表面生长苔玻璃绝缘子的电气和机械特性试验研究

表面生长苔玻璃绝缘子的电气和机械特性试验研究

0耐张塔玻璃的自爆率特性随着我国经济的快速发展，对能源的需求日益强烈。玻璃绝缘子以其具有零值自爆、检测方便、不易发生掉线事故以及运行安全等特点,在电网中得到了广泛应用。当玻璃绝缘子存在内部缺陷时,内外应力不均衡,玻璃体会粉碎爆裂。因此,玻璃绝缘子具有零值自爆的特点以及自我淘汰的能力,有助于维护人员及时发现和更换零值绝缘子,保障电网的安全运行。此外,玻璃绝缘子在一些特殊条件下也会发生自爆,因此自爆率也是评价玻璃绝缘子质量的重要指标。在森林和山地中,有些地区的大气中漂浮着微生物孢子,这些孢子在绝缘子附近随风运动,一旦绝缘子附近的环境适合微生物生长,孢子将成长为为生物污层。与普通积污不同,随着生物污层的增长,绝缘子表面的覆盖面积增大。国内外针对复合绝缘子表面生物污层的研究较多,但对于玻璃和瓷绝缘子表面生物污层的生长情况则较少涉及。2010年12月,南方电网某交流500kV线路停电检修时,发现部分耐张塔玻璃绝缘子上下表面均长有苔藓,下表面较为严重,且经现场人员确认,绝缘子表面的苔藓较难清扫干净。目前,针对玻璃绝缘子的研究主要集中在其自爆原因分析、污闪特性研究和表面污秽情况分析等方面。对于玻璃绝缘子运行特性的分析,也多集中在对于玻璃绝缘子自爆问题的研究,对于表面生长苔藓现象的相关研究还未见相关报道,没有相关经验可供参考。文献发现瓷绝缘子球窝中生长有类似绿色青苔的植物,这些类青苔植物紧紧植根于绝缘子表面,不易清扫干净,且具备良好的导电性,易引起击穿放电,但该文献未对其特性进行进一步的深入研究。为了解苔藓对玻璃绝缘子运行特性的影响,预防输电线路事故的发生,本文主要从机械特性和电气特性2个方面进行了相关分析和研究,并分析讨论了苔藓可能出现的原因,对线路的运行维护提出了建议。1杆塔表面长有苔藓的缘生学发现苔藓的线路为500kV交流线路,投运时间为2008-07,其中情况较为严重杆塔共有14基,表面长有苔藓的绝缘子结构示意图如图1所示。生长苔藓的玻璃绝缘子均为耐张串悬挂的400kN钟罩型绝缘子,基本参数如表1所示。2试验设计的内容为检验苔藓的出现对绝缘子电气特性和机械特性的影响,本文设计了一系列试验进行了相关研究。试验研究的试品共21片,分别编为1~21号(该编号不是杆塔上绝缘子在串中的位置)。2.1苔藓的检出情况首先对21片绝缘子上表面和下表面的苔藓分布情况进行了统计。玻璃绝缘子上表面的苔藓分布情况如表2所示。由表2可知:(1)在送检的21片试品中,仅1号绝缘子的上表面长有苔藓,占试品总数的4.8%;(2)送检的21片玻璃绝缘子下表面均长有苔藓,占试品总数的100%。所送试品为现场随机抽检,从统计学上讲,下表面生长苔藓的概率明显高于上表面,说明在现场实际运行中,苔藓易生长于下表面。2.1.1玻璃不同区域对苔藓生长的影响试品1号上表面苔藓的分布情况如图2所示,区域尺寸如表3所示,将图中有苔藓的区域称为区域A,无苔藓的区域称为区域B。由图2和表3可知:(1)玻璃绝缘子上表面苔藓分布区域较为集中;(2)在放大图中可以明显看出,生长苔藓的区域和绝缘子铁帽水流路径重合,说明冷凝或降水对上表面苔藓生长的影响较大;(3)试品1号玻璃绝缘子上表面苔藓分布区域较小,仅占上表面总面积的5.13%。2.1.2玻璃绝缘子的区域位置21片玻璃绝缘子的下表面均长有苔藓,生长苔藓部分的面积占下表面总面积的比例如图3所示。由图3可知,21片绝缘子生长苔藓部分的面积占下表面总面积的比例在20%~45%之间。为便于分析讨论,对玻璃绝缘子的区域位置进行定义,绝缘子下表面分为上侧棱外沿区域C、上侧棱内沿区域D、下侧棱内沿区域E和下侧棱内沿区域F,如图4所示。