高壓絕緣設備污閃的機理及應對措施

摘要：高壓設備經過長時間的戶外運作，絕緣設備表面會被腐蝕、破壞，從而造成污閃現象頻頻發生，對高壓設備造成了破壞和干擾。文章的主旨在于探討造成高壓變電設備污閃的常見原因，并針對成因探討如何預防高壓絕緣設備發生污閃。

關鍵詞：高壓變電設備；污閃放電；防污監測；等值鹽密測量法；泄漏電流在線監測法

中圖分類號：TM85 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）27-0061-03

1 戶外高壓設備污閃情況概述

戶外高壓設備在濕潤的氣候當中非常容易發生設備污閃事故，從而影響設備的正常運作，增加了企業的運營成本和工作難度。近幾年來，由于大氣污染的日益嚴重及極端氣候的不斷出現，戶外高壓設備的污閃問題比以往更為嚴重。據調查報告顯示，全國各地均有出現大面積的污閃事故，尤其是在沿海城市，戶外高壓設備常年被海風侵蝕，空氣濕度高且鹽分重，污閃現象十分嚴重。

除此之外，由于技術人員的忽視和缺乏重視，戶外高壓變電設備的絕緣配置并未隨著環境的變化而調整，導致高壓絕緣設備的抵御能力與氣候要求不匹配，從而增加了事故發生的幾率，需要受到電力企業和技術工作人員的重視。

2 污閃放電的機理

污閃指的是在一定氣候條件下，電氣設備外絕緣表面由于積污而產生閃絡現象。在潮濕的沿海地區，當電氣設備絕緣表面附著塵埃、鹽分等污穢物時，濕潤且鹽分較高的海風使污穢物的可溶物質逐漸在水分中溶解，并在絕緣層表面形成一層導電膜，大大降低絕緣子的絕緣水平，在電力場作用下出現強烈放電的現象。污閃一般是由絕緣子表面積污、污穢層濕潤和電壓作用三大因素所引發的，污閃的形成是一個長期演變的過程，主要包括積污、潮化、電弧和閃絡4個階段，下面對沿海地區污閃的形成過程結合實際情況進行詳細分析。

2.1 積污

積污指的是空氣中的污穢物如塵埃、顆粒、鹽分等通過自然界的力量積累于高壓絕緣設備的表層并逐漸累積增多的過程。盡管絕緣子上的積污會被風力和雨水沖刷，但長期的設備運行，絕緣子上不可避免地會累積陳年污垢，并隨著時間的推進而不斷增加。

戶外設備的積污是難以避免的，大部分的變電設備都暴露在戶外，沿海地區比內地氣候濕潤，此地變電設備更是長年累月經受外界的侵蝕，加上海風和雨水的沖刷，使得污垢牢牢地依附在設備表層，給設備的運行帶來了安全隱患。

2.2 積污表層潮化

干燥的積污表層對絕緣子的影響并不大，因為干燥的污垢并不會導電。所以處于戶外運作的變電設備，在沿海地區潮濕濕潤的氣候影響下，很容易積污受潮，形成導電設置，發生事故。事實上，雨水的沖刷容易帶走污穢物，并不是造成導電形成的主要原因。大氣污染的日益嚴重和極端氣候的不斷出現，少量的雨水、常年的霧露浸潤、積雪黏著與消融等都容易濕潤污垢，使得電解質電離后在設備表層形成導電膜，從而引發事故。例如，近幾年，東南沿海地區工業化的發展使工業和生活污染日益嚴重，加上近年來氣候變化無常，氣候變化本身就攜帶有一定量的污穢顆粒，在一定的濕潤氣候下，能夠使原來干凈的絕緣子頃刻間發生污閃，從而造成設備損壞和損失。

