图1 试验平台等效电路示意图
Fig.1 The equivalent circuit diagram of experimental platform
摘要 为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应，评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力，有必要通过试验研究线路绝缘子的闪络特性。该文通过试验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下10 kV线路绝缘子的50%闪络电压、放电时延、闪络持续时间及伏秒特性等关键参数，并通过试验分析了线路绝缘子表面干净、污秽等不同状态对绝缘子性能的影响。试验结果表明：高空电磁脉冲传导环境作用下10 kV线路绝缘子易发生闪络，且闪络更容易发生在波尾处，闪络持续时间达数微秒；强电磁脉冲环境幅值越高，绝缘子的放电时延越小，分散性也越小；P-10T型绝缘子相对于PQ1-10T型绝缘子的放电时延更短，绝缘子表面污秽使得其放电时延分散性变大；当电压等级高于90%闪络电压时，绝缘子表面污秽对其伏秒特性影响不大。该文可为强电磁脉冲环境下电力设备的绝缘配合以及绝缘子性能改进提供数据支撑，也可为后续防护设备的选择提供参考。
关键词：绝缘子 高空电磁脉冲 闪络 伏秒特性 脉冲电流注入
高空电磁脉冲（High-Altitude Electromagnetic Pulse, HEMP）是由高空核爆炸产生的强电磁脉冲干扰环境，具有场强高、频谱宽、影响范围大等特点[1]，能通过场线耦合在电力输配电线缆上形成纳秒级上升沿、数千安培的传导环境[2-6]。该传导环境相对于雷电、操作过电压等脉冲环境具有更大的电位梯度，对电力系统关键设备的绝缘造成了严重威胁[7-12]。近些年，电力系统等国家关键基础设施的高空电磁脉冲生存能力评估成为了重点关注的研究内容。为此，有必要针对现代电力系统的关键易损性组件和设备进行强电磁脉冲绝缘性能的试验研究。
其中，绝缘子是电力系统中使用量最大的电气组件，起着电气绝缘和机械固定的重要作用，且由于其在系统中为并联工作，使得任何一个绝缘子发生问题都会造成系统事故[13]。在电力系统的实际运行中由绝缘子问题造成的事故占较大比例[14]，一次绝缘子闪络事故可能造成长时间、大面积停电，从而造成极大的经济损失，并给社会稳定带来一定的威胁，因此对绝缘子的质量和可靠性提出了非常高的要求，需要针对电力系统现有线路绝缘子开展高空电磁脉冲闪络特性研究。
国内外学者针对线路绝缘子的研究大多集中在污秽或覆冰等极端环境下的闪络特性[15-16]，且主要是从试验的角度分析绝缘子在污秽状态下的闪络电压、耐受电压与污秽度之间的关系，以及影响污秽绝缘子闪络特性的因素[17-20]。张志劲等[21]总结了现有研究文献中提出的等值盐密法、表面污层电导率法、泄漏电流脉冲技术法、最大泄漏电流法、污闪电位梯度法、污液电导率法、盐浓度法、局部电导率法等污秽参数表征方法，并概括分析了现有对污秽绝缘子工频和直流下闪络电压与污秽之间关系的研究。彭波等[22]开展了污秽绝缘子在不同脉冲电压条件下的闪络特性研究，结果表明表面灰密值为0.05 mg/cm2、盐密值为0.20 mg/cm2的绝缘子在2.6/50 μs和0.5/5 μs冲击电压波形下的闪络电压分别下降30%和20%，另外当盐密、灰密值较低时，冲击电压波形对绝缘子串的闪络电压影响不大。
另外，随着国内外对强电磁脉冲威胁环境的重视，也出现了针对操作过电压[23-24]、高空电磁脉冲等环境下线路绝缘子的闪络阈值试验和仿真研究。张汉花等[25]基于传输线理论，建立架空输配电线路的简化模型，计算了传输线网络在高空电磁脉冲环境下各节点的暂态响应电压，并在此基础上分析了400 km高空核爆炸下不同电压等级输配电线路绝缘子的闪络情况。研究结果表明，35 kV线路绝缘子串处于临界闪络状态，而10 kV线路绝缘子易发生闪络。其中，绝缘子的闪络电压阈值采用L. M. Burrage等的试验结果，即HEMP波形下的绝缘子串闪络电压与标准雷电波形下的闪络电压有一定关系，其中25/300 ns波形下绝缘子串的闪络电压为1.2/50 μs标准雷电波形闪络电压的1.5～2.0倍[26]。