氣象因素對(duì)輸變電設(shè)備污閃的影響

1、氣象因素對(duì)輸變電設(shè)備污閃的影響摘要:文章論述了影響輸變電設(shè)備污閃的各種氣象因素，并結(jié)合防污閃工作提出了幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞:污閃；氣象因素；輸變電設(shè)備1.引言近年來污閃事故日漸突出，所造成的電量損失以及給國民經(jīng)濟(jì)帶來的負(fù)面影響十分驚人。2001年2月東北、華北、華中等地在持續(xù)大霧的惡劣天氣下發(fā)生的大面積污閃再次給電力部門敲響了警鐘，污閃事故已經(jīng)成為威脅電網(wǎng)運(yùn)行的主要的不安全因素之一。從污閃機(jī)理來看，表面積污與污層濕潤是造成污閃的2個(gè)不可分割的因素。輸變電設(shè)備外絕緣表面的污穢程度及污閃情況，除了取決于大氣環(huán)境污染及污染源的性質(zhì)外，還與該地區(qū)的氣象條件密切相關(guān)。因此，電力部門除了采取種種措施提高輸變電

2、設(shè)備的耐污能力外，還應(yīng)加強(qiáng)氣象監(jiān)測，分析掌握各種氣象因素與污閃事故的關(guān)系，從而對(duì)防污工作起到積極的指導(dǎo)作用。2.污閃機(jī)理運(yùn)行中的絕緣子（包括線路絕緣子、變電站支持絕緣子和套管3大類）常會(huì)受到工業(yè)污穢和自然界鹽堿、灰塵、鳥糞等的污染。在干燥情況下，這些污穢物的絕緣電阻很大；但當(dāng)大氣濕度較高時(shí)，在霧、露、毛毛雨等不利的天氣條件下，絕緣子表面污穢物被潤濕，其表面電導(dǎo)和泄漏電流劇增，使絕緣子的閃絡(luò)電壓顯著降低，甚至在工作電壓下就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。這種輸變電設(shè)備在工作電壓下的污穢外絕緣閃絡(luò)稱為污閃。3.影響污閃的氣象因素3.1濕度絕緣子表面污穢的充分濕潤是發(fā)生污閃的必要條件之一。水分的濕潤將使絕緣子表面污層的

3、電導(dǎo)率增加，從而使其絕緣特性明顯降低。當(dāng)污層達(dá)到飽和受潮狀態(tài)，表面電導(dǎo)率達(dá)到最大值，其外絕緣特性將下降到最低點(diǎn)。因此在各種高濕天氣下，絕緣子發(fā)生污閃的概率大增。長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：霧、露、毛毛雨最容易引起絕緣子污閃。這些天氣條件的共同之處在于它們都具有較高的濕度水平（相對(duì)濕度一般在70%80%以上，有的甚至達(dá)到100%），但又沒有形成大量的降水。這時(shí)候之所以容易發(fā)生污閃，是因?yàn)樵跐穸容^高的情況下污穢層被充分濕潤，使得污層中的電解質(zhì)完全溶解，但又不致使污層被沖洗掉，從而在絕緣子表面形成一層導(dǎo)電膜。因此，污層的電導(dǎo)率最大，而污閃電壓最低。這其中又尤以霧的威脅性最大。圖1為東北某電業(yè)局根據(jù)氣象日志統(tǒng)計(jì)

4、得出的各種氣象條件下的閃絡(luò)跳閘百分率。霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)，是近地面層空氣中水汽凝結(jié)（或凝華）的產(chǎn)物。其形成主要是由于近地面空氣的冷卻作用。以河北省為例，大霧主要集中出現(xiàn)在11月至次年2月，類型以輻射霧為主。最常見的霧層高度為2050m，持續(xù)時(shí)間可從1.5h到2、3晝夜。霧的含水量，即1m3空氣中冷凝成水滴的液態(tài)水的g數(shù)，一般為0.20.5g/m3。霧的含水量越高、持續(xù)時(shí)間越長，越容易使污穢層充分濕潤，輸變電設(shè)備面臨的污閃危險(xiǎn)也越大。從化學(xué)特征看，霧水的離子濃度比雨水高得多，這一點(diǎn)在城市中更為突出。有研究表明，城市工業(yè)區(qū)的濃霧其電導(dǎo)率可達(dá)2000S/cm

