青苔对变电站绝缘子的影响分析及防治对策

池招荣 覃显南 李捷睿 陈文通 黄永芳

（广西电网有限责任公司崇左供电局，广西 崇左 532200）

0 引言

我国幅员辽阔，对电力的需求极大。为保障我国各地的电力供应，需要在各地修建大量的输电线路、变电站等输变电设备及架构。绝缘子是常用的输变电设备，一般采用玻璃、陶瓷、复合环氧树脂等绝缘性能良好的材料制作，主要起到带电部位与设备架构的隔绝作用，对输变电设备安全稳定运行起到至关重要的作用。绝缘子的作用是增加爬电距离，因而通常被设计成伞裙型，且其表面要求光滑平整，绝缘性能好，避免存在导电性好的异物，如水、植物、无机盐、灰尘等，因为这些物质会改变其爬电距离，引发污闪现象，进而造成绝缘子失效，导致电力事故的发生。因此，延长绝缘子的寿命对电网安全稳定运行有着举足轻重的作用。

对于我国的温湿地区，尤其是西南地区的山区、丘陵地带，常年多雨雾，空气潮湿，苔类、藻类植物极易滋长，而电力设备长期处在这种环境下，表面也容易滋长霉菌、青苔等，影响电力设备的外表美观和使用寿命。青苔是藻类和真菌共生的一种低级植物，对环境具有较强的适应性和存活性，在温暖湿润、光照不足的情况下，容易在设备及绝缘子表面大量繁殖，尤其是我国的西南地区，光照充足，温度适宜，绝缘子上极易生长青苔等附着物。青苔本身不影响输变电设备电气性能，主要是通过吸附空气中的水分和无机盐，在绝缘子表面形成一层导电性较好的附着层，当发生雷击或漏电等故障时，绝缘子极易发生污闪情况，失去绝缘性能，从而造成停电事故，影响电网的安全运行。

目前，国内外研究者针对输变电设备绝缘子表面附着这类污染植物开展了很多的研究工作。Rocha对经过盐雾处理的长有青苔的绝缘子进行闪络试验，发现青苔会影响绝缘子的闪络电压，试验表明，长有青苔的绝缘子的闪络电压降低了30%。日本的Fujii通过盐雾试验发现，藻类具有很好的存水和储留盐分的能力，会降低附着藻类的硅橡胶材料的闪络电压。四川电科院对我国四川地区具有RTV涂层的绝缘子表面附着的绿藻进行了调研，发现绿球藻会在一定程度上降低RTV绝缘支柱的闪络电压。因此，绝缘子上附着青苔等污染植物，确实会对绝缘子造成较大的影响，为保证输变电设备的正常运行，需要对其进行治理。

目前尚无较好的办法抑制绝缘子上青苔的生长，只能等设备停电检修时人工清除，不仅费时费力且效率低，形成了极大的安全隐患。对于绝缘子来说，由于青苔的生成来自于潮湿环境中的微生物与绝缘子外表面的接触作用，绝缘材料外表面须含有较大浓度的防青苔组分，才能起到防青苔作用，技术难度较高。因此，对绝缘子表面附着青苔的防治，是目前电力系统设备安全领域一个重要的研究方向。

本文分析和探讨了绝缘子上的青苔生长机理以及青苔对绝缘子性能的影响，并对现阶段绝缘子青苔处理技术进行了分析和对比，可为将来输变电设备绝缘子上青苔的防治提供理论支持。

1 青苔在绝缘子上生长的机理

青苔是绿藻和一些真菌共生形成的一种低级植物。绿藻为单细胞生物，多为无性繁殖，遍布于我国植被覆盖茂密的山林地区和农田地区。绿藻呈附着生长，它能进行光合作用，也能直接吸收水分和养料，当其成熟后会释放孢子，随风传播。研究表明，青苔在阴凉、潮湿、酸性环境（pH值5以下）中容易生长。当孢子随风飘落至绝缘子表面后，在合适的环境条件下，很快便开始繁衍。绿藻生物粘附在绝缘子表面之后，由初始阶段过渡到稳定阶段。原有的绿藻细胞经过一段时间的生长，开始往绝缘子伞裙表面分泌出大量的酸多糖及糖蛋白等黏性较大的聚合物，大量的细胞外聚合物将绿藻细胞与复合绝缘子表面紧密粘结在一起，最终实现了理化作用向生物作用的转变，两者之间作用力大大增加，使绿藻稳定地依附在复合绝缘子表面。此时绿藻细胞的清除难度加大，通过细胞的不断分裂，最终形成大片绿藻层。其生长周期很短，根据环境的不同，在3～15天内即可形成大片的绿藻层。