唐姣等[27]采用商用软件COMSOL构建了110 kV绝缘子的仿真模型，基于此分析了绝缘子在工作电压和雷电冲击电压作用下的闪络电压，并通过与文献[28]中的试验结果进行比较，验证了通过仿真方法获取绝缘子耐雷电冲击电压的可行性。Chen Yuhao 等[29]和Y. V. Parfenov等[30]分别基于时序控制和波过程原理搭建了10 kV加电状态下的纳秒脉冲效应试验平台，并通过试验获取了HEMP环境下线路绝缘子的闪络阈值电压。但以上研究尚未对线路绝缘子在高空电磁脉冲传导环境下的闪络特性进行深入研究，无法为线路上其他设备的绝缘配合以及绝缘子本身性能的提升提供更多的数据支撑。
为此，本文针对配电系统中使用最为广泛的两种类型的10 kV线路绝缘子搭建了电磁脉冲传导电流注入试验平台，通过试验获取了高空电磁脉冲传导环境下线路绝缘子的50%闪络电压、放电时延、闪络持续时间、伏秒特性等关键参数，并分析了绝缘子表面污秽对高空电磁脉冲作用下闪络特性的影响。为强电磁脉冲环境下绝缘子性能改进和进一步的电力系统关键设备电磁脉冲易损性研究提供了数据支撑。
试验平台等效电路示意图如图1所示。试验中采用的脉冲电流注入源可输出相关标准[31-32]中推荐的双指数脉冲电流波形，其短路电流幅值在0～6 kA范围内可调，波形上升时间为20 ns，脉冲半高宽为500 ns，源内阻为60 Ω。脉冲源内部等效电路如图1中点画线框所示。该电路中，Cs为脉冲源放电回路等效电容，Cs=12.7 nF；Ls为放电回路等效电感，Ls=695 nH；Rs为放电回路电阻，Rs=63 Ω。另外，为了保证脉冲电流注入源在负载高阻抗状态有效泄放电荷，在高压输出端口并联阻值为2 kΩ的保护电阻Rh。需要说明的是，该保护电阻对脉冲电流注入源的短路输出电流波形没有影响，因此并不影响待测绝缘子闪络后的特性研究。图2给出了该脉冲电流注入源在未连接待测设备时高压端的归一化电压波形。图3则给出了脉冲电流注入源短路输出归一化电流波形。可以看出，脉冲源输出电压、电流波形的上升沿为(20±3) ns，短路电流波形的半高宽位于500～550 ns，满足高空电磁脉冲传导试验要求。
图1 试验平台等效电路示意图
Fig.1 The equivalent circuit diagram of experimental platform
图2 脉冲电流注入源高压端输出电压波形
Fig.2 The high voltage output voltage waveform of pulse current injection source
试验中将待测绝缘子一端与高压输出端连接，另一端直接接地，并分别采用阻容分压器和电流探头测量待测绝缘子的电压和电流波形。采用电压信号触发示波器，同时通过示波器外部触发信号触发8分幅相机，进而拍摄绝缘子闪络照片。高空电磁脉冲传导环境的主要能量集中频段为40 kHz～ 16 MHz[6]，因此为满足试验测量要求，示波器带宽为DC～1 GHz，最高采样率为5 G/s；8分幅相机采用英国SI公司的SIMX8，帧频最高为1 Gfps，时间最小步进为1 ns，系统空间分辨率为50 lp/mm；阻容分压器型号为北极星VD200，分压比为10 000:1，带宽为0～16 MHz，可测最小上升沿为18.75 ns；电流探头型号为Pearson7427，探头系数为0.01，带宽为5 Hz～70 MHz，可测最小上升沿为5 ns。
图3 脉冲电流注入源短路输出电流波形
Fig.3 The short circuit output current waveform of pulse current injection source
电工陶瓷是最早使用的绝缘子材料，作为一种传统的无机绝缘材料，能耐受恶劣大气和酸碱污秽等环境的长期作用而不受侵蚀，具有良好的绝缘性能、耐候性和耐热性，且抗老化性能好，使得瓷绝缘子具有足够的电气和机械强度。至今，与玻璃绝缘子、复合绝缘子相比，瓷绝缘子仍然是电力系统中使用最为广泛的绝缘子。线路针式绝缘子由于制造简单、成本低、安装方便且能减小杆塔高度，广泛用于6～10 kV的配电线路。因此，本文以两种典型的针式瓷绝缘子为研究对象，其结构和电气性能基本参数见表1。
