PM10与绝缘子积污特性的关系研究

李伟性 张富春 廖 鹏 谢庆云

（超高压输电公司广州局，广州 565000）

PM10与绝缘子积污特性的关系研究

李伟性 张富春 廖 鹏 谢庆云

（超高压输电公司广州局，广州 565000）

为研究PM10与绝缘子积污特性之间的关系、掌握绝缘子表面积污特性，笔者将PM10、污秽（盐密、灰密）及微气象在线监测技术应用于输电线路中。开展对现场运行中PM10、绝缘子污秽（盐密、灰密）及环境温湿度在线监测数据的分析研究，建立了PM10、绝缘子表面污秽度（盐密、灰密）和环境温湿度等因素之间的相互关系模型，提出了PM10与绝缘子污秽度（盐密/灰密）之间存在明显的线性对比关系模型。研究结果表明，笔者设计的PM10、盐密、灰密在线监测装置，能够准确地反应现场绝缘子的污秽状况，能够为线路清扫提供准确判据，对逐步实现电网状态检修具有积极意义。

PM10；污秽；盐密；灰密；温湿度；污闪；泄漏电流

随着我国工业飞速发展，环境污染也日趋严重，PM10值持续攀高不下，绝缘子表面积污严重，随之带来的电力系统污闪事故危害也日趋严重，普遍表现为跳闸率高、影响范围广、危害大等特点，对电网安全运行构成严重威胁。绝缘子污闪是绝缘子表面污秽的沉积、空气湿度、绝缘子绝缘电阻下降等多个因素共同作用的结果，其中绝缘子表面污秽物受潮使得绝缘子表面泄漏电流增大、局部电弧的产生并沿污秽表面的发展是最终闪络的根本原因。绝缘子表面污秽物分为灰密、盐密两大类，其中盐密对污闪影响较大，主要阳离子为Ca2+，NH+、Zn2+、Na+、Mg2+，还有K+等，主要阴离子为SO42−、NO3−、Cl−、HCO3−、还有 F−等，其中以 Ca2+和 SO42−离子含量最大。PM10是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 10μm的颗粒物，化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等。

1 PM10及绝缘子污秽度监测技术

笔者综合采用PM10、绝缘子污秽度和微气象在线监测技术，用于对绝缘子表面污秽度、绝缘子周围环境中的 PM10和环境温湿度等多个参量进行实时监测，用于掌握PM10值的变化对绝缘子积污速度的影响，进行 PM10与绝缘子积污规律的关联特性研究。

1.1 PM10监测技术的实现

笔者利用粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子的质量成正比关系的原理，研制了基于β射线吸收法的实时监测PM10监测模块，通过测量β射线通过干净滤纸和含有粉尘滤纸前后强度的变化，测量出PM10的浓度值。通过与标准过滤称重法的对比校准，笔者设计研制的PM10监测模块具有很高的测量准确性，符合国家相关技术标准中的精度要求。

1.2 光传感污秽监测技术的实现

目前国内外测量绝缘子污秽度的方法主要有绝缘子污层电导率测量、绝缘子局部表面电导率测量、泄漏电流测量和绝缘子表面等值附盐密度测量。由于这些方法存在技术限制或人为因素，都很难合理确定测量周期，无法测得现场绝缘子盐密的年度最大饱和盐密值。研究认为，光纤盐密/灰密传感器对其表面污染具有良好的敏感性，通过检测光在光纤传输过程中的损耗可以达到定量检测污秽物的目的。

笔者基于介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理研究设计了光纤传感器用于测量绝缘子表面污秽。在电网现场实际应用中，为克服光学元器件不稳定因素和提高分辨率，笔者采用多通路分光器技术。设计了光电转换系统和数据系统以及光谱检测硬件和管理软件，选用稳定性优良、色散小、光接受灵敏度高、分光准确的激光发生器，测试了盐密/灰密测量系统的基本特性。

