大气中雾霾混合物对输电线路设备的影响概述

沈楠 徐鹏航

摘   要：由于雾霾天气近几年才引起人们的注意，关于雾霾对输电线路外绝缘的影响的研究还比较少，处于发展阶段。用传统的应对外绝缘表面污闪的办法来解决雾闪和霾闪是不起作用的，浪费大量的人力、物力、财力，却无法达到预期效果，所以对雾霾对输电线路外绝缘的影响的研究也显得至关重要。本文从雾霾的形成、化学组成、对线路影响的角度分析，对实践工作具有非常意义性参考意义。

关键词：雾霾  外绝缘  闪络  放电

中图分类号：TP39                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0129-02

绝缘子是输变电设备中数量最多、类型最丰富、运行环境受到大气环境影响最大的电气元件，2010年2月河南省500 kV花祥II线187#塔C相导线对横担放电的原因分析，得出结论认为该事故为大雾混合空气扬尘的雾滴附着在瓷质跳线串表层.使绝缘子绝缘性能下降.导致线路短路。形成污闪事故;2012年1月1日河南郑州大雾导致高铁D1002次列车两次出现“雾闪”断电事故，造成三次动车晚点;2012年3月河南省平顶山市区开源路南段线路污闪。我们可以看出，随着大气环境的恶化，污闪事故频发，而一旦发生污闪，事故面积区域广，有可能造成大面积停电事故，造成巨大的经济损失，甚至严重威胁着电力系统的安全运行。

1  雾霾与雾的成因

1.1 雾霾形成

雾霾是空气中大量极细小的颗粒物均匀地浮游在空气中的空气混浊现象，雾和霾的主要区别在悬浮物的水份含量，一般情况下相对湿度小于80%为霾，相对湿度在80%～95%之间是湿霾和轻雾的混合体，相对湿度大于95%为雾。

雾霾一般在逆温、降温、静风现象下容易产生。主要原因是：（1）污染物排放的增加。近年来，由于工业的发展，城市的扩大，汽车的增加，人类活动的增加，导致污染物的排放增加，在污染物得不到稀释的情况下就容易造成雾霾天气。（2）垂直方向上的逆温现象。逆温现象是指地球表面上空出现比低空更高气温的现象，正常情况下上空的气温比低空的低，污染物由气温低的低空向气温高的高空运动，而逆温现象阻止了污染物的排放，导致污染物的停留。（3）水平方向上的静风现象。由于近年来城市建设，高楼越来越多，越来越多的农村城市化，使地面摩擦系数显著增加，使得静风现象增多，不利于污染物向城市外围排放。

1.2 雾的形成

雾的形成的条件有三个：一是冷却，二是加湿，三是有凝结核，增加水汽含量。在近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间和清晨，气象上叫辐射雾。

另一种是暖而湿的空气作水平运动，经过寒冷的地面或水面，空气中的水蒸汽逐渐受冷液化而形成的雾，气象上叫做平流雾。

它们的本质区别在于，雾是正常空气现象，对电力系统的污闪无多大影响，而雾霾经常会引起输电设备、线路发生闪络接地，进而造成很大的经济损失。

2  雾霾的主要成分

在对雾霾的研究中，通过对雾霾中的离子成分、各离子的含量、各离子的粒径分布判断雾霾中污染物的来源。所含主要离子以及各种粒子的主要来源如下：NH4+主要由于NH3的凝结，燃煤和农业化肥的使用增加了NH3的排放;SO2-4主要来源于取暖物、煤、石油、天然气的燃烧、硫酸以及冶炼厂SO2的排放使SO2-4的增加;NO3-来源于汽车尾气、海盐、扬尘、化石燃料的燃烧使气溶胶中的NO3-浓度增加;K+来源于生物质的燃烧、土壤尘;Ca2+来源于地表土壤和扬尘、建筑施工产生的灰尘;Na+来自于土壤源、燃煤的燃烧、海洋气溶胶与矿尘;Cl-来源于海洋、化石燃料的燃烧、工业生产、沙尘。

