图1 FXBW4-110/100型复合绝缘子
Fig.1 Composite insulators FXBW4-110/100
摘要 该文基于特征参量Kh10研究复合绝缘子污闪试验。以真型复合绝缘子为研究对象，测量试品受潮期间泄漏电流及特征参量Kh10，并尝试通过Kh10表征污层受潮后的综合状态。试验发现：对于尺寸较大的人工污秽复合绝缘子，测量Kh10时应尽量保证测量区域电场分布均匀，且测量电压不宜过高，应避免剧烈放电导致污层受潮，状态突变。在此基础上，该文改进复合绝缘子受潮试验方法，通过测量个别伞裙受潮期间Kh10，以局部区域受潮状态表征整支绝缘子受潮情况，并将污层受潮状态与绝缘子闪络电压建立联系。研究认为，对于尺寸较大的真型复合绝缘子，特征参量Kh10能有效表征污层综合状态，对于同型号复合绝缘子，若闪络试验前Kh10值趋同，则试品闪络电压接近，此结论不受污层污秽度、污秽成分、憎水性能差异影响。该研究有利于改进复合绝缘子人工污秽试验方法，也可用于优化自然污秽绝缘子状态监测。
关键词：特征参量Kh10 复合绝缘子 泄漏电流 受潮过程
高温硫化硅橡胶复合绝缘子因其电气性能优异、质量轻便、结构简单，在电力系统中应用广泛[1-2]。受硅橡胶材料憎水性及憎水迁移特性影响，复合绝缘子人工污秽试验方法较瓷或者玻璃绝缘子复杂，一直是业内研究的重点和难点[3]。复合绝缘子污闪电压不仅取决于表面污秽度、污秽成分，还取决于污层憎水性能及试品受潮后的综合状态[4-5]。污层憎水性能决定了表面受潮难易程度和放电特性，结合憎水特性研究复合绝缘子污闪特性至关重要。但是，受环境、污秽、迁移时间、材料特性等多方面因素影响[6-9]，复合绝缘子憎水性能迁移过程十分复杂，在人工污秽试验中，无法稳定获取特定憎水性等级试品。因此，为了便于绝缘子选型设计及污闪特性研究，真型复合绝缘子人工污秽试验多在亲水性条件下开展，一方面可以保证绝缘子在极端恶劣条件下的绝缘裕度；另一方面可以规避憎水性不确定性影响试验结果。截至目前，复合绝缘子已有约40年运行经验，大量研究表明[10-12]，复合绝缘子虽因长期运行老化而憎水性能下降，但仍会保留一定憎水性，污闪性能依旧良好。由此说明，在兼顾运行安全的基础上，复合绝缘子结构仍有较大优化空间。本研究尝试加强绝缘子憎水性能与污层受潮综合状态描述，进而优化复合绝缘子人工污秽试验方法。
文献[13-15]介绍了多种复合绝缘子憎水性能描述方法，在试验研究基础上分别给出了静态接触角法、喷水分级法和液滴面积法的适用范围，并引出弱憎水性概念，将HC7细分为HC7A、HC7B、HC7C和HC7D四种状态，其中，HC7B定义为弱憎水性阶段[15-16]。文献[17]以20cm×15cm×0.5cm（长×宽×厚）平板模型为对象，研究染污硅橡胶试品受潮过程，基于泄漏电流提出了特征参量Kh10，利用Kh10表征试品污层受潮状态，并与试品闪络电压建立联系。文献[18]针对特征量Kh10开展理论分析工作，指出Kh10的物理意义是试品剩余污层电阻与污层总电阻的比值，并认为Kh10表征了试品受潮期间表面综合状态，对于污秽度、污秽成分、憎水性能、受潮方式均不同的染污试品，只要闪络试验前Kh10值趋同，闪络电压也接近。
本文以真型复合绝缘子为对象，开展人工污秽试验研究，结合受潮过程分析，尝试利用特征参量Kh10表征污层受潮状态，并将污层憎水性、受潮状态与闪络电压建立联系。本文验证了特征参量Kh10对于真型复合绝缘子人工污秽试验研究的适用性，相关研究可用于改进试验方法、优化绝缘子选型设计及状态监测等相关工作。
试品选用实际应用较广的FXBW4-110/100型复合绝缘子，如图1所示，参数见表1。人工污秽选用高岭土、NaCl混合物，以定量涂刷方式染污。试验中高岭土有两类，分别是分析纯高岭土（AR Kaolin）和化学纯高岭土（CP Kaolin），两者对硅橡胶憎水迁移特性的影响见文献[8]。
图1 FXBW4-110/100型复合绝缘子
Fig.1 Composite insulators FXBW4-110/100
表1 绝缘子FXBW4-110/100参数
Tab.1 Parameters of insulators FXBW4-110/100
