关于雾闪和湿闪的原因分析(1)

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!""! 年第 ! 期
地短路， 当时有一个直径约不到 # % 的大火球从该 刀闸上侧落向构架， 并拌有巨大的爆炸声， 停电后 仔细检查才发现了一处并不明显的损伤痕迹， 事故 后对所有设备清扫检查时， 也没有发现其他任何明 显的放电损伤痕迹。
第 #$ 卷 性并具有“ 迁移性” ： 当表面有污秽时能在一定时间 内使其表面的污秽层也具有憎水性能， 从而表现出 了良好的耐污闪和耐湿闪性能。但是， 合成绝缘子 在长期高湿度的环境下，将完全或部分丧失其憎 水性能， 从而大大降低其耐污闪和耐湿闪的性能。 文 献 ’ 提 供 了 #/ 只 234 &##" * #"" 和 #/ 只 在水中浸泡 !’5 234&!!" * #"" 绝缘子的实验结果： 后其憎水性能均完全消失， 从水中取出 / 5 后仍未 恢复， #$ 5 后恢复情况为： $ 只恢复到 67’ 级， 1只 恢复到 678 级， 其余 #- 只恢复到正常的 67! 级。 在长期盐雾作用下， 其憎水性急剧下降至 67/ 级， 试品表面出现蓝色电晕环，当憎水性完全丧失时， 持续出现片状脉冲电弧。憎水性能在 67’ 级以上 的绝缘子表面水滴表现为分离的水珠，而 67. 级 绝缘子的被试区域将形成连续的水膜，从而将导致 表面电阻急剧下降， 其湿闪电压和污闪电压将降低。
# 月 ## 日发生于我公司濮阳 ##$ &’ 站的污 . 雾 / 闪 事故处理的全过程，目睹了发生于 !!$ &’ 母线刀
闸支柱瓷瓶上的两次不同的放电现象， 经过对这两 次放电现象的直观对比， 并对相关的故障进行了分
收稿日期 ： #$$! N !$ N #( 作者简介： 陈国义 .!(+"N/ ， 男， 河南濮阳人， 高级工程师， 企划部主任 O
中图分类号： 13%!! 文献标识码： 4 文章编号： !$$+5+"!(.#$$#/$#5$$#!5$,
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6JKL M8@5>? #$$! 年 # 月 !$ 日 、 !% 日 、 #! 日 、 ## 日 相 继 在 河南电网发生了大面积的雾闪、 湿闪和冰闪事故。 # 月 !$ 日豫北地区， 跳闸 !( 次； !$ 条 ##$ &’ 线路， #! 日， !# 条 ##$ &’ 线路，跳闸 )% 次； ## 日， !* 条 ##$ &’ 线路，跳闸 %! 次， # 条 "$$ &’ 线路相继跳 闸， "$$ &’ 洛阳变由于 "$$ &’ 母线支柱瓷瓶闪络 造成母线失压。三次的大雾天气共造成河南电网 + 座 ##$ &’ 变电站和一座 "$$ &’ 变电站失压， !!$ &’ 及以上线路跳闸达 #$$ 多条次， 虽因组织得力和抢
修及时没有造成系统瓦解和大面积停电事故， 但河 南电网经受了前所未有的考验。与此同时， 在我国 北方的石家庄、 天津、 沈阳等地区， 由于大雾天气都 造成了不同程度的雾闪、 湿闪， 特别是 # 月 ## 日晚 的大雾天气，造成了沈阳市长达 !, - 的大面积停 电， 沈阳城几乎变成了一座只有靠蜡烛照亮的“ 黑 城” ， 给工农业生产、 人民生活以及电力部门都造成 了极大的损失。这几次闪络跳闸事故分布范围之 广、 跳闸条次之多、 损失和影响之巨大， 用事实向我 们提出了一个问题， 那就是： 我们电网中的防污 . 雾 / 闪方面， 在手段、 措施、 甚至在原理上存在漏洞， 我 们的主网绝缘状况还抵御不了长时间持续的大雾 天气， 如果不从根本上解决问题， 在以后的浓雾天 气下仍然有可能给我们的电网和国民经济造成巨 大的损失。 笔者有幸亲自参加了 !(() 年 # 月 和 #$$! 年 析、 查阅了有关的资料， 对目前主系统的绝缘状态 提出我们的想法， 供绝缘方面的专家们参考。由于 缺乏必要的实验手段，我们只能借助所了解的文献 资料中的试验数据， 粗略地以我们的想法加以阐述。
图" 瓷裙承受电压分布图
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雾闪的原理分析 在长时间的浓雾天气下， 瓷绝缘子的表面将形
