高电压技术 第３８卷第１０期２０１２年１０月３１日Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ ３１，２０１２５００ｋＶ复合绝缘子运行特性分析张福增１，宋 磊２，屠幼萍３，许 卓３，李锐海１，王国利１（１．南方电网科学研究院有限责任公司，广州５１００８０；２．清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京１０００８４；３．华北电力大学高电压与电磁兼容北京重点实验室，北京１０２２０６）摘 要：为分析５００ｋＶ复合绝缘子的运行特性，从而为实验室评价现场运行复合绝缘子的特性和状态提供指导，对５支５００ｋＶ交流和６支５００ｋＶ直流复合绝缘子进行了研究，主要包括污秽度测量，憎水性测试、解剖试验、水扩散试验和水煮及陡波试验。
在此基础上，比较了交、直流复合绝缘子的积污特性，分析了复合绝缘子劣化特性和运行年限的关系，讨论了不同检测方法的应用情况。
结果表明，直流绝缘子比交流绝缘子积污严重，直流绝缘子积污量随运行年限增加显著增加，交流绝缘子无明显变化；劣化特性显著的绝缘子并不是运行年限最长的绝缘子；采用的几种检测方法均能很好地反映复合绝缘子某一方面的劣化特性。
关键词：复合绝缘子；检测；评估方法；憎水性；水扩散试验；自然污秽ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－６５２０．２０１２．１０．００８文章编号：１００３－６５２０（２０１２）１０－２５３６－０６基金资助项目：特高压工程技术（昆明、广州）国家工程实验室开放基金（编号略）。
Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ ＵｌｔｒａＨｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｋｕｎｍｉｎｇ、Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ）．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ５００ｋＶ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＩｎｓｕｌａｔｏｒＺＨＡＮＧ Ｆｕｚｅｎｇ１，ＳＯＮＧ Ｌｅｉ ２，ＴＵ Ｙｏｕｐｉｎｇ３，ＸＵ Ｚｈｕｏ３，ＬＩ Ｒｕｉｈａｉ １，ＷＡＮＧ Ｇｕｏｌｉ １（１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００８０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ５００ｋＶ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ，５ｐｉｅｃｅｓ ｏｆ ５００ｋＶ ＡＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ａｎｄ ６ｐｉｅｃｅｓ ｏｆ ５００ｋＶ ＤＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｔｅｍｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ ｔｅｓｔ，ｄｉｓｓｅｃｔｉｎｇ ｔｅｓｔ，ｗａｔｅｒ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｗａｔｅｒ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｔｅｅｐｆｒｏｎｔ ｉｍｐｕｌｓｅ ｔｅｓｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣ ａｎｄ ＤＣ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ’ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ＡＣ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｙｅａｒｓ，ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ＡＣ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｈａｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｃｈａｎｇｅ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｇｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ．Ｅａｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｓｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ；ｗａｔｅｒ－ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｔｅｓｔ；ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎ－ｔａｍｉｎａｔｉｏｎ０ 引言随着输电电压等级的不断提高，线路外绝缘的染污放电问题受到越来越多的关注。