干弧距离/ cm爬电距离/ cm大伞伞伸出/ mm小伞伞伸出/ mm伞间距/ mm杆径/ mm表面积/ cm2 113.5333.5554090/45286 252
试验中，灰密（Non-Soluble Deposit Density, NSDD）恒为1.0mg/cm2，盐密（Equivalent Salt Deposit Density, ESDD）分两种，分别是0.1mg/cm2和0.2mg/cm2。试品在室内（平均温度15℃，相对湿度低于70%）迁移，为防止出现盐的潮解重结晶现象[9]，通过风扇加强空气流动保持污层干燥，染污试品室内干燥如图2所示。每轮试验准备试品15支，按迁移时间分为5组，每组3支。试品移入雾室受潮前，测量1号、5号、9号、12号大伞裙上表面污层憎水性，用10mL靛蓝液滴面积DAmax表征[15]（伞裙编号增长顺序由低压端至高压端）。
图2 染污试品室内干燥
Fig.2 Polluted insulators drying in the room
试验在某省电力科学研究院完成，雾室参数为10m×10m×17m，污闪试验变压器参数为2 400kV·A/ 600kV。绝缘子由蒸汽雾受潮，期间测量泄漏电流和Kh10特征曲线。受潮结束后，升高试品两端电压至闪络，记录闪络电压。
本文所用参数，结合文献[17-18]定义，Ih为泄漏电流在当前1s内最大值；Ih1为泄漏电流基波分量在当前1s内最大值；Kh为泄漏电流基波分量最大值Ih1与总电流最大值Ih的比值，即
（1）式中，Kh10为基波全波比特征平均值，即按计算周期T对Kh进行统计，取周期T内10个最小Kh值的平均值，记为Kh10；
为受潮末期最后0.5min所对应的Kh10值，用于表征复合绝缘子升压闪络试验前的最终受潮状态。
初期试验，绝缘子两端施加运行电压63.5kV，观察泄漏电流及Kh10。初期试验结果不能支持文献[17]结论，Kh10曲线未能体现污层受潮状态变化，也未能与闪络电压建立有效关联。图3～图5为一组对比试验，试品A、B初始憎水性能差异较大，但是，泄漏电流及Kh10曲线没有体现出憎水性差异。其中，盐密0.1mg/cm2，灰密1.0mg/cm2，CP高岭土，试品A迁移5.5h，试品B迁移14.5h。
图3 试品A、B受潮前的初始憎水性对比
Fig.3 Initial hydrophobicity comparison of samples A and B before wetting
试品A、B受潮期间泄漏电流趋势及Kh10特征曲线分别如图4、图5所示。对比文献[17-18]平板模型试验结果，分析文献[17]中Kh10之所以能体现试品受潮状态差异，而且能与闪络电压建立良好关联，是因为试品尺寸小、电场分布较均匀，测量Kh10电压较低，污层状态不会因为表面局部放电而突变，保证Kh10能实时反映试品受潮状态变化。初期试验Kh10失效的主要原因在于测量方法不合适：①110kV复合绝缘子尺寸较大、结构复杂，在合模缝及芯棒和伞裙交界处，污液不易附着，污层没有平板试片均匀，容易出现局部清洁区域；②大尺寸绝缘子沿串电场极不均匀，两端伞裙将近承担60%～70%运行电压[19]。在运行电压下，绝缘子两端容易出现强烈电弧放电，对应的Kh10体现的是放电强度，而不是污层受潮程度；③电弧烧蚀形成的大干区隔断导电通道，并导致放电前后污层状态突变，违背了利用Kh10表征污层受潮渐变过程的前置条件；④导电通道一旦隔断（可能是由于染污不均匀或者电弧烧蚀形成大干区所致），泄漏电流基波分量就会很小，一旦有局部电弧，泄漏电流就会出现大脉冲，而基波分量同步变化很小，导致Kh很小；当局部电弧熄灭后，泄漏电流及其基波分量都很小，Kh又回归至较大值。Kh反复波动，Kh10特征曲线也会同步波动。平板模型和真型绝缘子的试验结果对比说明，对于尺寸较大的复合绝缘子开展人工污秽试验，不宜在试品两端施加较高的电压测量Kh10。
图4 试品A受潮期间泄漏电流趋势及Kh10特征曲线
Fig.4 Leakage current and Kh10 trend curves of the sample A during wetting
图5 试品B受潮期间泄漏电流趋势及Kh10特征曲线
Fig.5 Leakage current and Kh10 trend curves of the sample B during wetting
