缘子耐污性能中所需要的耐受电压是指最大耐受电压。通过递增或递降恒压法试验，可以测得某一污秽度下绝缘子的最大耐受电压。 递增恒压法从较低电压开始试验。当耐受通过后，增加5%左右的试验电压，再作耐受试验，直到闪络的总数达到2次，则前一次耐受电压为最大耐受电压。 递降恒压法从较高电压开始试验，试品闪络后，则降低5%左右试验电压作耐受试验，直到耐受总次数达到3次，则此次耐受电压为最大耐受电压。,附表 递增恒压法流程示例,附表 递降增恒压法流程示例,(e)用恒压升降法测量50%耐受(闪络)电压,根据IEC-60507(1988)推荐的试验程序，50%耐受电压试验需按程序B的条件进行，且要求绝缘子在某一基准污秽度下，作不少于10次有效试验。所谓有效试验是指与前一次试验结果不同的试验为开始的试验，随后不少于9次试验。这些试验是用升高或降低电压的办法进行的。即前一次没有通过耐受(闪络总次数达到2)，则降低的10%电压再做耐受试验，若通过耐受(耐受总次数达到3)，则升高约10%电压再作耐受试验，反复试验直到有效试验次数在10次以上。,50%耐受电压或50%闪络电压计算方法,式中：U50%为50%耐受电压，kV；Ui为某一施加电压值，kV；ni为相同施加电压Ui下试验的次数；N为总有效次数；为试验结果的标准偏差，kV。,例子：,某厂生产的XWP-70型悬式瓷绝缘子，试验时垂直布置，试品串长为6片，污秽度的盐密/灰密为0.40/1.0mg/cm2，用恒压升降法得到的试验数据如下图。,由图4.2可知，第2次试验结果与第1次相同，不能作为有效试验的开始，第3次与第2次试验结果不同，故计算有效试验次数从第3次开始，到试验结束共计13次有效试验，因此，由恒压升降法得到的50%耐受电压或50%闪络电压为：,(f)用均匀升压法试验平均闪络电压(Uav),均匀升压法虽不是国家标准和IEC标注首选的推荐方法，但是科学研究中常用的方法。是将施加电压以一定的速度均匀升高，直至试品闪络。这种方法虽然与实际运行状况不同，但它节省时间。 该方法得到的交流污闪电压与恒压升降法得到的基本一致，因此在研究中得到广泛应用。但由其进行直流污闪试验得到的试验结果分散性较大，在直流污秽试验中一般不予采用。 要求：加压前试品在雾室中充分受潮，当测量出污层电导增加到最大或肉眼观察到绝缘子表面形成水膜，边缘将要滴水，立即以一定速度均匀升高电压直至试品闪络。 升压速度为：40%预期闪络电压以前，升压速度不作规定；以后按每秒预期闪络电压的10%20%的速度升压。每只试品闪络1次，共试验3只试品，以3只试品闪络电压的平均值作为试品闪络电压值。并要求各次闪络电压值与平均值之差不大于平均值的15%。 也可每只试品闪络3次，间隔时间约12min，取3次闪络中的最低值；由3只试品最低值的平均值作为Uav。,(g)由U50%计算最大耐受电压,污闪电压服从正态分布规律，即闪络电压UfN(,2)，为U50%，为标准偏差。通过变量变换可将其化为标准正态分布，因此，放电概率为%的电压U%由下式计算：,K%是标准正态分布中的样本，当%50%时，U%U50%，故K%取负值。 %取多少为最大耐受电压各国标准不统一，有取10%的，也有取U5%的，还有取U50%-3(闪络概率为0.13%)的 当试验求出U50%后，由规定的或试验求出的，查标准正态分布表，由上式计算U%。,IEC/IC28推荐的统一平均标准偏差为10%，查标准正态分布得K10%=-1.282，K5%=-1.645，K0.13%=-3， 则,根据我国实测数据，用递增或递降恒压法试验得到的最大耐受电压(即3次或4次耐受试验中，达到3次耐受的最高一级电压)，只相当于10%闪络概率的耐受电压。