绝缘体下表面亲水-疏水梯度结构用于调控流注路径及抑制气隙闪络

田俊梅1, 李一昉1, 杨怡轩1
1山西大学、太原市、山西省、中国
发布日期 2026

    绝缘子伞裙间气隙闪络会直接桥接气隙、短路有效爬电距离,严重威胁外绝缘可靠性。本研究提出在绝缘子下表面交替构筑亲水-疏水环,使潮湿环境下凝露仅在亲水环上成膜,引导放电沿表面发展并耗散能量。首先建立了计及水膜生长的气隙与表面闪络竞争判别模型,得到流注路径转变的临界条件;随后利用COMSOL Multiphysics建立110 kV复合绝缘子串电热耦合电流场仿真模型,在高压端伞裙下表面布置亲水环组,计及污层电导率与亲水-疏水界面电荷注入,参数化仿真了亲水环数目、电导率及与伞沿距离对电场分布和体积损耗密度的影响,并在伞沿设置鸟粪复现气隙闪络场景;最后以高速摄影与泄漏电流监测实验验证。仿真结果表明:伞沿存在鸟粪时,局部电场峰值由1.07×10⁶ V/m降至5.17×10⁵ V/m,降低57.1%;亲水-疏水边界切向电场畸变约为法向分量的2.5倍,将更多电荷压入亲水环内消耗。实验表明:亲水环引导局部放电转为表面闪络,泄漏电流显著减小。结论:下表面亲水-疏水梯度布置通过界面电场畸变实现电荷引导与能量耗散,可有效降低气隙闪络概率,为高压外绝缘可靠性提升提供实用的表面工程策略。

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