大氣中霧霾混合物對輸電線路設備的影響概述

沈楠 徐鵬航

摘? ?要：由于霧霾天氣近幾年才引起人們的注意，關于霧霾對輸電線路外絕緣的影響的研究還比較少，處于發展階段。用傳統的應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，浪費大量的人力、物力、財力，卻無法達到預期效果，所以對霧霾對輸電線路外絕緣的影響的研究也顯得至關重要。本文從霧霾的形成、化學組成、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。

關鍵詞：霧霾? 外絕緣? 閃絡? 放電

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

絕緣子是輸變電設備中數量最多、類型最豐富、運行環境受到大氣環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相導線對橫擔放電的原因分析，得出結論認為該事故為大霧混合空氣揚塵的霧滴附著在瓷質跳線串表層.使絕緣子絕緣性能下降.導致線路短路。形成污閃事故;2012年1月1日河南鄭州大霧導致高鐵D1002次列車兩次出現“霧閃”斷電事故，造成三次動車晚點;2012年3月河南省平頂山市區開源路南段線路污閃。我們可以看出，隨著大氣環境的惡化，污閃事故頻發，而一旦發生污閃，事故面積區域廣，有可能造成大面積停電事故，造成巨大的經濟損失，甚至嚴重威脅著電力系統的安全運行。

1? 霧霾與霧的成因

1.1 霧霾形成

霧霾是空氣中大量極細小的顆粒物均勻地浮游在空氣中的空氣混濁現象，霧和霾的主要區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、靜風現象下容易產生。主要原因是：（1）污染物排放的增加。近年來，由于工業的發展，城市的擴大，汽車的增加，人類活動的增加，導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象。逆溫現象是指地球表面上空出現比低空更高氣溫的現象，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動，而逆溫現象阻止了污染物的排放，導致污染物的停留。（3）水平方向上的靜風現象。由于近年來城市建設，高樓越來越多，越來越多的農村城市化，使地面摩擦系數顯著增加，使得靜風現象增多，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，三是有凝結核，增加水汽含量。在近地面水汽比較充沛且比較穩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動，經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。

它們的本質區別在于，霧是正常空氣現象，對電力系統的污閃無多大影響，而霧霾經常會引起輸電設備、線路發生閃絡接地，進而造成很大的經濟損失。

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，燃煤和農業化肥的使用增加了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+來源于生物質的燃燒、土壤塵;Ca2+來源于地表土壤和揚塵、建筑施工產生的灰塵;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、工業生產、沙塵。

3? 霧霾的模擬方法

宿志一用霧水電導率表示霧霾的臟污程度。北京按全模擬法進行，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）進行比較。上海按主成分法進行，根據主要離子濃度的分布范圍確定對電導率影響的因子排序，再根據所需電導率（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），突出工業燃煤污染。表面污層按和的不同配比進行模擬。

鄧鶴鳴利用水霧，粉煤灰、氧化鐵等模擬霧霾環境。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，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。鹽霧的選取鹽度分別為3.5kg/m3和7kg/m3，對應的體積電導率分別為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：一是霧霾天氣導致的絕緣子表面積污的增加;二是霧霾導致的濕沉降及其對絕緣子污閃電壓的影響。

4.1 霧霾天氣導致的絕緣子表面積污的增加

絕緣子發生閃絡的時候將經過四個階段：積污、受潮、干區形成、閃絡。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，以及因層流而產生的Saffman力，重力與浮力不隨風速變化，只與顆粒粒徑相關，顆粒所受 Saffman力會隨著風速的增大而增大，當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，而霧霾中主要由細顆粒組成，通過以前的研究可知，絕緣子傘裙內積污也很嚴重，并且是細顆粒占主要成分，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 霧霾天氣導致濕沉降增加

我們知道在霧、露、毛毛雨的天氣下很容易發生絕緣子污閃事故，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），這些物質對輸電線路外絕緣的影響很大，當在霧、露、毛毛雨等高濕度的環境下，很容易溶解并且沉積在絕緣子表面上，很可能導致嚴重的事故。

5? 放電過程參考

污穢在絕緣子表面不均勻時，閃絡前的白弧電流存在“零休”，即存在電弧的熄滅或重燃，相應的電流波形產生畸變，電流過零持續一段時間，并且表面污穢膜越不均勻，“零休”現象越明顯;某一種角度上可以參考覆冰絕緣子的放電過程機理一致，按泄漏電流的變化規律定性分為基本電流、電暈流注電流、白弧電流和閃絡電流四個階段。

6? 結語

隨著霧霾天氣的頻發，如何保證絕緣子優越的性能，是保證電力系統安全、穩定、持續運行的前提，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別在于相對濕度的區別，而我們在實驗室進行絕緣子的閃絡電壓與泄漏電流的相關實驗的時候，都是模擬的高濕度環境，而對于低濕度環境的研究較少，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別，以期對電力系統日益嚴重的霧閃和霾閃問題的認識提供借鑒，為減少此類事故提供依據和參考。

參考文獻

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