当绝缘子耐张串悬挂时,绝缘子下表面的苔藓主要分布于区域C和区域E。这是因为在这些区域,降水或冷凝形成的水滴易于汇聚,形成易于苔藓生长的潮湿环境,当温度适宜时,孢子发展成为苔藓。2.2saltdepoitdensity,nsdd分别测量1、2、3号绝缘子试品的区域A、B、C、D、E和F的盐密(equivalentsaltdepositdensity,ESDD)和灰密(non-solubledepositdensity,NSDD)。测量过程中不用刀片刮下苔藓,而是采用去离子水多次浸润的方法来完全浸润掉苔藓中的盐成分和灰成分,因此灰密测量所得质量不包括苔藓本体的质量。2.2.1苔藓的盐密、灰密1、2、3号绝缘子试品上表面盐密分布情况如图5所示,灰密分布情况如图6所示。由于2号和3号绝缘子试品上表面没有苔藓,因此2号和3号试品上表面区域A和区域B的盐密和灰密相同。由图5和图6可知:(1)对于1号试品,其上表面苔藓集中区域的盐密和灰密明显大于上表面无苔藓区域,分别为9.6倍和5.6倍。这说明苔藓能明显增大绝缘子表面的污秽度;(2)1、2、3号试品上表面无苔藓区域的盐密值相近,在0.0033~0.0050mg/cm2之间;(3)1、2、3号试品上表面无苔藓区域的灰密值相近,在0.2190~0.2990mg/cm2之间;(4)1号试品上表面的平均盐密、灰密均大于2、3号试品,这是因为1号试品上表面苔藓集中区域的盐密和灰密较大,进而使得整体平均值较大。2.2.2下表面上侧区域内的苔藓和盐密表31、2、3号绝缘子试品下表面的盐密和灰密分布情况分别如图7和图8所示。由图7和图8可知:(1)对于1、2、3号试品,区域C的盐密和灰密均大于区域D,这是因为下表面上侧区域外沿分布的苔藓更多,使得这一区域的盐密和灰密显著增大;(2)对于1、2、3号试品,区域E的盐密和灰密均大于区域F,这是因为下表面下侧区域内沿分布的苔藓更多,使得这一区域的盐密和灰密明显增大;(3)对于1、2、3号试品,区域E的盐密和灰密均略大于区域C,这是因为区域E的存水性能比区域C更好,生长的苔藓更多,因此其盐密和灰密也更大;(4)不同试品相同区域的盐密值和灰密值相近。2.3玻璃绝缘子的稳定性根据标准DL/T626—2005中的规定,使用5000V兆欧表测量未经清扫的21片玻璃绝缘子试品的绝缘电阻,测量时的环境温度为23℃,环境相对湿度为55%。对21片玻璃绝缘子试品的分别进行了2次测量,即钢脚连接兆欧表正极和钢脚连接兆欧表负极,结果如图9所示。由图9可知,不同玻璃绝缘子的绝缘电阻均>90GΩ。标准DL/T626—2005中规定,交流500kV线路中,绝缘子的绝缘电阻应>500MΩ。因此,本次送检的21片表面生长青苔的试品均满足标准要求,未发现低值电阻。2.4试验4:109号的绝缘子为验证表面生长苔藓的绝缘子试品的污闪特性,在26m×26m×30m的雾室中对其进行自然污秽闪络试验。试验系统由1台800kV交流人工污秽试验电源供电,连接示意图见图10。将玻璃绝缘子试品分为2组,每组6片,第1组为编号4~9号的绝缘子,第2组为编号10~15号的绝缘子。每组6片试品以耐张串方式悬挂,每片绝缘子的悬挂方向与线路上运行时的状况需保持一致。为保持悬挂角度与线路一致,在绝缘子耐张串的首尾端各悬挂1支长10m的复合绝缘子,将绝缘子拉平进行试验。采用升压法进行试验。先通过雾管向绝缘子雾室内输入蒸汽雾,待绝缘子表面充分受潮后,均匀升压直至绝缘子串发生闪络。之后,保持绝缘子处于雾环境中,每隔5min进行一次均匀升压至绝缘子串发生闪络。对每组绝缘子进行5次闪络试验,记录每次的闪络电压值。试验结果如表4所示。利用表4中的数据可以计算得到10次污闪试验的平均值为252.9kV,试验标准偏差为4.9%。