陳彥

摘要：在分析沿面放電及沿面閃絡(luò)產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)非雷擊閃絡(luò)如濕閃、污閃及合成絕緣子鳥(niǎo)糞閃絡(luò)和不明原因閃絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出改進(jìn)的措施。特別是對(duì)合成絕緣子鳥(niǎo)糞閃絡(luò)及不明原因的閃絡(luò)進(jìn)行了深入研究，提出了不同于以往的觀點(diǎn)。最后，強(qiáng)調(diào)對(duì)高壓輸電線路絕緣子閃絡(luò)課題研究的重要性和迫切性。

關(guān)鍵詞：沿面放電；閃絡(luò)；絕緣子；措施

實(shí)驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行表明：固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓不但要比固體介質(zhì)本身的擊穿電壓低得多，而且也比極間距離相同的純氣隙的擊穿電壓低不少。可見(jiàn)一個(gè)絕緣子裝置的實(shí)際耐壓能力并不是取決于固體部分的擊穿電壓，而取決于它的沿面閃絡(luò)電壓，所以后者在確定輸電線路和變電所外絕緣的絕緣水平時(shí)起決定性作用。

1、沿面放電與沿面閃絡(luò)

沿面放電是一種特殊的放電現(xiàn)象，它是沿著固體介質(zhì)表面發(fā)展的氣體放電現(xiàn)象。沿面放電通常是指固體表面比較干凈時(shí)的情況。沿面放電有可能發(fā)展為跨接兩極的閃絡(luò)，沿著污染面發(fā)展的閃絡(luò)（簡(jiǎn)稱(chēng)污閃）。

高壓線路中的絕緣子所處的電場(chǎng)屬于及不均勻電場(chǎng)，它產(chǎn)生閃絡(luò)的機(jī)理如下：當(dāng)所加電壓還不高時(shí)，首先出現(xiàn)電暈放電。隨著外加電壓的升高，放電區(qū)逐漸變成由許多平行的火花細(xì)線組成的光帶，火花細(xì)線的長(zhǎng)度隨電壓的升高而增大，但此時(shí)放電通道中的電流密度還不大、壓降較大，伏安特性仍具有上升的特征，所以仍屬于輝光放電的范疇。輝光放電時(shí)的火花細(xì)線中因碰撞而存在大量帶電粒子，它們?cè)诤軓?qiáng)的電場(chǎng)垂直分量 的作用下，將緊貼著固體介質(zhì)表面運(yùn)動(dòng)，從而使某些地方發(fā)生局部的溫度升高。當(dāng)電壓增大到足以使局部溫升引起氣體分子的熱電離時(shí)，火花通道內(nèi)的帶電粒子數(shù)劇增、電阻驟降、亮度大增，火花通道頭部的電場(chǎng)強(qiáng)度變得很大，火花通道迅速向前延伸，于是就產(chǎn)生了滑閃放電，它以分子的熱電離作為特征，只發(fā)生在具有強(qiáng)垂直分量的極不均勻電場(chǎng)的情況下。當(dāng)滑閃放電火花中的一支短接了兩個(gè)電極，即出現(xiàn)沿面閃絡(luò)。

2、幾種主要的絕緣子非雷擊閃絡(luò)

絕緣子的材料不同其干閃電壓也不同，它的干閃電壓可以由試驗(yàn)的方法測(cè)得。但輸電線路和變電所中所用的絕緣子大多數(shù)在戶外運(yùn)行，因而其表面在運(yùn)行中會(huì)受到雨、露水、霧、雪、風(fēng)等的侵襲和大氣中污穢物質(zhì)的污染，其結(jié)果是沿面放電電壓顯著降低。因而，研究它在各種特殊條件下的閃絡(luò)電壓有更重要的意義。

2.1濕閃

濕閃是指潔凈的瓷面被雨水淋濕時(shí)的沿面放電，相應(yīng)的電壓稱(chēng)為濕閃電壓。由于絕緣子設(shè)計(jì)時(shí)都配備了若干個(gè)傘裙，因而棒型支柱絕緣子除了最上面的一個(gè)傘裙的上表面會(huì)全部淋濕外，下面各傘裙的上表面都只有一部分被淋濕，而且全部傘裙的下表面及瓷柱也不會(huì)被雨水直接淋濕，只可能有少量的回濺雨水。可見(jiàn)絕緣子表面上的水膜大都是不均勻和不連續(xù)的。有水膜覆蓋的表面電導(dǎo)大，無(wú)水膜處的表面電導(dǎo)小，絕大部分外加電壓將由干表面來(lái)承受。絕緣子在雨下有三種可能的閃絡(luò)途徑：（1）沿著濕表面和干表面發(fā)展；（2）沿著濕表面和空氣間隙發(fā)展；（3）沿著濕表面和水流發(fā)展。

