大氣中霧霾混合物對輸電線路設(shè)備的影響概述

沈楠 徐鵬航

摘? ?要：由于霧霾天氣近幾年才引起人們的注意，關(guān)于霧霾對輸電線路外絕緣的影響的研究還比較少，處于發(fā)展階段。用傳統(tǒng)的應(yīng)對外絕緣表面污閃的辦法來解決霧閃和霾閃是不起作用的，浪費(fèi)大量的人力、物力、財力，卻無法達(dá)到預(yù)期效果，所以對霧霾對輸電線路外絕緣的影響的研究也顯得至關(guān)重要。本文從霧霾的形成、化學(xué)組成、對線路影響的角度分析，對實踐工作具有非常意義性參考意義。

關(guān)鍵詞：霧霾? 外絕緣? 閃絡(luò)? 放電

中圖分類號：TP39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0129-02

絕緣子是輸變電設(shè)備中數(shù)量最多、類型最豐富、運(yùn)行環(huán)境受到大氣環(huán)境影響最大的電氣元件，2010年2月河南省500 kV花祥II線187#塔C相導(dǎo)線對橫擔(dān)放電的原因分析，得出結(jié)論認(rèn)為該事故為大霧混合空氣揚(yáng)塵的霧滴附著在瓷質(zhì)跳線串表層.使絕緣子絕緣性能下降.導(dǎo)致線路短路。形成污閃事故;2012年1月1日河南鄭州大霧導(dǎo)致高鐵D1002次列車兩次出現(xiàn)“霧閃”斷電事故，造成三次動車晚點(diǎn);2012年3月河南省平頂山市區(qū)開源路南段線路污閃。我們可以看出，隨著大氣環(huán)境的惡化，污閃事故頻發(fā)，而一旦發(fā)生污閃，事故面積區(qū)域廣，有可能造成大面積停電事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1? 霧霾與霧的成因

1.1 霧霾形成

霧霾是空氣中大量極細(xì)小的顆粒物均勻地浮游在空氣中的空氣混濁現(xiàn)象，霧和霾的主要區(qū)別在懸浮物的水份含量，一般情況下相對濕度小于80%為霾，相對濕度在80%～95%之間是濕霾和輕霧的混合體，相對濕度大于95%為霧。

霧霾一般在逆溫、降溫、靜風(fēng)現(xiàn)象下容易產(chǎn)生。主要原因是：（1）污染物排放的增加。近年來，由于工業(yè)的發(fā)展，城市的擴(kuò)大，汽車的增加，人類活動的增加，導(dǎo)致污染物的排放增加，在污染物得不到稀釋的情況下就容易造成霧霾天氣。（2）垂直方向上的逆溫現(xiàn)象。逆溫現(xiàn)象是指地球表面上空出現(xiàn)比低空更高氣溫的現(xiàn)象，正常情況下上空的氣溫比低空的低，污染物由氣溫低的低空向氣溫高的高空運(yùn)動，而逆溫現(xiàn)象阻止了污染物的排放，導(dǎo)致污染物的停留。（3）水平方向上的靜風(fēng)現(xiàn)象。由于近年來城市建設(shè)，高樓越來越多，越來越多的農(nóng)村城市化，使地面摩擦系數(shù)顯著增加，使得靜風(fēng)現(xiàn)象增多，不利于污染物向城市外圍排放。

1.2 霧的形成

霧的形成的條件有三個：一是冷卻，二是加濕，三是有凝結(jié)核，增加水汽含量。在近地面水汽比較充沛且比較穩(wěn)定或有逆溫存在的夜間和清晨，氣象上叫輻射霧。

另一種是暖而濕的空氣作水平運(yùn)動，經(jīng)過寒冷的地面或水面，空氣中的水蒸汽逐漸受冷液化而形成的霧，氣象上叫做平流霧。

它們的本質(zhì)區(qū)別在于，霧是正?？諝猬F(xiàn)象，對電力系統(tǒng)的污閃無多大影響，而霧霾經(jīng)常會引起輸電設(shè)備、線路發(fā)生閃絡(luò)接地，進(jìn)而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

2? 霧霾的主要成分

在對霧霾的研究中，通過對霧霾中的離子成分、各離子的含量、各離子的粒徑分布判斷霧霾中污染物的來源。所含主要離子以及各種粒子的主要來源如下：NH4+主要由于NH3的凝結(jié)，燃煤和農(nóng)業(yè)化肥的使用增加了NH3的排放;SO2-4主要來源于取暖物、煤、石油、天然氣的燃燒、硫酸以及冶煉廠SO2的排放使SO2-4的增加;NO3-來源于汽車尾氣、海鹽、揚(yáng)塵、化石燃料的燃燒使氣溶膠中的NO3-濃度增加;K+來源于生物質(zhì)的燃燒、土壤塵;Ca2+來源于地表土壤和揚(yáng)塵、建筑施工產(chǎn)生的灰塵;Na+來自于土壤源、燃煤的燃燒、海洋氣溶膠與礦塵;Cl-來源于海洋、化石燃料的燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、沙塵。