很显然不考虑对地杂散电容的影响电压应该 是均匀的线性分布， 杂散电容越大， 曲线越低垂， 电 压分布越不均匀， 从图上可以分析出靠近两端的瓷 裙承受了最大的电压梯度。实际上， 绝缘子瓷裙之 间所承受的电压成如图 . 所示的弧形分布， 其中靠 近导体的瓷瓶承受的电压最大为 "/， 中间的最小， 由于绝缘子结构不变时， 杂散电容的大小决定于空 气介质， 所以在天气越恶劣时， 杂散电容越大， 这种 电压的分布就越不均匀， 图 ’ 和图 . 中的曲线弧度 就越大。 文献 ’ 提供了复合绝缘子使用不同均压环在 工频电压作用下的电场分布。 不同型号的均压环其
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均压环型式 伞裙最大分布电压值 对应位置
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广使用的主要原因是其良好的憎水性能， 这种憎水
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第 !" 卷
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关于雾闪和湿闪的原因分析
#$$# 年第 # 期
考虑边界 条 件 ， ! 等于 $ 时， "% 等 于 $， ! 等于 解 &’( 式 # 时 "% 等于施加在绝缘子上的工频电 压 ， 可得各点对地电压的公式：
场强分布不同， 使用均压环降低了靠近导体侧伞裙 的场强， 但最高处的场强仍然高达 012 34 5 6/， 为平 均值的 !$ 倍， 在长度为 #" !的范围内承受了 "$ ! 以上的电压。不使用均压环电场的分布将更不均 匀， 与图 ’7. 的曲线基本一致。 简单的推算一下： 如 果 !!$ 34 的绝缘子有 !$ 片伞裙， 那么前三片就承 由 受了超过 0$ 34 的电压，在恶劣天气的情况下， 于杂散电容的增大， 这种不均匀程度将加剧。表 ! 、 当在 89%#:’’$ 上加 # 为文献 ’ 的部分实侧结果， 工频 !;$ 34 下的情况，其中表 # 中的百分数指电 压所占总电压的百分比。
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伞裙最大分布电压值
! 号小环 ’’12 # 号大环 #<1;
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’ 号加深环 #$1#
第二大裙
根据上式可以定性地画出绝缘子工频电压分 布曲线如图 ’ 所示。
第一、 二裙间 第一、 二裙间
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位置 5 !
距高压端不同长度位置分布的电压
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图! 绝缘子上对地电压分布曲线
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濮阳站两次闪络现象的直观对比
!(() 年 # 月 ， !!$ &’ 所 有 刀 闸 的 支 柱 瓷 瓶 均
为非防污瓶， 由于几个月干旱少雨， 瓷瓶有一定程 度脏污， 并含有粉尘等化学成分。 放电是沿面放电， 电弧每次重新起弧的起点和通道基本固定， 电弧的 发展也较稳定， 沿瓷瓶的两端向中间发展， 接地短 路后对瓷瓶的损伤也是破坏性的， 几次短路点的瓷 瓶都是炸裂性的损坏， 有一大块炸开的瓷裙差一点 砸伤我们的运行人员。故障后的故障点很明显， 这 说明闪络是污闪， 由于电弧起弧点的固定往往造成 瓷瓶的局部过热，从而在短路时形成爆炸性炸裂。 这次事故共造成母差保护前后四次动作跳闸， 刀闸 瓷瓶炸裂五处， 损伤多处， 事故后我们立即安排了 设备清扫， 并于当年把所有刀闸的支柱瓷瓶更换成 了防污瓶。
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关于雾闪和湿闪的原因分析
陈国义
. 濮阳供电公司 2 河南 濮阳 ,"%$$$/
摘要： 经过对两次污闪和雾闪现象的直观对比， 分析了在长时间浓雾天气作用下绝缘子的飞弧桥接现象， 提 出防污型绝缘子因其电压分布的不均匀和伞裙间的距离过小以及合成绝缘子在长时间浓雾天气作用下憎 水性的丧失， 是造成雾闪和湿闪的主要原因， 提出了具体建议。 关键词： 雾闪； 湿闪； 分析； 建议
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合成绝缘子的憎水性及其丧失和恢复 合成绝缘子又称硅橡校绝缘子， 能够被广泛推