在第一種情況下，被工業(yè)區(qū)的雨水（其電導(dǎo)率約0.01S/m）淋濕的絕緣子的濕閃電壓只有干閃電壓的40%～50%，如果雨水電導(dǎo)率更大，濕閃電壓還會(huì)降得更低。在第二中情況下，空氣間隙中只有分散的雨滴，氣隙的擊穿電壓降低的不多，雨水的電導(dǎo)率也沒(méi)多大影響，絕緣子的濕閃電壓也不會(huì)降低地太多。在第三種情況下，傘裙間的氣隙被連續(xù)的水流所短接，濕閃電壓將降到很低的數(shù)值，不過(guò)這種情況只出現(xiàn)在傾盆大雨時(shí)。在設(shè)計(jì)絕緣子時(shí)，為了保證它們有較高的濕閃電壓，對(duì)各級(jí)電壓的絕緣子應(yīng)有的傘裙數(shù)、傘的傾傘裙直徑、傘裙伸出長(zhǎng)度與傘裙間氣隙長(zhǎng)度比均應(yīng)仔細(xì)考慮、合理選擇。

2.2污閃

線路和變電所的外絕緣在運(yùn)行中除了要受到電氣應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力外，還會(huì)受到環(huán)境應(yīng)力的作用，其中包括雨、露、霜、雪、霧、風(fēng)等氣候條件和工業(yè)粉塵、廢氣、自然鹽堿、灰塵、鳥(niǎo)糞等污穢物的污染。絕緣子表面濕污層的存在使閃絡(luò)電壓顯著降低，此時(shí)的沿面閃絡(luò)電壓稱(chēng)為污閃電壓。統(tǒng)計(jì)表明：污閃的次數(shù)雖然不象雷擊閃絡(luò)那樣多，但它造成的后果卻要嚴(yán)重得多；并且電力系統(tǒng)外絕緣的污閃事故，隨著環(huán)境條件的惡化和輸電電壓的提高而不斷加劇。因而防止電力系統(tǒng)中發(fā)生污閃事故已成為十分重要的課題。

2.2.1污閃產(chǎn)生的機(jī)理

污染絕緣子表面的污層在干燥狀態(tài)下一般不導(dǎo)電，但在遇到毛毛雨、霧、露等不利天氣時(shí)，污層將被水分所濕潤(rùn)，電導(dǎo)大增，在工作電壓下的泄漏電流大增。電流所產(chǎn)生的焦耳熱，既可能使污層的電導(dǎo)增大，又可能使水分蒸發(fā)、污層變干而減少電導(dǎo)。由于干區(qū)的電阻比其余濕污層的電阻大得多，因此整個(gè)絕緣子上的電壓幾乎都集中到干區(qū)上，一般干區(qū)的寬度不大，所以電場(chǎng)強(qiáng)度很大。如果電場(chǎng)強(qiáng)度已足夠引起表面空氣的碰撞電離，局部開(kāi)始出現(xiàn)電暈放電或輝光放電，由于此時(shí)泄漏電流較大，電暈或輝光放電很容易直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛忻髁镣ǖ赖碾娀?，不過(guò)這時(shí)的電弧只存在于絕緣子的局部表面。隨后弧足支撐處的污層被很快烘干，這意味著干區(qū)擴(kuò)大，電弧被拉長(zhǎng)，若此時(shí)電壓尚不足以維持電弧的燃燒，電弧即熄滅。再加上交流電每周波兩次過(guò)零的特性，更促使電弧呈現(xiàn)“熄滅—重燃”或“延伸—收縮”的交替變化。一旦局部電弧達(dá)到某一臨界長(zhǎng)度時(shí)，弧道溫度已經(jīng)很高，弧道的進(jìn)一步伸長(zhǎng)就不再需要更高的電壓，而是自動(dòng)延伸直至貫通兩極，完成沿面閃絡(luò)。

絕緣子的污閃是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，通?？煞譃榉e污、受潮、干區(qū)形成、局部電弧的出現(xiàn)和發(fā)展等四個(gè)階段，采取措施抑制或阻止其中任一階段的發(fā)展和完成，就能防止污閃事故的發(fā)生。

