雾霾对电气设备绝缘的影响

朱丽萍

摘 要：本文从雾与霾两方面分别阐述了对电气设备绝缘的影响。指出了雾与霾对绝缘子串的闪络电压的影响特征与因素，并相对应地提出了提高电气设备绝缘性能、降低雾霾对电气设备影响的具体措施。

关键词：雾；霾；污水电导率；绝缘；闪络电压

雾霾，是雾和霾的组合词，常见于城市。早在2014年1月，国家减灾办、民政部通报前一年自然灾情时，就已把雾霾纳入其中，可见其危害与国家对其的重视程度。除了影响人们正常的日常生活外，雾霾给电网安全稳定运行也带来一定影响。主要体现在雾霾天气下对电力系统高压输电设备、变电站高压母线、高压配电装置及设备外绝缘的放电电压产生很大的影响，产生甚至在正常工作电压下就会闪络放电。由于雾霾往往是区域性的，一处发生污闪跳闸，则表明这个地区内成千上万个绝缘子均处于濒临污闪的边缘。据统计，自20世纪80年代以来，大面积污闪事故始终是导致我国电力系统大面积停电的首要原因。因此，在选择设备的绝缘水平时，对雾霾造成的威胁应予重视[1]。

1 雾与霾的组分分析及特征

1.1 南北方雾的理化特征及比较

雾是由大量悬浮在近地层空气中的气溶胶粒子、微小水滴（或冰晶）组成的气溶胶系统，而微小水滴（或冰晶）是近地层空气中水汽凝结（或凝华）的产物。输变电设备外绝缘受到雾中污染物和水分的影响，常常发生污闪。造成停电事故，严重威胁电力供应安全[2]。

雾的分布有南北方差异。选取北京为北方地区代表，上海为南方地区代表。根据北京市气象部门的数据，采暖期辐射雾出现的几率高达55.9%；其次是出现几率为40.2%的平流辐射雾；平流雾仅占4%；而锋面雾几乎没有。从数据可以看出，平流雾出现几率最大，分布范围最广，持续时间最长，是对输变电设备影响最重要的雾型。相比之下，上海春冬季出现最多的是辐射雾和锋面雾，对电力系统的安全运行均构成影响。同时根据文献3的所作实地调查可知，北京的雾滴浓度和含水量远高于上海的水平；而上海雾滴平均直径和滴谱峰值直径明显高于北京测点。这反映了南方暖雾和北方冷雾的基本差别。可以看出，温度高、雾滴大、滴谱宽、滴谱峰值高[3]。

1.2 南北方霾的理化特征

霾，也称阴霾、灰霾，是指原因不明的大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。北京市霾的重要来源和比例分别为：土壤尘15%，燃煤18%，生物质燃烧12%，汽车尾气与垃圾焚烧4%，工业污染25%和二次无机气溶胶26%[4]。上海市霾的来源和比例为：机动车尾气占39.5%，燃煤占33%，扬尘占8%，其他占19%（数据来源于《上海市大气灰霾成因及关键污染因子预防控制研究》）。

当粒径、成分不同的飘尘随空气漂浮在电气设备的周围时，会以碰撞、扩散和沉积等方式滞留在电气设备的不同部位，不但会腐蚀设备金属表面，而且会由于持续不断地作用而导致绝缘子表面形成连续的飘尘链，引发局部放电与电弧。

2 雾水导电率对绝缘子染污的影响

对污秽绝缘子，通常雾是最危险的湿润条件。雾可使绝缘子表面污层比较均匀缓慢地受潮，当污层饱和受潮表面电导率达到最大值时，其外绝缘特性降至最低点。

影响电气设备外绝缘特性的主要是绝缘表面污秽物中的可溶盐离子含量，而雾水中离子含量与其电导率EC（单位：μS·cm-1）大致成比例变化。因此，在外绝缘研究领域，以雾水电导率来表征雾霾的污秽程度更为适宜。从相关的新闻报道来看，多地对雾水电导率EC有相关的测量：北京于1999年曾测得雾水电导率高达3080μS·cm-1（pH值为5.2）；上海于1994年曾測得雾水电导率为1900μS·cm-1；南京2006年至2007年的平均雾水电导率为681μS·cm-1[2]。从这些数据可以明显看出与同期雨水离子浓度相比，雾水离子浓度要高出数倍甚至数十倍。另外，从中国电科院和华北电科院的模拟试验中我们可以得出雾霾发生时，轻中污区雾水电导率多小于1000μS·cm-1，重污区雾水电导率多在 2000～3000 μS·cm-1之间，都会使绝缘子表面污秽度有所增加。

