绝缘子表面的积污及影响因素

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1、绝缘子表面的积污及影响因素2.1 绝缘子表面的积污大气环境中充满了各种气态、液态污染物和固体微粒。固体微粒中直径较大者，在重力 作用下垂直降落；直径较小者呈悬浮状态，也在绝缘子周围运动着。微粒在绝缘子表面上的 沉积是一个风力、重力、电场力综合作用的结果。重力只对直径较大的微粒起作用，且主要 影响污染源附近绝缘子的上表面。电场力的作用表现在电场力使微粒在交流电场中作振荡运 动，使微粒朝着电力线密集的一端积聚。在污秽积聚的影响因素中，风力和绝缘子外形的影 响是主要的。空气运动的速度和绝缘子的外形决定了绝缘子表面附近的气流特性，在不形成 涡流的光滑表面附近（例如，XWP2双层伞型和XMP草帽型），微

2、粒运动速度快，从而减少了 它们降落在绝缘子表面的可能性；反之，下表面具有高棱和深槽的绝缘子表面附近则易形成 涡流，使气流速度下降，创造了污秽沉积的有利条件。大气污染比较严重地区的浓雾，对绝缘子表面的污染也是明显的。研究表明，城市工业 区的浓雾的雾水电导率可达2000us/cm2扩左右，一次来雾可稳定地维持数小时。城市工业 区的边缘及邻近农村的浓雾的雾水电导率也可达数百至1000us/cm2以上。雾对绝缘子表面 的实际污染在北京地区的清河和草桥两个试验站进行了实测，其结果是，一次8-10小时的 大、中型雾，绝缘子表面盐密值可增加0.01ng/cm2左右。人工模拟试验表明，当雾水电导 率为2000

3、us/cm2时，XP-160绝缘子，受雾610h,盐密值可增加0.030.04ng/cm2。雾水 电导率为2000us/cm2的雾可使设备的污闪电压比蒸憎水雾下降20%左右。绝缘子表面沉积的污秽，来源于该地大气环境的污染，其积聚速度还与绝缘子本身的结 构、表面光洁度有着密切的关系。长期的运行经验表明，城市工业区及大气污染严重的地区， 一般绝缘子表面的积污也比较多，工业规模愈大，对周围影响的范围也愈大。原电力部电力 科学院等单位研究表明，对于大气扩散和传送能力强的大城市，工业污染扩散对电力系统污 染的影响范围可达2030km及以上；中等工业城市的影响范围可达120Km;对四川盆地、长 江三峡、汉

4、中盆地等大气净化能力弱地区，城市工业污染影响范围多在10km之内。绝缘子表面的积污过程具有复杂的动态特性，一般情况是一个缓慢变化的过程，它受各 种大气条件和风力、重力、静电力等多种因素影响的一个动态过程。污秽多、大气污染严重 绝缘子积污也就多。虽然大雨有自治作用，能提高污闪电压，但干旱少雨的季节使污秽量逐 年增加。绝缘子的形状也影响积污量，在同一个地区不同形状的绝缘子积污量是不同的，形 状较简单的、气体动力学特性较好绝缘子积污量较少。实践证明我国通用的双伞型防污绝缘 于，因具有光滑而倾斜的裙边，涡流区小，积污量较小 ，而钟罩型耐污绝缘子积污较快， 应用于空气潮湿多雾的南方地区防污效果差。静电力

5、对绝缘子的积污，理论上是有影响的，带电比不带电积污快，直流比交流快，但 在风大以及急剧积污的地区，静电力不是决定积污量的主要因素。上海超高压局有不少地区 的现场测试数据，可以说明带电与不带电的积污差别是在盐密测试分散性范围之内，工程应 用上可以忽略不计。也有文献认为绝缘子上的电场能使污秽物积留，特别是500kV电网积污 较，通常盐密要高出35，并且提出绝缘子下表面带电积污是不带电积污的1.3倍。 四川电网多年污秽测量说明，特别是近年超高压500KV二自线、自渝线的测试表明，带电与 不带电积污之比多数在1.21.4之间。由上所述，大气环境中充满了各种气态、液态污染物和固体颗粒。固体微粒中直径较大

6、 者，在重力作用下垂直降落，直径较小的微粒呈悬浮状在绝缘子周围运动。绝缘子表面污秽方面也取决于微粒和表面接触物的积聚，一方面取决于促使微粒接近绝缘子表面的力，另 时保持微粒的条件。2.2 影响因素污闪闪络主要由两个因素决定，一是大气污染造成的绝缘子表面积污；二是能使积聚 的污秽物质受潮的气候条件；另外还有海拔高度等一些因素的影响。1. 表面积污 绝缘子表面上污秽层是由空气中悬浮的固体、液体或气体微粒的沉积而形成的，积污 过程与绝缘子等绝缘子的形状、污源的性质、气象条件等有关。在污秽层中沉积的污秽物质 有可溶解性物质和不可溶解性物质，一般来讲，污秽物中含有 NaCl、CaSO4 及其他成分。 绝

