覆冰与污秽绝缘子

译者序

原书前言

致谢

第1章引言1

1.1目标与范围1

1.1.1问题范围1

1.1.2问题特征3

1.1.3本书的读者对象3

1.2电力系统可靠性4

1.2.1电力系统可靠性措施5

1.2.2实现可靠性的其他措施和方法7

1.2.3通过运行维护提高可靠性8

1.2.4事故维修成本8

1.2.5瞬时断电成本8

1.2.6可靠电力系统的技术构成10

1.2.7电力系统可靠性管理11

1.3绝缘配合的范畴12

1.4本书章节概况13

1.5本章小结14

参考文献14

第2章电力系统用绝缘子17

2.1绝缘子术语17

2.1.1电气闪络17

2.1.2机械支撑17

2.1.3绝缘子尺寸18

2.1.4冬季条件下术语解析21

2.2绝缘子分类22

2.2.1按材料分类23

2.2.2按用途分类24

2.2.3按机械荷载特性分类26

2.3绝缘子结构26

2.3.1陶瓷材料26

2.3.2聚合物材料33

2.3.3端部金具35

2.3.4串并联绝缘子用其他材料36

2.4绝缘子上的电气强度37

2.4.1工频电气强度37

2.4.2绝缘子冲击电气特性38

2.4.3冬季寒冷条件下主要电气因素39

2.5环境条件对绝缘子的影响40

2.5.1一般条件下的环境影响因素40

2.5.2冻雨条件下的环境影响因素41

覆冰与污秽绝缘子目录2.6绝缘子的机械强度41

2.6.1一般条件下影响机械强度的重要因素41

2.6.2冻雨条件下影响机械强度的重要因素42

2.7本章小结42

参考文献43

第3章绝缘子环境污染45

3.1环境污染45

3.2电力系统绝缘子污秽沉积47

3.2.1典型污染源47

3.2.2污秽沉积过程48

3.2.3现场污秽度的监测方法48

3.2.4污秽等级的短期变化规律49

3.2.5自然清洗过程与污秽等级的关系52

3.2.6污秽等级的长期变化规律53

3.2.7影响绝缘子积污的其他因素54

3.3不溶于水的惰性物质的沉积54

3.3.1惰性物质源和沉积特性55

3.3.2NSDD的直接测量方法55

3.3.3NSDD的间接测量方法56

3.3.4NSDD在绝缘子表面电阻中的作用57

3.3.5NSDD测量实例57

3.4可溶性导电污染物质59

3.4.1发电厂污染源60

3.4.2其他固定污染源63

3.4.3电解质的电导率71

3.5温度对电导率的影响73

3.5.1离子的当量电导73

3.5.2温度对液态水电导率的影响74

3.5.3温度对冰的电导率的影响75

3.6ESDD的换算78

3.6.1绝缘子实例分析：墨西哥78

3.6.2绝缘子实例分析：阿尔及利亚79

3.6.3绝缘子实例分析：日本80

3.6.4绝缘子表面电阻81

3.6.5绝缘子泄漏电流实例分析82

3.6.6应用腐蚀性环境测量估算ESDD83

3.6.7自然沉降电导率的统计分布特性86

3.6.8移动污染源86

3.7污秽表面自湿润95

3.8绝缘子凝雾引起的表面湿润97

3.8.1雾的测量方法97

3.8.2雾参数的典型观测97

3.8.3雾气候学100

3.8.4绝缘子表面凝雾101

3.8.5凝雾与蒸发之间的热平衡102

3.8.6雾中临界湿润条件104

3.9自然降水引起的表面湿润104

3.9.1测量方法与量纲105

3.9.2雨滴尺寸和降水电导率的影响107

3.9.3雨水冲洗对表面电导率的影响108

3.9.4降雨气候学108

3.10人工沉降引起的表面湿润110

3.10.1塔漆110

3.10.2鸟粪流110

3.10.3大坝雾卷111

3.10.4灌溉水再生利用112

3.10.5冷却水池残余物：淡水飞溅112

3.10.6冷却塔废水114

3.10.7冷却水残余物：含盐残余物或海水飞溅115

3.10.8人工灌溉115

3.11本章小结117

