[高压绝缘设备污闪的机理及应对措施] 关于高压设备污闪的反思报告

　　摘要：高压设备经过长时间的户外运作，绝缘设备表面会被腐蚀、破坏，从而造成污闪现象频频发生，对高压设备造成了破坏和干扰。文章的主旨在于探讨造成高压变电设备污闪的常见原因，并针对成因探讨如何预防高压绝缘设备发生污闪。
　　关键词：高压变电设备；污闪放电；防污监测；等值盐密测量法；泄漏电流在线监测法
　　中图分类号：TM85 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）27-0061-03
　　1 户外高压设备污闪情况概述
　　户外高压设备在湿润的气候当中非常容易发生设备污闪事故，从而影响设备的正常运作，增加了企业的运营成本和工作难度。近几年来，由于大气污染的日益严重及极端气候的不断出现，户外高压设备的污闪问题比以往更为严重。据调查报告显示，全国各地均有出现大面积的污闪事故，尤其是在沿海城市，户外高压设备常年被海风侵蚀，空气湿度高且盐分重，污闪现象十分严重。
　　除此之外，由于技术人员的忽视和缺乏重视，户外高压变电设备的绝缘配置并未随着环境的变化而调整，导致高压绝缘设备的抵御能力与气候要求不匹配，从而增加了事故发生的几率，需要受到电力企业和技术工作人员的重视。
　　2 污闪放电的机理
　　污闪指的是在一定气候条件下，电气设备外绝缘表面由于积污而产生闪络现象。在潮湿的沿海地区，当电气设备绝缘表面附着尘埃、盐分等污秽物时，湿润且盐分较高的海风使污秽物的可溶物质逐渐在水分中溶解，并在绝缘层表面形成一层导电膜，大大降低绝缘子的绝缘水平，在电力场作用下出现强烈放电的现象。污闪一般是由绝缘子表面积污、污秽层湿润和电压作用三大因素所引发的，污闪的形成是一个长期演变的过程，主要包括积污、潮化、电弧和闪络4个阶段，下面对沿海地区污闪的形成过程结合实际情况进行详细分析。
　　2.1 积污
　　积污指的是空气中的污秽物如尘埃、颗粒、盐分等通过自然界的力量积累于高压绝缘设备的表层并逐渐累积增多的过程。尽管绝缘子上的积污会被风力和雨水冲刷，但长期的设备运行，绝缘子上不可避免地会累积陈年污垢，并随着时间的推进而不断增加。
　　户外设备的积污是难以避免的，大部分的变电设备都暴露在户外，沿海地区比内地气候湿润，此地变电设备更是长年累月经受外界的侵蚀，加上海风和雨水的冲刷，使得污垢牢牢地依附在设备表层，给设备的运行带来了安全隐患。
　　2.2 积污表层潮化
　　干燥的积污表层对绝缘子的影响并不大，因为干燥的污垢并不会导电。所以处于户外运作的变电设备，在沿海地区潮湿湿润的气候影响下，很容易积污受潮，形成导电设置，发生事故。事实上，雨水的冲刷容易带走污秽物，并不是造成导电形成的主要原因。大气污染的日益严重和极端气候的不断出现，少量的雨水、常年的雾露浸润、积雪黏着与消融等都容易湿润污垢，使得电解质电离后在设备表层形成导电膜，从而引发事故。例如，近几年，东南沿海地区工业化的发展使工业和生活污染日益严重，加上近年来气候变化无常，气候变化本身就携带有一定量的污秽颗粒，在一定的湿润气候下，能够使原来干净的绝缘子顷刻间发生污闪，从而造成设备损坏和损失。
　　2.3 干区与局部电弧
　　当污秽处于长期潮湿的环境条件之下，沿绝缘子表面泄漏的电流便会大大增加。绝缘子表面污秽层和绝缘体棚形状的导电性决定了漏电流的大小。潮湿污染层会被漏电流产生的焦耳热逐渐干燥，干区会首先在大电流密集地区出现，干区的高阻力能够明显地减少漏电流，从而使得其他区域会继续受潮，因此其他地区所承担的压降也会逐渐降低，在干旱地区承担的压降增加，直到部分的弧线越过干区，再沿表面电流急剧上升，从而提高了电力事故发生的几率。
　　2.4 闪络的发生
　　当越过干区的整个干带电弧的弧根具有较高的湿度时，会导致干旱面积不断扩大，如果整个干区的压降不能有效维持电弧的燃烧，电弧便会发生自熄。同时，当干燥的污染层弧熄灭，泄漏电流不断降低，从而逐步使得设备重新暴露在潮湿的条件下受潮，设备便会产生新的干区和局部弧。电弧在向前发展的过程中，当每单位长度的电弧电压降低到小于弧的涂抹层单位长度比时，就会造成电弧的自动和迅速发展，直到两端的电极通过绝缘子发生闪络。
　　3 盐密对绝缘子污闪电压的影响
　　绝缘子表面污秽中可溶物主要指的是具有导电性的各种可溶盐类，一般用等值盐密度（，）表述，广泛用于表征外绝缘的污秽程度，是外绝缘选择的重要参数之一。对污秽绝缘子闪络电压的影响一般用下式表示：
　　式中：为闪络电压，单位为kV；A为与绝缘子形状有关的系数；为对的影响。由上式可知，随着盐密的增加，绝缘子的污闪电压下降。由图1可知，在不同（灰密）情况下，绝缘子污闪电压随着呈现明显的下降趋势。
　　4 防污监测手段
　　高压绝缘设备的防污检测手段有很多，如等值盐密法、泄漏电流在线监测法两种主要方法，这两种方法在沿海地区经常使用。
　　4.1 等值盐密测量法