霉菌是青苔中真菌的主要和常见种类，其营养体是多细胞结构的丝状体，因此把丝状真菌统称为霉菌。在自然界中，霉菌通常都是以菌丝进行生长，以孢子进行繁殖。霉菌也能从空气和附着植物及藻类中获取碳、氮、硫、磷等生命体所需的营养物质。温度、湿度、氧气、pH值等因素密切影响着霉菌的生长，研究表明，霉菌最适宜的生长温度在25～35 ℃，最适宜的相对湿度在90%～100%。当霉菌孢子附着在绿藻上时，可形成共生关系，一起生长。

通过调研和分析可以得出，影响青苔生长的因素主要为温度、湿度、光照以及环境pH值。其中，温度能够直接影响青苔对空气中营养物质的吸收，微观上直接影响酶的活性和细胞的分裂生殖；湿度是促进藻类和霉菌生长的主要因素，潮湿的环境更有利于青苔的附着和生长；光照影响着青苔的光合作用，光照的强弱和时间都对青苔的生长和发育具有决定性作用；环境pH值也是一个重要的影响因素，对青苔细胞的活性会造成较大的影响，而且青苔的附着和生长也会改变环境的pH值，从而有利于其生长。

因此，青苔在绝缘子表面的生长受周围自然环境的影响，在植被覆盖丰富的地区，如农村、山区、丘陵地区，空气中存在着大量青苔的传播源。目前，我国在开放式的变电站设计下无法有效避免孢子的附着，因此无法从根本源头上杜绝青苔在绝缘子上的附着，只能通过防治的手段减少青苔在绝缘子上的附着和生长。防治的手段，也主要是通过影响青苔生长的4个主要因素（温度、湿度、光照和环境pH值）进行研究。

2 青苔对绝缘子造成的影响

2.1 青苔对绝缘子性能的影响

绝缘子表面附着青苔，会对绝缘子表面的憎水性、防污闪性能和自身强度产生较大的影响。首先，绝缘子一般采用玻璃、陶瓷或复合树脂等材料制作，憎水性是其较为主要的性能参数。水是电的良导体，因此需要尽可能减少水在绝缘子表面的停留与附着，其主要表现形式就是憎水效果。青苔附着在绝缘子上后，其具有良好的保湿性，改变了绝缘子外层的憎水性。研究表明，新伞裙的憎水角在90°左右，而绿藻伞的憎水角在20°左右，绿藻伞已经失去了憎水性，表现为亲水性，严重降低了复合绝缘子的防污闪能力。

防污闪性能也是绝缘子主要的性能指标之一。污闪发生是因为绝缘子表面附着了无机盐等水溶性导电颗粒，干燥时不会对绝缘子造成较大的影响，当出现湿度较大或雨水天气时，绝缘子表面的水分就会溶解无机盐，导致其导电性增强，从而发生污闪事故，因此可以看出，表面附着的无机盐是导致污闪发生的关键因素。青苔层的存在会降低绝缘子表面的光滑程度，并形成水膜层，使得空气中的水溶性导电颗粒更容易附着和溶解在其中，极大地增加了绝缘子表面的导电性能，导致发生污闪事故的概率明显增加。

绝缘子自身强度也是很重要的指标，尤其是玻璃和陶瓷绝缘子，其本身的材料具有脆性，当发生开裂后会丧失绝缘性能。附着的青苔会持续在绝缘子表面析出有机酸等物质，长时间逐步破坏绝缘子材料的微观结构，并且青苔还会顺着裂缝生长，导致绝缘子表面裂缝逐步扩大，从而影响绝缘子自身的材料强度，最终导致其更容易发生开裂，使绝缘子绝缘性能降低或者彻底丧失。

