霧霾對電氣設(shè)備絕緣的影響

朱麗萍

摘 要：本文從霧與霾兩方面分別闡述了對電氣設(shè)備絕緣的影響。指出了霧與霾對絕緣子串的閃絡(luò)電壓的影響特征與因素，并相對應(yīng)地提出了提高電氣設(shè)備絕緣性能、降低霧霾對電氣設(shè)備影響的具體措施。

關(guān)鍵詞：霧；霾；污水電導(dǎo)率；絕緣；閃絡(luò)電壓

霧霾，是霧和霾的組合詞，常見于城市。早在2014年1月，國家減災(zāi)辦、民政部通報(bào)前一年自然災(zāi)情時，就已把霧霾納入其中，可見其危害與國家對其的重視程度。除了影響人們正常的日常生活外，霧霾給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行也帶來一定影響。主要體現(xiàn)在霧霾天氣下對電力系統(tǒng)高壓輸電設(shè)備、變電站高壓母線、高壓配電裝置及設(shè)備外絕緣的放電電壓產(chǎn)生很大的影響，產(chǎn)生甚至在正常工作電壓下就會閃絡(luò)放電。由于霧霾往往是區(qū)域性的，一處發(fā)生污閃跳閘，則表明這個地區(qū)內(nèi)成千上萬個絕緣子均處于瀕臨污閃的邊緣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)80年代以來，大面積污閃事故始終是導(dǎo)致我國電力系統(tǒng)大面積停電的首要原因。因此，在選擇設(shè)備的絕緣水平時，對霧霾造成的威脅應(yīng)予重視[1]。

1 霧與霾的組分分析及特征

1.1 南北方霧的理化特征及比較

霧是由大量懸浮在近地層空氣中的氣溶膠粒子、微小水滴（或冰晶）組成的氣溶膠系統(tǒng)，而微小水滴（或冰晶）是近地層空氣中水汽凝結(jié)（或凝華）的產(chǎn)物。輸變電設(shè)備外絕緣受到霧中污染物和水分的影響，常常發(fā)生污閃。造成停電事故，嚴(yán)重威脅電力供應(yīng)安全[2]。

霧的分布有南北方差異。選取北京為北方地區(qū)代表，上海為南方地區(qū)代表。根據(jù)北京市氣象部門的數(shù)據(jù)，采暖期輻射霧出現(xiàn)的幾率高達(dá)55.9%；其次是出現(xiàn)幾率為40.2%的平流輻射霧；平流霧僅占4%；而鋒面霧幾乎沒有。從數(shù)據(jù)可以看出，平流霧出現(xiàn)幾率最大，分布范圍最廣，持續(xù)時間最長，是對輸變電設(shè)備影響最重要的霧型。相比之下，上海春冬季出現(xiàn)最多的是輻射霧和鋒面霧，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行均構(gòu)成影響。同時根據(jù)文獻(xiàn)3的所作實(shí)地調(diào)查可知，北京的霧滴濃度和含水量遠(yuǎn)高于上海的水平；而上海霧滴平均直徑和滴譜峰值直徑明顯高于北京測點(diǎn)。這反映了南方暖霧和北方冷霧的基本差別?？梢钥闯?，溫度高、霧滴大、滴譜寬、滴譜峰值高[3]。

1.2 南北方霾的理化特征

霾，也稱陰霾、灰霾，是指原因不明的大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現(xiàn)象。北京市霾的重要來源和比例分別為：土壤塵15%，燃煤18%，生物質(zhì)燃燒12%，汽車尾氣與垃圾焚燒4%，工業(yè)污染25%和二次無機(jī)氣溶膠26%[4]。上海市霾的來源和比例為：機(jī)動車尾氣占39.5%，燃煤占33%，揚(yáng)塵占8%，其他占19%（數(shù)據(jù)來源于《上海市大氣灰霾成因及關(guān)鍵污染因子預(yù)防控制研究》）。

當(dāng)粒徑、成分不同的飄塵隨空氣漂浮在電氣設(shè)備的周圍時，會以碰撞、擴(kuò)散和沉積等方式滯留在電氣設(shè)備的不同部位，不但會腐蝕設(shè)備金屬表面，而且會由于持續(xù)不斷地作用而導(dǎo)致絕緣子表面形成連續(xù)的飄塵鏈，引發(fā)局部放電與電弧。

2 霧水導(dǎo)電率對絕緣子染污的影響

對污穢絕緣子，通常霧是最危險的濕潤條件。霧可使絕緣子表面污層比較均勻緩慢地受潮，當(dāng)污層飽和受潮表面電導(dǎo)率達(dá)到最大值時，其外絕緣特性降至最低點(diǎn)。