针对污雾的雾水电导率和主要离子成分对绝缘子闪络电压的影响，京沪两地均做了模拟雾霾的人工污秽试验[3]。将雾中的离子浓度依雾水电导率分为重雾（2310μS·cm-1）、中雾（1170μS·cm-1）、自来水雾（350～400μS·cm-1）和清洁雾（ ），从不同雾对绝缘子串的闪络电压的影响来判断雾对电气设备的影响。

试验结果表明：随雾水电导率的增加，轻到中等污秽的绝缘子串的闪络电压有所下降。雾水电导率分别为 1200μS·cm-1和 2000μS·cm-1时，其污闪电压比自来水雾时下降约 5%～10%，比清洁雾时下降 17%～20%；而雾水电导率相同时，雾霾的组分与pH值对绝缘子污闪电压的影响很小。

3 雾霾对电气设备绝缘的防范措施

目前我国正处于十三个五年规划，今后五年是我们国家经济保持中高速增长，提高发展的平衡性、包容性、可持续性的决定性阶段，但经济的快速发展带来的环境代价也难以小觑。即使国家日益采取强有力的雾霾治理措施，但不可否认的是社会经济的高速发展和粗放型发展模式的转变将是一个较长期的过程，以 PM2.5 为标志的大气污染将使大范围雾霾天气在较长时间内成为常态。因此，研究降低雾霾对电气设备的影响将是长期的，也是必要的。

由于雾霾对电气设备的影响，主要是在高电压的作用下产生带电微粒而发生表面电导，引起放电电压降低而出现闪络电压，因此增加电气设备外绝缘的爬电距离，尽可能使外表面由亲水性物质变成憎水性，降低电气设备绝缘电介质发生表面电导，可有效地降低雾霾造成的影响。具体可采取以下措施：

（1） 电气设备外表面增加伞裙结构。

（2） 采用复合绝缘子。由于复合绝缘子本身带有伞裙结构。

（3） 喷涂石蜡、绝缘漆、有机硅等材料。

（4） 采取措施使电介质表面洁净、干燥。

以上措施可有效地降低雾霾中的灰尘直接落到电气设备的绝缘外表面上，减少带电微粒的产生，减少电导的发生，提高电气设备绝缘电介质的放电电压。

4 结束语

1）在雾的持续作用下，绝缘子表面污秽度逐渐增大。当污秽度一定，绝缘子串的污闪电压随着雾水电导率的增大而下降。

2）霾中微细导电颗粒的含量以及位置对复合绝缘子沿面放电特征的影响，主要有电晕放电、电晕和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段的放电特征，闪络电压的放电发光亮度与导电颗粒物粒径的含量与位置的变化有一定的规律性。

了解雾霾天对电气设备具体影响特征的同时，我们同样要认识到雾霾带来的电网污闪的防治是一项长期、复杂、综合的工作，应秉承着加强防范措施和提高防范意识结合的原则，对此类问题进行有效治理，做到防患于未然。

参考文献

[1]国网河北省电力公司. 国网河北电力编制《雾霾天气对输变电设备影响调研报告》[N].国家电网报，2013年9月4日：001.

[2]牛生杰，陆春松，吕晶晶. 近年来中国雾研究进展[R].气象科技，2016，6（2）：6-19.

[3] 张开贤，俞燮根，宿志一.湿沉降对输变电设备染污及放电的影响[J].中国电力，1997，30（11）：3-7.

[4]刘勇，张迪，杜伯学，刘宝成.雾霾环境下微细导电颗粒诱发复合绝缘子沿面放电特征[A].电力系统及其自动化学报，2015，27（3）：48-53