初期试验结果不理想，尝试改进试验方法。考虑到复合绝缘子的各个伞裙单元结构一致，表面污秽含量及污层憎水性能大致趋同，试品受潮期间，每个伞裙的综合状态接近。因此，尝试通过较低电压测量个别伞裙Kh10曲线，以局部区域受潮情况代表整支绝缘子受潮情况。
改进测量方法：①优化测量区域电场分布，单个伞裙表面电场分布相较整支绝缘子而言有显著改善；②缩小测量区域，仅对个别伞裙施加测量电压，能保证Kh10与测量区域对应，有利于对比分析污层状态与Kh10对应关系；③降低测量电压，在不发生强放电的前提下测量Kh10，保证局部放电前后污层状态没有显著变化。
为避免随机现象影响试验结果，在绝缘子上、中、下部位，等间隔选定3个伞裙为特征伞裙。试品受潮期间，将特征伞裙并联，施加有效值2kV电压测量并联伞裙Kh10，如图6所示。待受潮结束，立即拆除Kh10测量线，升高试品两端电压至闪络，记录闪络电压。为方便安装和拆除测量线，特征伞裙相应位置均装有抱箍。抱箍贴近伞裙安装，防止杆径处电流密度较大影响Kh10测量，如图7所示。试验方法改进后，Kh10特征曲线能够较好反映污层综合状态。以CP高岭土染污、迁移52h、受潮前污层初始憎水性能为HC7B[15-16]试品为例，受潮50min后，表面状态如图8所示，受潮期间Kh10曲线如 图9所示，Kh10计算周期T=0.5min。
图6 受潮期间3伞裙并联测量Kh10
Fig.6 Measuring Kh10 during wetting on 3 paralleled sheds
图7 伞裙两端安装测量抱箍
Fig.7 Hoops for measurement on the two ends of the shed
图8 HC7B试品受潮50min后伞裙表面状态
Fig.8 Shed surface state of the HC7B sample after wetting 50 minutes
图9 HC7B试品受潮期间Kh10曲线
Fig.9 Curve of Kh10 for the HC7B sample during wetting
由图8可知，受潮50min后，污层表面形成大量离散水珠，与污层的初始憎水性能可对应；受潮期间Kh10值始终较高，表明污层放电较弱，体现出憎水性能对受潮过程的影响。受潮期间，Kh10曲线稳定，结束阶段=0.76，而试品闪络电压有效值为245.0kV。较大，闪络电压较高，与前期平板模型试验结果一致。
图8显示，伞裙上表面所附水珠明显多于下表面。对于垂直悬挂试品，复合绝缘子伞裙上、下表面受潮程度差异较瓷或者玻璃绝缘子显著得多，导致憎水性不同的试品受潮后，其Kh10值却差异不大。原因在于，伞裙上表面充分受潮，下表面却依然较干燥，因未充分受潮区域过大，伞裙表面放电不明显，从而Kh10偏高。污层憎水性较差时，常出现伞裙上表面污液流失而下表面依然较干燥的情形，如图10所示。
图10 伞裙上、下表面受潮程度差异
Fig.10 Damp difference between upper and lower surface of composite insulators
伞裙上、下表面受潮不均，Kh10较大，闪络电压偏高，不能充分体现憎水性能对绝缘子闪络电压的影响，也不能反映绝缘子在极端恶劣条件下的电气性能，不利于开展绝缘子设计选型工作。因此，有必要进一步改进试验方法，突出污层憎水性能对绝缘子闪络电压的影响。
大雾室中，蒸汽雾的沉降作用显著，垂直悬挂绝缘子伞裙上表面更容易受潮。尝试消除伞裙上、下表面受潮因素差异，将绝缘子水平布置受潮，如图11所示。仍然沿用测量三并联伞裙Kh10方法，以特征伞裙受潮状态代表整支绝缘子受潮状态。受潮结束后，拆除测量线，将绝缘子垂直悬挂，升高试品两端电压至闪络。
图11 受潮期间试品水平布置
Fig.11 Horizontal suspended insulators during wetting
试品水平布置时，伞裙上、下表面受潮更均匀，如图12所示。Kh10曲线差异主要取决于污层憎水性能，
与闪络电压的对应关系，则能说明污层憎水性对绝缘子闪络电压的影响。
