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1、污秽类型与污秽度第1页，共47页，编辑于2022年，星期日内容目录CONTENTS绝缘子积污的分类表征绝缘子污染程度的特征量输变电设备外绝缘污秽等级划分第2页，共47页，编辑于2022年，星期日绝缘子积污的分类污秽类型1第3页，共47页，编辑于2022年，星期日1污秽类型BACKGROUND工业型污秽是在工业生产过程中由烟囱排出的的气相、液相、固相污秽物质；具体包括化工厂、冶炼厂及火电厂的排烟，水泥厂、煤矿和煤场的粉尘，循环水、冷水塔和喷水池的水雾等。自然型污秽 指在自然条件下产生的污秽，可分为尘土污秽 、盐碱污秽和海水盐雾污秽等类型，以及鸟粪污秽 和绝缘子覆冰积雪等。鸟粪污秽则是一种特别的自
2、 然污秽形式。绝缘子覆冰积雪也是一种特殊形式的 自然污秽。第4页，共47页，编辑于2022年，星期日工业型污秽污秽类型1.1第5页，共47页，编辑于2022年，星期日1.1工业型污秽化工污秽 冶金污秽 水泥污秽 按照产生源的分类煤烟粉尘污秽 （对绝缘子电气强度影响最严重）我国由工业生产而排出的废气超过6亿m3/h，除尘量大于1000万吨/年，SO2排出量超过150万吨/年。第6页，共47页，编辑于2022年，星期日化工污秽l由开采化工原料和制造化工(原料)产品的工矿 企业在生产过程中或由烟囱排出的废气、脏物以及化工原料粉尘沉积在绝缘子表面上而形成的；l主要成分是各种酸、碱、盐类。不管其成分如何
3、复杂，各种化工污秽中都含有能导电的电解质（强电解质）。l由于电解质在潮湿污层中溶解后使绝缘子污秽层的导电能力急剧增大，因而容易引起闪络事故。a.浓度较小时,电导率随浓度的增大而增大；b.浓度达到一定值后，电导率随浓度增加而减小；c.强酸强碱的电导率在不同浓度下都比其他电解质高。图：电解质溶液的电导率与浓度的关系图：电解质溶液的电导率与浓度的关系第7页，共47页，编辑于2022年，星期日水泥污秽l水泥的主要成分是硅酸钙(3CaOSiO22CaOSiO2)和铝酸钙(3CaOAl2O3)、铝铁酸钙(4CaOAl2O3Fe2O3)，即水泥中含有的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等；l
4、水泥虽是一种较难溶解的弱电解质，但易于吸潮，形成硬垢结壳，不易清扫，运行维护较困难。在生产、运输和建筑工地上扬起的水泥粉尘降落在运行中的绝缘子表面上，因雨水冲洗效果小，清扫又十分困难，附着于绝缘子表面的沉积量将与日俱增，每年总量可达40 mg/cm2，往往是上表面少，下表面多；l水泥污秽如果兼有其它强电解质污秽时，由于水泥粉尘的保水作用，使强电解质充分溶解，导电率大大增加，绝缘子的污闪电压大为降低，因此水泥污秽造成的危害极大。第8页，共47页，编辑于2022年，星期日冶金污秽l冶金类污秽的种类繁多，主要是炼钢厂、炼铝厂及其它有色金属冶炼厂在生产过程中排出的污秽物，包括SO2等有害气体及各种金属
5、粉尘。l钢铁厂的金属粉尘沉积在绝缘子表面上与SO2黄烟起化学反应可生成Fe2O3（橙色）；如果水塔水雾中的碳酸钙、碳酸镁、硅酸盐与金属粉尘一起附着于绝缘子表面上（白色），进一步恶化了绝缘子的污染程度。l炼铝厂附近空气中含有大量的铝矾土、二氧化硅、氟化物和含碳物质等强电解质，对用电量很大的铝厂供电系统是十分有害的。l冶金型污秽一般都属于强电解质，对电力系统的外绝缘有严重威胁。第9页，共47页，编辑于2022年，星期日煤烟粉尘污秽l煤碳直接燃烧是造成大气污染的主要原因之一。煤和煤气是人类生活和生产中使用最广泛的燃料，其燃烧生成的大气污染物除了烟黑和飞灰外，还有CO2、CO、NOx、SO2等多种气相