研究发现光纤传感器芯子的光衰减量除了与盐密/灰密有关外，与湿度也有关系，其原因是污秽物中的含盐量在因受潮发生潮解性变化，使得光纤传感器的折射率发生改变所致。盐密和湿度一定时，尘埃比率（污秽物中不溶性物质尘埃的质量分数）也使光衰减量发生变化。试验中发现，在高湿度时，尘埃比率并不影响光的衰减量，随着湿度的减少，特性曲线将出现较大差异。基于所述特性，应用湿度和光衰减量关系的曲线来判别尘埃比率，并要尽量取低湿度下的光衰减量，在此基础上建立盐密与光衰减量、尘埃比率和湿度的数学模型。通过检测光能参数可计算出传感器表面污秽物的多少。

与传统的等值盐密人工测量法相比，笔者设计的光纤传感污秽模块采集的污秽数据，不仅具有很高的准确性，能够满足国家Q/GDW 558—2010《输电线路污秽度状态监测装置通用技术规范》中的精度要求；而且还能够对现场绝缘子污秽度进行实时监测，能够获取运行中绝缘子的实时盐密/灰密值和最大饱和盐密/灰密值，能够避免因为人工测量存在人为误差且不及时、检测时需要线路停电等方面的缺陷。

2 现场应用数据分析

2.1 PM10及绝缘子积污特性的关系数据分析

笔者设计的PM10及绝缘子污秽监测装置，在超高压输电公司广州局所辖的500kV梧罗I线410#杆塔上进行了安装投运，装置采用太阳能+蓄电池供电模式和 3G无线通信方式，对现场绝缘子盐密、灰密、PM10值、环境温度和湿度共5个参量进行实时监测。该监测点周围环境特殊，不仅具有垃圾焚烧厂、煤炭运输铁路线等多个污染源，而且还有对监测点湿度影响较大的河流从旁边经过。结合污秽监测装置长时间运行所积累的现场数据，下面对PM10及绝缘子积污特性的关系进行分析（如图 1至图 3所示）。

图1 PM10＜150（空气质量良好）时绝缘子积污变化曲线

图2 150＜PM10＜300（空气中等污染）时绝缘子积污变化曲线

从上述PM10、盐密/灰密对比曲线图中，可以发现：

1）从图1、图2、图3的污秽对比曲线中可以发现：由于监测点周围有垃圾焚烧厂、煤炭铁路运输线等多个严重污染源，即使外界大环境污染位于轻度范围内（PM10＜150）时，绝缘子表面的积污仍相对比较严重（盐密最高值为0.074mg/cm2，灰密最高是0.83mg/cm2），需要增加该监测点的清扫频率。

图3 PM10＞300（空气重度污染）时绝缘子积污变化曲线

2）从图1的监测数据中可以发现：PM10＜150时，由于外界大环境的污染不严重，绝缘子表面的积污速度整体并没有明显加快的趋势，有时绝缘子表面盐密、灰密值会有小幅增加，但遇到明显降雨时绝缘子表面盐密、灰密值又会明显下降（盐密最低值为0.029mg/cm2，灰密最高是0.29mg/cm2），这说明雨水对绝缘子表面污秽物有较强的冲洗作用。

3）从图 2可以发现：150＜PM10＜300时，绝缘子表面的盐密、灰密值会随 PM10的增加而增加（盐密最高值为 0.096mg/cm2，灰密最高值为1.47mg/cm2），有时遇到明显降水时，盐密、灰密会小幅下降，但持续增加的趋势不会变（盐密最低值为0.071mg，灰密最低值为1.01mg/cm2）。

4）从图3可以发现：PM10＞300时，绝缘子表面的盐密、灰密值会随PM10的增加而快速增加，这种情况多发生在每年的秋冬季，主要是因为这短时间广东地区降雨明显减少，空气中污秽颗粒物比较多，绝缘子在这段时间内的积污是最严重的。