图13a描述了一组AR高岭土染污试品受潮过程，将绝缘子最终受潮状态（即）与对应闪络电压绘于图13b中，可见，与闪络电压关联良好。与图13b所示结果类似，CP高岭土染污绝缘子闪络电压与也能建立良好联系，如图14所示。
图12 绝缘子水平布置时上、下表面伞裙受潮效果
Fig.12 Upper and lower surface state of sheds for horizontal suspended insulators
图13和图14所对应的试品，污秽度、污秽成分及憎水性能均不同，但是，汇总分析所有试品与闪络电压，如图15所示，两者关联仍然紧密。
图13 AR高岭土染污绝缘子试验结果（盐密0.2mg/cm2，灰密1.0mg/cm2）
Fig.13 Test results of AR Kaolin contaminated insulators (ESDD 0.2mg/cm2, NSDD 1.0mg/cm2)
图14 CP高岭土染污绝缘子试验结果（盐密0.1mg/cm2，灰密1.0mg/cm2）
Fig.14 Test results of CP Kaolin contaminated insulators (ESDD 0.1mg/cm2, NSDD 1.0mg/cm2)
以上结果验证了文献[16]结论，复合绝缘子污闪电压由污秽度、污秽成分、憎水性及受潮程度等多因素共同决定。而特征参量Kh10体现了多因素的综合作用，特征伞裙的Kh10值可以表征整支绝缘子综合状态。若闪络试验前污层综合状态相近（即值接近），则绝缘子闪络电压趋同，该结论与平板模型试验结论相同[17-18]。
图15 不同污秽成分及含量染污试品试验结果汇总
Fig.15 Test results of samples with different pollution composition and content
对于真型复合绝缘子，与文献[17]结论类似，Kh10与污层受潮状态有明确对应关系，如图16所示，当Kh10从较高值处大幅跌落时，表明污层临近饱和受潮；随着Kh10在较低值处稳定，则表明污层达到饱和受潮状态。把握污层饱和受潮临界状态，对于研究复合绝缘子在不同憎水性条件下的污闪特性非常有意义。
测量Kh10时，应尽量选择沿面电场分布较均匀区域，测量电压不宜过高，避免放电所致污层状态突变。结合平板模型和110kV复合绝缘子试验，Kh10测量电压在0.07～0.18kV/cm时较合适。测量电压是否合适，本文通过对比亲水性试品在不同试验方法下的闪络电压来验证。以迁移3h的亲水性试品为例，得到受潮状态与Kh10的关系如图17所示，受潮末期≈0.065，对应闪络电压149kV。选取5支迁移时间在1～3h的同污秽度绝缘子，依据标准规定升压法获取绝缘子污闪电压，每支试品前后闪络3次，5支试品至少得到9个有效数据，污闪电压平均值为146kV。对比文献数据，见表2和表3。表中，污闪梯度分别依据爬电距离和绝缘高度得到。各单位选用复合绝缘子型号不一，爬电距离有效利用率不同，且污秽成分、污秽度及试验流程不完全相同，试验数据有一定分散性。但是，本文试验结果处于表2和表3所列试验数据分布范围内。表3所列绝缘子全为一大一小型，均在亲水性条件下试验，区别在于文献[21]试验方法是恒压升降法。数据对比表明，本文试验方法所得闪络电压分布合理，特征伞裙Kh10测量电压大小合适。
图16 受潮状态与Kh10对应关系
Fig.16 Correlation between wetting state and Kh10
图17 迁移3h试品受潮期间Kh10曲线
Fig.17 Trend curve of Kh10 during wetting for the sample with hydrophobicity transfer 3 hours
表2 不同单位污闪试验数据对比
Tab.2 Test data comparison of pollution flashover for different research organizations