6、污物。l主要成分是SiO2，其次是Al2O3、Fe2O3、CaO及其他金属氧化物，含盐量约占4%；烟气中以SO2为主，它金属氧化物的烟灰相结合，在粉尘表面被氧化为SO2,一旦遇水则生成硫酸。l煤烟污秽是火电厂地区外绝缘污闪的重要污源。火电厂是用煤大户，是构成煤烟污秽的一个重要来源。有冷却塔时，火电厂造成的污秽更为严重。一方面是冷却塔排出的热空气遇到冷空气容易凝结成水滴飘落到周围地区，另外电厂循环水经加酸处理后含有大量的酸根离子和金属离子，使水滴的电导率增加，有时会直接导致升压站发生污闪。黑烟：是煤受热分解而成的微小炭粒未完全燃烧而成的。飞灰：是由灰粒和部分未燃尽的焦炭细粒组成，含有各种金属氧化
7、物。煤烟污秽属于强电解质，危害极大。第10页，共47页，编辑于2022年，星期日自然型污秽污秽类型1.2第11页，共47页，编辑于2022年，星期日1.2自然型污秽尘土污秽 分类海水污秽 盐碱污秽 鸟粪污秽 覆冰积雪 第12页，共47页，编辑于2022年，星期日尘土污秽l尘土污秽是指从地面扬起的尘土以及农作物施加的化肥和农药，农村燃烧柴、草、农作物茎叶、牛粪，排出的炊烟等。l在尘土污秽地区，绝缘子的污染程度主要取决于土壤的性质，特别是土壤的含盐量、可溶性与生成电解质的能力，风对土壤的侵蚀以及尘土在绝缘子表面上的粘附能力等。l（要准备讲书上的内容背出来）第13页，共47页，编辑于2022年，星期
8、日盐碱污秽l盐碱地区的扬尘微粒及盐碱水面烝发后在空气中流下的盐碱微粒属于盐碱污秽。盐碱污秽含有较多的可溶性导电成分，并容易吸潮。l在盐碱地区，不仅尘埃中含有大量能溶于水而生成电解质的微粒，而且大多数盐碱地区可能存在含有可溶矿物质的水域。根据土壤盐渍化的程度可分为四类：弱、中、强、很强含盐土壤。土壤盐渍化程度弱中强很强可溶于水的盐的计算含量3.0%l土壤中易溶于水而生成离子的盐份量，以及在风力作用下能从土壤表面扬起的微粒，风自盐湖水库表面吹起含导电物质的水珠蒸发后在空气中留下的可游离物质等，最易造成绝缘子严重污染。因此，属于盐碱地区的沙漠和半沙漠地带是属于重污秽区。l盐碱地区绝缘子污秽的特点：因
9、风雨的净化作用，上表面的积污要比下表面小好几倍，而下表面有棱的绝缘子污染特别严重。第14页，共47页，编辑于2022年，星期日海水污秽l主要发生在海洋沿岸，在紧靠海边几百米以内的绝缘子常常被海水飞沫直接湿润。但顺着流入海洋的江河也可以扩展到离海岸较远的地区。由于海浪冲击海岸和风力的作用，海边空气中含有大量的海水微粒。l海水或海盐污秽与海边的地形、海水含盐量、风向及风力等多种因素有关。海盐污秽或海水污秽的过程有下面几种典型情况：p海水的小水滴被风吹到陆地的干燥空气中，水分蒸发而形成小颗粒的盐分沉积在绝缘子表面上；p 在紧靠海边的几百米以内的绝缘子常被海水飞沫直接湿润；p 在不利的气象条件下，海水
10、水滴或盐粒可以构成雾的凝聚核心而形成海雾或盐雾，使绝缘子表面受到湿润。第15页，共47页，编辑于2022年，星期日鸟粪污秽l指鸟类粪便直接飞洒在绝缘子表面造成的一种特殊污秽形式。在广阔的田野、森林、草原和盐碱地区，不仅绝缘子上堆积的干鸟粪因受潮而使绝缘性能下降，而且机率最大的闪络原因是鸟停留在杆塔的末相上排粪，粪流污染绝缘子导致沿粪流放电。l鸟粪是粪与尿的混合体。鸟类独特的排泄系统最终会把机体消化蛋白质剩下的含氮废物转变成尿酸。这样可以节省大量水分，我们看到鸟粪上白色的部分，其实就是鸟高度浓缩的尿液。尿酸的pH值为3.89，虽然酸性较弱但足以对金属结构产生腐蚀。鸟粪中含有不少铵盐，在潮湿的情况
11、下会与金属产生电化学反应，从而破坏金属的强度并导致绝缘子发生污秽闪络。l在夏季秋季的清晨或夜间，鸟粪污秽对220kV及以下电压等级的线路是最危险的。第16页，共47页，编辑于2022年，星期日覆冰积雪l是一种特殊形式的污秽，这里所指的覆冰积雪污秽是指绝缘子覆冰积雪之后，冰层和积雪层中所含有的可溶于水的导电物质。l空气中存在各种形式的污秽微粒，覆冰和积雪过程中，这些导电或不导电的污秽微粒成为冰粒或雪粒的冻结核。积覆在绝缘子表面，当冰层或积雪层融化时，明显提高绝缘子的表面电导，导致绝缘子在运行电压下发生闪络事故，这种闪络事故成为冰闪，也是一种特殊形式的污闪。l覆冰积雪这种特殊形式的污秽，其表征方式