2.2.2污閃事故的對(duì)策

（一）增大泄漏距離

由于污閃是污染絕緣子表面上局部電弧逐步延伸的結(jié)果，在一定電壓下，能夠維持的局部電弧長(zhǎng)度是有限的。所以一般只要遵循規(guī)定的爬電比距值來(lái)選擇絕緣子串的總爬電距離和片數(shù)，按理說(shuō)就能保證必要的運(yùn)行可靠性。但，如果電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)不應(yīng)有的污閃事故，應(yīng)即重新復(fù)核污穢等級(jí)，在必要時(shí)應(yīng)增大泄漏距離，加強(qiáng)絕緣。

（二）定期或不定期的清掃

清掃的方法有：停電后采用干布擦拭；采用高壓噴水槍進(jìn)行沖刷，可以停電進(jìn)行，也可以帶電沖洗；采用特殊的設(shè)計(jì)方法使絕緣子表面形狀具有較好的“自清洗性能”。

（三）涂料

采用涂料就是在絕緣子表面涂上一層憎水性材料，使落在絕緣子表面的水分不會(huì)形成連續(xù)水膜而以孤立的水珠形式出現(xiàn)。這時(shí)污層電導(dǎo)不大、泄漏電流很小，不易形成逐步延伸的局部電弧，亦即不會(huì)出現(xiàn)污閃。目前用得較多的憎水性涂料為硅油或硅脂，效果好，但價(jià)格昂貴，有效期不長(zhǎng)，往往僅用于變電所中。近年采用的室溫硫化硅橡膠涂料比較理想。

（四）采用半導(dǎo)體釉絕緣子

這種絕緣子的釉層有一定的導(dǎo)電性，因而一直有一個(gè)比普通絕緣子表面泄漏電流為大的表面電導(dǎo)電流通過(guò)，使絕緣子表面溫度略高于周?chē)h(huán)境溫度，因而污層不易吸潮，積污也會(huì)較少。此外，釉層電導(dǎo)還能緩解干區(qū)電場(chǎng)集中現(xiàn)象，使干區(qū)不易出現(xiàn)局部電弧，電壓沿整個(gè)絕緣子串的分布也會(huì)變得比較均勻一些。

（五）采用新型合成絕緣子

與普通絕緣子相比較，新型合成絕緣子具有如下優(yōu)點(diǎn)：重量輕，從而可大大節(jié)省運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行檢修等方面的工作量和費(fèi)用；抗拉、抗彎、耐沖擊負(fù)荷等機(jī)械性能好；電氣絕緣性能好，特別是在嚴(yán)重污染和大氣潮濕的情況下的絕緣性能十分優(yōu)異；耐電弧性能也很好。隨著材料與工藝的進(jìn)展，這種絕緣子必將獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。

2.3 合成絕緣子鳥(niǎo)糞閃絡(luò)與不明原因閃絡(luò)

鳥(niǎo)糞閃絡(luò)事故是指由棲息在桿塔上的鳥(niǎo)的排泄物引起的閃絡(luò)事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)到1998年為止，全國(guó)的合成絕緣子事故中雷擊閃絡(luò)事故占47%，不明閃絡(luò)事故占24%，而已確認(rèn)的鳥(niǎo)糞閃絡(luò)事故就占16%，大大高于合成絕緣子污閃所占5%的比例。鳥(niǎo)糞閃絡(luò)是一種突發(fā)性事件，閃絡(luò)前沒(méi)有任何征兆，閃絡(luò)時(shí)也極少有人見(jiàn)，只能事后進(jìn)行判斷。由于以往一直認(rèn)為鳥(niǎo)糞閃絡(luò)是由鳥(niǎo)糞落在絕緣子表面而引起的沿面閃絡(luò)事故，因此鳥(niǎo)糞痕跡的存在一直作為判斷是否為鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的重要依據(jù)。但通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：鳥(niǎo)糞閃絡(luò)并不是或主要不是以前直觀認(rèn)為的由于鳥(niǎo)糞淌落在絕緣子表面導(dǎo)致的沿面污穢閃絡(luò)。

2.3.1鳥(niǎo)糞閃絡(luò)過(guò)程與閃絡(luò)機(jī)理

鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的發(fā)展過(guò)程可以分為以下3個(gè)階段：

