硅橡胶复合绝缘子憎水性与污闪特性研究

论文摘要

由于硅橡胶材料独特的憎水性能,复合绝缘子在电力系统防污闪方面获得了广泛的应用。然而,人们对其憎水性、污闪特性及相关机理的认识却远没有达到全面透彻的程度。本文在充分考虑复合绝缘子的运行环境特征和表面状态的基础上,对复合绝缘子的憎水性和污闪特性进行了四方面的试验研究并揭示了相关机理。本文首先针对复合绝缘子憎水性检测技术的薄弱环节,基于喷水分级法和数字图像分析技术,研制了便携式复合绝缘子憎水性带电检测装置,并提出了基于K （最大水珠或水迹与整幅图像的面积比）和fc（最大水珠或水迹的形状因子）联合计算的憎水性等级判断新方法。基于所开发的憎水性带电检测技术,首次在我国北方重污秽地区开展了长达一年半的复合绝缘子憎水性在线检测试验,发现了运行复合绝缘子憎水性的季节变化特性,提出了基于带电检测的运行复合绝缘子憎水性动态评估新方法,该方法充分考虑了冬季憎水性下降特性和夏季憎水性恢复特性的评估。针对运行复合绝缘子在冬季污闪高发期容易出现弱憎水性状态的情况,采用升降法研究了高岭土染污弱憎水性复合绝缘子的污闪特性,发现了完全湿润的污层表面依然可以存在分离水珠的现象,分离水珠的存在使得试样的耐污闪能力比亲水性试样提高了40%。基于Obennaus模型,揭示了这种弱憎水性试样的污闪机理,即:湿润条件下污层中可溶盐分的外迁会导致污层表面电导率的不均匀分布,从而进一步降低试样污层的平均表面电导率并提高试样的耐污闪能力。针对运行复合绝缘子经常遭遇的两种典型的长时间高湿气象条件,在不考虑电应力同时作用的前提下,首次研究了长时间（长达200小时）高湿微雾环境中高岭土染污弱憎水性复合绝缘子和硅藻土染污强憎水性试样的憎水性变化特性和污闪特性,发现了两种试样均表现出了优异的抵抗憎水性丧失的能力,但是硅藻土染污强憎水性试样的耐污闪能力发生了严重下降,普遍接近于高岭土染污弱憎水性试样的情况。基于Obennaus模型和不均匀电场中的放电理论,揭示了长时间高湿作用后强憎水性试样的低污闪电压主要是由于污层表面电阻的显著下降、水珠间的局部电场的严重畸变以及合模缝附近区域的局部电场的严重畸变的联合作用所导致的。针对绝缘子污闪发生时的典型环境温度特征,首次研究了环境温度在-2°C2°C范围内周期变化时硅藻土染污强憎水性复合绝缘子的污闪特性,揭示了:低温冷雾中试样表面薄冰的存在会强制融化后的冰水向污层体内扩散并沿污层表面扩展,从而会导致试样表面的憎水性能发生显著下降,并进一步造成闪络电压的显著下降。根据试验结果,本文给出了在进行复合绝缘子外绝缘配置工作时应重点参考弱憎水性试样的污闪试验结果的建议。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 复合绝缘子憎水性的研究现状
• 1.2.1 憎水性测量方法及其应用
• 1.2.2 复合绝缘子的憎水性变化特性
• 1.2.3 进一步研究内容的提出
• 1.3 复合绝缘子污闪特性的研究现状
• 1.3.1 复合绝缘子的人工污秽试验方法
• 1.3.2 复合绝缘子的污闪特性
• 1.3.3 复合绝缘子的污闪机理
• 1.3.4 进一步研究内容的提出
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 基于带电检测的运行复合绝缘子憎水性研究
• 2.1 憎水性带电检测技术及装置
• 2.1.1 设计思路
• 2.1.2 喷水设备及其操作方法
• 2.1.3 绝缘子喷水图像拍摄设备及操作方法
• 2.1.4 憎水性分析软件及方法
• 2.2 运行复合绝缘子憎水性的现场测量
• 2.2.1 现场试验背景信息
• 2.2.2 带电绝缘子的检测结果
• 2.2.3 不带电绝缘子的检测结果
• 2.2.4 运行复合绝缘子的憎水性状态分析
• 2.3 复合绝缘子憎水性的室外模拟试验
• 2.3.1 室外模拟试验用试样
• 2.3.2 室外模拟试验的内容及方法
• 2.3.3 复合绝缘子憎水性的季节变化特性及其影响因素
• 2.4 现场绝缘子的试验室综合分析
• 2.4.1 试样外观检查
• 2.4.2 自然积污下的憎水性测试
• 2.4.3 试样表面污层特性分析
• 2.4.4 硅橡胶伞裙材料老化状态分析
• 2.4.5 硅橡胶伞裙材料的憎水性综合测试
• 2.5 复合绝缘子憎水性季节变化特性的形成机制
• 2.6 基于带电检测的运行复合绝缘子憎水性动态评价方法
• 2.7 本章小结
• 第三章 弱憎水性复合绝缘子的污闪特性研究
• 3.1 人工气候模拟试验系统
• 3.1.1 人工气候模拟试验系统的构成
• 3.1.2 人工气候模拟试验系统的功能
• 3.2 弱憎水性状态的定义
• 3.3 试样及试验方法
• 3.4 污闪试验结果及其分析
• 3.5 弱憎水性污秽复合绝缘子的污闪机理分析
• 3.5.1 Obennaus 电路模型
• 3.5.2 弱憎水性试样污层表面的湿润特性
• 3.5.3 试验电压下弱憎水性对试样沿面泄漏电流的影响
• 3.5.4 基于Obennaus 模型的弱憎水性复合绝缘子的污闪机理
• 3.6 本章小结
• 第四章 长时间高湿环境中复合绝缘子的污闪特性研究
• 4.1 长时间高湿环境的模拟方法
• 4.2 长时间高湿环境中污秽复合绝缘子的湿润特性
• 4.3 长时间高湿环境中复合绝缘子的污闪试验结果分析
• 4.3.1 试样及试验方法
• 4.3.2 高岭土染污弱憎水性试样的污闪试验结果
• 4.3.3 硅藻土染污强憎水性试样的污闪试验结果
• 4.3.4 污闪试验结果的对比分析
• 4.4 污闪发展过程特征分析
• 4.4.1 长时间高湿作用后高岭土染污弱憎水性试样的污闪发展特征
• 4.4.2 短时间浓雾作用后硅藻土染污强憎水性试样的污闪发展特征
• 4.4.3 长时间高湿作用后硅藻土染污强憎水性试样的污闪发展特征
• 4.5 强憎水性复合绝缘子低污闪电压的引发机理分析
• 4.5.1 表面电阻下降的影响
• 4.5.2 水珠诱导微观电场增强的影响
• 4.5.3 合模缝诱导微观电场增强的影响
• 4.6 关于复合绝缘子污闪试验方法及外绝缘配置方法的讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 低温雾中复合绝缘子的污闪特性研究
• 5.1 试样及试验系统
• 5.2 低温冷雾试验方法
• 5.3 试验结果及其分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 论文的主要研究成果
• 6.2 进一步研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 相关标准（导则）对喷水分级法及其应用的规定
• 2000 年大面积污闪的气象条件'>附录B 1990²000 年大面积污闪的气象条件
• 附录C 部分复合绝缘子污闪或疑似污闪案例
• 附录D 复合绝缘子憎水性带电检测作业指导书
• 个人简历及攻读博士学位期间的科研成果