因此由递增或递降恒压法得到的最大耐受电压可求得的50%耐受电压为(取标准偏差为10%)：,(3) 人工污秽试验的盐雾法,模拟对象 主要是模拟海盐污秽，也可代表一些工业污秽沉积物，此类工业污秽是一层较薄的导电物质。 盐雾法的定义 盐雾试验是将一定浓度的盐溶液喷成雾状，不断粘附在绝缘子表面，在电压和泄漏电流的作用下，不均匀烘干，形成局部放电。考虑到盐雾试验的重复性和再现性，IEC-60507 (1988)和GB/T 4585.1均对盐溶液的盐度值，喷嘴系统、雾室布置及试验程序作了明确规定。 预处理放电 盐雾法试验需要将试品作预放电处理。在规定盐度值下，施加试验电压20min，若绝缘子没有闪络，每隔5min.，以10%的试验电压逐级上升，每级保持20min，直至闪络。闪络后电压应尽可能快地重新升至90%的初次闪络电压，每隔5min，按初次闪络电压的5%逐级上升直至闪络。IEC-60507(1988)推荐预处理闪络次数为8次。8次闪络后，试验结果才有较高的重复性和再现性。,(a)用恒压法求耐受盐度和最大耐受盐度,经预处理放电后的绝缘子用水洗净，尽快在绝缘子表面喷上规定盐度溶液的盐雾，并加上规定的试验电压，保持1h。试验进行3次，如果3次试验均未闪络，则耐受通过。如果仅有1次发生闪络，则增试1次，如果未闪络，则耐受通过，此时的盐度为耐受盐度。 最大耐受盐度：为求得一定电压下的最大耐受盐度，先选取预计的最大耐受盐度作为起始盐度，然后按规定的盐度等级逐级下降进行耐受试验，每级盐度的试验程序同上。如果在某盐度下通过了耐受试验，则此盐度为该电压下的最大耐受盐度。,(b)用递增或递降恒压法求最大耐受电压,为求得一定盐度下最大耐受电压，以预期的耐受电压为起始电压，若耐受通过，则增加5%左右起始电压继续耐受，直至闪络次数达到2，则前一级试验电压为最大耐受电压，若在起始电压耐受时未通过，则降低了5%左右起始电压，直至在这一级电压下总耐受次数达到3次，该收电压为某一基准盐度下的最大耐受电压。,(c)均匀升压法求闪络电压,对洗净的试品施加规定盐度溶液的盐雾，20min后施加电压。升压速度在预期闪络电压的40%前不规定，其后以每秒10%20%的预期闪络电压升高电压，直至闪络。升压闪络过程重复3次，间隔约1min。然后将试品用自来水冲洗干净，再重复上述过程两次，每次闪络3次，共测得9次闪络电压，以9次闪络电压的平均值为该盐度下的闪络电压。,(4) 人工污秽试验的湿污法,湿污法试验在以前的污秽试验中常被使用，但目前较少使用，目前主要用于不具备实验室条件的现场试验或其它试验情况。 按照规定盐密染污 立即进行试验，采用均匀升压法。 求得的是平均闪络电压。,试验电源参数对污秽放电的发展有一定影响。 在临近闪络时，通过污层的泄漏电流急剧增加，对于实际运行电网，临闪前的数百毫安泄漏电流不会造成电压波动，而试验系统则不同，由于有比实际电网大很多的内阻，数百毫安的泄漏电流会使作用在绝缘子上的电压有所下降，在电压下降严重时，将会妨碍局部放电的进一步发展和过渡到完全放电，势必要提高试验电压才能形成完全放电，这样的试验会得出偏高的耐受或闪络电压，应用于实际电网，则不安全。,(a) 污秽试验临闪时等值电路与矢量图,U0为试验变压器的空载电压 U为试品两端电压 I为污闪过程中的泄漏电流 r、x分别为电源电阻及电抗(换算到高压侧) R为污层等值电阻与局部电弧的电阻之和。,临闪时泄漏电流I越大，相应的U越大，即试品的污秽度越大引起的电源内阻抗压降越大。 