12、与传统污秽有一定的差异。主要采用绝缘子覆冰重量和覆冰水电导率等参数来表征。第17页，共47页，编辑于2022年，星期日表征污秽绝缘子运行状态的特征量污秽度参数2第18页，共47页，编辑于2022年，星期日1.1.污秽参数：重要性污秽参数：重要性213 合理选择表征污秽绝缘子运行状态的特征量，或污秽参数，就可以通过对各类污秽的离线测量和在线检测来确定绝缘子的污秽程度，定量地划分污秽水平，为设计及运行维护提供可靠依据。到目前为止，国内外没有找到一个统一的能够确切地表征污秽绝缘子运行状态的特征量。目前常用的污秽特征参数有以下几种：1.等值附盐密度（ESDD）2.表面污层电导率(SPLC)3.泄露电流
13、(IC)第19页，共47页，编辑于2022年，星期日2.1等值附盐密度是绝缘子在自然环境下积污(包括自然污秽和工业污秽)程度表示方法之一，是以绝缘子表面每平方厘米的面积上附着的污秽物中导电物质的含量所相当的NaCl的量(mg/cm2)，简称等值盐密。ESDD表征污层中可溶性物质导电率的大小，直观地反映了绝缘子的污秽程度，测量简单，对测量的技术要求不高，在我国有较长的应用历史和较广泛的应用基础，有较丰富的以盐密指导防污闪工作的经验，是我国目前在防污闪工作中用以表征污秽度最为重要的基本参数。Equivalent Salt Deposit Density 第20页，共47页，编辑于2022年，星期日
14、STEP02STEP04STEP03STEP THREESTEP FOURSTEP FIVESTEP02STEP TWOSTEP01STEP ONE2.1 等值附盐密度等值附盐密度具体操作如下：上图：盐密与灰密的测量流程图第21页，共47页，编辑于2022年，星期日STEP01STEP07STEP02STEP04STEP03STEP THREESTEP FOURSTEP02STEP TWO 以一定量的蒸馏水将绝缘子表面绝缘部件上的污秽物全部清洗下来；第22页，共47页，编辑于2022年，星期日STEP02STEP04STEP03STEP THREESTEP FOURSTEP07将水分成23份，
15、用浸湿的脱脂棉或刷子将上、下表面的污秽物质洗下（同一表面洗刷23次），将洗下的污液全部收集于干净的容器（烧杯）内（清洗前、后水量不应有明显变化），将含有污秽物的布、脱脂棉或刷子放入烧杯中，使污秽物充分溶解。第23页，共47页，编辑于2022年，星期日将污液充分搅拌，待污物充分溶解后，用电导仪测量污液在该温度下的电导率t，并且测定污液的温度。按下面公式换算到20时的值STEP03STEP04STEP04STEP FOURSTEP07第24页，共47页，编辑于2022年，星期日STEP04根据 值从污秽绝缘子清洗液电导率 与盐量浓度 的关系中查出等值含盐量，在计算出等值盐密 (mg/cm2)，即S
16、TEP07式中:为洗污秽用的去离子水量(ml)，为一片绝缘子或单元裙段的表面面积(cm2)第25页，共47页，编辑于2022年，星期日213对于支柱绝缘子，110kV220kV至少应均匀地取3个单元裙段，500kV取5个单元裙段，每个单元段取用的去离子水量其中，若 时，V取100ml，对于悬式绝缘子，约为1500cm2，V值取300ml；时，推荐用水量为2.1 等值附盐密度等值附盐密度支柱绝缘子支柱绝缘子悬式绝缘子悬式绝缘子第26页，共47页，编辑于2022年，星期日2132.1 等值附盐密度等值附盐密度如果 在 时，可以按下列公式计算出支柱绝缘子单元裙段或一片悬式绝缘子的等值盐密 ，即其整支
