500kV支柱绝缘子带电水冲洗技术特性的研究
国网浙江省培训中心浙西分中心、国网浙江省电力公司宁波供电公司的研究人员吕红峰、梁流铭等，在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文，本文通过大量500kV支柱绝缘子的带电水冲洗试验，探索水柱泄漏电流与水柱长度、水枪喷口直径、水枪压力、水电阻率的关系，结合变电站现场实际情况，提出500kV支柱绝缘子的带电水冲洗的试验条件；通过大量500kV支柱绝缘子带电水冲洗绝缘特性试验，归纳总结出绝缘子耐受电压与盐密度、水电阻率、冲洗角度和冲洗方式的关系。
随着工农业生产的日益发展，供电系统中的绝缘子污染日益严重，绝缘子上沉积的污秽在湿度较大的天气中很容易发生污闪，严重影响了供电系统的可靠性。据统计，在电力系统事故中污闪事故次数仅次于雷害，位居第二，但是污闪事故所造成的损害却是雷害的10倍[1,2]。
500kV作为电网的主要骨架，是区域网络联络的桥梁，500kV电网安全可靠运行是保证系统长期稳定运行的重要条件，所以500kV电网的防污闪问题是急待解决的重大课题[3]。
目前，500kV变电设备的水冲洗防污工作都是在停电状态下进行的，这样就会造成系统联络的中断，不利于系统的稳定运行，并且大大降低了系统的供电可靠性和连续性。
为此，课题组展开调研，搭建试验平台，并通过大量的500kV变电设备带电水冲洗试验，总结归纳了500kV变电设备的带电水冲洗特性，这一结果为运行中的变电设备现场带电水冲洗提供可靠的实践基础和技术支撑。
1 试验装置和方法
1.1 试验装置
为顺利开展500kV带电水冲洗研究工作，课题组完成500kV带电水冲洗试验场地建设[4,5]。其试验原理如图1所示。
图1 试验原理图
1.2 试验方法
500kV支柱绝缘子带电水冲洗试验工作主要包括以下两部分[6,7]：
(1)、试验选取洁净支柱绝缘子为带电水冲洗对象，采用“双枪跟踪、一冲多回”方法进行带电水冲洗，用微安表测量流过水枪喷口处的泄漏电流。研究水柱泄漏电流特性，包括泄漏电流与水柱长度的关系、泄漏电流与水枪直径的关系、泄漏电流与水枪压力的关系、泄漏电流与水电阻率的关系。
(2)、研究500kV支柱绝缘子的带电水冲洗的绝缘特性。
试验采用恒定耐受电压法，每级电压下试验三只试品，若有一只闪络则降低一级电压，若三只均不闪络，则升高一级电压。电压级差为估计放电电压的5%，直至找出三只试品均耐受通过的最高电压，以此作为该项试验的冲洗耐受电压值。
2 水柱泄漏电流特性
为了准确了解带电水冲洗中水柱的泄漏电流特性，试验选取洁净的支柱绝缘子为带电水冲洗对象，根据试验方法(1)完成相关试验。
2.1 泄漏电流与水柱长度的关系
试验条件：水电阻率为200000ΩNaN，压力为1.9MPa。通过改变水柱的长度，在500kV电压等级下，测量水柱的泄漏电流值，本次试验包含了d=6mm、d=8mm、d=10mm三种不同水枪直径的水柱。根据测量数据绘制的图如图2所示。
图2 水柱长度和泄漏电流的关系
从图2可以看出，三种不同直径的水柱其整体趋势是：水柱的泄漏电流随着水柱长度的增大而减小，水柱长度小于5米时水柱泄漏电流随着水柱长度增加下降较快，水柱长度大于5米时水柱泄漏电流随着水柱长度增加而下降较为缓慢。
2.2 泄漏电流与喷口直径的关系
试验条件：水电阻率200000ΩNaN，压力为1.9MPa，通过改变水枪直径的大小，在500kV电压等级下，测量水柱的泄漏电流值，本次试验包括了L=4m、L=6m、L=8m三种不同长度的水柱。根据测量数据绘制的图如图3所示。
图3 水枪直径与泄漏电流关系
从图3可以看出，水柱的泄漏电流随着水柱直径的增大而增大，水柱长度小于5米时水柱的泄漏电流随着水柱直径增大较快，水柱长度大于5米时水柱泄漏电流随着水柱直径增大较为缓慢。
2.3 泄漏电流与水枪压力的关系
试验条件：水电阻率200000ΩNaN，水柱长度6m，通过改变水柱的压力，在500kV电压等级下，测量水柱的泄漏电流值，本次试验包括了d=6mm、d=8mm、d=10mm三种不同水枪直径的水柱。根据测量数据绘制的图如图4所示。
图4 水枪压力与泄漏电流的关系
从图4可以看出，水柱的泄漏电流随着水枪的压力变化，基本保持不变。并且水枪直径从6mm到8mm的跳跃，其泄漏电流增加较大。从8mm到10mm的跳跃时，其泄漏电流增加较少。
2.4 泄漏电流与水电阻率的关系