　　这是很多沿海变电站都会实际采用的方法，通过定量测量可电离物质的电导性能来完成。其方法为：把实际污秽物、NaCl溶解于固定赋值的容积和温度下的同样两份蒸馏水中，通过适当的仪器分别测出这两种溶液的电导率。通过不断地改变溶液的量，找出NaCl溶液的电导率与污液的电导率相等时的容量，并把此NaCl的量（毫克数）除以绝缘子的表面积，即可得出所求的等值盐密。通过实验和理论推导得出，污闪电压U50%和等值盐密SE具有幂关系：U50%=KSE-P，，公式中K、P为常数，与绝缘子型号有关。
　　等值盐密法方法简单且效果直观，可操作性很强，但这种方法有很多的缺点。首先使用该法通常要拆卸绝缘子来完成实验，绝缘子表面的污秽物质容易在拆卸和运输的过程中因摩擦、颠簸等而造成部分损失，从而影响到测量结果的准确性；其次，此法是一种破坏性试验方法，需要清洗和采集绝缘子表面的污秽，这样就造成了结果具有孤立性，无法长期监测同一绝缘子的积污特性；再次，进行等值盐密法测量盐密时，需暂时停止线路或变电站的运作，人力、物力耗费较大，影响到电力企业的正常运作；最后，这一方法存在等价性问题，数据结果不够 　　精确，误差偏大，需要技术人员斟酌使用。
　　4.2 泄漏电流在线监测法
　　泄漏电流的在线监测法是指通过特殊的引流装置卡采集绝缘子沿表面的泄漏电流，在线实时测量输电线路上绝缘子串的泄漏电流，经计算求得一段周期内泄漏电流的峰值平均值、峰值最大值及大电流脉冲数，从而起到防污监控的作用。
　　多次试验研究表明，泄漏电流可以全面地反映气候条件、作用电压、绝缘子表面污染程度等因素的影响，并且闪络电压梯度EC和临闪电流IC之间有确定的关系，即使绝缘子表面污秽成分和结构形式不同，EC和IC的关系亦无很大差别，其关系表达式可用幂函数表示：
　　EC=AIC-b
　　式中：A、b为常数，此处IC是临闪前的最大泄漏电流，表示将要闪络的临界污秽度，其所对应的电压就是运行电压。此外，泄漏电流法对监测环境要求非常高，主要表现为相对湿度要求超过75%，不得在雨中进行测试以防止脉冲电流的产生，无法监测到实时准确的盐密数据，故而泄漏电流在线监测法较适用于南方地区和少雨地区。
　　5 变电站实际情况及可采取的应对措施
　　广东沿海地区位于海边的变电站，像避雷器、CVT及各种高压套管等户外高压设备，常年遭受夹杂着水分、盐雾、灰尘以及大量混凝土结晶的海风的吹袭和腐蚀，导致盐分在绝缘子表面逐渐累积，这种情况在湿润的气候下经常发生大面积的污闪事故。在一些盐碱地或工业、生活污秽严重的沿海地区，大量的风沙会夹杂着成分复杂的污秽以及碱性很强的红土，使电器设备的运行条件更加恶劣，污闪频发。
　　然而，污闪并非完全不可避免，我们可以通过采取措施来预防污闪的发生，下面我们介绍几类沿海地区常用的预防污闪方法。
　　5.1 喷涂憎水性涂料
　　采用防水涂料方法先进且成本较低，有比较明显的优越性。由于绝缘设备由亲水性材料制成，污秽物本身也吸收水分，根据这一特性，憎水性涂料具有憎水性并能够包容污秽物，污秽物落上后会被分解包围，避免污秽物被湿润，从而能有效地扼制泄漏电流，极大地提高绝缘子的防污闪能力。
　　5.2 清洗绝缘子表面
　　由于沿海地区的高污染环境使绝缘子表面附着大量污秽，所以对失效涂层用专用室温硫化硅橡胶（RTV）清洗绝缘子表面，能够有效恢复外绝缘抗污闪能力，防止设备外绝缘污闪。变电站应当定期清洗运行的绝缘子表面，用盐水冲洗户外绝缘子表面。在冲洗后，还要清抹绝缘子表面，除去一些大雨或者消防水冲洗难以去除的积污，从而提高沿海地区用电设备的抗污闪能力。另外就是带电清洗绝缘子，广东电网公司汕尾供电局也开展了绝缘子的带电清洗。绝缘子带电清洗装置主要由洁净水、绝缘水管、水泵、环形喷头、竖杆、横杆、升降机构与小车组成，其具有绝缘性能好、安全系数高、清洗效果好等优点，适合对棒型或柱型支柱式绝缘子在不停电的情况下用水进行带电清洗。
　　5.3 采用合成绝缘子
　　合成绝缘子具有轻巧、强度高、拉力强等特点，可媲美高强度钢材和高强度瓷，经常在沿海地区的基建设施当中使用。这种新型材料还具有较优的抗污闪性能和憎水性，在湿润气候下伞形波纹表面不会沾湿形成水膜，而是呈水珠状滴落，降低构成导电通道的渠道。此外，合成绝缘子具有自洁性，可4～5年清扫一次，非常实用。
　　6 结语
　　本文通过分析沿海地区高压变电设备发生的机理和成因，有针对性地提出管理策略和解决方法，旨在保证设备的安全平稳运行，提高沿海地区电力企业的运营能力，降低损失，从而提高电力企业的利润水平。
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　　作者简介：张文裕（1981-），男，广东海丰人，广东电网公司汕尾供电局助理工程师，研究方向：电气高压试验。
　　（责任编辑：周 琼）

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