3  雾霾的模拟方法

宿志一用雾水电导率表示雾霾的脏污程度。北京按全模拟法进行，污雾的主要离子成分取SO2-4、NO3-、NH4+、Ca2+、Na+、Mg2+，離子浓度依雾水电导率分为重（2310S/cm）、中（1170S/cm）2种;并与自来水雾（350～400S/cm）和清洁雾（蒸馏水，400S/cm）进行比较。上海按主成分法进行，根据主要离子浓度的分布范围确定对电导率影响的因子排序，再根据所需电导率（分别为1200S/cm和2000S/cm），以显著性影响因子为主按一定的配比进行模拟;模拟雾霾选用2种：一种主要离子为NO3-（其浓度是SO2-4浓度的16倍），突出机动车尾气排放;另一种主要离子为SO2-4（其浓度为NO3-浓度的16倍），突出工业燃煤污染。表面污层按和的不同配比进行模拟。

邓鹤鸣利用水雾，粉煤灰、氧化铁等模拟雾霾环境。氧化铁、粉煤灰、超声水雾、水蒸气、喷射水雾的密度分别为5.18、0.92、1.00、1.00、1.00g/cm3。直径分别为0.040      0.045、0.0059、0.0067、0.020 mm。通过对不同粒径的分析来判断放电路径的选择。

马军等人在实验室模拟水雾、盐雾、酸雾等雾霾氛围，在人工雾室中产生不同盐度和酸度的雾，模拟不同的空气湿度和浓雾等条件。实验用氯化钠来模拟污秽物中的溶水型物质，用硅藻土、甲基纤维素、二氧化硅、粘土等来模拟不溶于水的物质。盐雾的选取盐度分别为3.5kg/m3和7kg/m3，对应的体积电导率分别为6mS/cm和11.5mS/cm的盐溶液。酸雾选取pH分别为7，5.6，4.0的醋酸溶液。

4  雾霾对输电线路的影响

雾霾对输电线路的影响主要有两方面：一是雾霾天气导致的绝缘子表面积污的增加;二是雾霾导致的湿沉降及其对绝缘子污闪电压的影响。

4.1 雾霾天气导致的绝缘子表面积污的增加

绝缘子发生闪络的时候将经过四个阶段：积污、受潮、干区形成、闪络。而雾霾颗粒在空气中所受的主要作用力包括：重力、浮力、气动阻力，以及因层流而产生的Saffman力，重力与浮力不随风速变化，只与颗粒粒径相关，颗粒所受 Saffman力会随着风速的增大而增大，当空气中的污秽物增多时，污秽颗粒会由于力的相互作用而沉积到绝缘子上面，污秽物越多，沉积的概率肯定越大，而雾霾中主要由细颗粒组成，通过以前的研究可知，绝缘子伞裙内积污也很严重，并且是细颗粒占主要成分，又不容易被雨水冲刷掉，所以雾霾对绝缘子积污有很大的影响。

4.2 雾霾天气导致湿沉降增加

我们知道在雾、露、毛毛雨的天气下很容易发生绝缘子污闪事故，主要由于雨水可以溶解绝缘子表面的可溶盐成分，大雨的时候可以将表面的污秽物冲刷掉，而雾霾天气下，空气中含有很多二次气溶胶（铵盐、硫酸盐、硝酸盐），这些物质对输电线路外绝缘的影响很大，当在雾、露、毛毛雨等高湿度的环境下，很容易溶解并且沉积在绝缘子表面上，很可能导致严重的事故。

5  放电过程参考

污秽在绝缘子表面不均匀时，闪络前的白弧电流存在“零休”，即存在电弧的熄灭或重燃，相应的电流波形产生畸变，电流过零持续一段时间，并且表面污秽膜越不均匀，“零休”现象越明显;某一种角度上可以参考覆冰绝缘子的放电过程机理一致，按泄漏电流的变化规律定性分为基本电流、电晕流注电流、白弧电流和闪络电流四个阶段。

6  结语

随着雾霾天气的频发，如何保证绝缘子优越的性能，是保证电力系统安全、稳定、持续运行的前提，我们不得不重视雾霾天气对输电线路外绝缘的影响，由于污秽雾和雾霾的主要区别在于相对湿度的区别，而我们在实验室进行绝缘子的闪络电压与泄漏电流的相关实验的时候，都是模拟的高湿度环境，而对于低湿度环境的研究较少，并且对于污闪事故到底是雾闪还是霾闪也不是很清楚，所以决定在实验室模拟不同相对湿度的雾与霾，以弄清雾闪与霾闪的区别，以期对电力系统日益严重的雾闪和霾闪问题的认识提供借鉴，为减少此类事故提供依据和参考。

参考文献

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