5、左右，而城市工業(yè)區(qū)邊緣及鄰近農(nóng)村的濃霧其電導(dǎo)率也可達(dá)數(shù)百至1000S/cm以上。加之濃霧的持續(xù)時(shí)間較長，一般可穩(wěn)定地維持?jǐn)?shù)h，因此濃霧對(duì)絕緣子表面有明顯的污染作用?！?.22”污閃事故前，河北南部電網(wǎng)的線路設(shè)備大部分在1a前的秋冬季進(jìn)行了清掃，污閃事故后復(fù)測發(fā)現(xiàn)絕緣子表面污穢增強(qiáng)，除應(yīng)考慮在冬季期間的積污外，由濃霧帶來的濕沉降也使絕緣子表面的污穢度明顯增加。圖2為“2.22”污閃前后連續(xù)監(jiān)測到的溫、濕度變化曲線。可以看出21、22日2次大霧天氣的相對(duì)濕度和持續(xù)時(shí)間。露水是空氣中的水分在溫度低于周圍環(huán)境的絕緣子上的冷凝物，通常出現(xiàn)在夜間，特別是每年初夏的凌晨。露與霧一樣，也能使絕緣子的上下表面都

6、得到充分的濕潤。毛毛雨是稠密而細(xì)小的液體降水，強(qiáng)度一般為0.54.0mm/h，水滴的半徑在50250m范圍內(nèi)，并且絕大多數(shù)為100200m。毛毛雨的降落速度不大，不超過1m/s，持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)h以上。毛毛雨對(duì)絕緣子表面污層的濕潤是逐漸完成的，所以可溶性物質(zhì)的清洗過程非常緩慢，這一點(diǎn)與上述2種氣象條件是相同的。還應(yīng)當(dāng)指出的是霧與露濕潤絕緣子是均勻的，而在毛毛雨下的濕潤是不均勻的。在雨水不能直接落到的部位上，絕緣子受潮較大。因此，霧、露濕潤下的絕緣子閃絡(luò)電壓要比毛毛雨下的絕緣子閃絡(luò)電壓低得多。有試驗(yàn)表明，在強(qiáng)度為130mm/h毛毛雨下的污穢絕緣子，閃絡(luò)電壓約比霧濕潤時(shí)高出2040%。3.2溫度絕緣

7、子污層的濕潤同樣受到溫度的影響。這里主要是指絕緣子表面溫度與環(huán)境溫度之間的溫度差。溫差不同，濕潤的方式、速度、均勻程度等也不同，從而造成絕緣子污閃特性的差異。污層的濕潤包括冷凝、水滴碰撞、水分吸附和水珠擴(kuò)散4種方式。當(dāng)絕緣子表面溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，形成正溫差，污層的濕潤由水滴碰撞、水分吸附、水珠擴(kuò)散引起；當(dāng)絕緣子表面溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，形成負(fù)溫差，則污層的濕潤除了由上述3種方式引起外，更重要的一點(diǎn)是空氣中的水分被直接冷凝到絕緣子的表面上。正溫差越大，濕潤的速度越慢，污層越不易受潮；而負(fù)溫差越大，則污層的濕潤就越快也越充分。運(yùn)行中的絕緣子，發(fā)生污閃的時(shí)間一般在潮濕天氣的凌晨時(shí)分，這時(shí)空氣的氣溫已

8、經(jīng)開始上升，絕緣子的溫度則由于其熱容量比空氣大許多而上升緩慢，這時(shí)絕緣子的溫度低于周圍環(huán)境溫度，形成負(fù)溫差。若此時(shí)空氣中的水分充沛，則絕緣子表面的濕潤將比較充分，此時(shí)其耐污閃的性能最差。此外環(huán)境溫度越高，同樣污穢程度絕緣子的污閃電壓越低。這是由于溫度升高，物質(zhì)的溶解度增大，電解液粘度降低，離子的運(yùn)動(dòng)速度加大，從而使污層電導(dǎo)率明顯增加而污閃電壓則明顯下降。有研究表明，環(huán)境溫度每升高1,污閃電壓將下降0.7%1%。3.3氣壓空氣中放電電壓隨其密度增大而加大，這是由于隨著密度增加，空氣中電子的平均自由行程縮短，電離過程減弱造成的。所以一般而言，高氣壓下的閃絡(luò)電壓要比低氣壓時(shí)高。對(duì)污穢絕緣子閃絡(luò)特性與