2.2 积污期及其前后不同时段绝缘子积污特性分析

下面是笔者设计的绝缘子污秽监测装置以及超高压公司已投运的其他同类绝缘子污秽监测装置，在积污期及其前后不同时段所采集的绝缘子污秽数据变化曲线（如图4、图5所示）。

对上面两组污秽变化趋势曲线图对比分析，可以发现：

1）南网范围内高压线路的积污期集中于每年的9月到次年的3月，尤其是每年的10月、11月、12月和 1月、2月是每年积污速率最快、积污最严重的时间段；每年4月、5月、6月7月、8月由于南方降雨量比较集中，绝缘子表面污秽物具有明显的冲洗作用，绝缘子积污速率最慢、积污相对较轻。

2）±500kV兴安直流线路 381#、383#、385#监测点分别位于农田、高速公路和工厂附近，附近只有单一污染源，而500kV梧罗I线410#杆塔监测点周围有垃圾焚烧厂、煤炭铁路运输线等多个严重污染源，因此该区域内绝缘子表面灰密度比± 500kV兴安直流线路381#、383#、385#三个监测点绝缘子表面灰密度严重的多。

图4 ±500kV兴安直流线路381#、383#、385#杆塔污秽变化曲线

图5 500kV梧罗I线410#杆塔污秽变化曲线

3 结论

1）通过与监测点安装的污秽模拟绝缘子串采集的污秽数据分析对比，笔者设计的PM10、盐密、灰密在线监测装置，能够准确地反应现场绝缘子的污秽状况，能够为线路清扫提供准确判据，对逐步实现电网由定期检修到状态检修具有积极意义。

2）通过对监测点长期积累的运行数据分析，PM10与绝缘子污秽度（盐密/灰密）之间存在明显的线性对比关系，即PM10较小（环境良好或污染轻）时，绝缘子表面的污秽度不会明显增加；PM10长期趋势增加时，绝缘子污秽度也会趋势增加，而且是线性快速增加。这一线性对比关系，对掌握绝缘子表面积污规律具有重要参考价值。

3）通过对监测点长期积累的运行数据分析，降雨尤其是强降雨对绝缘子表面的污秽物具有明显的清洗作用，但对水泥厂周围的线路杆塔，降雨对这些地点的绝缘子并没有明显冲洗作用，反而会加速绝缘子表面的积污速度，因为水泥厂周围绝缘子表面的污秽物多是水泥，遇到雨水会出现凝固。

4）通过对监测点年度范围内的污秽变化曲线分析，每年第4季度由于降雨少，将是绝缘子表面积污速率最快、表面污秽度最严重的时期，应该增加绝缘子清扫力度。否则，在次年 1月、2月这段时期内，由于降雨量并为明显增多、南方回南天天气频繁、空气湿度明显增大，如果绝缘子表面积污严重，就会造成这段时期内绝缘子污闪事故隐患几率大增。

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Research on the Relationship between PM10and Insulator Filth Characteristics

Li Weixing Zhang Fuchun Liao Peng Xie Qingyun
(Guangzhou Bureau of EHV Power Transmission Company,Guangzhou 565000)

In order to study the relationship between PM10and the filth characteristics of insulator,and to master the filth characteristics of the surface area,the author applies PM10,filth (salt,ash) and micro meteorological on-line monitoring technology to transmission line.The analysis and Research on the on-line monitoring data of PM10,insulator contamination (salt,ash) and environmental temperature and humidity were carried out in the field,and the relationship between the PM10and the surface contamination degree (salt density,dust density) and the environment temperature and humidity were established.The linear correlation model was put forward.The research results show that the PM10,salt and ash dense on-line monitoring device can accurately reflect the filth condition of the insulator,and can provide accurate criterion for the line cleaning.

PM10;filth;salt;ash;temperature and humidity;filth flashover;leakage current