27.5kV棒形瓷质污秽绝缘子漏电流管理值分析.pdf

中国科技信息 2024 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024-76-两星推荐缘子漏电流的管理参考值，以实现绝缘子的耘行工况以及绝缘子所处区域的积污规律的实时检测与展示，从而为供电部门及时安排计划清扫染污的绝缘子提供依据。监测手段本文使用的监测手段是研制的接触网绝缘子污秽在线监测装置，主要有漏电流检测部分、温湿度检测部分、供电部分、数据采集箱、后台服务器构成。结构如图 1 所示。监测装置实物如图 2 所示。人工雾室试验分析试验布置和试品本试验在西安高压电器研究所 3 3 3 人工小行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度123427.5kV 棒形瓷质污秽绝缘子漏电流管理值分析赵文军赵文军成都唐源电气股份有限公司图 1 监测装置结构图图 2 监测装置实物图备注：1代表漏电流传感器，2代表太阳能电池板，3代表监测箱，4 代表后台服务器。牵引供电系统中关键设备接触网绝缘子的安全、可靠运行是确保电气化铁道运输的必要条件。由于我国电气化铁路分布广泛，运行环境复杂，接触网绝缘子很容易染污。若遇恶劣天气，接触网绝缘子极易发生污闪，以致出现大面积、长时间停电事故。漏电流伴随着绝缘子表面污秽积聚、受潮的全过程，其变化特性能动态反映绝缘子的绝缘性能下降程度。因此，监测绝缘子的漏电流是一种有效表征绝缘子的染污状态和运行状态的方法。本文利用研制的接触网绝缘子污秽在线监测装置，针对27.5kV 棒形腕臂瓷绝缘子，在人工雾室和京广线现场两种环境下进行在线实时监测，获取绝缘子漏电流数据，研究分析两种环境下绝缘子漏电流的共同特性和区别，给出现场绝-77-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024中国科技信息 2024 年第 7 期两星推荐气雾室进行。试验要求符合国家标准相关要求。试验设备由发电机、调压变压器和工频试验变压器以及水电阻保护装置组成；其中，试验用的发电机采用 250kW 提供试验电源，调压变压器和工频试验变压器的额定容量为 100kVA、额定电流为 1A，满足试验电源的要求。人工污秽试验原理如图 3所示。将 3 支同型号的棒式瓷质绝缘子作为同试验的 3 支标准试品，试品形状和尺寸如图 4 所示。该瓷质绝缘子的爬距为1 200mm。符合电气化铁路标准要求，配置了 3 种污秽度的污物分别涂刷 3 支标准试品，试品的污秽度配比和绝缘子分组情况见表 1，其中 ESDD 是等值盐密，NSDD 是灰值盐密。采用固体涂污法为绝缘子涂刷，涂好后的试品采用自然风干，风干时长至少 24 小时。表 1 试品 QBN-25/12DT 污秽配比表试品分组号#1（轻度污秽）#2（中度污秽）#3（重度污秽）ESDD0.05mg/cm20.2mg/cm20.3mg/cm2NSDD0.5mg/cm21.0mg/cm22.0mg/cm2试验过程将棒形瓷绝缘子按照预设的安装角度固定安装于特质的机械架上，以模拟棒形腕臂瓷绝缘子安装方式。并通过蒸汽发生器制造蒸汽清洁雾对污秽绝缘子进行湿润操作，再对湿润后的污秽绝缘子施加 25kV 交流电压，同时使用接触网绝缘子污秽在线监测装置对绝缘子污秽进行在线实时监测，实现对污秽绝缘子漏电流和温湿度数据的实时展示并记录。漏电流与污秽度的关系分析试验分析对比了不同污秽度下同种型号瓷质绝缘子漏电流有效值的特征情况。