数据来源研究单位试验方法灰密、盐密/(mg/cm2)污闪梯度/(kV/m)备注说明 依据爬电距离依据绝缘高度 文献[20]华北电力大学升降压法2.0, 0.439.5～43.8—1种伞形 文献[21]中国电科院升降压法1.0, 0.130.7～35.8113～1432种伞形 文献[22]清华大学升压法2.0, 0.0543—1种伞形 文献[23]清华大学升压法1.0, 0.138.8～65.4156.1～207.216种伞形 文献[24]STRI、NGK等升降压法0.1, 0.335.1～42.1127.6～152.92种伞形 文献[3]重庆大学升降压法0.6, 0.159.6～60.3140.1～144.12种伞形 升压法0.6, 0.162.8～63.1147.2～150.9
表3 本文试验结果与文献结果对比
Tab.3 Comparison of test results
参数盘径大（小）/杆径/ mm伞间距/ mm爬距/ mm绝缘高度/ mm灰密、盐密/ (mg/cm2)污闪梯度/(kV/m) 依据爬电距离依据绝缘高度 本文138/108/2890/453 3501 1351.0, 0.144.5131 文献[21]200/150/2490/459 9952 5001.0, 0.135.8143 文献[21]215/167/50110/5510 6452 8901.0, 0.130.7113
在憎水性条件下研究复合绝缘子污闪特性，必须分析升压闪络前污层状态。文献[17]指出，对于染污平板试品，污层受潮前的初始憎水性能与污层受潮后的最终状态没有明确对应关系。本文针对真型复合绝缘子的研究支持上述结论。
本节通过AR高岭土与CP高岭土染污试品受潮差异来说明污秽成分对复合绝缘子受潮过程的影响。如第1节所述，受潮前在4个伞裙上表面随机取3个点，用10mL靛蓝溶液面积平均值
污层初始憎水性[17]，试品水平布置受潮，测量3个并联伞裙Kh10，仍以表征试品最终受潮状态。试品信息见表4，受潮过程如图18所示。试品Ⅰ、Ⅱ的初始憎水性接近，试品Ⅱ盐密高，若不考虑AR高岭土与CP高岭土的吸潮能力差异，理论上试品Ⅱ更容易受潮。实际情况是，试品Ⅰ受潮更快，表面放电更显著，受潮不到20min，Kh10已趋于低值区稳定阶段[17]，污层达到饱和受潮状态；而试品Ⅱ在80min后才达到饱和受潮状态，且Kh10值要显著高于前者。
表4 染污绝缘子试品信息
Tab.4 Information of polluted samples
试品污秽成分盐密, 灰密/ (mg/cm2)迁移时间/ h/ mm2受潮时间/ min闪络电压/ kV ⅠCP高岭+ NaCl0.1, 1.023.544.2320.148162.0 ⅡAR高岭+ NaCl0.2, 1.024.547.51000.400192.5
图18 试品Ⅰ、Ⅱ受潮过程对比
Fig.18 Wetting process comparison for samples Ⅰ and Ⅱ
AR高岭土与CP高岭土同是高岭土，但吸潮特性差异导致两者受潮过程存在显著区别。在复合绝缘子污闪试验中，若仅考虑试品受潮前憎水性，而不合理表征闪络试验前的污层状态，闪络电压分散性必定较大，不同单位试验结果将无法对比验证。
针对本文FXBW4-110/100型绝缘子，依据图15所示结果，当＜0.1时，闪络电压Uf ≈150kV；而≈0.9时，绝缘子表面虽因长时间受潮而水珠密布，但Uf仍然很高，甚至有效值超过了300kV，趋近于干闪电压。传统复合绝缘子选型，通常在亲水性条件下开展污闪试验，对应于图15中≈ 0.1时情形；而图15中≈0.9时情形，则与污层强憎水性状态相对应。
本研究调研了大量运行时间不少于10年的自然污秽绝缘子憎水性状况。利用10mL靛蓝液滴形态表征绝缘子沿串伞裙憎水性强度，所有试品表面液滴均呈HC7A形态，甚至有些液滴直接从伞裙表面滑落，无一例出现HC7B～HC7D[15-16]情形；结合喷水分级试验，憎水性能普遍在HC3～HC5之间，硅橡胶虽有老化，但不曾出现憎水性能完全丧失的情形。
图19描述了1支在线运行12年的110kV复合绝缘子憎水性试验，沿串等间隔取5个伞裙，上、下表面憎水性均在HC3～HC4。雾室持续受潮12h后，表面虽有局部水膜，但大部分区域仍是离散水珠，如图20所示。在此基础上，施加运行电压（有效值63.5kV）继续受潮90min，随后升压至有效值300kV却未闪络，在300kV电压下耐压10min，期间泄漏电流和Kh10如图21所示。
图19 自然污秽绝缘子憎水性试验