参考文献117

第4章污秽条件下绝缘子电气性能125

4.1污秽绝缘子与其电气性能的相关术语125

4.1.1表征污秽特征的术语125

4.1.2与污秽绝缘子运行环境有关的术语126

4.1.3高电压测量术语127

4.2空气间隙击穿128

4.2.1均匀电场中空气击穿128

4.2.2非均匀电场中空气击穿129

4.2.3清洁干燥绝缘子的击穿特性129

4.2.4清洁湿润绝缘子的击穿特性132

4.3污秽绝缘子串的击穿133

4.3.1污秽亲水性表面的击穿过程133

4.3.2污秽憎水性表面击穿过程134

4.3.3真实绝缘子污秽闪络过程的复杂性136

4.4户外试验方法136

4.4.1泄漏电流的现场观测136

4.4.2闪络过程的现场观测137

4.4.3其他变化的现场观测137

4.4.41934～1936年英国克里登的观测138

4.4.51942～1958年英国克里登的观测139

4.4.6英国布莱顿的观测141

4.4.7法国马蒂格的观测141

4.4.8意大利国家电力公司的观测142

4.4.9日本能登、秋田、竹山的观测142

4.5户内污秽闪络试验方法144

4.5.1人工与自然污秽试验比较146

4.5.2污秽试验工频电源要求147

4.5.3实验室电气间隙要求149

4.6盐雾试验149

4.6.1盐雾试验法的定义149

4.6.2盐雾试验法的验证150

4.6.3快速闪络法150

4.7清洁雾试验法152

4.7.1陶瓷绝缘子的预污染方法152

4.7.2聚合物绝缘子预污染方法154

4.7.3人工湿润过程156

4.7.4清洁雾试验的验证157

4.7.5快速闪络法159

4.8其他试验方法160

4.8.1自然污秽绝缘子160

4.8.2污液法160

4.8.3周期尘埃法161

4.8.4干燥盐层法161

4.8.5冷雾试验方法162

4.8.6聚合物绝缘子材料老化试验163

4.8.7污秽试验方法总结163

4.9盐雾试验结果164

4.9.1盐雾交流试验结果164

4.9.2盐雾直流试验结果165

4.10清洁雾试验结果166

4.10.1清洁雾交流试验166

4.10.2清洁雾直流试验167

4.10.3冲击电压下的清洁雾试验171

4.11绝缘子技术参数的影响171

4.11.1泄漏距离和形状171

4.11.2小直径纤维丝和全介质自承式光缆的影响173

4.11.3绝缘子平均直径的影响174

4.11.4绝缘子形状因数的影响178

4.11.5表面材质的影响180

4.12不溶物密度的影响182

4.13气压对污秽试验的影响184

4.13.1空气密度和湿度的标准校正方法184

4.13.2污秽闪络的气压校正185

4.14温度对污秽闪络的影响187

4.14.10℃以上的温度187

4.14.20℃以下的温度189

4.15本章小结190

参考文献191

第5章污秽闪络模型197

5.1局部放电一般分类197

5.1.1绝缘表面放电现象198

5.2污秽表面干带电弧200

5.2.1湿污层厚度及其电气特性200

5.2.2表面阻抗的影响201

5.2.3导致干带形成的温度效应201

5.2.4干带形成202

5.2.5干带电弧产生和发展203

5.2.6湿润污层放电的不利因素203

5.2.7电弧稳定及发展成闪络207

5.3湿润污秽表面电弧208

5.3.1放电产生与发展208

5.3.2空气电弧的VI特性209

5.3.3冰水表面电弧的VI特性211

5.3.4电弧发展的力学特性212

5.4剩余污层电阻213

5.4.1污层串联电阻的观测结果213

5.4.2污层串联电阻的数学函数216

5.4.3导电层弧根电阻219

5.5直流污秽闪络模型221

5.5.1均匀污层的解析解222

5.5.2绝缘子形状因数的解析解223

5.5.3非均匀污层的数值分析224

