全 文 ：2015 年 6 月 电 工 技 术 学 报 Vol.30 No. 12
第 30 卷第 12 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jun. 2015

RTV涂层表面绿球藻的生长对绝缘支柱
电气性能的影响
李亚伟 1 张星海 1 陈洪波 1 白 欢 1 杨晓磊 1, 2 杨 昊 2
（1. 国网四川省电力公司电力科学研究院 成都 610072 2. 西安交通大学 西安 710049）

摘要 在四川等潮湿地区，涂覆 RTV涂料的绝缘子表面往往会大量生长绿球藻，给绝缘子带
来了潜在的运行风险。因此，本文首先调研了四川地区各变电站内绝缘子表面绿球藻的种类、生
长状况和覆盖特性，然后取样分析了绿球藻对支柱绝缘子表面积污和憎水性分布的影响，最后进
行了长有绿球藻绝缘支柱的操作冲击闪络特性试验和自然污秽试验，以及模拟自然污秽状况下的
人工污秽试验。通过以上研究，获得了绿球藻对支柱绝缘子表面憎水性、操作冲击以及污秽闪络
特性的影响。结果表明，绿球藻多生长于支柱绝缘子伞裙上表面，并使被覆盖区域的憎水性大大
降低，从而导致污秽闪络电压降低，但其操作冲击特性并未因为绿球藻的存在而明显降低。
关键词：绿球藻 RTV涂层 支柱绝缘子 憎水性 电气性能
中图分类号：TM852

Influences of Chlorococcum Growth on the Electrical Performance of
Post Insulators with RTV Coating
Li Yawei1 Zhang Xinghai1 Chen Hongbo1 Bai Huan1 Yang XiaoleiXia1, 2 Yang Hao2
（Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Company
Chengdu 610072 China
2. Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China）
Abstract In the humid area like Sichuan Province, chlorococcum often grows abundantly on the
surface of post insulators with RTV coat, which may increase the risk of pollution flashover. To address
the problem, in this paper, investigations on the growth conditions, the species, the growth habit and the
distribution status of the chlorococcum was carried out. Besides, the influence of chlorococcum layer
on the hydrophobicity of RTV coat was studied. At last, the switching impulse withstand performance
and pollution flashover withstand performance of the chlorococcum polluted insulator were tested. The
results indicate that the chlorococcum mainly grows on the top surfaces of the skirts, which will lead to
obvious decrease of hydrophobicity of the top surface of the insulator, thus the pollution flashover
voltage declines significantly. However, the operating impulse flashover performance is seldom or
never affected by the chlorococcum layer.
Keywords：chlorococcum, RTV coating, post insulator, hydrophobicity, electrical performance

1 引言
硅橡胶类复合绝缘材料具有优越的憎水性能，
可大幅提升绝缘子的污秽闪络性能，因此，室温硫
化硅橡胶（RTV）涂料被广泛应于瓷、玻璃等无机
外绝缘表面。但近年来，四川地区至少 28座变电站
内涂覆 RTV 涂料的设备表面出现绿球藻大量生长
的现象。作为有机生命体，绿球藻本身具有相当的
导电性，它在外绝缘设备表面也呈现明显的不均匀
分布特征，这在很大程度影响了输变电设备的外绝
缘性能，给电网安全稳定运行构成了潜在的威胁。
对此，各国学者进行了研究，如瑞典 Gubanski研究