因此,单片玻璃绝缘子的污闪电压为42.5kV,满足交流500kV线路的运行要求。2.5点道点添加定额机械破坏负荷试验参考标准GB/T1001.1—2003中的机械破坏负荷试验对玻璃绝缘子进行拉力试验。试验时,先将拉力加至玻璃绝缘子额定机械破坏负荷的75%,即300kN,之后以每分钟35%额定机械破坏负荷的增长速度逐渐增大拉力,直到达到额定机械破坏负荷或将绝缘子拉断。试验结果如表5所示,当施加额定机械破坏负荷时,绝缘子并未被拉断,仅绝缘子玻璃件发生碎裂。由表5可知,表面生长苔藓的绝缘子依然能够承受额定机械破坏负荷,因此苔藓对绝缘子机械特性几乎无影响。3讨论3.1湿度、温度与苔藓生长的关系苔藓是一种小型绿色植物,结构简单,仅包含茎和叶2个部分,无花,无种子,以孢子繁殖。苔藓植物喜欢阴暗潮湿的环境,一般生长在裸露的石壁上,或潮湿的森林和沼泽地。苔藓不适宜在完全黑暗处生长,它需要一定的散射光线或半阴环境,最主要的特点是喜欢潮湿环境,特别不耐干旱及干燥。当空气相对湿度>80%、环境温度在22~25℃之间时,苔藓极易生长。苔藓生长和繁殖的基本要素如图11所示。在苔藓生长的各个要素中,孢子是苔藓生长的基础,没有用于繁殖的孢子,再适宜的环境条件也不会出现苔藓。其他3个生长要素中,湿度对苔藓的影响最大,干燥的环境中苔藓难于生长。本文发现的表面长有苔藓的玻璃绝缘子杆塔均处在山地。以发现苔藓的280号塔为例,280号杆塔位于山地林区,林木茂密,距离最近的湖泊仅15km,潮湿的林地环境为苔藓的生长提供了有利条件。生长于山林中的苔藓成熟后,孢子随空气的流动在空中飘散,部分孢子在风力作用下飘落在玻璃绝缘子表面。由于绝缘子为耐张串悬挂,下表面伞棱向上的部位在雨后或冷凝过后易于存水,为孢子提供了潮湿的环境,当温度适宜时,绝缘子表面的孢子生长成为苔藓。由此可见,位于山地林区的绝缘子表面易满足苔藓生长的4要素,有利于苔藓的生长。3.2上表面不易生长苔藓苔藓在绝缘子上表面的分布远不如在下表面的密集。这是因为当玻璃绝缘子为耐张串悬挂时,光滑的上表面不易积水,不易提供潮湿的生长环境,因此上表面不易生长苔藓。苔藓在绝缘子下表面主要分布于上侧棱外沿和下侧棱内沿,这2个地方在绝缘子耐张悬挂时均竖直向上,易于积存冷凝或降雨形成的水,为苔藓生长提供了必要条件。3.3玻璃绝缘子生长苔藓的因素表面生长苔藓的玻璃绝缘子未发现零值和低值电阻,其单片污秽闪络电压为42.5kV,满足线路运行要求。这说明就测试时的状态来说,绝缘子的电气特性满足运行要求。然而,从绝缘子上表面和下表面的盐密和灰密的测量结果可以看出,玻璃绝缘子生长苔藓部位的盐密和灰密明显大于未生长苔藓部位,这是因为苔藓会破坏绝缘子表面的光洁程度,在苔藓部位易于积水积污。一段时间内绝缘子的电气特性还能满足运行要求,但随着时间的推移,有苔藓部位的盐密和灰密进一步增大,在雾、露、毛毛雨等天气条件下,绝缘子表面湿润,电气特性可能会出现明显下降,并导致玻璃绝缘子表面电位分布不均匀,易引起玻璃绝缘子自爆。因此,表面生长苔藓会对玻璃绝缘子的长期安全运行造成隐患,需要重点关注。表面长有苔藓的绝缘子的机械特性未受到明显影响,均满足运行要求。这是因为绝缘子表面的苔藓暂时只对绝缘子的电气性能造成了一定的影响,未引起绝缘子自爆,因此对绝缘子的机械特性未造成直接影响。3.4流固性纤维在铁帽和溶剂中的生长目前通用的苔藓清扫方法主要有喷洒除草剂、喷洒CuSO4溶剂等,但将这些方法应用于悬挂于铁塔上的运行绝缘子串时,会引起铁帽和溶剂的化学反应,因此并不适用。由本文试验结果可知,表面生长苔藓的绝缘子的电气特性在短期内并没有出现明显下降,因此可以采用定期清扫的办法来去除苔藓。清扫时,建议采用刀片刮除。4玻璃绝缘子生长