5.5.4各种污层模型的比较224

5.5.5多电弧串联的引入225

5.5.6气压和温度对直流电弧参数的影响226

5.6交流污秽闪络模型227

5.6.1交流电弧重燃227

5.6.2环境温度对交流重燃条件的影响229

5.6.3重燃条件数学模型230

5.6.4交直流闪络模型比较231

5.7冷雾闪络的理论模型232

5.8污秽闪络模型的未来研究方向233

5.9本章小结233

参考文献234

第6章提高污秽条件绝缘特性的方法和措施238

6.1运行维护监测238

6.1.1绝缘子污秽监测238

6.1.2基于泄漏电流的状态监测242

6.1.3基于电晕检测装置的状态监测247

6.1.4基于远程热成像的状态监测249

6.2绝缘子清洗250

6.2.1任其自然250

6.2.2绝缘子水冲洗：清洗间隔选择251

6.2.3绝缘子水冲洗：清洗方法和条件251

6.2.4研究实例：南加州爱迪生公司(1965—1976)253

6.2.5基于行业标准惯例的绝缘子水冲洗法254

6.2.6绝缘子水冲洗：半导体釉257

6.2.7绝缘子清洗：聚合物型和RTV涂层257

6.2.8绝缘子水冲洗：冰冻天气的清洗方法259

6.2.9绝缘子清扫：干燥介质259

6.3绝缘子涂层261

6.3.1充油型绝缘子261

6.3.2油脂262

6.3.3有机硅涂料263

6.4增加附件266

6.4.1伞裙罩266

6.4.2增爬裙267

6.4.3防动物、鸟类或鸟粪装置269

6.4.4电晕环270

6.4.5招弧角272

6.5增加绝缘子串长273

6.6更换为优化设计绝缘子274

6.6.1采用标准间距和直径的防雾型外形275

6.6.2采用空气动力型结构275

6.6.3采用大小伞交替布置结构277

6.6.4采用大盘径大间距的钟罩形绝缘子278

6.6.5采用大盘径大间距的防雾型绝缘子279

6.6.6变电站支柱穿墙套管281

6.7更换为半导体釉绝缘子281

6.7.1半导体釉技术282

6.7.2清洁半导体釉绝缘子的热平衡284

6.7.3污秽半导体釉绝缘子的热平衡286

6.7.4半导体釉绝缘子的在线监测287

6.7.5雾中、冷雾凝结的功耗作用287

6.7.6半导体绝缘子的临近效应288

6.7.7运行经验288

6.8采用聚合物绝缘子289

6.8.1污秽条件下的短期经验289

6.8.2污秽条件下的长期经验290

6.8.3与陶瓷绝缘子的互换性291

6.8.4实例分析：沙漠环境293

6.9本章小结293

参考文献293

第7章覆冰闪络298

7.1与冰有关的术语298

7.2冰的形态299

7.2.1晶体结构300

7.2.2过冷却300

7.2.3污秽晶格缺陷301

7.3冰的电气特性301

7.3.1冰体导电性301

7.3.2冰表面导电性301

7.3.3冰的高频特性304

7.4冰闪事故306

7.4.1轻微覆冰307

7.4.2轻度覆冰308

7.4.3中等覆冰311

7.4.4严重覆冰312

7.5冰闪过程314

7.5.1轻微与轻度覆冰的冰闪过程315

7.5.2中等覆冰的冰闪315

7.5.3严重覆冰的闪络317

7.6覆冰试验方法317

7.6.1绝缘子电气试验标准318

7.6.2隔离开关覆冰机械试验标准318

7.6.3户外实验站自然覆冰试验319

7.6.4实验室覆冰试验的历史319

7.6.5推荐的覆冰试验方法325

7.6.6推荐的冷雾试验方法328

7.7冰闪试验结果328

7.7.1户外试验结果329

7.7.2轻微覆冰的实验室试验329

7.7.3轻度覆冰绝缘子332

7.7.4中等覆冰绝缘子333

7.7.5冰凌完全桥接绝缘子338

7.7.6严重覆冰条件下的避雷器343

7.7.7雷电和操作冲击冰闪344

7.7.8严重覆冰时直径对交流冰闪的影响346

