一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》是南方電網科學研究院有限責任公司、清華大學深圳研究生院於2012年12月29日申請的發明專利，該專利申請號為2012105876982，公布號為CN103048260A，公布日為2013年4月17日，發明人是張福增、宋磊、羅凌、李銳海、王黎明。

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》包括如下步驟：1）清洗瓷絕緣子表面污垢，放置陰涼處乾燥，避免陽光直射；2）將銅片貼上至絕緣子表面，短接絕緣子下表面和部分上表面的爬距，銅片電極與鐵帽間應有一定的距離；3）將貼上有銅片的絕緣子置於液體環境模擬室內，採用滴水法試驗，水滴從絕緣子正上方滴下，在絕緣子下側的鐵帽和瓷面間隙處匯聚，形成比較集中的液體接觸點；4）選取年均泄漏電荷量並以此為基礎進行試驗；5）解剖絕緣子鐵帽發生電腐蝕部位，測量電腐蝕區域的長度、寬度、深度及腐蝕方向。該發明試驗步驟嚴謹、實用性強，試驗結果與現場絕緣子的電腐蝕情況具有較好的等效性，可廣泛套用於直流瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題的試驗研究。

2021年6月24日，《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法
• 申請日：2012年12月29日
• 申請號：2012105876982
• 申請公布日：2013年4月17日
• 申請公布號：CN103048260A
• 申請人：南方電網科學研究院有限責任公司、清華大學深圳研究生院
• 地址：廣東省廣州市越秀區東風東路水均崗6、8號粵電大廈西塔
• 發明人：張福增、宋磊、羅凌、李銳海、王黎明
• 類別：發明專利
• Int. Cl.：G01N17/00(2006.01)I
• 專利代理機構：廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人：林麗明

專利背景

由於中國一次能源和複合分布的不均衡，中國能源資源大部分在西部，而電力需求則集中在東部，長距離地將電力從西部輸送到東部不可避免。從中國電網來看，西電東送、南北互供、全國聯網是中國電網發展的總方針，也是21世紀中國能源工業建設的基本戰略目標。特高壓直流輸電定位於部分大水電基地和大煤電基地的遠距離大容量外送，建設特高壓電網將有助於實現更大範圍內的資源最佳化配置，實現跨大區、跨流域的水火互濟，變輸煤為輸電和提高能源的利用率，對中國國民經濟的發展具有重要意義。從技術經濟比較的結果中可以看出採用特高壓輸電能夠大大節約輸電投資。

隨著電壓等級的提高，考慮到機械特性和電氣特性的因素，特高壓直流輸電工程大量採用V型串，在潮濕或降雨條件下易在V型串下側的瓷絕緣子鐵帽和瓷面縫隙易被水珠橋接，形成集中的電流迴路，造成了局部的電腐蝕現象。2011年10月，±800千伏楚穗直流輸電線路負極性側V型串發現20000餘片絕緣子發生鐵帽電腐蝕現象；2012年2月，±800千伏復奉直流負極性側V型串2000餘片絕緣子也發現鐵帽電腐蝕現象。

截至2012年12月，中國國內外對瓷絕緣子電腐蝕問題的研究主要集中在鋼腳腐蝕方面。科研人員對比了鋼腳鍍鋅層與不鍍鋅層的瓷絕緣子的電腐蝕情況，研究了絕緣子瓷面脹裂的原因，並提出了相關的應對措施；研究表明長棒型瓷絕緣子比不帶鋅環帽腳的瓷絕緣子具有更強的抗腐蝕性能，可大膽運用於高壓直流輸電線路中；有文獻採用表面固體層法對絕緣子進行加速腐蝕試驗，分析了絕緣子金具腐蝕機理，認為直流絕緣子表面泄漏電流的增加會加重對其的腐蝕，且鋅套可有效保護絕緣子鋼腳，其機械強度不受腐蝕的影響。

關於瓷絕緣子鋼腳電解腐蝕的問題研究較多，各製造廠家已有成熟製造工藝和產品，現場運行效果良好，但關於鐵帽電腐蝕問題的研究未見相關報導。在大面積的鐵帽電腐蝕現象發生後，急需進行相關的試驗，研究電腐蝕的發展機理和抑制措施，但截至2012年12月尚無可供參考的試驗方法。因此，首先需要對直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法進行研究，為後續研究提供基礎。