（1）鳥(niǎo)糞通道的形成和伸長(zhǎng)。鳥(niǎo)糞排出以后，以自由落體的方式下落，形成一段細(xì)長(zhǎng)的下落體。

（2）絕緣子周?chē)妶?chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變。具有一定導(dǎo)電性的鳥(niǎo)糞通道的介入使絕緣子周?chē)碾妶?chǎng)分布發(fā)生嚴(yán)重畸變，鳥(niǎo)糞通道的前端與絕緣子高壓端之間的空氣間隙的電場(chǎng)強(qiáng)度大大增加。絕緣子承受的大部分電壓都加在了這一段空氣間隙上。

（3）空氣間隙擊穿，完成閃絡(luò)。當(dāng)鳥(niǎo)糞通道的前端越來(lái)越接近絕緣子高壓端時(shí)，它們之間的空氣間隙承受不了所加的電壓，間隙被擊穿，形成局部電弧。當(dāng)鳥(niǎo)糞的電導(dǎo)率超過(guò)一定值時(shí)，局部電弧最終導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)。

鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的機(jī)理可以認(rèn)為是鳥(niǎo)糞下落的瞬間畸變了絕緣子周?chē)碾妶?chǎng)分布，使鳥(niǎo)糞通道與絕緣子高壓端之間發(fā)生了空氣間隙擊穿而導(dǎo)致的閃絡(luò)。

2.3.2鳥(niǎo)糞閃絡(luò)事故預(yù)防措施的討論

以往的防鳥(niǎo)糞措施大致可分為2類(lèi)，一類(lèi)是防止或減少鳥(niǎo)在絕緣子上方的停留，第二類(lèi)是防止鳥(niǎo)糞沿傘裙下淌。從本文所揭示的鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的機(jī)理來(lái)看，第二類(lèi)防鳥(niǎo)糞措施的作用要打很大的折扣。從鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的機(jī)理來(lái)看，采用均壓環(huán)增加了鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的可能性。從綜合考慮引弧與鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的角度看，對(duì)110kV和220kV絕緣子采用招弧角似乎是一個(gè)可以兩者兼顧的措施。如果將招弧角裝在鳥(niǎo)糞不容易下落的方向，就更能減少鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的概率。而均壓環(huán)對(duì)金具的屏蔽作用，可以用大曲率半徑的金具來(lái)實(shí)現(xiàn)。若繼續(xù)采用均壓環(huán)，則在安裝防鳥(niǎo)裝置覆蓋范圍時(shí)，應(yīng)該把均壓環(huán)的尺寸也考慮在內(nèi)。這些設(shè)想還有待于運(yùn)行的檢驗(yàn)。

3.3鳥(niǎo)糞閃絡(luò)與不明原因閃絡(luò)的關(guān)系

不明原因閃絡(luò)事故即未查明原因的閃絡(luò)事故。從對(duì)鳥(niǎo)糞閃絡(luò)的分析來(lái)看，相當(dāng)多的鳥(niǎo)糞閃絡(luò)由于鳥(niǎo)糞量不大、事故后的鳥(niǎo)糞痕跡不明顯或根本就沒(méi)有鳥(niǎo)糞痕跡，也就是說(shuō)有相當(dāng)一部分不明原因閃絡(luò)實(shí)際上很可能就是鳥(niǎo)糞閃絡(luò)，只是由于沒(méi)有習(xí)慣上認(rèn)為應(yīng)該存在的鳥(niǎo)糞痕跡而被劃為不明原因閃絡(luò)事故。實(shí)際上不明原因閃絡(luò)事故與鳥(niǎo)糞閃絡(luò)事故有許多共同的特點(diǎn)。如兩者都是以110kV和220kV電壓等級(jí)為主，兩者都以半夜到凌晨，尤其是凌晨這段時(shí)間發(fā)生率最高，并且閃絡(luò)后都能重合成功，檢查不出絕緣子性能下降，無(wú)法再現(xiàn)運(yùn)行電壓下的閃絡(luò)等。

3、總結(jié)

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，以及環(huán)境污染的加重，防止電力系統(tǒng)中發(fā)生閃絡(luò)事故的發(fā)生已成為十分重要的課題。由于各種閃絡(luò)的原因各不相同，并且往往是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，有關(guān)這方面的技術(shù)還不成熟，不完善，這已成為電力發(fā)展的一大障礙。所以，今后在絕緣子閃絡(luò)問(wèn)題上的研究還要更深入。

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