9、氣壓之間關(guān)系的試驗(yàn)研究表明，在其它條件相同的情況下，絕緣子污閃電壓隨氣壓的降低而減小，絕緣子污閃電壓與氣壓之間的關(guān)系為：式中U0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓0下的污閃電壓；U氣壓P下的污閃電壓；n常數(shù)。U0和n與絕緣子的形狀和污穢程度有關(guān)。3.4降水降水對(duì)大氣中的污穢物質(zhì)有較強(qiáng)的凈化作用。就降雨而言，可按雨強(qiáng)分為大雨、中雨、小雨。每h幾十到幾百mm降雨量的大雨，對(duì)污穢地區(qū)絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)是有利的。中雨的雨強(qiáng)也可達(dá)2.58.0mm/h。大雨和中雨的雨強(qiáng)大，可將絕緣子上部表面的可溶鹽類沖洗掉，使絕緣子的耐壓強(qiáng)度在一定程度上得以恢復(fù)，因而很少發(fā)生污閃。而毛毛雨和小雨不僅雨強(qiáng)小，水滴半徑以及降落的速度也很小，沖洗作用并

10、不明顯，這時(shí)起主要作用的是對(duì)污層的濕潤，所以造成的污閃事故較多。圖3為某地按月測量的等值附鹽密度隨降雨量的變化情況。隨著降雨量增大，絕緣子表面的等值附鹽密度會(huì)顯著下降。3.5風(fēng)和湍流一般把空氣的水平運(yùn)動(dòng)稱為風(fēng)。排入大氣的污穢物質(zhì)在風(fēng)的輸送作用下，便隨著大氣做水平移動(dòng)。風(fēng)速是污染源影響范圍的重要參數(shù)。隨著風(fēng)速的增大，單位時(shí)間從污染源排放出來的污染物被拉長散布，對(duì)污穢具有稀釋作用。而風(fēng)向則影響受污范圍的趨向，污染區(qū)總是在污染源的下風(fēng)向。通常，污染范圍基本上是以污源為起點(diǎn)的扇形范圍。風(fēng)速的大小并不是十分穩(wěn)定的，而風(fēng)向也是有擺動(dòng)的，風(fēng)的這種無規(guī)則的陣性和擺動(dòng)叫做大氣湍流。大氣湍流的結(jié)果使空氣各部分得到

11、充分混合，所以進(jìn)入大氣的污穢由于湍流的混合作用而使污染物逐漸分散稀釋。當(dāng)風(fēng)的陣性和擺動(dòng)比較猛烈時(shí)，大氣湍流較強(qiáng)，大氣的稀釋能力也較強(qiáng)；當(dāng)大氣湍流比較弱時(shí)，大氣的稀釋能力比較弱。3.6逆溫一般情況下氣溫是隨高度的升高而降低的，當(dāng)氣溫隨高度升高而升高時(shí)即為逆溫。在逆溫狀態(tài)下，大氣相對(duì)比較穩(wěn)定，不利于污染物的擴(kuò)散和稀釋。尤其在冬季夜間，由于大地表面強(qiáng)烈的降溫作用或受冷空氣的影響，地表及靠近地面的空氣大幅降溫，使得這個(gè)降溫層的上部氣溫高于降溫層的氣溫，出現(xiàn)逆溫。這時(shí)暖而輕的空氣在上面，冷而重的空氣在下面，空氣結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定，使接近地面的水汽和污染物不易向上擴(kuò)散，造成近地層既有豐富水汽，又有污穢物可充當(dāng)水汽凝結(jié)核的狀態(tài)。一旦溫度下降就形成對(duì)電力設(shè)備外絕緣有嚴(yán)重威脅的“臟霧”，極易誘發(fā)輸變電設(shè)備污閃。4.結(jié)語a.氣象因素與輸變電設(shè)備的污閃密切相關(guān)，為預(yù)防和杜絕大面積污閃事故，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及試驗(yàn)等單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各種氣象信息的統(tǒng)計(jì)和分析，掌握其中的一般規(guī)律。b.長時(shí)間沒有降水時(shí)，各種高濕天氣及逆溫的出現(xiàn)將加重輸變電設(shè)備的積污，使發(fā)生污閃的概率大增，對(duì)此應(yīng)引起高度注意。c.電力設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行變電站或輸電線路的選址時(shí)，應(yīng)充分考慮有關(guān)氣象因素，盡量使輸變電設(shè)備避開污染源的下風(fēng)處。d.在污閃事故較多的季節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各種災(zāi)害性天氣的監(jiān)視