第二讲电网污秽等级的划分

第二讲：电网污秽等级划分（企标核心内容之一）青海电力科学研究院张仲秋电网防污闪是一个古老而现实的问题。随着我国经济高速发展，大气污染日趋突出；电网的扩大发展，也使难以避免的污闪覆盖范围增大，我国电网的安全运行仍承受着大面积污闪的风险。转变观念，调整现行污秽外绝缘设计与运行维护的技术政策，采用饱和污秽度修订污秽等级划分标准与污区图，提高我国电网整体外绝缘水平，才能有效地防止大面积污闪事故的发生。3污秽种类、环境和表征方法•3.1污秽的种类•3.1.1A类污秽•普遍存在于内陆、沙漠或工业污染区，沿海地区绝缘子表面形成的盐污层也属此类。•受潮时形成导电的可溶污秽物和非导电但可吸收水分的不溶物。可溶污秽物按溶解度区分可分为高低溶解度两类；也可按无机物和有机物区分。3污秽种类、环境和表征方法•高溶解度可溶性盐如氯化钠，低溶解度可溶性盐如石膏即CaSO4·2H2O。•水溶性无机盐和水溶性有机物（如乙酸钾（CH2COOK）和尿素（CH4N2O尿）等。•标准中提及盐的可溶性对污秽耐受电压的影响；但未考虑不溶物种类对污秽耐受电压的影响。通常人工污秽试验标准规定了硅藻土和高领土两种不溶物，二者对试验结果影响有所不同。3污秽种类、环境和表征方法•3.1.2B类污秽•沿海地区海风携带盐雾、化工企业排放的化学薄雾以及大气严重污染带来的湿沉降直接沉积在绝缘子表面。•纯B类污秽是很少存在的，多是A类和B类污秽物的混合物。盐雾、化工气体以及城市、工业区及其周边形成的湿沉降通常都是叠加在绝缘子表面已有的污层上。3污秽种类、环境和表征方法•3.2污秽环境•企标将污染环境分为4类；未包括非常轻污秽区（原称大气清洁区），即IEC提到的内陆型环境，在我国主要存在于远离城镇的草原、森林及常年冰雪覆盖的山地高原。•实际上，污秽环境往往由一种及以上污秽环境的组合。3污秽种类、环境和表征方法•3.2.1沙漠型环境•广阔的沙土和长期干旱的地区，污秽层通常含有大量低溶解度的无机盐盐，不溶物含量高。我国西北地区的沙漠、戈壁以及大片荒芜的盐碱地带是此类污秽环境的典型。风力是绝缘子染污的主要气象因素。其中盐碱地带，每当清晨绝缘子表面凝露时，可能引起绝缘子闪络。3污秽种类、环境和表征方法•3.2.2沿海型环境•沿海岸波浪激起飞沫、海雾以及台风带来的海水微粒最具代表性，其中台风影响可远至海岸数十公里。此类污秽层多由高溶解度可溶盐组成，相对不溶物含量偏低。•沿海滩涂盐碱通过风力作用也可形成对绝缘子表面的污染。3污秽种类、环境和表征方法•3.2.3工业型环境•受到工业烟尘、废气、粉尘排放污染，绝缘子表面污秽层或含有较多的导电微粒（冶金），或含有高溶解度的无机盐（化工、火电厂），或含有低溶解度的无机盐（建材）。•不溶物含量相对较多，雨水自然清洗效果取决于绝缘子的伞型。其中建材污秽可使绝缘子表面污秽结垢，人工清扫困难。3污秽种类、环境和表征方法•由于我国工业能耗以燃煤为主，冶金、化工、建材和火电厂等高耗能企业的烟囱高度多在数十米、百米甚至200m以上，因此烟尘排放距离远，影响范围可达数十公里。因此，视野不及的区域内仍然可能受到工业污染的影响。这就是我们所讲的“大环境污染”的主要内容。3污秽种类、环境和表征方法•3.2.4农业型环境•远离城市与工业污染的农业耕作区，污秽源以土壤扬尘及农用喷洒物为主。•绝缘子表面污秽层可能含有高溶解度的盐也可能含有低溶解度的盐（如化肥、农药、鸟粪、土壤中的盐份与可溶性有机物），通常此类污秽中不溶物含量较多。其雨水自然清洗效果同样取决于绝缘子伞型。3污秽种类、环境和表征方法•3.3污秽分级•企标使用绝缘子自然污秽的现场污秽度作为不同地区污秽等级划分的量化参数。•企标将污秽分为A和B两类。但根据运行经验，二者现场污秽度都可用等值盐密和灰密来描述。目前尚无采用现场等值盐度描述绝缘子现场污秽度的必要，但企标未排除它的使用。3污秽种类、环境和表征方法•企标特别指出人工污秽试验时绝缘子表面污秽度用盐密和灰密表示（固体层法）。