表1 绝缘子基本参数
Tab.1 Basic parameters of insulators
参数P-10TPQ1-10T 结构高度/mm105133 最小爬电距离/mm195255 工频耐受电压/kV28/9540/130 标准雷电阈值电压/kV7590
另外，采用文献[22]中的硅藻土混合物配制的污液，对清洗干燥后的绝缘子进行定量涂刷，使其表面灰密值为0.05 mg/cm2，盐密值为0.20 mg/cm2，并标记为污秽绝缘子；其余未进行污秽处理的绝缘子则标记为干净绝缘子。
待测绝缘子的离线状态脉冲电流注入试验，也称绝缘子HEMP冲击试验，测量数据主要为待测绝缘子承受的电压及流过绝缘子的电流。依据高电压试验技术标准[33]中的多级法进行试验，综合前期摸底测试结果与脉冲电流源输出电压稳定性特征，选择电压级差DU=6 kV，每个电压等级重复次数n=10，起始电压等级从10次均不发生闪络开始计算，直至10次均发生闪络终止。每发次试验结束均对待测绝缘子进行充分放电，且每发次间隔时间为3 min，力求每发次试验结果的独立性[34]。需要说明的是，本文在试验初期进行了大量摸底测试，一方面验证了试验方案的合理性，另一方面排除了样本本身带来的差异性。另外，试验中采用8分幅相机对绝缘子闪络路径进行捕获，方便绝缘子放电时延和闪络持续时间的验证分析。
绝缘子HEMP冲击试验的电压、电流典型波形如图4所示，其中图4a为150 kV电压等级下P-10T型绝缘子未发生闪络时的波形，图4b则为168 kV电压等级下该型绝缘子发生闪络时的波形。图中，td为放电时延，tf为闪络持续时间，Uf为闪络电压。需要说明的是，对于上升沿闪络的情况，Uf取闪络发生位置处对应的电压值；而对于下降沿闪络的情况，Uf取电压负峰值，如图4b所示。
图4 绝缘子HEMP冲击试验电压、电流典型波形
Fig.4 The typical voltage and current waveforms of insulator under HEMP shock test
当绝缘子两端脉冲电压超过其表面绝缘耐受电压时将发生闪络现象，对应的电压即为闪络电压。对于雷电、操作过电压等作用时间较短的冲击电压，闪络的发生一般具有一定的分散性[35]，因此，采用50%闪络电压U50%来描述绝缘子的闪络阈值电压。重复n次电压等级Ui时，绝缘子共发生ki次闪络，则该电压等级下的闪络频率fi=ki/n。将该频率值作为电压等级Ui下绝缘子闪络概率P(Ui)的估计值，按照电压级差DU不断提高电压，获得m个P(Ui)估计值后进行概率分布函数拟合，取拟合结果最佳的概率分布函数P(U)=0.5用于确定U50%，并给出标准偏差。
绝缘子的放电时延即为从绝缘子两端开始承受冲击电压至表面形成闪络所需的时间，这是因为冲击电压作用下绝缘子闪络通道的形成不仅需要足够的脉冲电压峰值，还需要有充分的作用时间。放电时延具有一定的统计特性，因此，需记录每个电压等级Ui下每次发生闪络的放电时延td-k，如图4b中的td。由于起始时间存在一定的不确定性，文中将脉冲电压前沿延长线与电压零值之间的交点作为起始时间。另外，绝缘子闪络持续时间tf的测量中由于其波尾变化较缓，且零值位置存在噪声振荡，因此取其零值±1 000 ns范围振荡区域的中点作为闪络持续时间tf。
绝缘子闪络阈值电压存在一定的分散性，且放电时间具有统计特性，因此，工程上通常采用伏秒特性来描述冲击电压作用下绝缘子的闪络特性。试验中，取每次发生闪络的放电时延td为横坐标，对应的闪络电压Uf为纵坐标。需要着重说明的是，为了方便与强电磁脉冲传导环境的幅值相对应，在绝缘子闪络概率及其放电时延的获取与参数分析中，均采用电压等级替代闪络电压，且10%、50%、90%闪络电压均指相应的脉冲电流注入源充电电压等级。
通过以上试验过程与关键参数获取方法，对表1中所示的10 kV线路绝缘子进行了HEMP冲击试验。分别获取了强电磁脉冲环境下典型线路绝缘子的50%闪络电压、闪络时间、伏秒特性等关键参数，并通过对绝缘子闪络机理的分析为强电磁脉冲环境下线路绝缘子绝缘性能的提升与电力设备的绝缘配合提供参考。
本文采用Gumbel分布函数对不同冲击电压等级下的绝缘子闪络概率进行分析。Gumbel分布累积概率模型为