Fig.19 Hydrophobicity test for natural polluted insulators
第2节提出，在人工污秽试验中，不能通过运行电压测量整支绝缘子的Kh10，主要原因是强烈的电弧放电导致Kh10过小，不能真实反映试品受潮状态变化。但是，图21表明，对于自然污秽复合绝缘子，即使施加运行电压，仍可得到稳定的Kh10特征曲线。由此说明，自然污秽复合绝缘子表面状况及电气特性远好于人工污秽模拟情形，归结为两方面原因： ①自然污秽绝缘子整体憎水性良好；②自然污秽绝缘子沿面污秽分布极不均匀。
图20 自然污秽绝缘子持续受潮12h后的表面状态
Fig.20 Surface state of the natural polluted insulator after wetting 12 hours
图21 自然污秽绝缘子耐压受潮过程
Fig.21 Wetting process of natural polluted insulators with high voltage
运行10年以上自然污秽绝缘子，运行电压下Kh10普遍大于0.9。图15中，
与闪络电压对应关系可用于优化绝缘子结构。污层呈亲水性时，≈ 0.1；污层呈弱憎水性（即HC7B）时，许多试品在饱和受潮状态下的Kh10≈0.5；依据≈0.5所对应污闪电压设计复合绝缘子，不仅能优化结构高度，还能保证足够绝缘裕度。以本文FXBW4-110/100型复合绝缘子为例，≈0.1时，闪络电压Ufrms≈ 150kV；≈0.5时，Ufrms≈210kV。依据“闪络电压与爬电距离近似呈线性关系”[23]这一结论，从污闪电压角度考虑，绝缘子结构高度有较大的优化空间。该方法若能推广到特高压线路复合绝缘子选型设计，将带来显著经济效益。
特征参量Kh10还能用于判断自然污秽绝缘子表面状况。图21显示，在运行电压下，Kh10≈0.9；在有效值300kV时，Kh10≈0.1。300kV已接近绝缘子干闪电压，Kh10小意味着闪络概率大。绝缘子耐压受潮期间，Kh10值减小，主要存在两种可能：①表面状态恶化，放电加剧；②电压显著升高，加剧了表面放电。图21表明，对于110kV及以下电压等级输电线路自然污秽复合绝缘子，可通过运行电压在线监测Kh10表征表面状态，当Kh10小于某阈值时则需关注绝缘子运行情况。对于更高电压等级输电线路复合绝缘子，能否利用运行电压监测Kh10并判断表面状态，需要继续研究。
本文基于特征参量Kh10研究了真型复合绝缘子人工污秽试验，得出如下结论：
1）对于尺寸较大的真型绝缘子，也可利用特征参量Kh10开展人工污秽试验。特征伞裙的Kh10曲线能有效表征绝缘子受潮状态变化，污层最终受潮状态（即）与绝缘子闪络电压关联紧密。
2）通过Kh10表征人工污层受潮状态时，有以下前提条件：一是测量区域电场分布应尽量均匀，减少不必要放电；二是测量电压不宜过高或者过低，保证污层受潮后有轻微局部放电，同时污层状态不会因为放电而发生突变。
3）Kh10可用于改进复合绝缘子选型方法。Kh10是污层污秽度、憎水性、受潮程度的综合表征，依据合适的设计复合绝缘子，既能保证绝缘裕度，又能优化结构高度，具备突出的经济效益。
4）特征参量Kh10可用于输电线路复合绝缘子状态监测，设定合适安全阈值，可实现安全预警。
参考文献
[1] 夏云峰, 宋新明, 何建宗, 等. 复合绝缘子用硅橡胶老化状态评估方法[J]. 电工技术学报, 2019, 34(增刊1): 440-448.
Xia Yunfeng, Song Xinming, He Jianzong, et al. Evaluation method of aging for silicone rubber of composite insulator[J]. Transactions of China Elec- trotechnical Society, 2019, 34(S1): 440-448.
[2] Hackam R, Outdoor H V. Composite polymeric insulators[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1999, 6(5): 557-585.