这就将盐密与等值盐密两个术语区别开来，盐密用于人工污秽试验，等值盐密用于描述现场绝缘子自然污秽。•本标准不排除人工污秽试验使用盐雾法，但也不提倡；使用盐雾法时，绝缘子污秽度用等值盐度表示。4污秽度测量和等级划分•4.1现场污秽度的测量•企标规定，一般在普通盘形绝缘子经连续3年至5年积污后测量其表面等值盐密和灰密，目的是尽可能获取现场饱和污秽度；污秽取样时间应选择在年度积污期结束时进行，以获取最大值。•统一规定的绝缘子：XP、LXP和XWP型•统一的测量时间：3年至5年积污周期和取样时间年度积污期结束时。4污秽度测量和等级划分•企标规定，现场污秽度取样可在带电和不带电绝缘子串上进行。通常在运行带电参照绝缘子上测量可避免带电与不带电对绝缘子积污的影响；在悬挂于运行绝缘子串附近不带电绝缘子上测量有利于饱和污秽度（饱和等值盐密）和带电系数的试验。•企标暂推荐带电系数取1.1-1.5，各地可继续积累试验数据以确定本地的带电系数。4污秽度测量和等级划分•电科院3个自然积污试验站的155组数据统计，普通型、钟罩型和双伞型3种绝缘子积污1年，带电与不带电绝缘子表面等值盐密的差别平均在5～15%范围（灰密的差别分散性比较大）；随着积污时间延长，带电与不带电积污的差别有增加的趋势，如钟罩型绝缘子连续积污3年，带电串的等值盐密较不带电串提高了30%。4污秽度测量和等级划分•企标根据IEC60815:1CD文件的意见，用加注的方式对现场污秽度的统计值做出如下规定：⑴等值盐密和灰密不同期出现时，现场污秽度取其最大值的组合；⑵测量期间有降雨，等值盐密和灰密的最大值可以根据以预期降雨频度的对数为函数的积污密度曲线进行估算；⑶当有足够有效数据时，现场污秽度最大值可以由统计值代替。4污秽度测量和等级划分•4.1现场污秽度的评估•根据IEC60815:1CD文件的意见，企标采用了现场污秽度评估的四条：⑴已有线路和变电站绝缘子的运行经验与污秽测量资料；⑵现场测量等值盐密和灰密；⑶按气候和环境条件模拟计算污秽水平（见CIGRE158）；⑷根据典型环境的污湿特征（见表4.2）预测现场污秽度。4污秽度测量和等级划分•IEC60815:1CD文件认为上述四条的可靠性依次递减。这与我们长期坚持的污秽等级划分“三原则”及以运行经验为主的原则是一致的。4污秽度测量和等级划分•4.2.1已有线路和变电站绝缘子的运行经验•运行经验主要依据已有运行绝缘子的污闪跳闸率和事故记录、地理和气象特点、采用的防污闪措施等情况而定。本标准在规范性附录G中针对以往运行经验建立在“一年一清扫”基础上的实际情况，对本标准提出的“运行经验”进行了新的解读：4污秽度测量和等级划分•本标准强调污闪跳闸率是检验设备运行成功与否的主要标准。把电网污闪跳闸率控制在一个较低的可以接受的水平，取决于电网的结构、线路的重要性。通常电压等级越高，对线路与变电站运行的可靠性要求也越高。对电网主网架、大电厂和枢纽变电站及其送出线要尽可能防止污闪的发生。4污秽度测量和等级划分•不同电压等级的输电线路可接受的污闪跳闸率如下表。电压等级，kV110220330500750输送容量，104kW6～1010～5040～8050～100100在系统中的重要性重要重要重要重要重要污闪跳闸率，次/(×年)0.10.10.050.050.054污秽度测量和等级划分•采用连续积污3～5年的等值盐密和灰密值划分污秽等级后，以往的“运行经验”大多不能使用了。要重视长年不清扫线路和实施状态检修（或称以等值盐密指导清扫）线路的运行经验，用以指导邻近或自然地理环境相似地区调爬工作。4污秽度测量和等级划分•要全面地认识和描述污湿特征，充分认识和了解大环境污染的影响。既要看到视野范围内的污染源，更要关注来自远方大、中城市的工业污染；既要注意常年气候变化与潮湿天气的分布，又要考虑多年一遇的“久旱无雨”和“灾害性浓雾”的周期性；既要顾及今后经济发展可能带来的污染，还要注意到大气污染与恶劣天气相互作用所带来的湿沉降。4污秽度测量和等级划分•要认真总结本地区复合绝缘使用的经验。