第3章架空线路的防污秽

第三章架空线路的防污闪第一节造成污闪的原因电网的污闪事故，随城乡工业发展污秽加重、环境恶化、电压升高、网络扩大和交直流联网不断增多，电网污闪事故涉及范围广，停电时间长，严重的威胁着输变电设备的安全运行，给国民经济带来重大的经济损失。

统计事故表明，污闪的发生往往是多条线路、多个变电所相继出现，形成系统振荡，从而造成电网瓦解引起大面积停电。

因此而造成的损失确是触目惊心，已超过雷害损失的10倍之多。

如何防止电网污闪，我国从50年代开始认识污闪，70年代开始立项研究。

无论是世界工业发达国家还是发展中国家，污闪事故依然是困挠电力系统的一大灾难，因此电网防污闪仍是当今国内外电力工作者研究的一个重要迫切的热门课题。

对变化多端的气象参数，大环境污染湿沉降的新理论等与绝缘于污闪有着直接或间接的关系，要深层次的进一步研究。

对各类型绝缘子，尤其是大吨位绝缘子的积污特性、污闪特性、人工污秽试验与自然污秽试验的等价性，尚缺乏系统的试验数据。

对长串绝缘子、双串绝缘子和V型串绝缘子的污闪特性，以及直流绝缘子污闪特性，合成绝缘子雷电冲击特性及在线监测技术，高海拔重冰区绝缘子污闪特性等还需要更加深入的立项研究。

对适用于重污区的耐污型绝缘子，发、变电所的绝缘子，特别是主变压器套管、互感器瓷套、穿墙套管也需加快研制与开发。

对科学的污区等级划分，防污闪措施的应用，防污新技术的研究开发和防污技术管理数据库还有大量的工作要做。

一、污闪放电的简单机理和影响污闪放电的因素绝缘子污闪放电的显著特点是闪络电压低，标准绝缘子每片清洁干闪电压平均有75kV，湿闪也有45kV，而在潮湿脏污的状态下可能低到l0kV及以下。

输变电设备外绝缘长期遭受工业污秽和自然污秽的污染，在干燥条件下，污秽尘埃的电阻很大，绝缘性能不会降低。

但在雾、露、毛毛雨等空气湿度大的条件下，绝缘子表面污秽层将被湿润，在电压作用下表面电导和泄漏电流将大大增加，从而导致绝缘子沿面污闪放电。

到目前为止，沿面污闪放电的机理还没有统一的看法，但大都认为，污秽绝缘子的沿面放电，不是一种空气间隙击穿，而是一种局部电弧的逐步延伸，是电、热、化学混为一体的气体和局部电弧发生、发展的热动力平衡复杂的变化过程。

