霧霾對電氣設備絕緣的影響

朱麗萍

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

關鍵詞：霧；霾；污水電導率；絕緣；閃絡電壓

霧霾，是霧和霾的組合詞，常見于城市。早在2014年1月，國家減災辦、民政部通報前一年自然災情時，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，霧霾給電網安全穩定運行也帶來一定影響。主要體現在霧霾天氣下對電力系統高壓輸電設備、變電站高壓母線、高壓配電裝置及設備外絕緣的放電電壓產生很大的影響，產生甚至在正常工作電壓下就會閃絡放電。由于霧霾往往是區域性的，一處發生污閃跳閘，則表明這個地區內成千上萬個絕緣子均處于瀕臨污閃的邊緣。據統計，自20世紀80年代以來，大面積污閃事故始終是導致我國電力系統大面積停電的首要原因。因此，在選擇設備的絕緣水平時，對霧霾造成的威脅應予重視[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，而微小水滴（或冰晶）是近地層空氣中水汽凝結（或凝華）的產物。輸變電設備外絕緣受到霧中污染物和水分的影響，常常發生污閃。造成停電事故，嚴重威脅電力供應安全[2]。

霧的分布有南北方差異。選取北京為北方地區代表，上海為南方地區代表。根據北京市氣象部門的數據，采暖期輻射霧出現的幾率高達55.9%；其次是出現幾率為40.2%的平流輻射霧；平流霧僅占4%；而鋒面霧幾乎沒有。從數據可以看出，平流霧出現幾率最大，分布范圍最廣，持續時間最長，是對輸變電設備影響最重要的霧型。相比之下，上海春冬季出現最多的是輻射霧和鋒面霧，對電力系統的安全運行均構成影響。同時根據文獻3的所作實地調查可知，北京的霧滴濃度和含水量遠高于上海的水平；而上海霧滴平均直徑和滴譜峰值直徑明顯高于北京測點。這反映了南方暖霧和北方冷霧的基本差別。可以看出，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%，生物質燃燒12%，汽車尾氣與垃圾焚燒4%，工業污染25%和二次無機氣溶膠26%[4]。上海市霾的來源和比例為：機動車尾氣占39.5%，燃煤占33%，揚塵占8%，其他占19%（數據來源于《上海市大氣灰霾成因及關鍵污染因子預防控制研究》）。

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

2 霧水導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，當污層飽和受潮表面電導率達到最大值時，其外絕緣特性降至最低點。

影響電氣設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率EC（單位：μS·cm-1）大致成比例變化。因此，在外絕緣研究領域，以霧水電導率來表征霧霾的污穢程度更為適宜。從相關的新聞報道來看，多地對霧水電導率EC有相關的測量：北京于1999年曾測得霧水電導率高達3080μS·cm-1（pH值為5.2）；上海于1994年曾測得霧水電導率為1900μS·cm-1；南京2006年至2007年的平均霧水電導率為681μS·cm-1[2]。從這些數據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倍甚至數十倍。另外，從中國電科院和華北電科院的模擬試驗中我們可以得出霧霾發生時，輕中污區霧水電導率多小于1000μS·cm-1，重污區霧水電導率多在 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率和主要離子成分對絕緣子閃絡電壓的影響，京滬兩地均做了模擬霧霾的人工污穢試驗[3]。將霧中的離子濃度依霧水電導率分為重霧（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電壓的影響來判斷霧對電氣設備的影響。

試驗結果表明：隨霧水電導率的增加，輕到中等污穢的絕緣子串的閃絡電壓有所下降。霧水電導率分別為 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 霧霾對電氣設備絕緣的防范措施

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

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

（1） 電氣設備外表面增加傘裙結構。

（2） 采用復合絕緣子。由于復合絕緣子本身帶有傘裙結構。

（3） 噴涂石蠟、絕緣漆、有機硅等材料。

（4） 采取措施使電介質表面潔凈、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備的絕緣外表面上，減少帶電微粒的產生，減少電導的發生，提高電氣設備絕緣電介質的放電電壓。

4 結束語

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

2）霾中微細導電顆粒的含量以及位置對復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，閃絡電壓的放電發光亮度與導電顆粒物粒徑的含量與位置的變化有一定的規律性。

了解霧霾天對電氣設備具體影響特征的同時，我們同樣要認識到霧霾帶來的電網污閃的防治是一項長期、復雜、綜合的工作，應秉承著加強防范措施和提高防范意識結合的原則，對此類問題進行有效治理，做到防患于未然。

參考文獻

[1]國網河北省電力公司. 國網河北電力編制《霧霾天氣對輸變電設備影響調研報告》[N].國家電網報，2013年9月4日：001.

[2]牛生杰，陸春松，呂晶晶. 近年來中國霧研究進展[R].氣象科技，2016，6（2）：6-19.

[3] 張開賢，俞燮根，宿志一.濕沉降對輸變電設備染污及放電的影響[J].中國電力，1997，30（11）：3-7.

[4]劉勇，張迪，杜伯學，劉寶成.霧霾環境下微細導電顆粒誘發復合絕緣子沿面放電特征[A].電力系統及其自動化學報，2015，27（3）：48-53