试验在部分湿润和完全湿润两种情况下进行。漏电流有效值 I 的计算方法如式（1）所示。2222123.nIIIIIN+=（1）式中 I 为有效值，单位为 mA。I1，I2.In为漏电流采样值。N 为采样点数。通过绝缘子漏电流大小直观地反映了相同条件下绝缘子绝缘性能的变化过程。污秽部分湿润的条件下漏电流分析试验试用使用 3 支试品开展人工污秽试验，并先后安装在人工气雾室中，受潮总时长为 10 分钟（无加雾操作），实时测量该气雾室的温度、相对湿度。基于该湿润条件下，实现对绝缘子污秽的受潮为部分湿润。湿润后的绝缘子污秽如图 5 所示。监测每组试品试验的温度和相对湿度，数据如表 2 所示。表 2 每组试验测量的温度和相对湿度试品分组号#1#2#3ESDD0.05mg/cm20.2mg/cm20.3mg/cm2温度27.327.828相对湿度88.1%99.9%99.9%选取瓷绝缘子加压运行稳定后的一段数据，根据式（1）计算各试品漏电流有效值大小，如表 3 所示。表 3 试品#1、#2、#3 漏电流有效值对比表试品分组号#1#2#3ESDD0.05mg/cm20.2mg/cm20.3mg/cm2I0.7mA4.5mA6mA由表 2 和表 3 的数据可以看出，对于该 3 支试品，在测量环境基本相同的前提下，瓷质绝缘子污秽程度越高，漏电流有效值 I 越大。污秽完全湿润的条件下漏电流分析试验试用使用 3 支试品开展人工污秽试验，按照与部分湿润条件下漏电流相同的湿润操作，同时对 3 支试品进行完全湿润加雾操作，并实时测量该气雾室的温度、相对湿度。基于完全湿润条件下，实现对绝缘子污秽的受潮为完全湿润，湿润后的绝缘子污秽如图 6 所示。测量每组试验的温度和相对湿度，数据如表 4 所示。表 4 每组试验测量的温度和相对湿度试品分组号#1#2#3ESDD0.05mg/cm20.2mg/cm20.3mg/cm2温度27.928.128.4相对湿度99%99.9%99.9%选取瓷绝缘子加压运行稳定后的一段数据，根据式（1）计算各试品漏电流有效值大小，如表 5 所示。表 5 试品#1、#2、#3 漏电流有效值对比表试品分组号#1#2#3ESDD0.05mg/cm20.2mg/cm20.3mg/cm2I3mA6.1mA6.5mA由表 4 和表 5 数据可以看出，对于该 3 支试品，在测量环境基本相同的前提下，瓷质绝缘子污秽程度越高，漏电流有效值 I 越大。综上节数据结果，初步得出棒式瓷质绝缘子（爬距为 1 200mm）与铁道行业标准污秽等级划分相对应的 3 个参考值，如表 6 所示。图 4 试品形状和尺寸图 3 人工污秽试验原理图中国科技信息 2024 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024-78-两星推荐表 6 污秽等级与漏电流参考值对照表试品分组号 轻度污秽（标准值）中度污秽（管理值）重度污秽（预报值）ESDD0.05mg/cm20.2mg/cm20.3mg/cm2I0.7mA4.5mA6mA以上分析说明，瓷质绝缘子的污秽程度和大气相对湿度是影响漏电流有效值大小的主要因素。（1）根据人工污秽测试的漏电流数据得出，当瓷绝缘子表面等值盐密 ESDD 为 0.05mg/cm2时，即使出现极端天气情况，如大雾、毛毛雨、露等，其漏电流有效值也不过3mA，因此将 0.5mA 作为标准值，在该数值以下绝缘子不需要维护清洗。（2）现有技术通常利用在某站现场在线监测的漏电流数据分析得出，在爬距小于 1 200mm 时漏电流限界值选择5mA 是比较符合实际情况。