2.3 干區與局部電弧

當污穢處于長期潮濕的環境條件之下，沿絕緣子表面泄漏的電流便會大大增加。絕緣子表面污穢層和絕緣體棚形狀的導電性決定了漏電流的大小。潮濕污染層會被漏電流產生的焦耳熱逐漸干燥，干區會首先在大電流密集地區出現，干區的高阻力能夠明顯地減少漏電流，從而使得其他區域會繼續受潮，因此其他地區所承擔的壓降也會逐漸降低，在干旱地區承擔的壓降增加，直到部分的弧線越過干區，再沿表面電流急劇上升，從而提高了電力事故發生的幾率。

2.4 閃絡的發生

當越過干區的整個干帶電弧的弧根具有較高的濕度時，會導致干旱面積不斷擴大，如果整個干區的壓降不能有效維持電弧的燃燒，電弧便會發生自熄。同時，當干燥的污染層弧熄滅，泄漏電流不斷降低，從而逐步使得設備重新暴露在潮濕的條件下受潮，設備便會產生新的干區和局部弧。電弧在向前發展的過程中，當每單位長度的電弧電壓降低到小于弧的涂抹層單位長度比時，就會造成電弧的自動和迅速發展，直到兩端的電極通過絕緣子發生閃絡。

3 鹽密對絕緣子污閃電壓的影響

絕緣子表面污穢中可溶物主要指的是具有導電性的各種可溶鹽類，一般用等值鹽密度（，）表述，廣泛用于表征外絕緣的污穢程度，是外絕緣選擇的重要參數之一。對污穢絕緣子閃絡電壓的影響一般用下式表示：

式中：為閃絡電壓，單位為kV；A為與絕緣子形狀有關的系數；為對的影響。由上式可知，隨著鹽密的增加，絕緣子的污閃電壓下降。由圖1可知，在不同（灰密）情況下，絕緣子污閃電壓隨著呈現明顯的下降趨勢。

4 防污監測手段

高壓絕緣設備的防污檢測手段有很多，如等值鹽密法、泄漏電流在線監測法兩種主要方法，這兩種方法在沿海地區經常使用。

4.1 等值鹽密測量法

這是很多沿海變電站都會實際采用的方法，通過定量測量可電離物質的電導性能來完成。其方法為：把實際污穢物、NaCl溶解于固定賦值的容積和溫度下的同樣兩份蒸餾水中，通過適當的儀器分別測出這兩種溶液的電導率。通過不斷地改變溶液的量，找出NaCl溶液的電導率與污液的電導率相等時的容量，并把此NaCl的量（毫克數）除以絕緣子的表面積，即可得出所求的等值鹽密。通過實驗和理論推導得出，污閃電壓U50%和等值鹽密SE具有冪關系：U50%=KSE-P，，公式中K、P為常數，與絕緣子型號有關。

等值鹽密法方法簡單且效果直觀，可操作性很強，但這種方法有很多的缺點。首先使用該法通常要拆卸絕緣子來完成實驗，絕緣子表面的污穢物質容易在拆卸和運輸的過程中因摩擦、顛簸等而造成部分損失，從而影響到測量結果的準確性；其次，此法是一種破壞性試驗方法，需要清洗和采集絕緣子表面的污穢，這樣就造成了結果具有孤立性，無法長期監測同一絕緣子的積污特性；再次，進行等值鹽密法測量鹽密時，需暫時停止線路或變電站的運作，人力、物力耗費較大，影響到電力企業的正常運作；最后，這一方法存在等價性問題，數據結果不夠

精確，誤差偏大，需要技術人員斟酌使用。

4.2 泄漏電流在線監測法

泄漏電流的在線監測法是指通過特殊的引流裝置卡采集絕緣子沿表面的泄漏電流，在線實時測量輸電線路上絕緣子串的泄漏電流，經計算求得一段周期內泄漏電流的峰值平均值、峰值最大值及大電流脈沖數，從而起到防污監控的作用。

