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输电架空线路污闪事故与预防

作者:本站原创     文章来源:本站原创    更新时间:2013年07月09日     
内容预览
             
       污秽的形成污秽的沉积。绝缘子表面污秽是由空气中的悬浮物、液体、气体微粒的沉积而成。它的集聚过程,一方面取决于污秽微粒运行并接介质表面的作用力;另一方面与微粒保持条件(粘著力)有关。假使微粒运行的作用力有风力、磁场力和重力,主要是风力、空气运动的速度和形成与绝缘子外部表面形状、憎水性决定著微粒的沉积。如光滑表面,气流大则沉积少;表面粗糙又在涡流、气流速度下降处,则微粒沉积便多。在工厂污源附近,大的污秽微粒垂直降落,则污秽沉积严重。沿海一带常有盐分微粒,随海风运动,粘附在绝缘子表面,还与介质表面的污秽、微粒粘附力有关。可以发现清洁绝缘子起始污秽沉积缓慢,只有在形成薄膜后污层厚度迅速增加。至于在运行电压方面,交流电场带电微粒做振动运动只是促使其中性微粒极化,指向电力线密集的一边,而在直流电场下,由于介质极化和静电吸尘,微粒沉积要比交流严重得多。总之,污秽的沉积与污源性质、气象条件、电压类型、绝缘子表面、性状及电场强度有关。根据污秽层不同起因,污秽层可以分为自然型污秽和工农业污秽两大类,后一类则具有更多的化学性微粒。   污秽的湿润。水分的湿润,将使绝缘子表面形成导电膜,并使污层电导率增加,从而使绝缘子表面绝缘性能降低,泄漏电流增加,并由此产生热量,引起闪络电压降低。而雾和毛毛雨是污层湿润的主要来源。雾是悬浮于空气中、由水蒸汽冷凝而成的水滴,出现机率一般在清晨,含水量0.2~0.5/立方米,高度约在一个塔高(20~50米)。露水是空气中的水分,在温度低于周围空气的绝缘子表面的冷凝物,通常出现在夜间或初夏清晨。毛毛雨的强度一般为0.5~4mm/h,水滴半径100~200um,降落速度不大,但持续时间不短。只有每小时几十至几百毫米的大雨,对污秽微粒清洗反而有利。   污秽层湿润受潮是一个复杂和较长期的过程,它不仅与上述自然大气候有关,还与绝缘子所处安装位置的小气候有关。因此,研究污层要作综合分析。   作用电压频率及其持续时间。在持续的直流或交流电压作用下,由于交流电压有过零现象,则有电弧熄灭、重燃过程。一般直流污闪电压比交流低。   污秽放电污闪实质。目前,有关绝缘污秽表面的放电机理,还没有统一的看法。笔者认为,沿绝缘子湿润污秽表面的闪络现象不是一种单纯的空气间隙击穿,而是一种与电、热、化学因素有关的污秽表面气体电离及局部电弧发展的热动力平衡过程,即泄漏电流、辉光放电、局部电弧、完全闪络。   泄漏电流。污秽层受潮以后,其中的电解质首先发生电离,形成了导电膜,泄漏电流也随之增大起来,焦耳热也相应加大,由于污秽在绝缘子表面的分佈是不均匀的,沿泄漏的路径也不相同,因此绝缘子表面泄漏电流分佈也是不均匀的。在表面泄漏电流密度大的区域,如盘形绝缘子的钢帽、钢脚附近,泄漏电流就大,热焦耳也大,形成干区,出现高的电阻,它将耐受绝大部分的外加电压,改变绝缘子表面电场分佈,泄漏电流将增大。    辉光放电。当烘干区形成后,绝缘子表面的物理过程发展因两端所加电压的不同而不同。当电压很低的烘乾区电场强度不足以使两边空气发生碰撞电离而形成局部放电时,泄漏电流只有几百微安。当电压稍高,虽然整个污层的平均电位梯度不高,但在烘乾区的电位梯度足以高达发生空气碰撞游离,会在钢帽的周围出现局部放电现象---辉光放电。辉光,是一层蓝紫色光圈,电流在几个毫安以下。随著辉光放电的发展,放电通道电阻相应增大,通过电流减少,热焦耳也小,因而放电通道烘乾区重新湿润,恢复电导,局部放电熄灭。当泄漏电流又使之乾燥时,又恢复上述过程,这样反覆循环,泄漏电流在局部位置发生电蚀,介质层面损伤。    局部电弧。两端电压继续加大(或者污层进一步受潮),泄漏电流也随之增大,由辉光放电形式出现的局部放电转变为具有电弧性质的放电形式,它跨越了乾燥区,成为局部电流。运行电压所供给的电能消耗在局部电流的燃烧和绝缘子表面发热上,整个泄漏电流的大小将由以下两种情况而发展:a.当表面乾燥影响占优势时,电阻值增加,干区扩大,泄漏电流减小,电弧经零点熄灭。但当干区因周围湿润下其范围缩小时,电弧又重新燃起,形成间隙小电弧。b.当电解质温度系数影响占优势时,电阻值减小;或周围环境湿润,泄漏电流增加,与之相应电弧电流增加,电弧会进一步伸长。当电弧单位长度压降减少到污层长度压降时,电弧迅速向对方电极贯通,形成闪络。   完全闪络。此时,若两端所加电压大于50%闪络电压时,只要经过几个工频周期,就发生完全闪络,但应该说明这时绝缘子表面电压不均匀是在表面分段发生的闪络,待绝缘子的表面热动力平衡,充分发展时就发展到污秽绝缘子的完全闪络。   临界点弧长在分析交直流污闪中,局部电弧达到临界长度后才能迅速自动发展,直至两端闪络。