本文根据人工污秽测试的漏电流数据得出，当漏电流有效值达到 4.5 mA 时，此时瓷绝缘子表面等值盐密 ESDD 为 0.2mg/cm2，如果出现如大雾、毛毛雨、露等极端天气情况，漏电流有效值可能会升至 10mA以上，瓷绝缘子表面出现轻微的放电现象。因此，建议将4.5mA 作为管理值，在达到该数值时建议清扫，否则电晕会造成绝缘子表面轻微灼伤。（3）根据人工污秽测试的漏电流数据得出，当漏电流有效值达到 6mA 时，此时等值盐密 ESDD 为 0.3mg/cm2，如果发生如大雾、毛毛雨、露等极端天气情况，漏电流有效值可能会达 13mA，表面出现较为严重的放电现象。建议将 6mA 作为预警值，在达到该数值时必须清理，否则长时间运行会导致绝缘子表面较大的伤害，并有可能出现闪络进而引起跳闸。现场试验分析监测装置目前已经在某局某供电段所辖线路上安装运行。图 7 为某供电段所辖于家庄至完县区间#137 杆塔棒形瓷质绝缘子 2013 年 5 月 31 日2013 年 6 月 27 日的实测监控数据。图 7 可以说明，瓷质绝缘子的漏电流可以有效地表征绝缘子的污秽状态，即随环境温度和相对湿度的变化，瓷质绝缘子漏电流有效值随之变化。图 7 可以说明，5 月 31 日6 月 5 日期间，环境相对湿度在 30%75%之间变化，漏电流有效值基本比较恒定，范围为 12mA 之间波动。6 月 6 日6 月 8 日期间，环境相对湿度增大（下雨天气），范围为 75%99.9%之间波动，其中 6 月 6 日期间瓷质绝缘子的漏电流增大，原因是环境湿度增大（90%以上），雨水不断地将其湿润导致绝缘子表面漏电流增大。在 2013 年 6 月 6 日 10 点 49 分，环境温度为 20.9，相对湿度为 88.7%时，漏电流有效值的最大值为 2.69mA，漏电流幅值最大值为 4.11mA。6 月 7 日6 月 8 日，随着雨水的继续（相对湿度达到 99.9%），雨水不断地冲刷绝缘子的表面使至绝缘子表面变得清洁，因此绝缘子表面的漏电流值减小。但是，接下来 6 月 9 日6 月 21日，由于环境相对湿度保持在 45%85%之间，瓷质绝缘子表面污秽又开始受潮湿润导致表面漏电流又开始增加，在1.52.2mA 范围内波动。总之，该#137 杆塔棒形瓷质绝缘子的漏电流有效值最大值为 2.69mA，小于其上节试验所规定的管理值 4.5mA。通过现场查证#137 杆塔的棒形瓷质绝缘子表面相对污秽度不高，因此利用该管理信息可有效判断该绝缘子现不需要维护清洗。结语本文通过对 27.5kV 接触网棒形瓷质绝缘子进行人工污秽试验和现场试运行两种方式进行了实时监测，并得出以下结论。1）通过对绝缘子监测装置实时了解和掌握接触网棒形瓷质绝缘子表面积污、潮湿、干带和局部电弧的演变情况，实现对接触网瓷质绝缘子绝缘性能的变化检测。2）以漏电流有效值的特征量作为接触网绝缘子污秽度的理想参数，实现绝缘子污秽实况的真实地反映，并易实现对绝缘子污秽的在线预警。3）通过对不同污秽度下的接触网棒形瓷质绝缘子进行人工污秽试验，得出了 27.5kV 棒形瓷质绝缘子管理的三种参考值，分别为标准值 0.7mA，管理值 4.5mA，预警值6mA。4）利用现场测试数据进行分析接触网棒形瓷质绝缘子的漏电流有效值，结合人工污秽试验确定的参考值，认为该瓷质绝缘子的管理值可行可信，并建议长期观察现场数据和逐步分析，进一步确定合理的参考依据。图 7#137 棒形瓷质绝缘子 5 月 31 日6 月 27 日实时监测趋势图图 6 受潮后完全湿润的瓷绝缘子图 5 受潮后部分湿润的瓷质绝缘子