7、缘子表面灰密不同，污闪电压也不同，灰密增大，污闪电压将降低，反之增大；污秽物的 不同成分对绝缘子的污闪特性的影响也不同，一般来说， NaCl 比 CaSO4、CaCl2、MgSO4 等物质的影响大一些。为了定量地评价污秽水平，提出过很多种表征污秽度的参数，如等值附盐密度、污层 电导率、局部表面电导率、泄漏电流、污液浓度等。在城市工业区及大气污染较严重的地区 绝缘子表面的积污也较多，绝缘子表面积污程度的表征量一般用等值盐密表示，据一些输电 线路上绝缘子表面沉积污秽的盐度值统计，其值可用式（5-1）表示ESDD=Ae-BS（5-1） 式中，ESDD为绝缘子表面污秽物等值附盐密度，mg/cm2；S为

8、距污源的距离，A,B为常 数。2. 气候条件 污秽表面的湿润，将使泄漏电流大大增加，并在潮湿层中产生热量，在各种湿润强度的 作用下，污秽层的湿润程度和电导率将逐步增大，引起闪络电压值的降低。污秽绝缘子表面 的湿润可由小雨和雾等直接产生，也可由相对湿度、绝缘子表面与周围空气的温差等产生。 长期的运行经验表明，雾、露、毛毛雨最容易引起绝缘子的污秽放电，其中雾的威胁性最大。据一些部门的统计，19701983年华北地区110220kV线路污闪跳闸的气象条件，其中大 雾天气下的污闪占76.4，毛毛雨占9.7。雾是悬浮于空气中的由蒸汽冷凝而成的水滴，平均半径有57um，能构使污层充分湿 润，使污层中的电解

9、质成分溶解，但又不使污层被冲洗掉，在这种条件下污层的电导率最大， 污闪电压最低。露是空气中水分在温度低于周围空气时的冷凝物，一样能使绝缘子的上下表面都湿润， 是容易造成污闪的气象条件，在埃及较干燥的沙漠地区曾发生由凝露引起的严重污闪事故。毛毛雨一般仅仅能湿润绝缘子的上表面，在相同的条件下，一般污闪电压比浓雾条件高 2030。3. 海拔高度 随着海拔增高，污闪事故也相对增多，据有关部门调查，海拔较高的西宁地区35kV110kV系统10次变电事故中，污闪事故占80%。随着海拔升高，气压降低，各种线 路绝缘子的直流和交流污闪电压均有规律的降低，污闪电压U和气压P之间呈现非线性关 系， 可表示为：U

10、U （厶n（5-2）0p0式中，U0为正常大气压P0下的污闪电压，下降指数n反映气压对于污闪电压的影响程度。第三节、绝缘子污闪的发生及发展（李德超）在线运行的绝缘子，在大气环境中，受到工业排放物以及自然扬尘等环境因素的影响， 表面逐渐沉积了一层污秽物。当遇到潮湿天气时，污层中的可溶性物质溶于水中，形成导电 水膜，这样就有泄露电流沿绝缘子的表面流过，其大小主要取决于脏污程度和受潮程度。由 于绝缘子的形状、结构尺寸等因素的影响，绝缘子表面各部位的电流密度不同，电流密度比 较大的部位会先形成干区，干区的形成使得绝缘子表面电压的分布更加不均匀，干区承担较 高的电压。当电场强度足够大时，将产生跨越干区的

11、沿面放电，依脏污和受潮程度的不同， 放电的类型可能是辉光放电、火花放电或产生局部电弧。局部电弧是一个间歇的放电过程， 这种间歇的放电状态可能持续相当长时间，当脏污和潮湿状态严重时，局部电弧会逐步发展； 当达到和超过临界状态时，电弧会贯穿两极，完成闪络。3.1 污闪的发生污闪放电是一个涉及到电、热、和化学现象的错综复杂的变化过程，宏观上可将污闪过 程分为以下4 个阶段：1）绝缘子表面的积污2）绝缘子表面的湿润3）局部放电的产生4）局部电弧发展，完成闪络1）绝缘子表面的积污 绝缘子表面沉积的污秽物，来源于该地域大气环境的污染，也受大气条件的自清洗（例 如，风吹和雨淋），还与绝缘子本身的结构形状、表