收稿日期 2014-09-10

第 30 卷第 12 期 李亚伟等 RTV涂层表面绿球藻的生长对绝缘支柱电气性能的影响 331

了孟加拉国和坦桑尼亚复合外绝缘表面的寄生物生
长状况后，认为寄生物生长环境较为清洁，污秽度
很低，因此由藻类等寄生物引起的闪络风险可以忽
略[1,2,3]。Rocha J M S [4]以及 Bengtsson M[5,6]的
研究则认为，由于藻类等的出现，导致复合绝缘表
面憎水性丧失，从而使污闪电压下降。其中 J M S
Rocha 利用盐雾法对长有寄生物的绝缘子进行了闪
络试验，发现闪络电压比不长藻的情况下下降了
30%左右[4]。这些研究所选取的地区气候和我国南
方有很大的不同，寄生物种类也存在很大差异，对
国内出现的藻类大量生长情况下的运维策略提供的
参考价值有限。
因此，亟需对 RTV 表面绿球藻的生长状况及其
对绝缘子外绝缘性能的影响进行深入研究，调研绿
球藻的生长状况和分布，并对其进行运行风险评估，
以便制定相应的运行维护策略，确保电网安全稳定
运行。
2 绿球藻的生长习性及分布
2.1 绿球藻生长习性
绿球藻是一种单细胞微藻，属绿藻门、绿藻纲、
四胞藻目、胶球藻科，藻细胞壁薄，呈球形或卵圆
形，直径在 10μm 量级，内部含有一个卵圆形或杯
状的叶绿体，一个细胞核及几个线粒体[2]。绿球藻
通过光合作用获取能量，在光照不太强烈且湿度较
大的环境下，通过细胞分裂方式繁殖。绿球藻生长
所需的无机营养主要来自绝缘子表面污秽和复合绝
缘内部填料的迁出。
绿球藻生长的温度范围较广，在 0℃～30℃范
围内，藻细胞数目都有不同程度的增加，温度达
35℃时，原有群落开始衰退，生长率出现负值。其
最适温度为 20℃[5,6]，也有文献报道（25±5）℃
的范围适合该藻生长[7,8]。绿球藻的生长对 pH 有
较强的适应性，在 pH 6.2～9.8的范围内均能较好的
生长，但在酸性较高的条件下，营养源的吸收受到
阻碍，藻细胞的生长受到抑制[6]。
在变电站内，由于 RTV涂料自洁性较差，容易
粘附灰尘，绿球藻孢子依附于污秽表面，在合适的
温湿度及光照条件下，绿球藻孢子通过细胞分裂大
量繁殖，导致 RTV涂料表面形成绿球藻生物污层。
绿球藻在四川省除攀枝花、西昌外的各地区变
电站 RTV绝缘子上均有发现。攀枝花、西昌等地区
气候干燥，绿球藻不易繁殖，而盆地内部其它地区
则属于典型的亚热带季风性气候，阳光少湿度大绿
球藻极易在积聚污秽的 RTV涂层表面大量繁殖。
2.2 RTV涂层表面污秽度
为了解长有绿球藻的 RTV 绝缘子表面污秽状
况，对巴中 110kV 信义变电站 35kV 刀闸的 RTV
支柱绝缘子进行洗测，该绝缘子如图 1 所示。分别
选取上、中、下三组伞（每组 1大伞和相邻 1小伞），
对其上、下表面进行洗测，以确定其等值盐密
（ESDD）分布。

图 1 洗测试品
Fig.1 Sample for ESDD measurement
其伞形参数如表 1所示：
表 1 支柱绝缘子伞形参数（mm）
Tab.1 parameters of tested post insulator（mm）
伞形 伞径
D/D1/D2
伞间距
S/S1/S2
伞伸出
P1/P2
每组
爬距 伞数
干弧
距离
总爬
距
大小伞 197/165/89 73/31/42 50/45 210 6大 5小 420 1225

上表中，D、D1、D2分别为大、小伞的盘径和
支柱杆径；S、S1、S2分别为相邻大伞之间、大伞到
下方小伞、小伞到下方大伞之间的伞间距；P1、P2
分别为大、小伞之间的伞伸出。
等值盐密洗测结果如图 2所示：
高压高 中部 接地高0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30