增大空载电压U0可以降低U。在试验悬式绝缘子时，可以增加串长，使U0接近试验变压器的额定电压，以降低U。 回路电阻r大，U也大。回路电阻为电源内阻和保护电阻之和，在保护试验变压器不受放电损坏的前提下，应尽可能减小保护电阻。 减小电源电抗x可降低U。用于污秽试验用的试验变压器及调压器在制造时，应尽可能减小短路阻抗，从而降低U,自然污秽试验是在空气污染地区建立污秽试验站，或者利用空气污染地区的输电线路来评估和鉴定绝缘子的耐污性能和防污闪措施的有效性，或者确定新建线路的绝缘子选择。 具体方法是在被试验的绝缘子串上长期施加运行电压或者确定的试验电压，在运行中测量泄漏电流的幅值或超过一定幅值的泄漏电流脉冲次数，以泄漏电流或闪络时间隔(耐受多久才发生闪络)等来评价绝缘子的耐污性能；或者每隔一定时间测定等值附盐密度等特征量，以便正确划分环境污染等级。 自然污秽试验方法在污秽性质、染污过程、潮湿来源及受潮过程、电压作用等方面都完全符合当地的实际情况，其试验结果充分反映绝缘子在实际运行条件下的状态，得到世界各国的高度重视。 自然污秽试验可以在试验线路和试验架上分别进行。试验线路是经过新设计路径走廊的较长地区，可以得到沿线路走廓附近的空气污染对绝缘子的影响程度。试验架只能给出离实际一定距离的某一点上的污染情况，前者反映“污秽地区”，后者反映“地点污秽”。,将自然积污绝缘子送到人工雾室进行试验是另一种类的自然污秽试验。 优点 自然污秽试验站中的试品是在自然环境中长期经受最高试验电压的试验，其试验结果真实，但自然污秽试验站长期耐受电压的时间长，且不能任意改变污源，而人工污秽试验虽然试验周期短，却不能真实反映实际运行绝缘子的积污的规律。因此，将各种自然环境下积污的绝缘子送到人工雾室内进行人工试验的方法，即具有人工污秽试验(试验时间短)的特点，又具有自然积污试验方法所具有的真实的优点，因而得到广泛应用。实际上，目前文献和人们常说的所谓自然污秽试验数据，绝大多数是自然条件下积污的绝缘子在人工雾室中试验得到的。,试品来源 由带电自然污秽试验站和不带电的自然积污站或自然积污线路上定期取下的试品 从运行线路上更换下来的绝缘子串或涂有涂料的绝缘子串 电网中发生污闪事故后更换下来的绝缘子串 其他来源的试品。 从自然环境中取回的试品应特别小心，以保持自然污秽的完好性，最好是采用专门的支架，固定试品，及时送到人工污秽试验室进行试验。 按照预定的研究目的，对在自然污秽站或积污站、积污线路上取下的试品进行多种类型的试验是一种较理想的研究方法。,试验方法 自然污秽的试品不多，相同污秽度的试品数量更少，因此，试验方法宜采用升压法或先耐受后闪络的加压方式，以便用有限的试品获得较多的试验结果。 如果为了和人工污秽试验升降法求得的U50%数据相比较，可将自然污秽的试品经受一个单元试验后，将其从雾室中取出，待自然阴干后再进入雾室经受下一个单元试验，但一般最多只能作4个单元试验，否则，自然污秽的流失必须与导致试验结果偏高。,人工污秽试验是否能真实地重现自然条件下的性能，主要是看试验结果与自然条件下的绝缘子性能是否一致。对一致性的判别有两种形式： 一是用人工污秽试验所得到的耐污优劣性能的顺序是否与自然条件下长期运行求出的优劣顺序相一致； 二是人工污秽试验所得到的数据与自然污秽试验的数据是否接近。 国内外大量的试验数据和结果表明： 有70%以上的自然污秽绝缘子的污闪电压与人工污闪电压之比在1.01.3之间，即合理的人工污秽试验结果与自然污秽试验结果比较接近。 多数人工污秽试验的污闪电压偏低，这给绝缘水平选择带来一定的安全裕度。,