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得：
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不计小裙的影响， 1 个瓷裙的支柱绝缘子可以等效 为如图 ! 所示的等效电路， 其中 7#!7!! … !71 ， 为相邻两瓷裙之间的等效电容， 9#091 为各裙对地
图# 绝缘子伞型结构简图
一种好的伞形结构， 应该充分兼顾各参数的配 合， 使之具有相应的爬距和较好的防污性能， 还要 能够避免伞间电弧桥接的可能， 从而使爬距能够被 充分利用。 文献 #、 单纯追求爬电距离而忽视绝 ! 等都提出： 缘子伞形结构， 则会起到适得其反的效果， 如： 在我国 铁道电气化建设中， 曾进口爬电比距为 ’(! )% * +, 的 棒形瓷瓶， 结果运行中发生污闪， 调查表明， 该绝缘 子的爬电比距虽特大， 但伞太密， 运行中伞间电弧 桥接而引起事故， 该文认为设备防污升级， 决不能 采用“ 维持原高度不变下的增大爬距” 的做法， 而应 充分考虑耐污伞形的结构选择， 否则， 有可能是徒 劳无功的。 事实上， !" 世 纪 -" 年 代 进 行 的 防 污 升 级 中 ， 对刀闸和母线支柱瓷瓶的更换， 就是采用了“ 维持 原高度不变下的增大爬距” 的做法。文献 # 提供了 作 #-./0#-1/ 年间 / 大电网变电设备的污闪情况， 为刀闸和母线支柱瓷瓶的污闪率占了高达 /$ ! 以 上的比例。
成一层水膜， 如上分析合成绝缘子由于其憎水性能 的丧失表面也同样会形成水膜， 由于绝缘子场强分 布的严重不均匀， 同时绝缘子表面也不可能绝对无 污，雾水的成分也由于大气的污染变得越来越复 杂， 在绝缘子的端部将首先形成电晕和局部电弧放 电。 实验表明： 水珠越小起晕电压越小， 水珠的运行 速度越快起晕电压越大， 所以雾状的水汽比大雨下 的条件更易放电。由于空气湿度的增加， 空气击穿 场强将明显降低， 正常为 ’$ 34 5 6/， 在空气相对湿度 高于 ;$ !， 将为正常值的 !$ !7’$ !， 即为 ’7!$3456/， 根 据文献 ’ 提供的电压分布资料表明， 这种情况下端
的杂散电容， 很显然 91:9.:…:9# 。
图!
支柱绝缘子的近似等效电路
设 % 为瓷裙之间的总电容， & 为各瓷裙对地的 杂散总电容， 为方便计 算 设 绝 缘 子 高 度 为 ’ ， 则单 位长度分布的串联电容和杂散电容分别为： %(;%’
& (;& * ’ 单位长度上的电压和电流分布情况可近似 用下面的微分方程 <#=和<!= 来表示：
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瓷支柱绝缘子和合成绝缘子的结构特点
防污型瓷支柱绝缘子的结构参数及其作用 如图 # 为瓷绝缘子结构及主要参数图， 瓷柱直
径 !， 伞伸出 " # 对闪络特性有较大影响。 伞间距大小 # ，大小伞差 " #&" ! 和相邻伞间最 小间隙 $ 决定了飞弧桥接及淋雨状态下的桥接特性。
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支柱绝缘子和合成绝缘子的电场分布 忽略绝缘子内部泄露电流的影响， 为简化计算
#$$! 年 # 月 #! 日、 ## 日，放电同样是在刀闸
的支柱瓷瓶上比较明显，但是与 !(() 年明显不同 的是， 电弧是游动的， 起弧点也不固定， 电弧的发展 不是沿面放电， 而是在瓷瓶裙外的空气中形成放电 通道， 由于春节前后的几场大雪， 瓷瓶的表面脏污 并不严重， 很明显不能归结为污闪放电， 而只能是 瓷裙之间的“ 飞弧短接” 放电。 本次事故共造成前后 三次 !!$ &’ 母差保护动作跳闸，只有一次我们十 几名现场人员亲眼目睹了 !!$ &’ 北 01 刀闸的接
污闪与湿闪的原理分析
污闪的发展过程 污闪主要发生于潮湿的自然环境下， 其污层受
潮后电导电流和温度增加， 由于受潮情况的不均匀 等原因， 有的地方电流密度大， 水分蒸发快， 出现干 燥区， 电压降集中于此， 首先产生辉光放电， 随着绝 缘子表面电阻、 电压分布的变化， 最后形成局部电 弧， 局部电弧的不断熄灭、 重燃、 发展、 形成闪络。 污 闪的形成不但决定于局部电弧的产生， 还决定于泄 漏电流能否维持一定程度的热电离， 因此， 绝缘子 表面脏污的程度是污闪的决定因素。