影響電氣設(shè)備外絕緣特性的主要是絕緣表面污穢物中的可溶鹽離子含量，而霧水中離子含量與其電導(dǎo)率EC（單位：μS·cm-1）大致成比例變化。因此，在外絕緣研究領(lǐng)域，以霧水電導(dǎo)率來表征霧霾的污穢程度更為適宜。從相關(guān)的新聞報(bào)道來看，多地對霧水電導(dǎo)率EC有相關(guān)的測量：北京于1999年曾測得霧水電導(dǎo)率高達(dá)3080μS·cm-1（pH值為5.2）；上海于1994年曾測得霧水電導(dǎo)率為1900μS·cm-1；南京2006年至2007年的平均霧水電導(dǎo)率為681μS·cm-1[2]。從這些數(shù)據(jù)可以明顯看出與同期雨水離子濃度相比，霧水離子濃度要高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍。另外，從中國電科院和華北電科院的模擬試驗(yàn)中我們可以得出霧霾發(fā)生時，輕中污區(qū)霧水電導(dǎo)率多小于1000μS·cm-1，重污區(qū)霧水電導(dǎo)率多在 2000～3000 μS·cm-1之間，都會使絕緣子表面污穢度有所增加。

針對污霧的霧水電導(dǎo)率和主要離子成分對絕緣子閃絡(luò)電壓的影響，京滬兩地均做了模擬霧霾的人工污穢試驗(yàn)[3]。將霧中的離子濃度依霧水電導(dǎo)率分為重霧（2310μS·cm-1）、中霧（1170μS·cm-1）、自來水霧（350～400μS·cm-1）和清潔霧（ ），從不同霧對絕緣子串的閃絡(luò)電壓的影響來判斷霧對電氣設(shè)備的影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明：隨霧水電導(dǎo)率的增加，輕到中等污穢的絕緣子串的閃絡(luò)電壓有所下降。霧水電導(dǎo)率分別為 1200μS·cm-1和 2000μS·cm-1時，其污閃電壓比自來水霧時下降約 5%～10%，比清潔霧時下降 17%～20%；而霧水電導(dǎo)率相同時，霧霾的組分與pH值對絕緣子污閃電壓的影響很小。

3 霧霾對電氣設(shè)備絕緣的防范措施

目前我國正處于十三個五年規(guī)劃，今后五年是我們國家經(jīng)濟(jì)保持中高速增長，提高發(fā)展的平衡性、包容性、可持續(xù)性的決定性階段，但經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來的環(huán)境代價也難以小覷。即使國家日益采取強(qiáng)有力的霧霾治理措施，但不可否認(rèn)的是社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和粗放型發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變將是一個較長期的過程，以 PM2.5 為標(biāo)志的大氣污染將使大范圍霧霾天氣在較長時間內(nèi)成為常態(tài)。因此，研究降低霧霾對電氣設(shè)備的影響將是長期的，也是必要的。

由于霧霾對電氣設(shè)備的影響，主要是在高電壓的作用下產(chǎn)生帶電微粒而發(fā)生表面電導(dǎo)，引起放電電壓降低而出現(xiàn)閃絡(luò)電壓，因此增加電氣設(shè)備外絕緣的爬電距離，盡可能使外表面由親水性物質(zhì)變成憎水性，降低電氣設(shè)備絕緣電介質(zhì)發(fā)生表面電導(dǎo)，可有效地降低霧霾造成的影響。具體可采取以下措施：

（1） 電氣設(shè)備外表面增加傘裙結(jié)構(gòu)。

（2） 采用復(fù)合絕緣子。由于復(fù)合絕緣子本身帶有傘裙結(jié)構(gòu)。

（3） 噴涂石蠟、絕緣漆、有機(jī)硅等材料。

（4） 采取措施使電介質(zhì)表面潔凈、干燥。

以上措施可有效地降低霧霾中的灰塵直接落到電氣設(shè)備的絕緣外表面上，減少帶電微粒的產(chǎn)生，減少電導(dǎo)的發(fā)生，提高電氣設(shè)備絕緣電介質(zhì)的放電電壓。

4 結(jié)束語

1）在霧的持續(xù)作用下，絕緣子表面污穢度逐漸增大。當(dāng)污穢度一定，絕緣子串的污閃電壓隨著霧水電導(dǎo)率的增大而下降。

2）霾中微細(xì)導(dǎo)電顆粒的含量以及位置對復(fù)合絕緣子沿面放電特征的影響，主要有電暈放電、電暈和沿面流注放電共存、沿面流注放電3個主要階段的放電特征，閃絡(luò)電壓的放電發(fā)光亮度與導(dǎo)電顆粒物粒徑的含量與位置的變化有一定的規(guī)律性。

了解霧霾天對電氣設(shè)備具體影響特征的同時，我們同樣要認(rèn)識到霧霾帶來的電網(wǎng)污閃的防治是一項(xiàng)長期、復(fù)雜、綜合的工作，應(yīng)秉承著加強(qiáng)防范措施和提高防范意識結(jié)合的原則，對此類問題進(jìn)行有效治理，做到防患于未然。

參考文獻(xiàn)

[1]國網(wǎng)河北省電力公司. 國網(wǎng)河北電力編制《霧霾天氣對輸變電設(shè)備影響調(diào)研報(bào)告》[N].國家電網(wǎng)報(bào)，2013年9月4日：001.

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