（1）
式中，P(U)为绝缘子闪络累积概率；U为冲击电压等级；
为形状参数；
为尺度参数。
采用图1所示的试验平台获取强电磁脉冲环境下典型线路绝缘子的闪络电压概率分布如图5所示，从左到右依次为干净P-10T型、污秽PQ1-10T型、干净PQ1-10T型绝缘子，拟合参数见表2。可以看出，Gumbel分布函数中参数基本与50%闪络电压一致，参数则与概率曲线的斜率正相关。
图5 绝缘子闪络概率
Fig.5 Insulator flashover probability
表2 绝缘子闪络电压拟合参数
Tab.2 Fitting parameter of insulator flashover voltage
参数PQ1-10TP-10T 干净污秽干净 α183.57165.99152.52 β4.665.274.97 R20.996 70.985 80.992 2 10%闪络电压/kV173.08154.14141.33 50%闪络电压/kV181.87164.07150.70 90%闪络电压/kV187.45170.35156.68 与标准雷电阈值比值2.02—2.01
对比表1中绝缘子的标准雷电阈值电压，可以看出，干净绝缘子在ns级上升时间的强电磁脉冲环境下的50%闪络电压基本为其标准雷电阈值电压的2倍，这一结果与文献[26]中的结果具有相同的规律。另外，文中采用的强电磁脉冲环境下污秽绝缘子的50%闪络电压从181.87 kV下降至164.07 kV，下降了9.79%，符合文献[22]中在同一污秽条件下不同冲击波形闪络电压的影响规律。
放电时延描述了冲击电压从作用于绝缘子开始至绝缘子发生闪络的时间，同时也是强电磁脉冲冲击电压能作用于绝缘子后端电气设备的持续时间。研究放电时延对于分析气体间隙的击穿机制、改善间隙的冲击电压击穿特性、合理实现绝缘配合等都具有重要意义。
不同电压等级的强电磁脉冲环境下三种绝缘子的放电时延分布如图6所示。从图6可以看出，电压等级越高，绝缘子的放电时延越短。另外，在电压等级较低时，绝缘子的放电时延分散性较大，跨越数μs；而在电压等级较高时，放电时延分散性较小，变动范围在数ns。这是因为对于快前沿冲击电压，放电时延主要由统计时延决定，而随着绝缘子两端电压增加，使得出现的自由电子转变为有效电子的概率增加，从而减小了统计时延。因此，随着强电磁脉冲传导环境幅值增加，绝缘子放电时延将不断缩短，最终稳定在某一较小时间。例如，电压等级为300 kV时，PQ1-10T型绝缘子放电时延分布在(85.5±4.5) ns，而P-10T型绝缘子放电时延集中在(41±1) ns。事实上，对于240 kV电压等级，P-10T型绝缘子放电时延分布在(85±4) ns。从式（2）可以判断，当绝缘子两端电压高于一定范围后，放电时延主要由绝缘子结构高度H和绝缘子两端电压决定。
图6 不同电压等级下绝缘子放电时延
Fig.6 Discharge delay of insulator at different voltage levels
（2）
式中，HPQ1-10T和HP-10T分别为PQ1-10T型和P-10T型绝缘子结构高度；Ut-PQ1-10T和Ut-P-10T分别为两种型号绝缘子放电时延相同时所对应的电压等级。
本文采用SIMX8型8分幅相机获取了绝缘子的闪络照片，从而可大致估算放电时延和闪络持续时间，以便更具象地掌握强电磁脉冲作用下绝缘子闪络通道与放电时延的分布。图7给出了照相机的时间参数构成与168 kV电压等级下绝缘子的8分幅闪络照片。图7a中，t1为照相机的触发时延，即示波器测得绝缘子脉冲电压信号触发后到照相机开始拍摄第1幅照片的时间；t2为曝光持续时间；t3为第1幅照片拍摄完毕至第2幅照片开始拍摄的时间。从图7b中可以看出，第1幅照片中闪络尚未开始，而第8幅照片中闪络通道已经趋于消失。因此，从绝缘子脉冲电压触发示波器开始至闪络开始的时间，即放电时延范围td，其表达式见式（3）；而从绝缘子脉冲电压触发示波器开始至八幅照片全部拍摄完毕的总时间ttotal，即绝缘子8承受强电磁脉冲作用开始至闪络结束的总时间如式（4）所示。
图7 照相机参数设置与绝缘子闪络照片
