直流自然积污试验站在直流外绝缘污秽评估中的作用及应用前景

总结了在云广工程的禄丰直流自然积污试验站的研究工作。主要研究结果为:确定了附近换流站址的污秽等级;给出了直流深棱型和大小伞型支柱绝缘子表面等值盐密与交流普通型支柱绝缘子表面等值盐密的比例关系;确定了直流深棱绝缘子带电与不带电的积污量(等值盐密和灰密)比值。此外,简要介绍了自主研发的自然积污站成套装置。     

高海拔特高压直流换流站外绝缘自然积污状况研究

总结了高海拔禄丰直流自然积污试验站的试验结果,给出了站用直流支柱绝缘子和线路悬式绝缘子的污秽度,着重讨论了直流支柱绝缘子和悬式绝缘子表面的直流积污特性.     

高压直流换流站污秽水平预测方法研究

对换流站站址周边地区气象、工业污染源和输变电设备运行的相关资料进行收集，根据风洞试验得出的绝缘子表面积污模式，利用污染源扩散模式计算站址及周边地区交流盘形绝缘子积污水平。在此基础上，根据国内已有换流站和自然积污站的直、交流积污数据并结合具体情况，选择合适的直交流积污比，由计算出的交流盘形绝缘子污秽水平估算出换流站直流场设备的污秽水平。根据该污秽水平，计算出换流站直流场支柱绝缘子以及不同管径的套管表面的污秽度。根据标准直流支柱绝缘子的人工污秽试验数据和预估算的污秽度，确定直流支柱绝缘子和各类套管的爬电比距。文中提出的方法可用于±500kV、±800kV高压直流换流站污秽水平预测及外绝缘配置。     

±800kV特高压宾金直流悬式及支柱绝缘子自然积污特性EI北大核心CSCD

为研究特高压直流输变电设备外绝缘积污特性,利用特高压直流宾金线和金华换流站设置带电、不带电绝缘子污秽测点,经过1a完整积污后,对试验绝缘子上、下表面盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、灰密(non-soluble deposit density,NSDD)进行了测试、分析,结果表明,特高压直流电场显著加剧高电位绝缘子积污,宾金线带电绝缘子盐密、灰密分别为不带电绝缘子相应值的1.52、1.86倍;金华换流站被测支柱绝缘子高压端盐密、灰密分别是其中部、低压端均值的1.45、1.27倍;电压极性对悬式、支柱绝缘子积污均无显著影响;与站内复合支柱绝缘子相比,悬式绝缘子上、下表面积污差异更为显著。     

±800kV特高压宾金直流悬式及支柱绝缘子自然积污特性

为研究特高压直流输变电设备外绝缘积污特性,利用特高压直流宾金线和金华换流站设置带电、不带电绝缘子污秽测点,经过1a完整积污后,对试验绝缘子上、下表面盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、灰密(non-soluble deposit density,NSDD)进行了测试、分析,结果表明,特高压直流电场显著加剧高电位绝缘子积污,宾金线带电绝缘子盐密、灰密分别为不带电绝缘子相应值的1.52、1.86倍;金华换流站被测支柱绝缘子高压端盐密、灰密分别是其中部、低压端均值的1.45、1.27倍;电压极性对悬式、支柱绝缘子积污均无显著影响;与站内复合支柱绝缘子相比,悬式绝缘子上、下表面积污差异更为显著。     

±800kV特高压换流站支柱绝缘子自然积污特性

为研究特高压换流站支柱绝缘子的自然积污状况,2014年和2015年在±800 kV哈郑直流中州换流站进行了自然积污试验。结果表明:污秽程度从轻到重依次为不带电设备,交流带电运行的设备,直流带电运行的设备;瓷绝缘子表面污秽程度相差不大,而对于复合和表面喷涂RTV的支柱绝缘子,极II侧(负极)比极I侧(正极)的积污程度严重,极II侧等值盐密平均为极I侧2.4倍,极II侧等值灰密平均为极I侧2.7倍;无论正、负极性,瓷表面绝缘子积污最轻,其次是复合材质,积污最严重为喷涂RTV涂料绝缘子;积污物中阳离子主要为Ca~(2+)和K~+,阴离子主要为NO_3~-和SO_4~(2-);可溶性污秽的主要成分为CaSO_4和各类硝酸盐。     

降雨对绝缘子表面污秽的清洗作用

自主搭建人工降雨试验平台,动态模拟不同降雨工况环境;采用自然积污绝缘子,研究降雨对不同材料、伞型、安装方式和带电类型绝缘子表面污秽的清洗作用。试验结果表明:高强度的降雨可以产生更有效的清洗;瓷和玻璃绝缘子的降雨清洗特性相近;开放伞型的绝缘子清洗效果显著优于带下棱伞型的绝缘子;耐张串绝缘子降雨清洗更充分,受伞型影响较小;直流积污的绝缘子雨水冲刷作用弱于交流积污的绝缘子。同时指出,绝缘子表面可溶盐随降雨清洗时间的流失规律符合Box Lucas指数函数模型。相关研究结论可为外绝缘设备污秽状态预测和污秽清扫提供理论指导。     