复合绝缘子以其质量小、污闪电压高的优点，得到了广泛的应用［１－２］，尤其在中等和重污秽地区复合绝缘子的使用量较大［３］，其对保证电网的可靠运行起到了重要作用［４］。
随着运行年限的增加以及外部因素的影响，运行线路复合绝缘子会发生各种事故。
ＣＩＧＲＥ １９９７年的统计结果显示，复合绝缘子损坏的事故率仅占０．０３５％，年事故率仅为０．５２每万支·年。
在统计到的２４３起绝缘子损坏事故中，芯棒断裂１３３起（占５５％），界面击穿６９起（占２８％），外绝缘材质劣化３３起（占１４％），其他８起（占３％）［５－６］。
随着投运时间的延长，经过多年的老化后，采用有机材料的复合绝６３５２缘子运行特性如何成为越来越紧迫的问题［７－１４］。
复合绝缘子在长期运行过程中，其护套、伞裙材料在潮湿、表面放电、紫外等因素的综合影响下，会发生粉化、烧蚀、抗撕强度降低等不可逆转的劣化，从而使得其电气性能和机械性能均有所降低。
目前，复合绝缘子性能试验主要有吸水性试验、伞裙硬度试验、耐漏电起痕试验、渗透试验等［１３－１６］。
还可利用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换红外光谱（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＦＴＩＲ）、Ｘ射线光电子能谱（Ｘ－ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＸＰＳ）和扫描电镜（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＥＭ）等设备进行复合绝缘子伞裙材料的特性分析［１６－１８］。
由于试品收集困难，不同运行时间下复合绝缘子劣化特性的对比研究相对较少。
鉴于复合绝缘子使用量越来越大，故障出现的频率也不断增加，对复合绝缘子运行特性分析及评估的研究越来越重要［１９］。
本文主要针对５００ｋＶ交、直流复合绝缘子进行了污秽度测量、憎水性测试、护套解剖试验、水扩散试验、水煮及陡波试验等。
比较了交流和直流复合绝缘子的积污特性和老化特性，分析了复合绝缘子劣化特性和运行年限的关系，讨论了不同检测方法的应用情况。
１ 试品情况本文选取不同运行年限的复合绝缘子进行了研究，其参数和故障类型如表１所示。
其中５００ｋＶ交流绝缘子５支，按运行年限从高到低的顺序，标记为Ａ１～Ａ５，±５００ｋＶ直流绝缘子６支，按运行年限顺序标记为Ｄ１～Ｄ６。
９支故障绝缘子主要有４种类型的故障，分别为红外检测异常、表面生长青苔、遭受雷击和断串。
２ 试验分析本文主要采用了憎水性测量、漏电起痕试验、水煮及陡波试验、水扩散试验等手段，对不同运行年限绝缘子的劣化特性和故障进行了分析。
２．１ 污秽度测量２．１．１ 盐密和灰密情况分析对１１支复合绝缘子进行了盐密ρＳＤＤ和灰密ρＮＳＤＤ测量，测量结果如图１所示。
从图１中可以看出：１）根据ＩＥＣ ６０８１５，交流和直流绝缘子的污秽度基本为轻秽和中秽等级，只有１支试品为重污秽等级；表１ 现场运行绝缘子串试样编号表Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｓａｍｐｌｅｓ绝缘子编号电压等级／ｋＶ电压极性运行年限／ａ故障类型Ａ１ ５００ＡＣ ６红外检测异常Ａ２ ５００ＡＣ ６红外检测异常Ａ３ ５００ＡＣ ５断串Ａ４ ５００ＡＣ ３表面生长青苔Ａ５ ５００ＡＣ ３表面生长青苔Ｄ１ ５００ＤＣ ８无故障Ｄ２ ５００ＤＣ ８无故障Ｄ３ ５００ＤＣ ５遭受雷击Ｄ４ ５００ＤＣ ５遭受雷击Ｄ５ ５００ＤＣ ３红外检测异常Ｄ６ ５００ＤＣ ３红外检测异常图１ 各绝缘子盐密／灰密测量结果Ｆｉｇ．１ ＳＤＤ ａｎｄ ＮＳＤＤ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ５００ｋＶｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ２）灰密在０．１～０．３ｍｇ／ｃｍ２之间，灰密与盐密比在５～３０之间；３）故障类型为断串的绝缘子Ａ３的污秽等级明显高于其他交流复合绝缘子。
２．１．２ 污秽沿串分布情况分析１１支绝缘子盐密沿串分布情况如图２所示。
从图２可以看出：１）复合绝缘子表面污秽沿串分布不均匀；２）交流和直流绝缘子污秽分布均呈现高压端和低压端高、中部低的趋势。
对于交流复合绝缘子，高压端盐密高于中部的绝缘子为５支，占交流绝缘子总数的１００％，低压端盐密高于中部的绝缘子为３支，占交流绝缘子总数的６０％。