7.7.9严重覆冰的直流闪络结果348

7.8覆冰闪络经验模型352

7.8.1沿泄漏距离的交流闪络冰强积353

7.8.2沿干弧距离的交流闪络冰强积354

7.8.3严重覆冰条件下直流闪络的ISP模型358

7.8.4冰闪与湿闪的比较359

7.9覆冰绝缘子冰闪过程数学模型359

7.9.1覆冰绝缘子直流闪络模型360

7.9.2预污染对覆冰绝缘子直流闪络的影响365

7.9.3覆冰绝缘子交流闪络模型367

7.9.4应用分析：轻微覆冰过程闪络372

7.9.5应用分析：轻度覆冰条件下的闪络374

7.9.6应用分析：中等覆冰条件下的闪络375

7.9.7应用分析：严重覆冰条件下的闪络376

7.10覆冰表面的大气参数校正378

7.10.1严重覆冰的气压校正378

7.10.2温度和气压对电弧参数的影响379

7.10.3冰的温度对热传递的影响380

7.11覆冰过程闪络模型研究的发展趋势381

7.11.1冰表面流注产生和发展381

7.11.2冰表面电弧运动的动态特性382

7.11.3冰温度的动态模型382

7.12本章小结383

参考文献383

第8章积雪闪络391

8.1积雪的有关名词术语391

8.2积雪的形态392

8.3积雪的电气特性393

8.3.1雪的导电性能(0～100Hz)394

8.3.2雪的介电性能(100Hz～5MHz)396

8.3.3雪中的放电效应398

8.4积雪闪络事故398

8.5积雪闪络过程与试验方法400

8.5.1积雪闪络过程401

8.5.2积雪试验方法401

8.5.3积雪试验常规布置402

8.5.4积雪方法402

8.5.5积雪试验闪络电压的估算403

8.6积雪闪络试验结果405

8.6.1户外自然积雪试验405

8.6.2户外人工积雪试验406

8.6.3室内自然积雪试验407

8.6.4积雪绝缘子直流试验结果410

8.6.5积雪绝缘子操作冲击闪络特性410

8.6.6长绝缘子串积雪闪络试验结果410

8.7绝缘子积雪闪络经验模型413

8.7.1试验结果与“雪强积”的关系413

8.7.2积雪闪络与冰闪、冷雾闪络的比较414

8.7.3积雪闪络电压与运行电压的比较416

8.8积雪绝缘子上闪络过程的数学建模416

8.8.1积雪的电流电压特性417

8.8.2直流闪络电压419

8.8.3交流重燃条件与闪络电压419

8.8.4操作冲击与雷电冲击闪络420

8.9积雪闪络电压大气参数校正421

8.9.1气压校正421

8.9.2温度校正421

8.10积雪闪络实例分析421

8.10.1云中雾凇凝结：安大略基尔山谷(KeeleValley)421

8.10.2暂态过电压问题：挪威的420kV断路器422

8.10.3避雷器上的积雪424

8.11本章小结425

参考文献425

第9章提高覆冰积雪绝缘子电气特性的方法和措施429

9.1轻微覆冰和轻度覆冰地区降低冰闪事故的措施430

9.1.1半导体釉431

9.1.2增大泄漏距离433

9.1.3绝缘子涂刷RTV硅橡胶437

9.1.4更换聚合物材料441

9.1.5监测污秽状态并进行水冲洗441

9.1.6实例分析：智能(SMART)水冲洗445

9.2中等覆冰地区降低冰闪事故的措施447

9.2.1采用具有较大伞间距结构的绝缘子448

9.2.2增大干弧距离449

9.2.3改变绝缘子安装方向450

9.2.4半导体釉451

9.2.5聚合物绝缘子455

9.2.6电晕环455

9.2.7采用远程热成像仪监测环境条件456

9.2.8有机硅涂层457

9.3严重覆冰地区降低冰闪事故的措施458

9.3.1增大干弧距离458

9.3.2采用半导体釉更换459

9.3.3加装增爬裙461

9.3.4采用聚合物绝缘子更换465

9.3.5基于泄漏电流监测覆冰状态466