分析临界点放电至为重要,因临界点即失稳点,即临界弧长以前为稳定的状态,临界弧长以后是不稳定的状态。局部电弧发展到临界点就发生突变,其周围不是电就是热。在污秽放电试验中,当表面电导率为125us,用模拟电荷法进行电场计算,得到临闪时的弧根电场强度达3.2千伏/厘米,若表面电导率减至20us,临闪时弧根的电场强度达到8.4千伏/厘米,弧根在与空气接触面的最大场强为7千伏/厘米。这些值比均匀电场中空气击穿场强30千伏/厘米要低得多,但电弧发展的速度很快,一般为183~337m/s,所以,无论是弧根处场强还是从电弧发展速度来看,失稳点以后电弧发展是因为电弧延伸,而不是空气击穿。再检查电弧的温度因素,弧温是随弧长而成正比增加的,当弧长为泄漏距离的30%时,弧温不到5000K,当弧长达泄漏距离的70%时,弧温达到5000~10000K,在这个温度下钠离子可以完全电离。所以污秽闪络的临界条件极可能是温度的原因,而非电场空气的击穿。  防范措施从防污机理分析,在污秽地区,当线路在雷击下跳闸发生闪络,要根据当时的大气条件,仔细分析它是雷电下普通的闪络还是雷电下的污秽闪络,不能只单纯地加强雷电冲击的电气强度或是片面地加强线路污秽下的电气强度,要综合其雷电冲击闪络及污秽闪络的各自特性,采取措施。  污闪出现与工业发展相关。从全国来看,20世纪80年代以前,污闪在东北工业基地辽宁鞍山,吉林江北比较明显。20世纪80年代以后,随著工业布局在全国展开,污闪事故在东南沿海、西部新兴工业基地逐年增多。2000年后,我国进入现代化建设全面发展时期,城市工业迅速发展,大面积污闪多次出现在我国东北、中南、西南、西北地区,并且频发地逐渐向内地,农业地区发展。以广东省深圳电网为例,20世纪90年代随著全市工业佈局展开,大工业区污闪次数高居不下。2000年以后,该市工农业进入现代化建设新时期,污闪面积扩大至东部、西部、中产地区电网。由此可见,污闪分佈与工业发展密切相关,其根本原因是工业发展带来一定程度的大气污染,而输电设备外绝缘水平不能适应工业快速发展带来的大气污染增长。一个大工业中心的建成,其周围区域内输电设备外绝缘不及时随之进行调整,势必会引起污闪事故频繁发生。   污闪发生与季节性相关联。深圳市电网110千伏以上线路18条55基塔26次污闪跳闸事故中有98%发生在每年10月至来年4月。污闪季节性分佈的特点取决于该市亚热带海洋气候。北方冷空气一旦与海洋性暖流结合就形成雾、水滴、湿度极大,雾气细雨瀰漫,这样的季节,以大气中悬浮的细小尘埃为核凝结成的雾滴沉降使地面大气污染浓度增加,绝缘子表面湿度增大,污秽加剧,这是形成污闪的客观原因。   污闪分佈与地域有关。深圳市历年来雷击污闪事故与非雷击污闪事故表明,污闪分佈与地域有密切关系。如沿海盐雾地区海风夹带的盐分沉积于绝缘子上,这种化学性质活泼的污秽,其电导率高,最易发生局部放电,直击闪络。再如工业区周围5~30公里区域内如果废气瀰漫,远距离扩散;主要公路交通干线两侧常年尘土飞扬,沉积污秽,污闪就会不断。   正确划分地区污秽等级。多次污闪事故证明,正确划分污秽等级,合理调整设备爬电距离是防污闪的根本措施。按照国标GB16434-1996“高压架空线路环境污区分级及外绝缘选择标准”规定,污区等级应按各地区污湿特性,运行经验,绝缘子表面污秽、物质、盐密三因素综合考虑划分。这里强调各地区的特点和正确地划分,污秽等级有随时调整的含义。例如,原来划分为Ⅱ区,由于近年工厂建立,污秽增多,就有可能通过试验测试,调整为Ⅲ区。由于绝缘子密度测量分散较大,故介绍几种方法做调整污秽区的参述。  用大气质量指数P估算盐密SDD法。绝缘子表面盐密值SDD与大气质量指数P之经验公式为SDD=-0.015+0.0806P。式中:SDD为绝缘子表面盐密值(mg/cm2);P为大气质量指数,采用环保部门提供的冬季大气污染浓度测量数据求得。也可以采用积污期现场实测的SO2、NOX、TSP值,即每月测5~7天,连续测3个月的平均值来计算。  调整泄漏比距。调整泄漏比距是防止污闪的基本措施。笔者建议调整比距。增加比距的方法:对线路绝缘来讲,调整比距如新架线路可以在设计绝缘配合上进行,如旧线路改造可在调整爬距时进行,也即增加绝缘子的片数或换用耐污型的绝缘子。当然,线路悬垂串增加片数也要受到杆塔窗口尺寸的限制,更换成耐污型的绝缘子,才能在不增加串长的情况下,增加它的泄漏距离;还有一办法就是改成V型串,这样绝缘子串本身倾斜悬挂就可提高其耐污性,而且还可以在原有杆塔的尺寸下增加串长。  不同类型绝缘子的选择。在线路防污问题上,不同类型及不同材料的绝缘子的选取(一般就是指下面三种的选择):一是普通电瓷材料但外形设计为防污型的;另一种是半导体釉绝缘子;再有一种就是合成绝缘子。合成绝缘子应用最为广泛。  合成绝缘子的优越性。合成绝缘子一般指如何防范输电线路污闪事故
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