12、面光洁度等因素有着密切的关系。长期的运行经验表明，在城市工业区及大气污染较严重的地区绝缘子表面的积污也较 多，工业规模愈大，对周围影响的范围也愈大。一般来说，距工业污染源愈愿，影响愈弱， 绝缘子表面积污程度的表征量等值附盐密度也减少。据重点工业城市对44 条输电线路 上绝缘子表面沉积污秽的盐度值统计，其值可用式（5-3）表示ESDD=Ae-BL（5-3）式中，ESDD为绝缘子表面污秽物等值附盐密度，mg/cm2；L为距污源的距离，A,B为常数。大气污染比较严重地区的浓雾，对绝缘子表面的污染也是明显的。研究表明，城市工业 区的浓雾的雾水电导率可达200uS/cm左右，一次大雾可稳定地维持数小时。

13、城市工业区的 边缘及邻近农村的浓雾的雾水电导率也可达数百至1000Us/cm以上。大气环境中充满了各种气态、液态污染物和固体微粒。绝缘子表面污秽物的积聚，一方 面取决于促使微粒接近绝缘子表面的力，另一方面也取决于微粒和表面接触时保持微粒的条 件。微粒在绝缘子表面上的沉积，受风力、重力、电场力的作用，其中于风力对绝缘子表面 积污起主要作用，因此，有风、无风及风大、风小均对微粒的沉积影响较大，也直接影响绝 缘子上、下表面积污的差别以及带电与否对积污的影响。带电与否对绝缘子积污的影响，与地区的地理、气象等条件有很大关系，一般说来，如 果污秽是急剧形成的（如风、海、雾），带电与否对积污的影响不大；如果

14、污秽是缓慢积聚 的，则带电与否有较大的影响，带电绝缘子的积污比带电绝缘子的积污要严重，在直流电压 下绝缘子的积污比交流电压下绝缘子的积污要严重。另外，绝缘子表面的光洁度等也影响微粒在其表面的附着。因此，新的、光洁度良好的 绝缘子与留有残余污秽的或者表面粗糙的绝缘子相比，其沉积污秽的状况是不同的。绝缘子 表面的光洁度越高，越不沉积污秽。2）绝缘子表面的湿润大多数的污秽物在干燥状态下是不导电的，该状态下绝缘子放电电压和洁净干燥时非常 接近。但是当这些污秽物吸水受潮时，在绝缘子表面就会形成一层导电水膜，污物中的电解 质成分电离，在水溶液中以离子形态存在时，污秽面的电阻就变小，绝缘子的闪络电压明显 降

15、。污秽绝缘子表面的湿润由于小雨和雾等可直接产生，其他也可由相对湿度、绝缘子表面 与周围空气的温差等而产生湿润。若相对湿度增高，表面上附着的电解质会吸湿，开始湿润。 开始吸湿的相对湿度依电解质的种类而异，例如，食盐为 75%左右，氯化镁约为 35%，取 决于电解质水溶液的饱和蒸汽压。另一方面，由于夜间的辐射冷却和暖气的流入等，绝缘子 表面温度比周围的低，其表面附近的空气层的相对湿度上升，导致吸湿。当然，绝缘子表面 的吸湿量随相对湿度、温差或附盐密度的增高而增大。闪络电压降低的程度与润湿污层的电导率有关，长期的运行经验表明，雾、露、毛毛雨 最容易引起绝缘子的污秽放电，其中雾的威胁性最大。华北电力科

16、学研究院统计了 1970 1983年华北地区110220kV线路污闪跳闸的气象条件，其中大雾天气下的污闪占76.4%, 毛毛雨占 9.7。这些气象条件之所以容易发生污闪，是因为它们能构使污层充分湿润，使 污层中的电解质成分溶解，但又不使污层被冲洗掉。在这种条件下污层的电导率最大，污闪 电压最低。露和雾一样也能使绝缘子的上下表面都湿润，是容易造成污闪的气象条件，污闪事故多 发生在凌晨，这也与该时刻容易凝露有关。在埃及较干燥的沙漠地区曾发生由凝露引起的严 重污闪事故。凝露气象条件对绝缘子污闪的影响是严重的，对此不可掉以轻心。近年来，凝 露对室内10kv设备曾造成一连串的闪络事故，也应引起重视。毛毛雨一般仅仅能湿润绝缘子的上表面，在相同的条件下，一般污闪电压比浓雾条件高 20%30%。雨一般分为大雨、中雨和小雨。小雨时，雨点清晰可见，无漂浮现