直流电压下复合绝缘子的自然积污试验

利用自建的自然污秽试验站，对自然条件下带直流电压运行2个积污季节的复合绝缘子的积污特点进行了试验研究，分析了直流绝缘子的伞裙表面积污规律、降水对积污(等值附盐密度(equivalent salt deposit density，ESDD)和不溶性污秽物质密度(non-soluble deposit density，NSDD))的影响，表面污秽不均匀度、表面灰盐比、ESDD和NSDD的直交比等。研究表明：并不是所有降水都会对绝缘子表面污秽产生明显的清洗效果；降水量和雨强均为清洗效率的重要影响因素；复合绝缘子最大污秽度出现在夏季多雨季节来临前。建议直流外绝缘设计中充分考虑这些积污特点。     

深圳地区支柱绝缘子自然积污特性

为研究变电站支柱绝缘子自然积污特性,在深圳地区选取了37处有代表性的变电站自然积污观测点,测量了观测点处模拟防污型、模拟普通型和带电支柱绝缘子的等值附盐密度和附灰密度,对比了支柱绝缘子积污规律的差别。结果表明:模拟防污型支柱绝缘子盐密值和灰密值都大于模拟普通型支柱绝缘子,2者上表面盐密值之比约为2.4,下表面盐密值之比约为1.2,2支绝缘子盐密均值之比约为2;2者上表面灰密值之比约为3.5,下表面灰密值都较小,2支绝缘子灰密均值之比约为2.7;支柱绝缘子上表面积污普遍重于下表面,防污型上下表面灰密比10倍、盐密比约为4;普通型上下表面灰密比约为3.5、盐密值比约为2;防污支柱绝缘子带电下的盐密和灰密明显大于模拟情况下,2者盐密之比和灰密之比均约为1.9。因此,污秽外绝缘配置选择防污型支柱绝缘子时应注意到积污特性与普通支柱绝缘子的明显差异,及是否带电对积污特性的影响。     

1000kV支柱瓷绝缘子自然积污规律试验研究

研究1 000 kV支柱瓷绝缘子的自然积污规律可为我国特高压工程外绝缘设计和运行检修提供参考。为此,通过对荆门特高压变电站运行的支柱瓷绝缘子进行了连续3 a的积污观察和检测,测量了等值附盐密度(缩写为ESDD,简称为盐密)、不溶物密度(缩写为NSDD,简称为灰密)及污秽成分,分析了1 000 kV支柱瓷绝缘子污秽不均匀分布特性以及与传统瓷绝缘子积污特性的差异,评估了现阶段绝缘子污秽水平。研究结果表明:11 000kV支柱瓷绝缘子沿面盐密和灰密分布较不均匀,高压端最高,其他部位逐渐走低。绝缘子上表面积污重于下表面,上表面与下表面积污比为1.7~4.4;背风面积污重于迎风面,迎风面与背风面积污比为0.17~0.90;2绝缘子表面污秽物中Ca SO4质量分数为65%~70%,高于线路绝缘子现有测量数据;3随着运行时间的延长,上表面与下表面盐密积污比变化较小,灰密积污比增幅较大;迎风面与背风面积污比呈下降趋势;4对于1 000 kV支柱瓷绝缘子的单个元件,可考虑采取"前后2点简化法"测量污秽度;5同一运行环境、不同电压等级的支柱瓷绝缘子积污特性存在一定差异;6基于"一年一清扫"的前提,支柱瓷绝缘子的污秽水平现仍处于设计范围,并有一定裕度。     

±500 kV兴安直流线路复合绝缘子积污特性

受静电吸尘效应等影响,直流输电线路绝缘子积污相比交流输电线路的绝缘子较严重,污闪风险较大。测量、研究实际运行的直流线路绝缘子积污特性,有利于电力系统开展外绝缘配置、污闪防治工作,保障系统安全稳定运行。通过人工上塔擦拭的方法,采集±500 kV兴安直流线路实际运行的复合绝缘子表面污秽,测量其等值盐密,研究线路绝缘子积污特性。研究结果表明：±500 kV兴安直流线路复合绝缘子表面积污较轻,等值盐密都在0.025 mg/cm2以下,表面积污受污染源影响,2个直流极积污情况基本一致。复合绝缘子污秽沿串呈现两端大中间小的U形曲线分布,63%的取样样品上表面积污重于下表面,不同插花型式中小伞裙积污最严重。直流线路复合绝缘子积污特性与交流线路存在明显差异。     