2.2 青苔对检修安全的影响

青苔由于含有一定量的水分，且自身的结构呈颗粒状，本身强度不高。当其附着在光滑的绝缘子表面时，在外力的作用下极易产生破损。在检修过程中，电力工人需要攀附或者踩踏绝缘子进行操作，极易发生手滑或者脚滑的事故，对日常运维检修的工人人身安全造成了较大的影响。尤其是涉及线路或变电设备检修，大多数都是高空作业，对工人的人身安全保障要求更高，不得出现任何疏忽。因此，青苔的附着也会极大地影响输变电设备检修工作，增加运维检修的危险系数和施工成本。

3 青苔生长的防治对策

目前，对绝缘子青苔的防治，主要采取定期人工清理、喷涂防污闪材料（PTRV涂料）和喷涂防青苔生长涂料等方式。

传统的处理方式是定期人工清理，主要采用抹布擦拭和刀片刮除相结合的方式。由于青苔附着生长的时间不同，附着力也不一样，刚生长不久的青苔可以使用抹布擦掉，但生长时间较长的青苔附着力较大，抹布无法清除，只能使用刀片刮除。该方式能暂时解决青苔附着绝缘子的问题，但仍存在很多不利因素，比如刀片刮除很容易划伤绝缘子的表面，在其表面留下划痕，导致其防污闪性能下降，从而缩短绝缘子的使用寿命，导致更换绝缘子的频率增加，不仅增加了运维成本，而且造成了设备安全隐患。

防污闪材料（PTRV涂料）是电力系统常用的材料，主要应用于变电站及输电线路绝缘子、发电厂和电力用户变电设备等电气设备及绝缘子上，以避免其在潮湿天气中发生污闪事故。防污闪涂料一般采用绝缘性能较好的室温硫化硅橡胶材料，憎水性和介电强度优异，在绝缘子上已有多年成熟的应用经验，在我国西北地区应用广泛且防污闪效果良好。防污闪涂料的应用确实能在一定程度上减少青苔的附着，但其效果不显著，在山区及丘陵地区效果尤其不明显，因而无法有效解决上述问题。

喷涂防青苔生长涂料是近期应用的一种新型防治技术，其原理是以绝缘子防污闪涂料为基础，通过改性、添加防菌抑制剂、防藻类生长剂等方式对防污闪涂料进行改进，从而达到抑制青苔生长的目的。经过配方改进的防污闪涂料具有抗菌抑藻的功能，能在其涂层外表面持续不断地释放抗菌抑藻成分，不给藻类和真菌提供合适的生长环境，从而有效解决青苔在绝缘子上附着和生长的问题。常用的防藻抗菌物质一般为硫酸铜、氧化锌或氧化钛等无机物，以及醛类、酚类、醇类、碘伏类、双胍类等有机抗菌剂。防青苔生长涂料的施工方式也较为简单，直接在绝缘子表面喷涂即可，一般按电压等级要求，喷涂0.5～2.5 mm即可。经过喷涂的绝缘子表面附着青苔的情况明显改善，一般可持续3～5年的效果，具有良好的应用和推广价值。

4 结论及展望

4.1 结论

（1）青苔主要由藻类和菌类共生组成，通过孢子传播，其生长繁殖需要合适的温度和湿度。

（2）青苔附着绝缘子后会影响绝缘子的憎水性、耐污闪性能和机械性能，从而缩短绝缘子的使用寿命。

（3）喷涂防青苔附着涂料在绝缘子表面，可有效解决青苔在绝缘子表面附着的问题。

4.2 展望

青苔在绝缘子上附着和生长是输变电领域常见的问题，尤其是我国南方山区、丘陵地区以及热带、亚热带地区的输变电设备上出现该情况的概率较大，而且通过目前的治理手段很难完全处理该问题。采用防青苔生长涂料有望彻底解决该问题，防青苔生长涂料具有防污闪、绝缘性好、防止青苔生长等诸多优点，施工简便、效果明显，应用在输变电设备上可以明显减少绝缘子污闪事故的发生，保证电力设备的安全稳定运行，因而具有良好的经济价值和社会价值。若其能大范围应用在输变电设备绝缘子上，将对电网的安全稳定运行具有十分积极的意义。