阅读说明：本技术 一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法 (A kind of insulator withstanding voltage gradient calculation method considering solvable filthy ingredient ) 是由 杨成顺 张东东 刘欣 黄宵宁 倪良华 郝思鹏 张志劲 于 2019-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法,该方法包括步骤1、计算绝缘子表面各可溶污秽成分的等值盐密含量分数；步骤2、基于硫酸钙溶解特性,对绝缘子表面各可溶污秽成分的等值盐密和灰密进行修正；步骤3、基于绝缘子表面各可溶污秽成分的等值盐密修正值,修正各可溶污秽成分对应的等值盐密含量分数；步骤4、计算各可溶污秽成分对应的闪络电压梯度,将计算后的结果进行叠加,得到混合污秽成分下的绝缘子耐受电压梯度；本发明解决了目前不能准确的计算出外绝缘的电压耐受度的问题。(The invention discloses a kind of insulator withstanding voltage gradient calculation method for considering solvable filthy ingredient, the method comprising the steps of 1, calculates the equivalent salt density content score of each solvable filthy ingredient of insulator surface；Step 2 is based on calcium sulfate dissolution characteristics, the equivalent salt density of solvable filthy ingredient each to insulator surface and ash is close is modified；Step 3, the equivalent salt density correction value based on each solvable filthy ingredient of insulator surface correct the corresponding equivalent salt density content score of each solvable filth ingredient；Step 4 calculates the corresponding flashover voltage gradient of each solvable filth ingredient, and the result after calculating is overlapped, obtains mixing the insulator withstanding voltage gradient under filthy ingredient；The present invention solves the problems, such as that the voltage endurance of external insulation can not accurately be calculated at present.)

一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法

技术领域

本发明涉及输配电污秽外绝缘技术领域，具体涉及一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法。

背景技术

输电线路和变电站的户外电气设备(特别是运行在工业地区、沿海和盐碱地区)经常遭受工业污秽或自然界盐碱、灰尘、鸟粪等污染。在干燥条件下，这些污秽尘埃的电阻很大，对绝缘子的可靠运行没有危险；但当空气湿度高，例如在雾、露、毛毛雨、溶雪等不利气象条件下，绝缘子表面的污秽尘埃将被湿润，在外加电压作用下其表面电导和泄漏电流将大大增加，从而导致污秽绝缘子表面电气性能降低甚至发生全面闪络，从而严重威胁电力系统的安全稳定运行。

因污染源的不同，大气中各类颗粒物在绝缘子表面沉积的污秽化学成分也因大气环境和污染源的不同而存在很大差异。目前我国大多采用等值附盐密度和等值灰密来评价电瓷表面的脏污程度。但在实际应用中发现相同盐密条件下的绝缘子污闪电压却有很大的差异,若污秽物质所含的一价盐(主要以NaCl为代表)成分多，则污闪电压就偏低；所含的二价盐(主要以CaSO₄为代表)多，则污闪电压就偏高；不同的灰也具有不同的吸附性和吸水性，会直接影响到绝缘子表面污秽的积累性和吸水性，这也会改变污闪发生的条件。

根据国内现有的公认结果，绝缘子表面自然污秽中常见的可溶成分主要有NaCl、NaNO₃、KNO₃、MgSO₄、NH₄NO₃、Ca(NO₃)₂、CaSO₄。污秽的化学成分直接影响到了污闪事故的发生，致使不同地形地貌条件下的绝缘子耐受电压梯度有较大差异。但是目前国内外在评估绝缘子串的耐受电压梯度时，仅仅考虑了氯化钠这一种成分的影响，而目前未有一种方法可以综合考虑各种污秽成分电导率、溶解度等因素，从而计算得到更切合实际情况的混合污秽成分下的绝缘子串耐受电压梯度，致使现有的污秽度评估和耐受梯度的计算仍然存在缺陷，外绝缘配置的选择及防污闪策略的制定缺少科学的依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法，以解决现有技术中不能综合考虑各种污秽成分，导致外绝缘电压耐受度计算不准确的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法，包括如下步骤：

步骤1、计算绝缘子表面各可溶污秽成分的等值盐密含量分数，其中，绝缘子表面各所述可溶污秽成分包括CaSO₄、NaCl以及下列可溶污秽成分的至少一种，所述可溶污秽成分还包括NaCl、KNO₃、NH₄NO₃、NaNO₃、Ca(NO₃)₂和MgSO₄；步骤2、基于硫酸钙溶解特性，对绝缘子表面各所述可溶污秽成分的等值盐密和灰密进行修正。

步骤3、基于绝缘子表面各所述可溶污秽成分的等值盐密修正值，修正各所述可溶污秽成分对应的等值盐密含量分数。

步骤4、计算各所述可溶污秽成分对应的闪络电压梯度，将计算后的结果进行叠加，得到混合污秽成分下的绝缘子耐受电压梯度。

本发明的优点在于：

1、本发明方法计算得出的绝缘子耐受梯度与实测结果基本吻合，相对误差在8％以内，表明本发明方法可以直接用来计算混合污秽成分下绝缘子耐受梯度，解决了目前不能准确的计算出外绝缘的电压耐受度的问题。

2、通过混合污秽成分下绝缘子耐受度的计算真实反映不同污源地区的绝缘子电气特性，能够准确地指导外绝缘配置的选择设计以及防污措施的开展。

附图说明

图1为本发明

具体实施方式

的流程图；

图2为本发明具体实施方式中采用传统方法的闪络电压梯度计算结果对比图；

图3为本发明具体实施方式采用本发明方法的闪络电压梯度计算结果对比图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