Fig.7 Camera parameter settings and insulator flashback photos
（3）
（4）
对于图7所示照片，照相机设置为t1=55 ns、t2=300 ns、t3=500 ns，因此放电时延td范围为355～1 155 ns，而总时间ttotal=5 955 ns。参照图4b中相应的绝缘子电压、电流波形，可知其中td=655 ns，tf=3 840 ns±1 000 ns，两者具有较好的一致性。
另外，图8和图9分别给出了PQ1-10T型和P-10T型绝缘子的主要闪络通道照片。图中，分图a为绝缘子照片，分图b～分图d为不同闪络通道照片，其对应的电压等级范围从低到高，但各闪络通道对应的电压等级存在交叉，这也是放电时延与闪络持续时间分散性的宏观表现。另外，绝缘子闪络通道主要分为三种：沿面通道、空气通道以及沿面和空气的组合通道，电压等级越高时，越倾向于空气通道。
图8 PQ1-10T型绝缘子主要闪络通道照片
Fig.8 Photographs of main flashover channel of PQ1-10T insulator
图9 P-10T型绝缘子主要闪络通道照片
Fig.9 Photographs of main flashover channel of P-10T insulator
纳秒级强电磁脉冲作用下绝缘子闪络的伏秒特性如图10所示，其中图10a为两种干净绝缘子伏秒特性，图10b为干净和污秽PQ1-10T型绝缘子伏秒特性。可以看出，P-10T型绝缘子伏秒特性整体位于PQ1-10T型绝缘子之下，且左侧开口比PQ1-10T型绝缘子大。PQ1-10T型干净绝缘子与污秽绝缘子的伏秒特性具有一定的交叠区，在最左侧区域污秽绝缘子在干净绝缘子之上，而右侧污秽绝缘子则位于干净绝缘子之下。
图10 纳秒级强电磁脉冲下绝缘子的伏秒特性
Fig.10 Volt-time characteristics of insulators in nanosecond strong electromagnetic pulse
对应于图2所示的脉冲源输出电压波形可以看出，两种类型绝缘子的闪络更容易发生在波尾处，且主要集中在2 000 ns以内，相对于雷电冲击电压下的伏秒特性更为靠前。一方面，纳秒级强电磁脉冲具有更快的上升沿，使得波头处自由电子的形成及有效电子的转变尚未完成，从而闪络主要发生于波尾位置；另一方面，从表2中各绝缘子的50%闪络电压可以看出，2 000ns以内对应的绝缘子闪络电压基本上位于50%闪络电压以上，即该范围内绝缘子两端承受的电压超过闪络阈值，且有充分的电压作用时间。
为进一步量化强电磁脉冲作用下绝缘子的伏秒特性，采用式（5）所示双指数函数对图10结果进行拟合，拟合参数见表3，结果如图11所示。
（5）
式中，a、b、c、d为拟合参数。
表3 绝缘子伏秒特性拟合参数
Tab.3 Fitting parameters of insulator volt-time characteristic
参数PQ1-10TP-10T 干净污秽干净 a116.1135.7156.1 b-4.21×10-3-4.94×10-3-5.05×10-5 c173.0182.5248.1 d-1.64×10-5-7.39×10-5-2.38×10-2 R20.988 20.951 90.984 6
由图11可知，干净与污秽两种状态下PQ1-10T型绝缘子的伏秒特性拟合曲线在高于90%闪络电压时，均趋于空气通道闪络时的低放电时延，且具有较好的一致性；而在90%闪络电压以下时，两者相差较大，且污秽绝缘子伏秒特性位于干净绝缘子之下。这一现象进一步说明在强电磁脉冲作用下，电压等级越高，越倾向于空气通道闪络；而在较低电压等级时，由于污秽绝缘子表面污秽颗粒的存在，使得沿面电场分布趋于不均匀，从而引起沿面闪络通道分散性较大。
图11 绝缘子伏秒特性拟合结果
Fig.11 Fitting result of insulator volt-time characteristic
另外，干净P-10T型绝缘子和污秽PQ1-10T型绝缘子的伏秒特性在左侧存在交叠区。即对于较低幅值的强电磁脉冲环境，即使PQ1-10T型绝缘子结构高度和爬电距离等物理尺寸较大，也会出现先发生闪络的情况。
