变电站绝缘设备污闪事故分析及防范
时间：2022-10-25 04:38:19
摘要：污闪事故的发生有多种原因造成，其中主要有三个主要原因是沿面的电场强度、污秽物和潮湿。本文结合某110kV变电站污闪事故的原因，总结了事故暴露出的问题，提出了相应的改进措施和建议，对今后各发供电企业预防此类事故的发生有一定的借鉴意义。
随着经济的发展，大量工厂也随着出现，环境污染问题也随之而来。变电站其外绝缘水平受制于所处环境的污染程度，污闪事故出现越来越频繁，为了避免电网中污闪事故发生所带来的危害，做好变电站绝缘设备污闪事故防范显得分外重要。
1.造成污闪事故的因素分析
电气设备外绝缘在工频电压作用下发生污闪的三个要素是：沿面的电场强度、污秽物和潮湿。
（1） 绝缘子沿面电场分布
测量表明，支柱绝缘子沿面的电场分布是不均匀的，一般在绝缘与钢脚毗连和顶部导线绑扎处附近的电位梯度最高，而沿其余表面的电位梯度则低得多，也就是说，在干燥情况下，支柱绝缘子的电压分布主要是看钢脚和导线绑扎处的电场分布情况，因为，高的电位梯度易造成绝缘表面的闪络。
（2）污秽物及粉末沉积
绝缘表面的污秽物来自污染源和大气环境。污源污染源大体有沿海污秽、工业污秽和农业污秽等。沿海污秽包括由静风沉积的通常污秽和强风引起的急速盐污。沿海污秽是由海水的雾气或水滴沉积在绝缘件表面，水份蒸发盐份留在绝缘表面，经过一段时间形成表面盐层。当盐类物质在水中溶解时，在绝缘表面形成导电的附着层，从而使闪络电压下降。
工业污秽包括火电厂、冶金厂、化工厂、水泥厂等附近地区的飞灰、煤尘、二氧化硅、水泥等等的微粒物质。这些在空气中飞扬的微粒逐渐沉积在绝缘子表面形成导电的附着层，在适当条件下也将会引起闪络。这种污物的污秽积度随着污源的距离而变化。
此外，近年来，乡镇中小企业发展，交通网络扩大，运输流量剧增使污源增多。尤其是广大农村，以往一般认为是“清洁区”，随着大量使用化肥、农药的喷洒以及各种采石场、沙场的大量修建（比如：220kV腾冲变电站位于腾冲县石头山工业园区内，被临近大量的采石场、碎石厂、沙场……），其加工和运输使得各种飞扬的粉末沉积，也将给绝缘带来污闪灾难。
（3）潮湿
外绝缘表面沉积污物时，在干燥情况下，一般不影响其电气强度。但是在污层潮湿、外绝缘表面形成一层潮湿的导电膜时，绝缘的抗电强度将大大降低。
外绝缘表面受潮的原因：一是在雾和细雨时水粒相互碰撞，在风的作用下会使外绝缘的上下表面受潮；其次是冷凝作用，当外绝缘表面温度降低到露点以下时，即产生凝露受潮，这种情况，一般发生在有露水或有雾的早晨；第三是污物的吸潮作用，这对亲水性的污物尤为明显。
2.防范污闪措施
目前，虽然还没有一种特殊措施能完全防止大面积污闪，但采取综合措施还是有一定效果的。
（1）加强对外绝缘的清扫
这虽是简单而有效的措施，但却是很麻烦的事。清扫的周期很关键，应视各地的积污率确定，就我区域220kV腾冲变电站来说，坚持两年一次，最好在干旱之后雾季来临之前做一次清扫工作。
（2）采用高爬距的绝缘件
这是防污闪的根本措施之一。对于新设计电线路，应准确地摸清该地区的污源分布或离海边的距离，合理选择泄漏比距，同时应注意选择绝缘件的高度；对已运行的电气设备，可以根据盐密测量的结果和运行情况，适当地进行更换调整。以往人们总把田野、农村等地区认为是清洁区，随着工农业发展，污源相应增加，必须按掌握的污秽情况进行泄漏比距调整。对于配电线路最好不小于1.7 cm/kV；对于变电站宜按2.0 cm/kV考虑。
（3）外绝缘表面采用防尘涂料
防尘涂料具有粘附性和憎水性特点，可防止在外绝缘表面形成连续水膜，水只能在表面上形成水珠，因而可减少形成放电通道的概率。防尘涂料近年来新产品有防污固化涂料，它有较好的耐电弧性能和耐腐蚀性能。据了解，涂刷后可提高外绝缘污闪电压30%~50%。
（4）采用硅橡胶绝缘件
硅橡胶具有良好的防污闪性能，在高压和超高压线路上已有很好的运行经验。近年来，配电网上使用的绝缘件已陆续开发出来并投入使用，运行情况良好，据介绍，同样的泄漏比距，污闪电压可以提高30%。
（5）加装附加合成伞裙
在绝缘子裙的周围附加伞裙可扩展伞裙的直径，延伸泄漏距离。附加伞裙一般用来改造已经安装好、泄漏距离不足或外形设计不合适而更换防污型绝缘件，价格昂贵的场合比较合适。几年来，许多单位采取了这种改造方法，效果良好。据有关资料介绍，对XP-7绝缘子，改造后经人工污秽试验，污闪电压可提高1.6倍。