Computer-aided design of porcelain insulators under pollutedconditions

The development of a user-friendly, interactive personal computer package for designing insulators to be used in polluted conditions is presented. This is accomplished by integrating a dynamic arc model that computes the pollution flashover voltage within the Microsoft Windows application program. Suspension, station post and pin type insulators of numerous shapes have been incorporated into the package. The model is capable of handling AC and DC voltages, in addition to uniform and nonuniform pollution distributions on the insulator surface. The use of the model as a design tool to predict the insulation requirement for a given system voltage, and as a maintenance tool to determine the critical contamination level (in terms of ESDD) that will cause flashover of the insulator at the operating voltage, has been demonstrated. Wherever possible, comparisons of the model predictions with experimental data have been made, and good agreement has been obtained     

高海拔、污秽、覆冰环境下超高压线路绝缘子交直流放电特性闪络电压校正研究

根据在人工气候室内对交流160kN级染污瓷质、玻璃及35KV合成绝缘子以及一种形式的直流绝缘子大量的试验研究结果，得出了绝缘子在高海拔，污秽及覆冰条件下不同绝缘子的闪络特性，并分别分析了无覆冰时不同气压，污秽对绝缘子交，直流闪络电压的影响和高海拔污秽地区绝缘子覆冰量的变化对交直流闪络电压的影响；提出了不同海拔高度、污秽程度及覆冰量条件下试验中的各种绝缘子的交、直流闪络电压的初步校正公式及相应的特征指数，本文试验研究结果认为；绝缘子闪络电压随海拔升高，污秽加重和覆冰增加而呈幂函数或指数函数降低，而表征其下降速度的特征指数则与绝缘子型式，电压类别、污秽程度及覆冰量有一定关系。     

35～1000kV线路绝缘子污闪电压值的估算

针对目前绝缘子污闪电压缺乏系统研究的现状,建立了35~1 000 kV输电线路用普通型绝缘子交流污闪电压的计算模型即展开普通型绝缘子成平面模型后分析交流污闪条件,计算出绝缘子在不同表面污层电导率条件下的临界污闪电压值;对35~1 000 kV输电线路用5种不同吨位的普通型绝缘子进行交流人工污秽试验,获其在各盐密下的50%污闪电压;通过计算值和试验值的对比,可将绝缘子表面污层电导率转化为盐密,从而算出各普通型绝缘子在不同盐密下的交流污闪电压值。试验验证计算结果误差小,说明该模型能够有效估算代表普通型绝缘子的50%污闪电压情况。该研究结果可供各电压等级输电线路外绝缘选择参改。     

线路绝缘子直流污闪电压修正研究

为了给出线路绝缘子不同污秽分布条件下直流污闪电压线性海拔修正系数,便于在海拔≤2 km地区直流线路外绝缘的设计,实验研究了在实际海拔1 970 m条件下绝缘子电弧的发展特性。研究表明:绝缘子上下表面污秽分布情况对瓷绝缘子直流电弧发展路径影响较大,造成直流污闪电压随海拔升高下降的程度不同。通过比较不同海拔高度下(0与2 km)210 kN钟罩型绝缘子人工污秽试验结果,提出了绝缘子上下表面污秽分布均匀与不均匀两种条件下直流污闪电压线性海拔修正系数分别为6%和3%,并利用大吨位(300 kN)钟罩型绝缘子试验结果验证了该线性修正系数。结果表明,该修正系数也适用于大吨位绝缘子。     

Effect of insulator profiles on DC flashover voltage under pollutedconditions. A study using a dynamic arc model

From field experience and laboratory tests, it has been observed that the contamination flashover voltage of insulators used on DC lines is more influenced by geometry (diameter and profile) than those used on AC lines. Presented in this paper are the results and analysis of a study of the effect of insulator shapes on the DC contamination flashover voltage. A dynamic arc model is used for this purpose. The salient feature of the model is that it takes into account the geometry of the insulator at every instant of the arc propagation, and thus includes the role of geometry in the contamination flashover process. A variety of porcelain cap and pin insulator geometries that are widely used in practice have been evaluated using this model. Nonuniform pollution distribution on insulators, which is more representative of field conditions, has also been considered, and its effect on the flashover voltage has been evaluated for the various geometries. Results are in good agreement with the experimental findings. Use of the model as a design tool to select type and number of insulators for HVDC transmission lines has been illustrated     

A comparison of the pollution performance of long rod and disc type HVDC insulators

Long rod insulators made of porcelain and disc type insulators made of porcelain or glass are the main types of HV insulators used since more than 60 years in overhead transmission and distribution lines and also will be the dominating products in the future. Historically based, there exists much published work on the electrical pollution performance of disc (cap and pin) type HV insulators. Only little knowledge exists about the good service pollution performance of the long rod type insulators. This paper compares the test results obtained from artificial pollution tests according to IEC 61245 with both types of HV insulators under same test conditions. The tests were performed with DC voltage at the FGH (Forschungsgemeinschaft fur Elektrische Anlagen), an independent German high voltage test laboratory. It is well known that the sensitivity of insulator strings to pollution effects is much higher at DC than at AC (50 Hz power frequency) voltage. The test results show an equivalent pollution performance of long rod and disc (cap and pin) type insulators under the same pollution conditions and the same electrical stresses