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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

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

3.3.2 NSDD的直接测量方法 55

3.3.3 NSDD的间接测量方法 56

3.3.4 NSDD在绝缘子表面电阻中的作用 57

3.3.5 NSDD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

3.6 ESDD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ESDD 83

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

4.4.4 1934～1936年英国克里登的观测 138

4.4.5 1942～1958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

4.14.1 0℃以上的温度 187

4.14.2 0℃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

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

10.3 IEEE 1313.2的污秽绝缘设计方法 491

10.4 IEC 60815的污秽绝缘设计方法 492

10.5 CIGRE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

10.6.2 ESDD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.6 0℃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