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从失败的运行经验中总结教训
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现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子

February 11, 2016 • Insulator / 绝缘子, Weekly Article, 最近文章汇总

污秽监测, 即按照 IEC 60815-1的要求, 进行为期至少一年的 精确现场污秽度评定, 以确定最大应力水平和 运行环境的污秽特性, 从而实现污秽条件下 绝缘子选择和确定尺寸 的最佳化。在这 一 过程中, 输入可靠的 污秽监测所得的 数据是极其 重要的. 事实证明,污闪引起的绝缘子故障代价高昂,会潜在地引起长时期断电,造成昂贵并且耗时的维护费用。大多数人认为,造成这种故障的主导原因之一是,一开始选用的绝缘子技术指标不恰当,以至于选用的绝缘子设计不能够应对环境污秽施加给绝缘子的所有应力。因此,对于供电公司的工程师而言,正确地了解绝缘子运行环境的真实污秽特性是至关重要的。 本文由瑞典高压电力试验室STRI的Igor Gutman和南非电力公司Eskom的Wallace Vosloo联合撰稿, 介绍了不同污秽监测技术在现场和试验室的应用经验以及提出了将一种参数转换成另一种参数的原则。文章也讨论了如何按照IEC 60815的要求, 使用这些参数确定绝缘子的尺寸。文章还讨论了一种专用软件程序的最新版本,该软件程序取名为绝缘子选择工具(Insulator Selection Tool, 简称IST)。 按照目前的IEC建议,污秽条件下选择绝缘子和确定绝缘子尺寸的过程中,需要精确地评估现场的污秽度。理想的做法是,为了最佳地选择最大应力水平和相应的现场污秽度(Site Pollution Severity, 简称SPS)等级,评估至少需要持续一年。 这个过程被定义为污秽监测,通常是测量参考绝缘子(即悬式绝缘子或长棒形绝缘子)的等值盐密和灰密(ESDD/NSDD),也采用被广泛接受的定向灰尘沉积仪(DDDG)的数据。对于沿海地区,还可能需要评估现场等值盐度(Site Equivalent Salinity,简称SES)。一旦获取了正确的现场污
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1-1:根据现场污秽度等级确定尺寸(mm/kV)的例子。

秽度等级,就可以按照图1-1,确定所选绝缘子(根据相对地电压)的爬电比距. 然而,只有应用统计的方法才能实现最优的绝缘尺寸。这些方法在操作过电压中已经用了数十年,现在也用于确定污秽条件下的绝缘子尺寸。例如,IEC TS 60815-1包含了两个明确的信息:“根据现场污秽度(SPS)和试验室的试验结果,确定性法和统计法这两种设计法都可以用于设计和选择正确的绝缘子",并且"统计法的套装软件已经有了”。 上面所述可能显得简单而直接。但是切记,通过污秽监测选择绝缘子,其输入的数据必须始终可靠。   标准污秽监测技术 近期出版的 IEC 60815 建议采用以下的诊断技术确定污秽等级,用于户外绝缘子的选择和尺寸确定。 Pages-from-CHINA10ss-10 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 Pages from CHINA10ss 10√等值盐密(ESDD) √灰密(NSDD) √定向灰尘沉积仪(DDDG)电导率 √表面电导率(SC) √现场等值盐度(SES)   从上世纪60年代起,等值盐密/灰密在电力行业已经众所周知,因此,此处不作讨论。同样,现场等值盐度是一个相当不实际的参数,也不值得讨论。我们要讨论的是下文将阐述的另外两个更有用的参数: 1.定向灰尘沉积仪(DDDG)   定向灰尘沉积仪由四个收集管组成,每个收集管在侧面有一个垂直的插槽,通过风力收集雨水和任何空气中的污秽物。四个插槽面对东、西、南、北四个方向,同时,可以移动的容器安装在每个管子的底部用以收集沉积物。典型的安装例子见图2-1。 每月将容器取出一次,容器内的沉积物与给定数量的蒸馏水相混合,确定溶液的电导率。然后,把污秽指数(Pollution Index,简称PI)定义为四个方向的平均电导率,以µS/cm表示,统一规定30天为一个月的采集周期。此外,除了污秽指数,因为不溶解沉积物的数量也可能影响绝缘子的性能,因此,有时也值得关注。所以,如果认为有用,应该使用与测量标准灰密相同的程序,测量这类沉积物在溶液中的量。
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图2-1:(从上到下)南非、瑞典和 挪威典型的定向灰尘沉积仪 安装实例。