以玻璃型绝缘子为对象，根据其在公路附近、工业化工厂地区和沿海地区的污秽测试结果，开展人工污秽试验，得到其耐受电压梯度，继而分别用传统的耐受电压梯度计算方法和本发明方法来计算绝缘子的耐受梯度，与试验结果进行对比，以此来阐述本发明内容。绝缘子结构参数如表1所示。

表1绝缘子结构参数

本发明提出的一种考虑可溶污秽成分的绝缘子耐受电压梯度计算方法具体流程图如图1，主要步骤为：

步骤1、根据可溶污秽成分类型及质量分数，计算绝缘子表面各可溶污秽成分的等值盐密含量分数，其中，绝缘子表面各所述可溶污秽成分包括易溶污秽成分CaSO₄、微溶污秽成分NaCl以及下列易溶污秽成分的至少一种，所述易溶污秽成分还包括NaCl、KNO₃、NH₄NO₃、NaNO₃、Ca(NO₃)₂和MgSO₄；步骤2、基于硫酸钙溶解特性，对绝缘子表面各所述可溶污秽成分的等值盐密和灰密进行修正；

步骤3、基于绝缘子表面各所述可溶污秽成分的等值盐密修正值，修正各所述可溶污秽成分对应的等值盐密含量分数；

步骤4、计算各所述可溶污秽成分对应的闪络电压梯度，将计算后的结果进行叠加，得到混合污秽成分下的绝缘子耐受电压梯度。

步骤1中计算各可溶污秽成分的等值盐密含量分数的步骤为：根据各可溶污秽成分的等值盐密贡献率、质量分数确定等值盐密含量分数，即

式中i表示某种可溶污秽成分，α_i为该可溶污秽成分对应的等值盐密贡献率，无量纲；β_i为该可溶污秽成分的质量分数，无量纲。典型可溶污秽成分下的α_i取值为：

步骤2中，对绝缘子表面等值盐密测得值进行修正，在具体实施中的步骤为：先计算得到除去硫酸钙外其他易溶成分的实际盐密值，在根据绝缘子的形状尺寸确定硫酸钙的实际等值盐密值，继而两者相加，即

式中ESDD为绝缘子表面等值盐密测得值，其单位为mg/cm²；ESDD^*为考虑硫酸钙微溶性后的等值盐密修正值，η_硫酸钙为硫酸钙的等值盐密含量分数；为修正后硫酸钙成分对应的等值盐密，其计算表达式为：

式中，SDD^* _硫酸钙为修正后CaSO₄对应的盐密值，mg/cm²；α_硫酸钙为CaSO₄等值盐密贡献率，取0.485；a为20℃下硫酸钙饱和浓度临界值，取3.277g/L；V为绝缘子表面饱和附水量，一般取20-30ml；A_s为绝缘子表面积，cm²。

步骤2中，对绝缘子表面灰密测得值进行修正，在具体实施中的步骤为：先将等值盐密测得值减去等值盐密修正值，再除以硫酸钙的等值盐密贡献率，得到未溶解的硫酸钙对应的质量密度，然后与灰密测得值相加，得到修正后的灰密值，即

式中NSDD为绝缘子表面灰密测得值，其单位为mg/cm²；NSDD^*为其修正值。

步骤3中，对各可溶污秽成分对应的等值盐密含量分数进行修正，在具体实施中的步骤为：利用等值盐密修正值、硫酸钙实际等值盐密值，分别修正易溶成分的等值盐密含量分数以及硫酸钙的等值盐密含量分数，即

步骤4中，计算混合污秽成分下的绝缘子耐受电压梯度，在具体实施中的步骤为：计算每种污秽成分对应的闪络电压梯度，然后乘以修正后的等值盐密含量分数，再进行叠加，即

式中A_i为可溶成分i对应的污闪梯度系数；n_i为可溶成分i对应的污秽影响特征指数，m为灰密影响特征指数。其中m由绝缘子型式确定，n_i、A_i由绝缘子型式及污秽成分种类决定。

在本实施例中选择在公路、化工厂、沿海地区运行的LXY4-160玻璃绝缘子耐受梯度计算作为实施例阐述本发明内容。该地区绝缘子表面污秽成分质量分数及盐密灰密、耐受电压梯度试验值如下表所示。

表2，几种混合污秽成分下绝缘子闪络试验结果

目前尚无一种方法，可以考虑可溶污秽成分来对架空线路绝缘子耐受梯度进行计算。传统的方法是直接通过等值盐密和灰密值进行计算，即：

E_L＝A×ESDD^-n×NSDD^-m

工程中，对于LXY₄-160绝缘子，A取15.5，n取0.34，m取0.13，得到的计算结果及其与实测值的相对误差如图2所示。从数据结果可以看出传统方法下得到的污闪电压梯度与实际情况下的污闪电压梯度相对误差较大，可达35％。

采用本文发明方法来计算混合可溶污秽成分下的绝缘子耐受电压梯度。首先按照步骤1-步骤3，根据污秽成分类型及质量分数，计算各可溶污秽成分的等值盐密含量分数；再基于硫酸钙溶解特性，对绝缘子表面等值盐密、灰密进行修正；然后基于等值盐密修正值，修正各可溶污秽成分对应的等值盐密含量分数：

最后计算混合污秽成分下的绝缘子耐受电压梯度，计算式为：

对于本实施例中的LXY₄-160绝缘子，m、n_i、A_i的取值为：

带入计算得到混合污秽成分下的绝缘子耐受梯度计算值如图3所示，由图3可以看出，本发明方法计算得出的绝缘子耐受梯度与实测结果基本吻合，相对误差在8％以内，表明本发明方法可以直接用来计算混合污秽成分下绝缘子耐受梯度，从而真实反映不同污源地区的绝缘子电气特性，并准确地指导外绝缘配置的选择设计以及防污措施的开展。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。