[3] 蒋兴良, 肖代波, 胡建林, 等. 试验方法对复合绝缘子污秽闪络特性的影响[J]. 高压电器, 2010, 46(2): 8-11.
Jiang Xingliang, Xiao Daibo, Hu Jianlin, et al. Influence of test methods on pollution flashover performance of composite insulators[J]. High Voltage Apparatus, 2010, 46(2): 8-11.
[4] 关志成. 绝缘子及输变电设备外绝缘[M]. 北京: 清华大学出版社, 2006.
[5] 苑吉河, 蒋兴良, 舒立春, 等. 盐/灰密对不同型式绝缘子交流人工污秽闪络特性的影响[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(6): 96-100.
Yuan Jihe, Jiang Xingliang, Shu Lichun, et al. Influence of salt/non-soluble deposit density on AC artificial pollution flashover performances of various types insulators[J]. Proceedings of the CSEE, 2007, 27(6): 96-100.
[6] 谢从珍, 李超红, 曾磊磊, 等. 绿藻对交流复合绝缘子伞裙表面形貌及憎水性的影响机理[J]. 电工技术学报, 2019, 34(4): 199-205.
Xie Congzhen, Li Chaohong, Zeng Leilei, et al. Effect mechanism of green algae on surface morpho- logy and hydrophobicity of AC composite insulator shedsl[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(4): 199-205.
[7] 戴罕奇, 王希林, 梅红伟, 等. 空气流动性对染污高温硫化硅橡胶试品憎水迁移过程的影响[J]. 高电压技术, 2015, 41(8): 2795-2802.
Dai Hanqi, Wang Xilin, Mei Hongwei, et al. Influence of air flow on hydrophobicity transfer of polluted high temperature vulcanized silicone rubber samples[J]. High Voltage Engineering, 2015, 41(8): 2795-2802.
[8] 戴罕奇, 梅红伟, 王希林, 等. HTV硅橡胶用不同高岭土染污后的憎水迁移特性对比[J]. 高电压技术, 2014, 40(4): 1030-1037.
Dai Hanqi, Mei Hongwei, Wang Xilin, et al. Hydrophobicity transfer feature comparison for HTV silicone rubber polluted by different Kaolin[J]. High Voltage Engineering, 2014, 40(4): 1030-1037.
[9] 戴罕奇, 梅红伟, 王黎明, 等. 憎水迁移过程中的波动性[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(6): 971- 981.
Dai Hanqi, Mei Hongwei, Wang Liming, et al. Volatility of hydrophobicity on the polluted surface during hydrophobicity transfer[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(6): 971-981.
[10] 于永清. 丧失憎水性的直流复合绝缘子耐污特性[J]. 电网技术, 2006, 30(12): 12-15.
Yu Yongqing. DC contamination flashover perfor- mance of composite insulators lost hydrophobicity[J]. Power System Technology, 2006, 30(12): 12-15.
[11] Gorur R S, Schneider H M, Cartwright J. Surface resistance measurements on nonceramic insulators[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2001, 16(4): 801-805.
[12] Gutman I, Dernfalk A. Pollution tests for polymeric insulators made of hydrophobicity transfer mate- rials[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2010, 17(2): 384-393.
[13] 戴罕奇, 梅红伟, 王黎明, 等. 复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅰ——静态接触角法的适用性[J]. 电工技术学报, 2013, 28(8): 34-47.
Dai Hanqi, Mei Hongwei, Wang Liming, et al. Description methodⅠfor unobvious hydrophobic state of composite insulators—usability of contact angle method[J]. Transactions of China Electro- technical Society, 2013, 28(8): 34-47.
[14] 戴罕奇, 梅红伟, 王黎明, 等. 复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅱ——喷水分级法的不确定性[J]. 电工技术学报, 2015, 30(3): 240-249.
Dai Hanqi, Mei Hongwei, Wang Liming, et al. Description method Ⅱ for unobvious hydrophobic state of composite insulators—uncertainty of hydrophobic degree by spray grading method[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(3): 240-249.
[15] 戴罕奇, 梅红伟, 王黎明, 等. 复合绝缘子弱憎水性状态描述方法Ⅲ——液滴面积法的适用性[J]. 电工技术学报, 2015, 30(8): 322-332.
Dai Hanqi, Mei Hongwei, Wang Liming, et al. Description method Ⅲ—for unobvious hydrophobic state of composite insulators usability of droplet area method[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(8): 322-332.