在重污秽地区线路使用复合绝缘子，变电设备涂刷RTV和加装复合增爬裙，经济有效。它不仅是运行维护部门防污闪的补救措施，也可以是设计部门技术经济比较后对外绝缘配置的选择。•关注复合绝缘的劣化（特别是RTV的更新周期）和爬距选择问题。4污秽度测量和等级划分•现有运行经验和试验表明，复合绝缘子伞套呈现硬度增加、易撕裂和憎水性削弱等老化表象时，其机电性能仍可保障其安全运行，不会立即导致电网灾难性事故发生，人们有充裕时间采取措施，逐步更换。•现有运行经验和试验还表明，复合绝缘子即使憎水性很差，其耐污闪能力也明显高于相同爬距的瓷绝缘，重污区复合绝缘可以使用相对较低的爬距。4污秽度测量和等级划分•要注意统计盘形瓷绝缘子的劣化率和玻璃绝缘子的自破率。根据我国电网运行经验，盘形瓷绝缘子的年劣化率在万分之几到千分之几浮动，近年有所好转；玻璃绝缘子的自破率也大致在同一水平。因此，线路绝缘子片数的选择还应考虑劣化绝缘子的存在。4污秽度测量和等级划分•4.2.2现场测量等值盐密和灰密•企标规定“等值盐密”和灰密的测量周期为3～5年，以区别于GB/T16434-1996“盐密值应是以1～3年连续积污盐密为准”和“对500kV线路以3年积污盐密值确定污级”的不确切提法。实质上就是用饱和污秽度取代年度等值盐密，其终极目标是要求在选择绝缘子时不考虑清扫这一因素。4污秽度测量和等级划分•根据现有现场试验与测试结果，我国内陆地区绝缘子积污的饱和时间，北方约为3～5年，南方约为3年。因此在确保电网安全运行的前提下，经过3年或更多一点时间的工作就可获得大量数据，而实测饱和盐密值与理论估算值的误差可控制在10%以内。4污秽度测量和等级划分•对于缺少饱和等值盐密数据的地区，双伞型和普通型盘形绝缘子的饱和等值盐密可暂按平均年度等值盐密的1.6～1.9倍（南方按1.5～1.7倍）计算。•为使各地修订后的污区图更符合当地的实际情况，各地应开展饱和盐密的测量工作，积累可供使用的数据。由于500kV线路绝缘子积污通常多于220kV和110kV线路，因此要特别注意积累500kV线路的测试数据。4污秽度测量和等级划分•大量积污试验与现场测试数据表明，无论是同一串绝缘子各片间，还是同一地点或环境条件相似的地区，甚至不同地域之间，我们所测得的绝缘子表面灰密对等值盐密之比都呈正态分布；对于不同种类的污染源，灰密为等值盐密的2～10倍，年度平均值为4.5倍或5倍，现场污秽度趋于饱和时灰密为等值盐密的5～10倍。4污秽度测量和等级划分•污秽物的化学成份对污秽等级的划分和用污耐受电压发选择绝缘子片数都有重要作用。为使高溶解度污秽物和低溶解度污秽物的比例分析更准确，可溶性盐的化学分析结果应包括尽可能多的正离子和负离子。企标在IEC60815:1CD文件附录A的污秽化学成份分析中增加了若干常见的正离子和负离子。企标还提出可进行污秽物颗粒度及其分布的分析，以利于污染源识别。4污秽度测量和等级划分•4.2.3按气候和环境条件模拟计算污秽水平（见CIGRE158）•CIGRE158提出了模拟计算方法。中国电科院提出了一个依据工业污染源排放估算区域污秽度的计算模型。此处从略。4污秽度测量和等级划分•4.2.4根据典型污湿特征预测现场污秽度•针对那些缺少等值盐密数据而无法执行污秽分级标准的地区，企标通过修订国电安运[1998]223号文推荐的“污湿特征”列表，对不同污秽等级地区的“污湿特征”进行了更为具体细致的描述，并使之与IEC60815:1CD文件的分类相呼应。具体内容见第三讲。4污秽度测量和等级划分•4.3现场污秽度等级•从标准化考虑，本标准按IEC60815:1CD文件要求，统一将现场污秽度从很轻到很重分为5个等级：a级—非常轻污秽、b级—轻污秽、c级—中等污秽、d级—重污秽和e级—非常重污秽。这与原习惯使用的0级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级的表示方法没有本质的区别。4污秽度测量和等级划分•