發明內容

專利目的

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》的目的在於考慮上述問題而提供一種實用性強，具有較好的等效性和可重複性的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法。該發明可廣泛套用於直流瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題的試驗研究。

技術方案

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，包括有如下步驟：1）清洗瓷絕緣子表面污垢，放置陰涼處乾燥，避免陽光直射；2）將銅片貼上至絕緣子表面，短接絕緣子下表面和部分上表面的爬距，銅片電極與鐵帽間應有一定的距離；3）將貼上有銅片的絕緣子置於液體環境模擬室內，採用滴水法試驗，水滴從絕緣子正上方滴下，在絕緣子下側的鐵帽和瓷面間隙處匯聚，形成比較集中的液體接觸點；4）選取年均泄漏電荷量並以此為基礎進行試驗；5）解剖絕緣子鐵帽發生電腐蝕部位，測量電腐蝕區域的長度、寬度、深度及腐蝕方向。

上述步驟2）為了便於鐵帽加速電腐蝕試驗的開展，使用強力膠將銅片貼至絕緣子表面。

上述步驟4）以2618庫侖/年為基準年泄漏電荷量進行試驗。

上述步驟4）試驗所需的泄漏電流I大小為2618×A/（24×60×60×B）×1000，單位為毫安，其中A為試驗模擬絕緣子運行年數，B為試驗所需的天數，2618為所述的年均泄漏電荷量。

上述步驟2）中銅片電極與鐵帽間距離為5~8厘米。

上述銅片電極上塗覆密封膠，防止銅片電極在水流的浸潤下脫離絕緣子表面。

上述步驟3）中水流速度為5~10升/小時。

改善效果

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法可用於對直流瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題進行研究。該發明試驗方法步驟嚴謹、實用性強，具有較好的等效性和可重複性，可廣泛套用於直流瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題的試驗研究。試驗結果可用於指導瓷絕緣子鐵帽電腐蝕抑制措施的研究，提高輸電線路的運行安全性。該發明是一種方便實用的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法。

附圖說明

圖1為《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》試驗過程流程圖；

圖2為滴水法試驗的原理圖；

圖3為直流瓷絕緣子電腐蝕區域各參量的定義；

圖4為採用《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》試驗方法試驗結果與現場電腐蝕情況對比圖。

技術領域

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》是一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，屬於直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法的創新技術。

權利要求

1.《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》特徵在於包括有如下步驟：1）清洗瓷絕緣子表面污垢，放置陰涼處乾燥，避免陽光直射；2）將銅片貼上至絕緣子表面，短接絕緣子下表面和部分上表面的爬距，銅片電極與鐵帽間應有一定的距離；3）將貼上有銅片的絕緣子置於液體環境模擬室內，採用滴水法試驗，水滴從絕緣子正上方滴下，在絕緣子下側的鐵帽和瓷面間隙處匯聚，形成比較集中的液體接觸點；4）選取年均泄漏電荷量並以此為基礎進行試驗；5）解剖絕緣子鐵帽發生電腐蝕部位，測量電腐蝕區域的長度、寬度、深度及腐蝕方向。

2.根據權利要求1所述的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，其特徵在於上述步驟2）為了便於鐵帽加速電腐蝕試驗的開展，使用強力膠將銅片貼至絕緣子表面。

3.根據權利要求1所述的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，其特徵在於上述步驟4）以2618庫侖/年為年均泄漏電荷量進行試驗。

4.根據權利要求3所述的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，其特徵在於上述步驟4）試驗所需的泄漏電流I大小為2618×A/（24×60×60×B）×1000，單位為毫安，其中A為試驗模擬絕緣子運行年數，B為試驗所需的天數，2618為所述的年均泄漏電荷量。

5.根據權利要求1所述的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，其特徵在於上述步驟2）中銅片電極與鐵帽間距離為5~8厘米。

6.根據權利要求1所述的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，其特徵在於上述銅片電極上塗覆密封膠，防止銅片電極在水流的浸潤下脫離絕緣子表面。

