交流电压下，伞形结构对染污绝缘子电弧路径及绝缘性能有何影响？

绝缘子是电力系统主要绝缘设备之一，其绝缘性能直接影响着电网的安全运行。绝缘子的污闪问题始终困扰着电力从业人员，利用增大爬距的形式可提高绝缘子闪络电压。然而在有限空间内增大爬距会使绝缘子结构复杂化，投运后局部电弧在伞裙和伞棱间跳跃发展，导致闪络电压不增反降。

为探究绝缘子结构对电弧路径及闪络电压的影响规律，本文设计玻璃绝缘子试验模型并搭建电弧路径拍摄试验平台，研究绝缘子伞间空间深度和最大伞棱结构对绝缘子绝缘性能的影响。

研究背景

预防绝缘子污闪的有效手段是提高其污闪电压，因此绝缘子结构设计及生产往往以延长绝缘子的爬距并提高其结构高度为主，然而实验及现场观测发现用于提供爬距的复杂伞棱有时成为了电弧桥接、跨接的工具，使得污闪电压远低于预期值，造成了爬距失效现象。

图1 伞棱间电弧桥接现象

论文所解决的问题及意义

团队设计玻璃绝缘子试验模型并搭建污闪试验平台，利用高速相机拍摄电弧发展过程，分析电弧路径形式和概率分布，结合不同伞型结构下闪络电压的变化趋势提出绝缘子结构参数改进建议。研究内容可为绝缘子设计和生产以及预防污闪方面提供参考。

论文方法及创新点

1、绝缘子试验模型设计

电弧发展通常部分依靠绝缘子的伞裙及伞棱外表面发展，为探究绝缘子爬距的有效性，需按照标准绝缘子结构进行拟实模型还原。

图2 绝缘子试验模型

2、不同伞型结构下绝缘子污闪性能分析

按照《GB/T 4585-2004》标准开展污闪试验，使用高速相机记录电弧发展路径，利用背景差分及网格剖分的形式获得电弧发展路径汇总。

图3 电弧路径形式（(左1为沿面电弧，2和3为跃进电弧)

图4 电弧弧柱曲线获取方法

结合爬距利用率和污闪电压梯度综合分析不同绝缘子结构下的性能表现，探寻绝缘子结构参数设计的合理范围。

（1）伞间空间深度影响分析

（2）最大伞棱长度影响分析

图5 绝缘子耐污闪性能分析

伞间空间深度系数（伞间距/伞伸出）过小时，电弧偏向于跃进发展，过大则导致空间利用率不足，均不利于提高闪络电压，建议值为0.8～1.2；对于存在伞棱的绝缘子，伞间最大伞棱结构系数（伞棱长度/伞间距）过大使得电弧更容易出现桥接、跨接现象，造成爬距利用不足，而过小则所提供的爬距长度不足，参考范围为0.4～0.5。

结论

本文分析了不同绝缘子结构下伞间电弧动态行为，绝缘子伞间局部电弧路径主要有沿面和跃进两种形式，提出了用于描述绝缘子结构的伞间空间深度系数及伞间最大伞棱结构系数，并给出了绝缘子结构参数的合理范围值，所研究内容对于细化国内外绝缘子结构设计标准，降低污闪事故发生概率具有重要工程意义。

研究人员隶属于西安工程大学电力设备安全评价与智能装备研究所。研究所现有研究人员17人（其中教授3人，副教授10人，讲师3人，工程师1人），以及硕士生150余人。主要从事输变电设备状态监测与故障诊断、高电压工程新技术、输电线路结构故障机理与健康预警、绝缘电介质理论等方面的相关研究。

研究所拥有教育部新世纪优秀人才、陕西省中青年科技领军人才、陕西青年科技标兵、陕西省青年科技新星、陕西省高校优秀青年人才、陕西省科协青年托举人才等各层次人才，入选陕西省重点科技创新团队（智能电网输变电设备状态监测技术创新团队）。

研究所曾荣获陕西省科学技术奖一等奖2项，教育部科学技术进步奖二等奖2项，陕西省科学技术奖二等奖6项，以及其他省部级、厅局级、企业奖项若干；主持国家“973计划”子课题、国家自然科学基金项目、陕西省重大科技专项、陕西省工业领域重点项目等纵向课题30余项；发表SCI、EI检索论文200余篇，授权专利100余项，指导研究生在省级以上竞赛获奖20余项。

杨昊

副教授，硕士生导师，陕西省高校优秀青年人才，高电压工程新技术研究中心主任。主要研究方向为高电压工程新技术、输变电设备状态监测与故障诊断、放电物理与等离子体技术。主持国家自然科学基金项目、陕西省重点研发计划项目、国家工程研究中心开放基金项目等项目10余项，发表学术论文40余篇，获国网陕西省电力公司科学技术进步奖一等奖1项。

宋治波

硕士研究生，研究方向为高电压与绝缘技术、输变电设备状态监测与故障诊断。

本工作成果发表在2024年第13期《电工技术学报》，论文标题为“交流电压下伞型结构对染污绝缘子电弧路径及绝缘性能的影响“。本课题得到国家自然科学基金项目和国网陕西省电力有限公司科技项目的支持。

关键词： 电压 电弧 电弧路径