等
等
等
等
(m
g/
cm
2 )
伞伞伞伞
平均值
上表面
下表面

（a）上、下表面盐密
大伞 小伞0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35


等
值
盐
密
(m
g/
cm
2 )
伞伞
上表面
下表面
平均

（b）中间大小伞盐密
图 2 污秽度洗测结果
Fig.2 Results of pollution level measurement

332 电 工 技 术 学 报 2015 年 6月

由图 2（a）可知，支柱绝缘子沿串平均盐密两
高高中间低，呈“U”形分布。由于干燥状态下绝
缘子两高场强集中，受电场对污秽物质的吸引作用，
两高更易积聚污秽，因此沿串污秽呈“U”形分布，
这和线路绝缘子串的积污规律是一致的。
图 2（b）为中间一组伞中大、小伞的洗测结果，
从中可以看出小伞表面污秽度明显高于大伞表面。
小伞受大伞遮挡，使雨水的清洁作用大大降低，导
致小伞表面盐密较高。
上表面盐密显著高于下表面，两者相差 2～3
倍。一方面，绿球藻在伞伞上表面生长并大量繁殖
导致上表面憎水性变差，污秽附着能力增强，另一
方面绿球藻分泌物使污层具有较强粘附力和水土保
持能力，导致上表面污秽度明显高于下表面。
绝缘支柱上、下表面平均盐密分别为 0.235
mg/cm2 和 0.091mg/cm2，其整体平均盐密为 0.165
mg/cm2。污秽度较重的可能原因为，绿球藻细胞内
具有大量有机、无机电解质，本身具有一定的导电
性，细胞壁破裂后，大量电解质释放到细胞外被污
秽物质附着，导致表面盐密增加。
2.3 绿球藻分布规律
通过对川内广安、广元、巴中、雅安等地区不
同电压等级的变电站内 RTV 绝缘子表面绿球藻的
分布状况进行调研，发现大部分变电站支柱绝缘子
表面绿球藻均沿周向分布，如图 3 所示的各变电站
支柱绝缘子。由于川内大部分地区常年高湿，日照
不足，绝缘子表面各方向生长条件差异不大，因此
绿球藻的生长没有明显的方向性，呈环形分布在伞
伞上。

（a）广安建丰站 110kV 支柱 （b）雅安草坝站 110kV 支柱

（c）巴中信义站 35kV 支柱下表面
图 3 绿球藻分布状况
Fig.3 distribution of chlorococcum
由图 3 可知，绿球藻主要生长于伞伞上表面，
且越靠近伞伞边缘，绿球藻污层厚度越大。在湿度
较大地区，绝缘子下表面、伞伞根部有时也会生长
绿球藻，如图 3（c）所示。
绝缘子伞伞上形成粗糙结构后污秽固着不易流
失，上表面容易接触到足够的水分和光照，绿球藻
生长较为茂盛；伞伞下表面光照和水分相对较少，
且污秽附着较少，绿球藻难以生长。因此绿球藻主
要生长于伞伞上表面。
通常情况下支柱绝缘子伞伞根部由于受伞伞遮
挡表面干燥且光照不足，绿球藻分布较少；当支柱
绝缘子离地伞伞较高且运行环境长期高湿或降雨时
常伴有横向风力作用时，伞伞根部和小伞上表面甚
至伞伞下表面也能够接受充足的阳光和水分，此时
绿球藻便会在这些部伞生长。
观察发现，在同一变电站，电压等级越高，其
绝缘支柱表面绿球藻生长越少。如在同一变电站内，
220kV 场的支柱表面绿球藻生长密度要远大于
110kV 场，而变压器套管、母线支柱、门型塔上绝
缘子串表面则几乎没有绿球藻生长。这是因为电压
等级较高的绝缘支柱所处高度往往也较高，绿球藻
孢子相对不容易扩散到更高处。另一方面，更高电
压等级的绝缘子伞伞间距较大，且绝缘子所处伞伞
也更开阔，绿球藻等喜阴植物不易在开阔地带生长。
3 绿球藻对 RTV涂层憎水性的影响
为评估绿球藻对 RTV涂料憎水性的影响，将同
一根涂 RTV 支柱绝缘子上长有绿球藻和无绿球藻
部伞的憎水性能进行了对比，试品为信义 110kV变
电站 35kV刀闸支柱绝缘子。
图 4（a）、（b）分别为同一支绝缘子长有绿球
藻的 RTV 表面和未长绿球藻 RTV 表面憎水性测试
结果。图中可以看出绿球藻表面已基本变为水膜，
而未长绿球藻 RTV表面仍为分离水珠。根据憎水性
分级标准判断，长有绿球藻的 RTV涂料憎水性等级
为 HC6，其憎水性已基本丧失，未长绿球藻的 RTV
涂料表面憎水性等级为 HC1，可见绿球藻生长对
RTV表面憎水性的影响十分明显。