试验条件：水柱长度8m，压力为1.9MPa，水枪直径为6mm，通过改变水的电阻率，在500kV和550kV电压等级下，测量水柱的泄漏电流值，根据测量数据绘制的图如图5所示。
图5 水的电阻率与泄漏电流的关系
从图5可以看出，整体趋势是：水柱的泄漏电流随着水的电阻率增加而减小，但是减小速度缓慢。
根据《电力安全规程》的相关规定[3]，人体与500kV设备安全活动距离应大于5米，根据《交流电通过人体的效应》[8]，当通过人体的电流小于0.5mA时，对成年人来说，通常无反应；当通过人体电流小于5mA时，通常无病例和生理的危险效应。为确保带电水冲洗人员的人身安全，在确定水柱长度时要求流过水柱的泄漏电流小于1mA[9]。
为了保证人身、设备的安全可靠性，水柱越长越好，喷口直径越小越好，结合变电所电力设备的实际情况和设备高度综合考虑，选取水柱的长度为10m；水压力一定时，喷口直径小，喷射压力大，压力过大可能会造成实际设备损坏，因此水枪喷口直径应选择适当，本次选取8mm；水电阻率根据实际水的情况确定，选择电阻率大于等于100000ΩNaN；实验室水电阻率为200000ΩNaN，水枪压力选择居中，为1.9MPa。因此，500kV变电设备带电水冲洗的试验条件如下表1所示。
表1 500kV变电设备带电水冲洗试验条件
3 带电水冲洗时支柱绝缘子的耐受电压
支柱绝缘子带电水冲洗时耐受电压主要取决于支柱绝缘子表面附盐密度（污秽程度）、泄漏比距，还与冲洗角度、水电阻率、冲洗方法等其他因素有关。为了准确了解支柱绝缘子带电水冲时耐受电压，根据试验方法(2)完成相关试验。
3.1 带电水冲洗时支柱绝缘子的耐受电压与等值盐密的关系
本试验设计出一套类似汽车喷漆的涂污装置，其模拟的污秽与变电设备的实际情况更相符[10-12]。
试验时气温在25℃，其他试验条件如表1所示。
此试验分别在普通绝缘子λ=40px/kV和防污绝缘子λ=60px/kV上进行，试验时分别在五种不同的盐密绝缘子(0、0.025、0.05、0.1、0.15mg/cm2)上进行带电水冲洗试验，测量的数据绘制成图如图6所示。
图6 不同盐蜜值支柱绝缘子的耐受电压
从图6可以看出，500kV支柱绝缘子的耐受电压随着绝缘子上的盐密度值的增加而减小，并且盐密值小于0.1 mg/cm2，减少速度较快，下降到一定值时减小速度变缓，两种不同的爬电比距绝缘子均有这一特性。
3.2 带电水冲洗时支柱绝缘子的耐受电压与水电阻率的关系
图7 不同水电阻率的耐受电压
通过改变水的电阻率，其他条件如表1所示，研究带电水冲洗时支柱绝缘子的耐受电压与水电阻率的关系。该试验在防污型绝缘子上(λ=60px/kV)进行试验。测量的数据如绘制成图如图7所示。
从图7可以看出，500kV支柱绝缘子带电水冲洗时，其耐受电压随着水的电阻率增加而增大，增长速度较缓。
3.3带电水冲洗时支柱绝缘子的耐受电压与冲洗角度的关系
根据500kV变电站现场支柱绝缘子的实际情况，通过改变水枪的的上扬角度，探索冲洗角度对支柱绝缘子耐受电压的影响。测量结果如表2所示。
表2 不同冲洗角度的耐受电压
从表2可以看出，不同冲洗角度对500kV支柱绝缘子进行带电水冲洗时，支柱绝缘子的耐受电压基本保持不变。
3.4 带电水冲洗时支柱绝缘子的耐受电压与冲洗方式的关系
通过改变冲洗方式，探索带电水冲洗时不同冲洗方式对500kV支柱绝缘子耐受电压的影响。该试验在防污型绝缘子上(λ=60px/kV)进行，盐密值为0.1 mg/ cm2。试验结果如表3所示。
表3 不同冲洗方式的耐受电压
从表3可以看出，不同冲洗方式对500kV支柱绝缘子进行带电水冲洗时，支柱绝缘子的耐受电压基本保持不变。
4 结论
本文通过大量500kV支柱绝缘子的带电水冲洗的泄漏电流特性试验和耐压试验，得出以下结论：
(1)、支柱绝缘子带电水冲洗时，水柱长度小于5米时，其水柱泄漏电流随着水柱长度增加而快速下降，水柱长度大于5米时，其水柱泄漏电流随着水柱长度的增加下降缓慢；水柱泄漏电流随着水枪口径的增加而增大，口径大于8mm时增大缓慢；水柱泄漏电流随着水的电阻率增大而缓慢减小；水柱泄漏电流不会随水枪压力变化而变化。
(2)、支柱绝缘子带电水冲洗时，其耐受电压随着污秽度升高而下降，污秽度达到一定值时下降速度减慢；支柱绝缘子耐受电压随着水的电阻率越高而增大，但增加速度较慢；支柱绝缘子的耐受电压不会随水枪的冲洗角度和冲洗的方式变化而变化。
因此，500kV变电站支柱绝缘子进行带电水冲洗时，应选择合适的水柱长度、水枪直径和水电阻率，同时通过综合分析当地的污染情况，制定合适的冲洗周期，从而确保在冲洗过程中人身、电网和设备的安全。