9.3.6冻雨天气进行除冰466

9.3.7电晕环与其他金具468

9.3.8增大伞间距离469

9.3.9绝缘子涂刷RTV涂层469

9.4积雪和雾凇地区降低冰闪事故的措施472

9.4.1增大干弧距离472

9.4.2选择合理的绝缘子外形472

9.4.3采用并联绝缘子串473

9.4.4聚合物绝缘子473

9.4.5表面涂层473

9.4.6采用半导体釉474

9.4.7采用其他辅助措施475

9.5减轻各种类型覆冰的措施475

9.5.1任其自然475

9.5.2降压运行476

9.5.3采用电晕探测仪检测支柱缺陷476

9.6本章小结476

参考文献477

ⅩⅧ覆冰与污秽绝缘子目录ⅩⅦ第10章覆冰与污秽环境的绝缘配合481

10.1绝缘配合过程481

10.1.1输电线路过电压的分类482

10.1.2高压绝缘子参数483

10.1.3超高压绝缘子参数484

10.1.4允许元件故障率下的设计485

10.1.5电网允许故障率下的设计486

10.2绝缘配合的惯用法和统计法487

10.3IEEE 1313.2的污秽绝缘设计方法491

10.4IEC 60815的污秽绝缘设计方法492

10.5CIGRE的污秽绝缘设计方法494

10.6冬季污秽特性495

10.6.1冬季无雨天数496

10.6.2ESDD增加率497

10.6.3路盐的影响498

10.7冻雾500

10.8冻雨和冻毛毛雨502

10.8.1测量装置502

10.8.2发生频率502

10.8.3冻结沉降的日出现时间和年出现月份504

10.8.4冻雨的严重性505

10.8.5冻雨水的电导率505

10.9降雪气象条件507

10.9.1测量积雪的标准方法507

10.9.2雪的累积性和持续性507

10.9.3融雪509

10.10采用惯用法确定泄漏距离510

10.11采用概率统计法确定泄漏距离511

10.12采用惯用法确定干弧距离512

10.12.1覆冰环境下对干弧距离的要求512

10.12.2积雪环境下对干弧距离的要求513

10.13采用概率统计法确定干弧距离514

10.14绝缘设计实例分析516

10.14.1安大略500kV线路516

10.14.2安大略230kV线路517

10.14.3纽芬兰与拉布拉多省水电局519

10.15本章小结520

参考文献521

附录524

附录A绝缘子污秽等级测量524

参考文献527

附录B气压、湿度和温度校正标准528

B.1均匀电场校正方法概要528

B.2实验室结果校正方法标准528

B.3直流、交流和操作冲击531

B.4雷电冲击531

B.5雾的形成条件531

B.60℃以下需要考虑的特殊因素531

参考文献532

附录C与绝缘子冲击特性有关的术语534

原书作者Masoud Farzaneh和William AChisholm长期从事电网覆冰研究，是国际上该领域的著名专家，原著总结了国际上几十年在该领域的研究成果，是目前唯一一本正式出版的关于覆冰绝缘子的英文专著。
　　《覆冰与污秽绝缘子》在表述污秽和覆冰绝缘子的行为特性的基础上，论述污秽和覆冰绝缘子的放电过程和特性，防止绝缘子发生污秽覆冰闪络的原理、方法和技术措施。希望本书的翻译能够对我国电网的防冰工作起到积极借鉴和推动作用。

“国际电气工程先进技术译丛”是机械工业出版社集中优势资源精心打造的中高端产品，所有图书都是精选的国外优秀电气工程著作，主要针对新能源、智能电网、电力电子、自动控制及新能源汽车等电气工程热点领域。这些图书都是由经验丰富的业内人士编著，并由国内知名专家翻译，具有很高的实用性。
　　“国际电气工程先进技术译丛”的出版目的主要是为广大国内读者提供一个展示国外先进技术成果的窗口，使国内读者有一个可以更好地了解国外技术的平台。“国际电气工程先进技术译丛”可供电气工程及相关专业工程技术人员、科研人员及大专院校相关专业师生参考。