7.根據權利要求1所述的直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法，其特徵在於上述步驟3）中水流速度為5~10升/小時。

實施方式

《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》的直流瓷絕緣子鐵帽鋅環的設計方法，具體實施步驟如圖1所示

1）清洗瓷絕緣子表面污垢，放置陰涼處乾燥，避免陽光直射；

2）為了便於鐵帽加速電腐蝕試驗的開展，使用強力膠將銅片貼至絕緣子表面，短接絕緣子下表面和部分上表面的爬距，銅片電極與鐵帽間應的距離為5~8厘米，這一距離指的是沿絕緣子表面從銅片電極至鐵帽的爬距值。在銅片電極上需要塗覆密封膠，防止銅片電極在水流的浸潤下脫離絕緣子表面。

3）如圖2所示，液體環境模擬採用滴水法。滴水法是指水滴從絕緣子正上方滴下，水流速度較慢（0~15升/小時範圍內可調），水流面積較小，在絕緣子下側的鐵帽和瓷面間隙處匯聚成為比較集中的液體接觸點，推薦試驗時的水流速度為5~10升/小時。經分析表明，現場絕緣子帶電運行時，由於大霧、毛毛雨或者冷凝的作用，在V串下側鐵帽與瓷面的縫隙處形成橋接的水滴，該處接觸面較小，因此與該方法情況相似。《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》作為瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗的方法，並與現場絕緣子電腐蝕情況進行了等效性研究。

4）楚穗直流線路最早發現11基塔發生電腐蝕現象，從中選取1基塔的負極性側4串絕緣子進行了解剖研究，結果表明年泄漏電荷量最大的絕緣子為2618庫侖，該量值可以反映11基塔中電腐蝕較重的情況。中國國內外其他國家和地區的年泄漏電荷量的對比情況如表1所示。不同國家和地區絕緣子電腐蝕年均泄漏電荷量均在1500~3000庫侖之間，大部分介於2400~3000庫侖之間。《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》選取的年泄漏電荷量與中國國內外其他國家和地區的年泄漏電荷量基本一致。因此可以將2618庫侖作為瓷絕緣子鐵帽電腐蝕問題研究的參考年泄漏電荷量。

5）試驗所需的泄漏電流I=2618×A/（24×60×60×B）×1000，單位為毫安，其中A為試驗模擬絕緣子運行年數，B為試驗所需的天數，其值根據計畫確定，2618為步驟4）所述的年均泄漏電荷量。因此，在制定好試驗所需的完成時間後，可以通過控制試驗時泄漏電流的大小，按時完成相應計畫。

6）解剖絕緣子鐵帽發生電腐蝕部位，測量電腐蝕區域的長度、寬度、深度及腐蝕方向，其中電腐蝕區域的長度、寬度、深度及腐蝕方向如圖3所示。圖3中，腐蝕發生後的絕緣子鐵帽包括鐵基301，鋅環302，密封件303，鐵基損失區域長度L1，鋅環損失區域長度L2，鐵基損失區域寬度W1，鋅環損失區域寬度W2和損失區域深度H1，滴水檐處為309。

為驗證《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》試驗方法是否與現場絕緣子電腐蝕情況具有等效性，選取無鋅環絕緣子採用實時例中的試驗方法進行加速電腐蝕試驗（V型串懸掛，夾角為76度）。試驗結果和現場絕緣子電腐蝕情況對比如表2和圖4所示。由此可以看出，加速電腐蝕試驗結果與現場電腐蝕情況電腐蝕區域的長度、寬度和深度相差在10%之內，因此試驗結果與現場情況具有良好的等效性。

為驗證《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》試驗方法的可重複性，兩位不同的試驗者用相同的方法進行加速電腐蝕試驗。試驗結果如表2所示。不同試驗者試驗結果電腐蝕區域長度、寬度和深度的誤差均在7%之內，具有良好的可重複性。

表1 中國國內外不同地區年均泄漏電荷量

表2 可重複性對比結果

專利榮譽

2021年6月24日，《一種直流瓷絕緣子鐵帽加速電腐蝕試驗方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。