3.案例事故记载与分析
3.1事故发生
2010年03月10日13：06A变电站110kV接地距离、相间距离Ⅱ段、零序Ⅱ段动作跳闸，重合成功，测距7 km，选相信号调出为B相，线路巡视、登杆检查均未发现异常。后在变电站站内发现110kVⅠ母TV间隔隔离开关B相两侧有放电痕迹、C相TV侧支柱瓷绝缘子上法兰有明显的放电点，且支柱瓷绝缘子沿面有闪烙放电痕迹。
03月10日14：28B变电站110kV接地距离Ⅱ段、零序Ⅰ段保护动作跳闸，重合成功，测距8.8 km，选相C相，110kV支线巡视无异常，登杆检查无异常。后在变电站站内发现110kVⅠ母TV间隔隔离开关C相TV侧支柱瓷绝缘子上法兰有明显的放电点，且支柱瓷绝缘子沿面有闪烙放电痕迹。
3.2事故调查
3.2.1污闪设备外绝缘状况
（1）闪络绝缘子爬电距离，干弧距离的测量，爬电系数的计算。
（2）污秽等级及规程依据。
A变电站、B变电站地处污秽非常严重的区域内，根据（云南）电网污区分布图，两站均处于e级污秽区。根据标准QGDW152-2006《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》的规定，e级污秽区设备外绝缘统一爬电比距必须达到50～60mm/kV的要求。如图1所示：
可以看出，已喷涂防污闪涂料的绝缘子的外绝缘状况满足e级污秽等级的运行要求。
3.2.2涂料憎水性测试―
两站闪络绝缘子均在2007年前喷涂了防污闪涂料，对其涂料憎水性进行测试，均在HC3―HC5级之间，符合规程规定，满足运行要求。但是，由于是在库房内对已更换下来的闪络绝缘子进行测试，憎水性不能完全真实反映当时气候条件下的状况。
3.2.3现场调取记录
查看现场运行记录，事故当天的故障录波情况以及避雷器动作情况，故障电压、电流的变化量与污闪动作特性基本吻合，避雷器均未动作。
3.2.4当日气候环境条件
03月09日受来自北方的强冷空气侵袭云南，20时许，昆明开始下起小雨。据气象数据显示，从09日05时至10日05时，昆明累计降水量为8毫米，是03月最大的一场雨。3月07、08号两天最高气温达20℃，03月10日晴，最高温18℃。
3.3.跳闸原因分析
从污闪跳闸时间看，两起闪络事故均发生在03月10日中午气温最高的时段，闪络电弧痕迹均在绝缘子靠东面一侧，但由于气温回升较快，事故巡视发现闪络痕迹时，在随后几天的类似天气状况下，获得的图片资料可以客观的反映出雨水流动夹有杂物，污水流动的情景。综合以上所有测量、查证的资料，分析认为有如下原因：
突降的大雨。03月09日晚10日凌晨污水积聚在绝缘子上，由于片区污染严重，绝缘子上覆盖了一层厚厚的污秽，使污水夹带了很多导电的污秽，污水沿瓷瓶边缘流下，形成导电通道，造成污闪。
3.4.事故污闪防范措施
3.4.1技术防范
针对A变电站、B变电站此次发生的污闪事件，由于这两座变电站均已喷涂了防污涂料，建议在A变电站、B变电站以及局部污染特别严重的区域变电站电气设备外绝缘上加装硅橡胶增爬裙。
加装方法：可在110kV支柱绝缘子外绝缘1/3处和2/3处各加1片增爬裙。
3.4.2加装硅橡胶增爬裙
硅橡胶材料具有良好的憎水性能和绝缘性能，在污湿条件下，当瓷件表面绝缘电阻急剧下降时，伞裙套能保持相当多的绝缘电阻串接在瓷件上，有效的抑制泄漏电流的升高，增强了整个瓷件的绝缘强度。
伞裙外径比瓷件瓷裙的外径大，粘接在瓷裙上向外伸出一定的长度，使泄漏电流流经的路线延长，相对延长了电弧的爬距离，提高了污秽耐受水平。
伞裙套外径比瓷件瓷裙的直径大，在雨天可有效的隔断雨水桥接瓷裙，防止雨闪或鸟粪闪络事故。
4.结束语
从事故中吸取教训，认识到今后对设备的维护应提升到新的台级，设备的更新与维护应以状态维护为主，完善防污管理体系。高效率的维护与缜密的防范措施才能使电气设备达到性能可靠、质量优良和免维护或少维护的要求，才能为优质运行提供可靠的技术和管理保障，确保电网安全、可靠运行。
参考文献：
[1]关志成，周远翔，等.绝缘子及输变电设备外绝缘[M].北京：清华大学出版社，2006。
[2]关志成，我国电力系统绝缘子污闪事故及其对策[J].高电压技术，2006，26(6)。
[3]吴光亚，王铁街，劣化绝缘子对长串绝缘子电压分布的影响[J].高电压技术，1997，23(4)。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