本文研究了纳秒级强电磁脉冲下典型10 kV线路绝缘子的闪络特性，为高空电磁脉冲传导环境下关键设备的绝缘配合提供了参考，也为电力系统的强电磁脉冲生存能力评估提供了数据支撑。主要结论如下：
1）P-10T型、PQ1-10T型绝缘子在纳秒级强电磁脉冲环境下的50%闪络电压基本为其标准雷电阈值的2倍，所以高空电磁脉冲传导环境下10 kV线路绝缘子承受的电压远高于其标准50%闪络电压，因此容易发生闪络。
2）高冲电磁脉冲传导环境下PQ1-10T型绝缘子闪络电压阈值比P-10T型高20%左右；而污秽状况将使绝缘子闪络电压阈值下降，对于灰密值为0.05 mg/cm2、盐密值为0.20 mg/cm2污秽条件下的PQ1-10T型绝缘子，其50%闪络电压下降了10%左右。
3）绝缘子闪络通道主要分为沿面通道、空气通道以及沿面和空气的组合通道三种，而随着强电磁脉冲幅值的提高，绝缘子闪络通道主要倾向于空气通道。因此，绝缘子的放电时延不断下降，最后趋于某一稳定值（约为绝缘子结构高度所对应空气间隙的放电时延）。另外，绝缘子闪络持续时间基本为数微秒（2～5 μs）。
4）纳秒级强电磁脉冲作用下，绝缘子的闪络更容易发生在波尾处，且分散性较大。高于90%闪络电压时，干净与污秽两种状态对于绝缘子伏秒特性影响不大；而对于90%以下闪络电压时，电压等级越低，污秽使得绝缘子伏秒特性越差，甚至低于普通P-10T型绝缘子。
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Abstract High-altitude electromagnetic pulse (HEMP) can form a conduction environment of nanosecond rising edge and thousands of amperes on the power transmission and distribution cable through field line coupling. It has a faster potential gradient than the pulse environment such as lightning and operating overvoltage. It can seriously threaten the insulation of key equipment of the power system and affect the stable operation of the power system. So, build an electromagnetic pulse conduction current injection experimental platform for the two types of 10 kV line insulators that are most widely used in the distribution system. The 50% flashover voltage, discharge delay, flashover duration and volt-time characteristics and other key parameters of line insulators under HEMP conduction environment are obtained, and the impact of insulator surface pollution on flashover characteristics under HEMP is analyzed. It provides data support for the improvement of insulator performance under strong electromagnetic pulse environment and further research on electromagnetic pulse vulnerability of key equipment in power system.