（a）有绿球藻 RTV 表面 （b）无绿球藻 RTV 表面
图 4 RTV绝缘支柱憎水性测试结果
Fig.4 distribution of hydrophobicity

第 30 卷第 12 期 李亚伟等 RTV涂层表面绿球藻的生长对绝缘支柱电气性能的影响 333

对绝缘子整体的憎水性测试结果表明，绿球藻
生长于 RTV涂层表面后，憎水性的迁移受到抑制，
导致被覆盖部伞憎水性下降甚至丧失，RTV绝缘子
表面憎水性分布呈现“上亲下憎”的特点。
4 绿球藻对涂刷 RTV绝缘支柱外绝缘性
能的影响
4.1 操作冲击特性
为了研究 RTV 支柱绝缘子表面生长绿球藻后
操作冲击耐受特性的变化，在西安交通大学电气工
程学院高压试验大厅进行绝缘子干、湿操作冲击试
验。试验所用试品即为图 1所示支柱绝缘子。
试验设备为 1800kV/90kJ 冲击电压发生器，产
生的波形为 300μs/3000μs的操作冲击波，波形如图
5（a）所示。图 5（b）、（c）分别为闪络产生的波
头截断波和波尾截断波：

（a）全波 （b）波头截断波 （c）波尾截断波
图 5 操作冲击试验电压波形
Fig.5 Voltage waveform of switching impulse test
在绝缘支柱表面干燥和湿润两种状态下分别进
行 25 次操作冲击实验，采用升降法求取 50%闪络
电压 U50％pk，计算公式如下：
50%pk
( )i in UU
n
  （1）
式中，Ui 为试验电压，kV；ni 为相同试验电压 Ui
下的试验次数；n为有效试验的总次数，n≥20。
试验标准偏差 σ按照公式（2）计算：
 
2
2
1 1
1
n n
i i
i i
n U U
n n
  
      
 
（2）
获得的 50%冲击闪络电压（U50%pk）试验结果
如表 2所示：
表 2 干、湿操作冲击试验结果
Tab.2 Switching impulse withstand voltage of dry and
wet chlorococcum polluted insulator
表面状态 U50%pk（kV） σ（%）
干燥 265.4 0.46
湿润 269 1.1
由此可见，35kV RTV 支柱绝缘子在生长有绿
球藻的自然污秽条件下的干、湿操作冲击闪络电压
几乎相等，且远高于绝缘支柱运行相电压峰值。故
绿球藻在 RTV 支柱绝缘子表面生长并不会增加绝
缘支柱的操作冲击闪络风险。
从操作冲击实验过程中对电弧发展过程的观察
可知，操作冲击电弧发展很快，且不像污秽闪络电
弧那样沿着绝缘子表面发展，而是直接击穿绝缘子
上下高金具之间的空气间隙。因此，操作冲击电弧
不受绝缘子表面状况的影响，操作冲击电压即为上
下高金具之间空气间隙击穿电压。从以往研究结果
可知，距离为 420mm 的棒—板空气间隙击穿电压
为 260kV[9]，和本文中绝缘子的冲击闪络电压相差
不大。
4.2 污秽闪络特性
4.2.1 试验装伞及试验方法
试验装伞如图 6所示：