多次試驗研究表明，泄漏電流可以全面地反映氣候條件、作用電壓、絕緣子表面污染程度等因素的影響，并且閃絡電壓梯度EC和臨閃電流IC之間有確定的關系，即使絕緣子表面污穢成分和結構形式不同，EC和IC的關系亦無很大差別，其關系表達式可用冪函數表示：

EC=AIC-b

式中：A、b為常數，此處IC是臨閃前的最大泄漏電流，表示將要閃絡的臨界污穢度，其所對應的電壓就是運行電壓。此外，泄漏電流法對監測環境要求非常高，主要表現為相對濕度要求超過75%，不得在雨中進行測試以防止脈沖電流的產生，無法監測到實時準確的鹽密數據，故而泄漏電流在線監測法較適用于南方地區和少雨地區。

5 變電站實際情況及可采取的應對措施

廣東沿海地區位于海邊的變電站，像避雷器、CVT及各種高壓套管等戶外高壓設備，常年遭受夾雜著水分、鹽霧、灰塵以及大量混凝土結晶的海風的吹襲和腐蝕，導致鹽分在絕緣子表面逐漸累積，這種情況在濕潤的氣候下經常發生大面積的污閃事故。在一些鹽堿地或工業、生活污穢嚴重的沿海地區，大量的風沙會夾雜著成分復雜的污穢以及堿性很強的紅土，使電器設備的運行條件更加惡劣，污閃頻發。

然而，污閃并非完全不可避免，我們可以通過采取措施來預防污閃的發生，下面我們介紹幾類沿海地區常用的預防污閃方法。

5.1 噴涂憎水性涂料

采用防水涂料方法先進且成本較低，有比較明顯的優越性。由于絕緣設備由親水性材料制成，污穢物本身也吸收水分，根據這一特性，憎水性涂料具有憎水性并能夠包容污穢物，污穢物落上后會被分解包圍，避免污穢物被濕潤，從而能有效地扼制泄漏電流，極大地提高絕緣子的防污閃能力。

5.2 清洗絕緣子表面

由于沿海地區的高污染環境使絕緣子表面附著大量污穢，所以對失效涂層用專用室溫硫化硅橡膠（RTV）清洗絕緣子表面，能夠有效恢復外絕緣抗污閃能力，防止設備外絕緣污閃。變電站應當定期清洗運行的絕緣子表面，用鹽水沖洗戶外絕緣子表面。在沖洗后，還要清抹絕緣子表面，除去一些大雨或者消防水沖洗難以去除的積污，從而提高沿海地區用電設備的抗污閃能力。另外就是帶電清洗絕緣子，廣東電網公司汕尾供電局也開展了絕緣子的帶電清洗。絕緣子帶電清洗裝置主要由潔凈水、絕緣水管、水泵、環形噴頭、豎桿、橫桿、升降機構與小車組成，其具有絕緣性能好、安全系數高、清洗效果好等優點，適合對棒型或柱型支柱式絕緣子在不停電的情況下用水進行帶電清洗。

5.3 采用合成絕緣子

合成絕緣子具有輕巧、強度高、拉力強等特點，可媲美高強度鋼材和高強度瓷，經常在沿海地區的基建設施當中使用。這種新型材料還具有較優的抗污閃性能和憎水性，在濕潤氣候下傘形波紋表面不會沾濕形成水膜，而是呈水珠狀滴落，降低構成導電通道的渠道。此外，合成絕緣子具有自潔性，可4～5年清掃一次，非常實用。

6 結語

本文通過分析沿海地區高壓變電設備發生的機理和成因，有針對性地提出管理策略和解決方法，旨在保證設備的安全平穩運行，提高沿海地區電力企業的運營能力，降低損失，從而提高電力企業的利潤水平。

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作者簡介：張文裕（1981-），男，廣東海豐人，廣東電網公司汕尾供電局助理工程師，研究方向：電氣高壓試驗。

（責任編輯：周 瓊）