宏观上可将污闪放电过程分为四个阶段，即绝缘子表面的积污，污秽层的湿润，局部放电的产生和发展并导致沿面闪络。

显然污闪的三个要素是，绝缘子表面积污、污层湿润和作用电压。

（一）绝缘子表面的积污绝缘子表面的积污过程具有复杂的动态特性，一般情况是一个缓慢变化的过程，它受各种大气条件和风力、重力、静电力等多种因素影响的一个动态过程。

污秽多、大气污染严重绝缘子积污也就多。

虽然大雨有自洁作用，能提高污闪电压，但干旱少雨的季节使污秽量逐年增加。

绝缘子的形状也影响积污量，在同一个地区不同形状的绝缘子积污量是不同的，形状较简单的、气体动力学特性较好绝缘子积污量较少。

实践证明我国通用的双伞型防污绝缘子，因具有光滑而倾斜的裙边，涡流区小，积污量较小，而钟罩型耐污绝缘子积污较快，应用于空气潮湿多雾的南方地区防污效果差。

静电力对绝缘子的积污，理论上是有影响的，带电比不带电积污快，直流比交流快，但在风大以及急剧积污的地区，静电力不是决定积污量的主要因素。

上海超高压局有不少地区的现场测试数据，可以说明带电与不带电的积污差别是在盐密测试分散性范围之内，工程应用上可以忽略不计。

也有文献认为绝缘子上的电场能使污秽物积留，特别是500kV电网积污较快，通常盐密要高出3%～5%，并且提出绝缘子下表面带电积污是不带电积污的1.3倍。

从电网多年污秽测量说明，特别是近年超高压5OokV线路测试表明，带电与不带电积污之比多数在1.2%～1.4%之间。

(二)绝缘子表面污秽层的湿润瓷表面污层的湿润与气象条件中的雾、露、毛毛雨密切相关，雾、露的出现取决于空气的相对湿度。

一日之内从子夜到凌晨是相对湿度较大的时间，一年之中夏季相对湿度小，冬季相对湿度大。

相对湿度较大的时间里，污秽绝缘子的污层容易湿润，易发生污闪事故，某电网中的205次污闪事故中95%以上的发生在冬末春初的夜间，夜间由于绝缘子辐射冷却，温度会低于周围温度，易影响水气凝结而使绝缘子各部位得到充分湿润，湿润需要的时间与污层的性质有关，易吸水的污层湿润快，如纺织厂、制服厂排放的污秽；不吸水的污层湿润慢，如水泥、冶金粉尘污秽。

这就不难解释，有些污闪事故是随恶劣气候的出现而开始的，而有的污闪事故是持续几天大雾后才发生的。

总之，污秽层的湿润也是一个复杂过程，要密切关注各地区的特点，大气气候、冷水塔喷水池以及农田灌溉、施肥等；都可能成为发生污闪事故的原因。

（三）局部放电的产生绝缘子表面污秽层受潮后，绝缘电阻下降，在正常工作电压下泄漏电流上升，蓝紫色刷状形火花加剧，泄漏电流的焦耳热效应会使污秽层的水分蒸发。

由于绝缘子各部位污秽层分布的几何尺寸都不一样，钢帽钢脚附近或支持绝缘子的杆径处，几何尺寸较小，电流密度较大，焦耳热效应显著，首先形成相对其他部分的干燥区，干燥区具有很大的表面电阻，它将承受绝大部分的外加电压，从而改变了绝缘子的电压分布。

由于干燥区电位显著提高，而其余潮湿区的电位较低，当高电位场强达到临界场强时，该处就会对低电位处放电，这就产生了局部放电。

这时是蓝紫色火花刷状形放电，每次放电都有一组泄漏电流的脉冲，由此而产生了一系列循环，即干燥区形成 + 干燥区电位较潮湿区高 + 高电位对低电位放电。

（四）局部放电的发展并导致闪络事故在绝缘子局部放电的同时，若污秽层继续受潮，将会出现严重的污秽层干燥区对潮湿区的局部放电。

由于污秽层受温度系数的影响，每次放电的高温过热，将使污秽层电导增加，泄漏电流加大。

这一恶性循环，在一定条件下就会出现较强烈的跨越干燥区的放电，即由局部放电发展到电弧放电，放电颜色由蓝紫色刷状火花变为黄红色树枝状火花，放电通道中温度可达到热游离的程度。

若这时污秽层再继续受潮，电弧放电就逐步向沿面伸展，进而形成整个沿面放电，电弧由黄红色树枝状变为耀眼的青白色闪光，并伴有巨大的声响，从而完成沿面放电，导致污闪事故。

（五）绝缘子污闪条件的分析方法在1958年国外就提出了绝缘子污闪条件的物理模型，如图4-1所示，它是以一段局部电弧和剩余污秽层电阻相串联，而作用在模型两端的电压由电弧压降和剩余污秽层电阻压降两部分组成。

根据这个物理模型可得出：U= AXI -n +r 2(L - X)式中 X ——电弧长度(动态的)；I ——流过绝缘子的泄漏电流(动态的)；r 2——单位长度剩余污秽层的电阻值(动态的)；L ——绝缘子的泄漏距离(常数)；U ——加在绝缘子两端的电压(常数)；A 、n ——与周围介质种类和介质状态有关的电弧常数，它的取值:A=140，n=O.167。