Pages-from-CHINA10ss-11 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 Pages from CHINA10ss 11     如果已经有了被研究现场的天气数据,也可以修改污秽指数,以体现气候的影响。将污秽指数(PI)乘以气候因子(Cf),计算如下: 式中,Fd是每年的大雾天数(即水平能见度< 1000 m),Dm是每年的干燥月份数(即降水< 20 mm)。应该注意到,这个公式主要是根据南非的经验,对于不同类型的气候,应该谨慎使用。特别是在温和的气候中,可能也要考虑其它类型的降水因子。例如,由表2-1(取自俄罗斯导则)可以看出,从绝缘子污秽性能的观点看来, Screenshot-2014-06-09-09.24.15 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 Screenshot 2014 06 09 09Pages-from-CHINA10ss-9 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 Pages from CHINA10ss 9 不同的降水形式与不同的“危险因子”有关。 定向灰尘沉积仪的测量对于周围的环境显得十分敏感。两个试验现场,Horred和Ringhals都位于瑞典西部,Ringhals在海边,而Horred向内陆延伸大约10 km。两处的定向灰尘沉积仪的平均测量值相差2倍。 与此相关的一个重要问题是,是否能够把已知的定向灰尘沉积仪的测量值转换为标准的等值盐密。其答案可以从表2-2中看出。表中列出了南非12个地点的现场污秽等级,从I 级到 IV级不等(按照IEC 60815旧版本的分类)。从获得的结果看,等值盐密值和定向灰尘沉积仪的测量值相当吻合,似乎证实,用定向灰尘沉积仪数据评估现场污秽等级的确是可行的。
Screenshot-2014-06-13-10.48.54 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 现代污秽监测原理有助于更好地选择污秽运行条件下的绝缘子 Screenshot 2014 06 13 10

依据旧版IEC 608156的现场污秽度等级。

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图2-3:现场绝缘子污秽监测仪(IPMD)的例子。

                      2.表面电导率 (Surface Conductivity,简称SC)理论上,使用“形状因子”,将绝缘子的电阻测量进一步转换成绝缘子的表面电导率(µS)会给我们带来很多益处。例如,自动考虑了污秽层中任何不均匀性的影响,如果是复合绝缘子,考虑了污秽和湿度参数的综合影响。 然而,如果这个参数被用作标准等值盐密/灰密测量的可替代值,就应该基于现场测量以及任何指导性材料,在试验室中应用并且标准化。到目前为止,据报道,仅在俄罗斯达到了这一要求。在俄罗斯,依据人工污秽试验选择户外绝缘,施加的电压 大约为1.7倍最大运行电压,污秽层的电导率为2、5、10和20µS,分别对应I级到IV级的现场污秽等级(按照 IEC 60815以前的版本)。 与此相比较,南非研发了一种实用的检测仪器,称为绝缘子污秽监测仪(Insulator Pollution Monitoring Device,简称IPMD),以及与此相类似的装置,其主要诊断参数是表面电导率(见图2-3)。这些仪器能够按照选定的时间间隔自动确定前面已经沉积的污秽度,以及记录任何瞬时的污秽事件,从而可以更详细和更频繁地评估现场的条件。有些仪器还能够监测运行中绝缘子的泄漏电流幅度。这些仪器进行的典型测量包括: √ 自然污秽和湿润条件下,绝缘子  的表面电导率; √ 自然污秽但施加人工湿润条件下,绝缘子的表面电导率; √ 运行中绝缘子的泄漏电流幅度。 图2-4显示了运行中的绝缘子污秽监测仪(IPMD)的测量结果。每天记录前面已经沉积和瞬时的污秽水平,自然污秽和湿润情况在一个月内不进行平均,排除了遗漏任何单个严重污秽事件的所有风险,表面污秽沉积和定向灰尘沉积仪的方法都是这种情况。

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