Taking the typical P-10T and PQ1-10T needle type porcelain insulators as the research objects, the cleaned and dried insulators were quantitatively brushed with the polluted liquid prepared by the diatomite mixture, so that the surface ash density value was 0.05 mg/cm2 and the salt density value was 0.20 mg/cm2, and they were marked as polluted insulators, while the rest of the insulators without pollution treatment were marked as clean insulators. In the experiment, a pulse current injection source with output voltage and current waveform rising edge of (20±3) ns and short-circuit current waveform half height width of 500～550 ns was used according to the multistage method. One end of the insulator to be tested was connected to the high-voltage output end, and the other end was directly grounded. Resistance capacitance voltage divider and current probe were used to measure the voltage and current waveforms of the insulator to be tested. In addition, the voltage signal is used to trigger the oscilloscope, and the external trigger signal of the oscilloscope is used to trigger the 8-frame camera, so as to take insulator flashover photos.
The main results and conclusions are as follows: (1) the 50% flashover voltage of P-10T and PQ1-10T insulators under the nanosecond strong electromagnetic pulse environment is basically twice its standard lightning threshold, while the voltage borne by 10 kV line insulators under the HEMP conduction environment is much higher than its 50% flashover voltage, so flashover is easy to occur. (2) The flashover voltage threshold of PQ1-10T type insulator is about 20% higher than that of P-10T type insulator, and the pollution condition will reduce the flashover voltage threshold of insulator. For the 50% flashover voltage of insulator under the pollution condition of ash density value of 0.05 mg/cm2 and salt density value of 0.20 mg/cm2, the flashover voltage will decrease by about 10%. (3) Insulator flashover channels are mainly divided into three types: surface channel, air channel and combined channel of surface and air. With the increase of amplitude of strong electromagnetic pulse, insulator flashover channel mainly tends to air channel. Therefore, the discharge delay of the insulator decreases continuously, and finally tends to a certain stable value (about the discharge delay of the air gap corresponding to the height of the insulator structure). In addition, the duration of insulator flashover is basically several microseconds (2～5 ms). (4) Under the action of nanosecond strong electromagnetic pulse, the flashover of insulators is more likely to occur at the wave tail, and the dispersion is larger. When the flashover voltage is higher than 90%, the clean and dirty states have little effect on the volt-time characteristics of insulators; For the flashover voltage below 90%, the lower the voltage level, the worse the volt-time characteristics of the insulator due to pollution, and even lower than the ordinary P-10T insulator.
keywords：Insulator, high-altitude electromagnetic pulse, flashback, volt-time characteristic, pulse current injection
强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室基金资助项目（SKLIPR2204）。
收稿日期 2022-05-04
改稿日期 2022-09-10
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220738
中图分类号：TM85
秦 锋 男，1991年生，助理研究员，博士研究生，研究方向为电磁脉冲效应与试验技术、电力系统电磁脉冲生存能力评估。E-mail：qinfeng@nint.ac.cn（通信作者）
王旭桐 男，1996年生，实习研究员，硕士，研究方向为电磁脉冲效应试验与仿真技术。E-mail：wangxutong@nint.ac.cn
（编辑 李冰）