3? 霧霾的模擬方法

宿志一用霧水電導(dǎo)率表示霧霾的臟污程度。北京按全模擬法進(jìn)行，污霧的主要離子成分取SO2-4、NO3-、NH4+、Ca2+、Na+、Mg2+，離子濃度依霧水電導(dǎo)率分為重（2310S/cm）、中（1170S/cm）2種;并與自來水霧（350～400S/cm）和清潔霧（蒸餾水，400S/cm）進(jìn)行比較。上海按主成分法進(jìn)行，根據(jù)主要離子濃度的分布范圍確定對電導(dǎo)率影響的因子排序，再根據(jù)所需電導(dǎo)率（分別為1200S/cm和2000S/cm），以顯著性影響因子為主按一定的配比進(jìn)行模擬;模擬霧霾選用2種：一種主要離子為NO3-（其濃度是SO2-4濃度的16倍），突出機(jī)動車尾氣排放;另一種主要離子為SO2-4（其濃度為NO3-濃度的16倍），突出工業(yè)燃煤污染。表面污層按和的不同配比進(jìn)行模擬。

鄧鶴鳴利用水霧，粉煤灰、氧化鐵等模擬霧霾環(huán)境。氧化鐵、粉煤灰、超聲水霧、水蒸氣、噴射水霧的密度分別為5.18、0.92、1.00、1.00、1.00g/cm3。直徑分別為0.040? ? ? 0.045、0.0059、0.0067、0.020 mm。通過對不同粒徑的分析來判斷放電路徑的選擇。

馬軍等人在實驗室模擬水霧、鹽霧、酸霧等霧霾氛圍，在人工霧室中產(chǎn)生不同鹽度和酸度的霧，模擬不同的空氣濕度和濃霧等條件。實驗用氯化鈉來模擬污穢物中的溶水型物質(zhì)，用硅藻土、甲基纖維素、二氧化硅、粘土等來模擬不溶于水的物質(zhì)。鹽霧的選取鹽度分別為3.5kg/m3和7kg/m3，對應(yīng)的體積電導(dǎo)率分別為6mS/cm和11.5mS/cm的鹽溶液。酸霧選取pH分別為7，5.6，4.0的醋酸溶液。

4? 霧霾對輸電線路的影響

霧霾對輸電線路的影響主要有兩方面：一是霧霾天氣導(dǎo)致的絕緣子表面積污的增加;二是霧霾導(dǎo)致的濕沉降及其對絕緣子污閃電壓的影響。

4.1 霧霾天氣導(dǎo)致的絕緣子表面積污的增加

絕緣子發(fā)生閃絡(luò)的時候?qū)⒔?jīng)過四個階段：積污、受潮、干區(qū)形成、閃絡(luò)。而霧霾顆粒在空氣中所受的主要作用力包括：重力、浮力、氣動阻力，以及因?qū)恿鞫a(chǎn)生的Saffman力，重力與浮力不隨風(fēng)速變化，只與顆粒粒徑相關(guān)，顆粒所受 Saffman力會隨著風(fēng)速的增大而增大，當(dāng)空氣中的污穢物增多時，污穢顆粒會由于力的相互作用而沉積到絕緣子上面，污穢物越多，沉積的概率肯定越大，而霧霾中主要由細(xì)顆粒組成，通過以前的研究可知，絕緣子傘裙內(nèi)積污也很嚴(yán)重，并且是細(xì)顆粒占主要成分，又不容易被雨水沖刷掉，所以霧霾對絕緣子積污有很大的影響。

4.2 霧霾天氣導(dǎo)致濕沉降增加

我們知道在霧、露、毛毛雨的天氣下很容易發(fā)生絕緣子污閃事故，主要由于雨水可以溶解絕緣子表面的可溶鹽成分，大雨的時候可以將表面的污穢物沖刷掉，而霧霾天氣下，空氣中含有很多二次氣溶膠（銨鹽、硫酸鹽、硝酸鹽），這些物質(zhì)對輸電線路外絕緣的影響很大，當(dāng)在霧、露、毛毛雨等高濕度的環(huán)境下，很容易溶解并且沉積在絕緣子表面上，很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。

5? 放電過程參考

污穢在絕緣子表面不均勻時，閃絡(luò)前的白弧電流存在“零休”，即存在電弧的熄滅或重燃，相應(yīng)的電流波形產(chǎn)生畸變，電流過零持續(xù)一段時間，并且表面污穢膜越不均勻，“零休”現(xiàn)象越明顯;某一種角度上可以參考覆冰絕緣子的放電過程機(jī)理一致，按泄漏電流的變化規(guī)律定性分為基本電流、電暈流注電流、白弧電流和閃絡(luò)電流四個階段。

6? 結(jié)語

隨著霧霾天氣的頻發(fā)，如何保證絕緣子優(yōu)越的性能，是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行的前提，我們不得不重視霧霾天氣對輸電線路外絕緣的影響，由于污穢霧和霧霾的主要區(qū)別在于相對濕度的區(qū)別，而我們在實驗室進(jìn)行絕緣子的閃絡(luò)電壓與泄漏電流的相關(guān)實驗的時候，都是模擬的高濕度環(huán)境，而對于低濕度環(huán)境的研究較少，并且對于污閃事故到底是霧閃還是霾閃也不是很清楚，所以決定在實驗室模擬不同相對濕度的霧與霾，以弄清霧閃與霾閃的區(qū)別，以期對電力系統(tǒng)日益嚴(yán)重的霧閃和霾閃問題的認(rèn)識提供借鑒，為減少此類事故提供依據(jù)和參考。

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