这个物理模型至今已被人们所接受，根据电弧的稳定理论，可决定绝缘子的污闪条件。

但可以看出上式是很粗略的，用起来有不少难度，如大部分参数是随机的动态的，对A 、n 电弧常数的取值差别很大。

因局部电弧的出现也是随机的而且很难捕捉，对测量沿面发展的电弧特性有很多困难。

同时还可看到这个模型没有对交直流加以区别，也没有考虑局部电弧的不均匀和局部电弧发展中污秽层温度和表面电导率的变化。

因此对于污闪的机理问题，虽然已做了不少工作，但还不能说已经有了明确、一致的认识，还有待于进一步的研究。

（六）影响绝缘子污闪的因素 影响绝缘子污闪的因素很多，如污秽源种类、污秽程度、湿润特征、地理环境、 20 图4-1 分析绝缘子污闪条件的物理模型气象参数、绝缘子形状、安装方式和承受的电压、频率的不同都直接或间接影响着电网污闪事故，在此仅结论式的提及一些，供专业人员思考。

1、污秽性质污秽的种类多种多样，大致可分为自然型污秽(如农田尘土、盐碱、沙土等)和工业型污秽(如各类工业生产、矿物燃料燃烧的产物)。

这些污秽物的化学成分，如溶解度、一价盐各不相同，对污闪的影响也就大不一样，其中污闪电压偏低的一价盐在农田、化肥、电厂污秽中的含量较高，致使化工污闪的机率很大，这些可从表4-8东北地区电网污闪事故跳闸与污秽性质的关系中看出。

2、大气污染大气污染多数是由火电厂、水泥厂、化工厂、冷却水塔等排出的气相、液相和固相污物的混合体造成的。

工业越集中的地区大气污染就越重，气象条件就越恶劣。

如北京地区年平均降烟日数为150天；上海市区的工业降尘量已是30t/(km2·月)；兰州地区气体中氯气含量达7.93mg/cm2，绝缘子等值盐密达1.45mg/cm2；重庆地区的降尘量131.9t/(km2·月)；成都地区在冬季污闪季节中大雾、浓雾、毛毛雨连续不断。

大气环境污染不仅与污染源密切相关，而且气压、风速和温度直接影响污染物的排放和扩散，污染源的主导下风侧往往更是积污严重。

气象上的逆温层使污染物常积聚到很高的浓度。

温度对工矿企业的污秽沉积影响也比较大，固体污秽颗粒是水气凝结的核心，颗粒凝聚了水分后重量增加而降至绝缘子上。

雾的存在阻碍了污秽的扩散，使大气中污秽浓度增加。

毛毛雨能促进污秽沉降在绝缘子上，沉降速度比干燥天气增加2～3个数量级。

大雨对绝缘子表面有净化作用。

污秽微粒的重力沉降是垂直下落，主要影响污染源附近的绝缘子，但应该看到污染源的影响范围不是通常人们所想象的那样小。

陕西关中电网是以秦岭电厂污秽为主的污染源区，1986年1月秦岭电厂发生污闪事故，两台330kV空气断路器爆炸，整个关中地区同时就有30多处发生污闪事故，致使54座变电所停电。

1992年1月22日成都电网发生大面积污闪事故，其中有多处污闪点远离城区，发生在被认为是清洁区的农田。

1988年12月220kV太山南、太山北输电线路发生多次污闪事故，其污闪点也是处在山青水秀、人烟稀少的阿坝州汉川游口山区。

二滩水电站5OOkV超高压输电线二自线，经过高海拔重冰区的黄茅埂的部分，冰水电导率高达2Oμs/cm，已不算是清洁区。

3、鸟粪污染鸟粪污染不能被人们所忽视，在某地区污秽测试中，每次都发现绝缘子上有较多的鸟粪，其污秽盐密值虽然不高，但当鸟排粪时，鸟粪沿绝缘子裙边向下流，可能短接或缩短部分爬距，因此易在工作电压下发生污闪事故，我国银川地区1988年220kV线路就两次发生因鸟粪而造成的污闪事故。

因此近年来宁夏部分地区在夜间不得不派猎手沿线路用枪打鸟，银川供电局还研制出一种防鸟剂，使鸟不在杆塔上栖息。

美国太平洋电力公司在新建的一条5OOkV 线路铁塔的腰部专门安装供鸟栖息的鸟巢，以免鸟粪落在绝缘子上造成污闪事故。

4、生物污染我们四川峨眉山地区，输变电绝缘子上生长青苔似的苔藓植物，虽经现场几年的观察和样品不多的污闪试验，对绝缘子电气强度的影响并不明显。

但还得进一步深人研究，摸索它的生长机理和这种苔藓植物的物理、化学和电气性能。