[16] 戴罕奇, 赵晨龙, 梁建瑜, 等. 染污硅橡胶在不同憎水性时的污闪特性[J]. 电工技术学报, 2016, 31(10): 102-111.
Dai Hanqi, Zhao Chenlong, Liang Jianyu, et al. Flashover characteristic of polluted silicone rubber with different hydrophobicity[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(10): 102- 111.
[17] 戴罕奇, 赵晨龙, 徐冰, 等. 染污复合绝缘子受潮过程研究[J]. 电网技术, 2016, 40(7): 2227-2235.
Dai Hanqi, Zhao Chenlong, Xu Bing, et al. Investigation on wetting process of polluted com- posite insulators[J]. Power System Technology, 2016, 40(7): 2227-2235.
[18] 郑广君, 戴罕奇, 张春雷, 等. 染污复合绝缘子受潮过程中特征量Kh10理论分析[J]. 电网技术, 2017, 41(8): 2731-2736.
Zheng Guangjun, Dai Hanqi, Zhang Chunlei, et al. Investigation on theoretical analysis of characteristic parameter Kh10 in wetting process of polluted composite insulators[J]. Power System Technology, 2017, 41(8): 2731-2736.
[19] An Ling, Jiang Xiuchen, Zhu Yu, et al. A new analysis of the composite insulator flashover[C]// IEEE Proceedings of 2001 International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM), Himeji, Japan, 2001: 305-308.
[20] 赵林杰. 硅橡胶复合绝缘子憎水性与污闪特性研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2008.
[21] 宿志一, 周军, 李武峰, 等. 交流特高压1000kV级绝缘子选型研究[J]. 中国电力, 2006, 39(10): 15-20.
Su Zhiyi, Zhou Jun, Li Wufeng, et al. Study on the selection of UHV AC 1000kV insulator type[J]. Electric Power, 2006, 39(10): 15-20.
[22] 关志成, 高海峰, 周军, 等. 高海拔地区750kV线路防污闪、防雨闪措施研究[J]. 中国电力, 2005, 38(12): 24-28.
Guan Zhicheng, Gao Haifeng, Zhou Jun, et al. Study on methods of preventing pollution flashover and wet flashover for 750kV lines in high altitude area[J]. Electric Power, 2005, 38(12): 24-28.
[23] 张楚岩. 特高压输变电工程绝缘子污秽放电特性的研究[D]. 北京: 清华大学, 2013.
[24] Gutman I, Kondo K, Matsuoka R, et al. CIGRE round robin pollution test for polymeric insulators: results in four high-voltage laboratories[C]//17th International Symposium on High Voltage Engineering, Hannover, Germany, 2011: 581-585.
Pollution Flashover for Composite Insulators Based on Characteristic Parameter Kh10
Abstract This paper focuses on pollution flashover test for composite insulators based on the characteristic parameter Kh10. The leakage current and Kh10 of insulators were measured during wetting. The parameter Kh10 was used to characterize the wetting state of pollution layer. It is found that measuring Kh10 on artificial polluted insulators with large size should keep electric field on the measuring area as uniform as possible. The measurement voltage for Kh10 should not be too high, and the obvious change of polluted layer affected by strong discharge during wetting should be avoided. Method for the wetting test of composite insulators was improved. By measuring Kh10 on certain sheds, the surface state was used to represent the wetting state of the entire insulator. The correlation between wetting state of polluted layer and flashover voltage of insulators was studied. Test results show that characteristic parameter Kh10 can also effectively represent the wetting state of polluted layer for real insulators with large size. For the same type composite insulator, the flashover voltage is close if the Kh10 value is the same before flashover test. And this conclusion is not affected by the difference in pollution grade, pollution composition and hydrophobicity. This study not only improves artificial pollution test method of composite insulators, but also optimizes the condition monitoring method of natural polluted composite insulators.
keywords：Characteristic parameter Kh10, composite insulator, leakage current, wetting process
DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.191447
中图分类号：TM721
戴罕奇 男，1984年生，博士，高级工程师，研究方向为电网规划、电力系统运行、高压外绝缘。E-mail: dtook@163.com
孙 月 女，1984年生，博士，副教授，研究方向为电力经济。E-mail: y_sun_kyu@outlook.com（通信作者）
收稿日期2019-11-06
改稿日期 2019-12-26
国家重点研发计划资助项目（2017YFB0902702）。
（编辑 崔文静）