图 6 污秽闪络特性实验回路
Fig.6 pollution flashover test platform
其中 T为调压器，输入电压范围为 0~6.6kV；B
为 150kV/4A 的工频无局放污秽试验变压器，输出
电压有效值范围为 0~150kV，波形畸变率小于 3%，
短路阻抗为 4.07%；变压器输出通过 110kV 高压电
缆和穿墙套管 H引入人工气候室；R为保护电阻，
阻值 2kΩ；电容分压器 F 的分压比为 10000:1，用
以测量施加在试品上的电压；Rog 为罗氏线圈，用
于测量回路泄漏电流；S 为试品，其下方支柱用以
支撑试品并使之对地绝缘。
试验按照 IEC 507中的规定进行，试验程序采
用 “带电前湿润”的方法[10]，即先用清洁冷雾对
自然污秽绝缘子进行湿润，当绝缘子表面饱和湿润
后匀速升压直至闪络。
采用“U”形曲线法[11]确定绝缘支柱的污秽闪
络电压，即对同一个试品进行多次闪络试验时，闪
络电压将随闪络次数的增加先降低后升高，取闪络
电压最低值作为有效数据。采用该方法获得的实验
结果更贴近于最恶劣的运行环境。

334 电 工 技 术 学 报 2015 年 6月

自然污秽试验所用试品为从信义变电站直接拆
下的 35kV 刀闸支柱，其表面污层为有大量绿球藻
生长的自然污秽。
人工污秽试验所采用的试品与自然污秽试验相
同。从现场采集的污秽样本分析结果表明，污秽物
中的可溶性成分以 CaSO4为主，因此试品染污所用
的可溶性污秽物采用纯度 99.5%的 CaSO4。不溶物
采用接近实际污秽物中不溶物成分和性状的高岭
土。人工污秽试验的试品表面等值附盐密度和自然
污秽相同。
试品染污采用定量涂刷法。污秽物用精密数字
天平进行称量，并配以一定量的蒸馏水充分混合。
试品涂刷完毕后，阴凉通风处自然干燥 24h，然后
送入人工气候室进行试验。试验程序和闪络电压确
定方法与自然污秽试验相同。
4.2.2 试验结果
不同表面状态下，绝缘子污秽试验结果如图 7
所示：
自然污秽，均匀湿润 人工污秽，均匀湿润 自然污秽，上湿下干0
20
40
60
80
100
120
140
U
50
%
(k
V
)
表面状态
图 7 绝缘子污秽试验结果
Fig.7 pollution flashover test results
由图 7可知，长有绿球藻的涂 RTV支柱绝缘子
上、下表面均匀湿润时闪络电压明显低于仅上表湿
润时闪络电压，而人工污秽状态，也即无绿球藻状
态下的绝缘子闪络电压则介于两者之间。因此，表
面均匀饱和湿润状态下，有绿球藻生长的 RTV绝缘
子污秽闪络风险增加，而保持下表面干燥可以显著
提高闪络电压，降低运行风险。
5 结论
本文针对四川地区出现的涂覆 RTV 绝缘子表
面生长绿球藻的现象进行研究，取得如下结论：
（1）绿球藻主要分布在 RTV 绝缘子伞伞上表
面，对于大小伞结构的绝缘支柱，其小伞下表面也
可能生长绿球藻，在同一环境下，绝缘支柱的电压
等级越低，绿球藻生长越密集；
（2）绿球藻生长使得 RTV 表面被覆盖区域憎水
性明显降低；
（3）绿球藻生长不增加 RTV 绝缘支柱的操作冲
击闪络风险；
（4）绿球藻的生长会在一定程度上降低 RTV 绝
缘支柱闪络电压，但只要保持下表面的干燥或者憎
水性不丧失，绿球藻生长不会为绝缘子带来明显的
污秽闪络风险。
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作者简介
李亚伟 男，1980 年生，博士，现为四川省电力公司与清华大学
联合培养的博士后，研究方向电力系统外绝缘污秽、覆冰闪络特性、
机理及运维策略。
张星海 男，1968 年生，博士，高级工程师，现为四川省电力公
司电力科学研究院副院长，研究方向为电力设备状态评价、故障诊
断及绝缘子覆冰闪络机理。