17、支柱绝缘子和整串悬式绝缘子的等值盐密均值为第27页，共47页，编辑于2022年，星期日2.1等值附盐密度ESDD与污闪电压之间没有直接关系，仅与绝缘子的污秽量、成份和性质有关，所以称为污秽的静态参数。污秽闪络过程可分为积污、污秽湿润、干带形成并产生局部电弧和局部电弧发展成完全闪络四个阶段。等值盐密只反映绝缘子污闪过程中的第一个阶段，即积污阶段，不表征污秽的受潮、干带形成、局部电弧产生和发展过程等。Equivalent Salt Deposit Density 显然，由于没有反映运行状态的湿润受潮和电压作用，以及污秽物成分并非都是强电解质等原因，等值盐密作为污秽特征量也有它的不足之处。第28页，
18、共47页，编辑于2022年，星期日2.2表面污层电导率污层电导率越高，其表面污染程度越严重。它是绝缘子单位表面污层的电导值。通常又分为积分电导率（即整体表面电导率）和局部表面电导率。Surface pollution layer conductivity反映了绝缘子的积污和受潮二个因素的联合作用的结果。对于强电解质和弱电解质污秽，污层电导率均可以较为客观的反映绝缘子的污染程度，排除了等值盐密因污秽种类不同带来的误差，并可以对复合绝缘子和涂憎水性涂料的绝缘子进行测量。但这种方法所用的试验和测量设备相对来说比较复杂，现场控制饱和湿润困难，目前多用于试验室测试。第29页，共47页，编辑于2022年，
19、星期日积分电导率l积分电导率 是把绝缘子表面的污层视为具有电阻率 或者电导率 的导电膜，则绝缘子表面电导形状系数 ：第30页，共47页，编辑于2022年，星期日2.2为了克服积分电导率的不足和避开污层间断在绝缘子金属附件部位的不良影响。可以在湿污层表面用电导率仪测量多个测点的表面电导率，取其算术平均值作为平均表面电导率，即局部表面电导率。该参数将污秽、湿润、电压直接联系起来，比静态参数前进一步，但测试电压低，又受污秽不均匀的断层影响，并不能反映污层在运行电压下的真实变化，则称为半动态参数。表面污层电导率Surface pollution layer conductivity第31页，共47页，
20、编辑于2022年，星期日2.3泄漏电流泄漏电流 是指在运行电压作用下污秽受潮时测得的流过绝缘子表面污层的电流。Leakage Current当作用电压不变时，泄漏电流随污秽度的增加而增大；反之，当污秽度一定时，泄漏电流又随作用电压的升高而增加。因此，用它作表征绝缘子污染程度的特征量是比较科学的。它是作用电压、湿润、污秽3要素的综合反映和最终结果，故称动态参数第32页，共47页，编辑于2022年，星期日泄漏电流正常泄漏电流正常泄漏电流 临闪前临闪前 闪络闪络 第33页，共47页，编辑于2022年，星期日泄漏电流一是测量泄漏电流的脉冲次数，即记录承受工作电压下的污秽绝缘子在给定时间内超过一定幅值的
21、泄漏电流脉冲次数。由于脉冲通常出现在交流污闪最后阶段之前，而且随着临近污闪的逼近，脉冲频率和幅值都要增加，因此该参数可用于监测污秽绝缘子的运行状态，并给有闪络危险的警报。二是测量在给定时间内，在工作电压作用下污秽绝缘子运行中最高峰值泄漏电流，以最高泄漏电流作为特征量，需要将运行中记录的数值与实验室测到的结果进行比较就可以确定污秽程度，同时，又可实现微机在线检测，它自然是比较理想的参数。但是脉冲次数和最高泄漏电流的测量不仅时间长，而且造价高。在线监测目前尚有很多技术问题需要解决，虽然实际采用的国家尚不多见，但随着在线监测技术的迅猛发展，该参数将越来越重要。第34页，共47页，编辑于2022年，星
22、期日泄漏电流第35页，共47页，编辑于2022年，星期日2.4其他特征量污秽的日沉降密度其他特征量污液电导率盐浓度1%污液浓度电导率法基于声发射技术的绝缘子污秽放电检测大气质量指数大气含盐质量指数饱和盐密第36页，共47页，编辑于2022年，星期日37输变电设备外绝缘污秽等级划分外绝缘污秽等级划分3第37页，共47页，编辑于2022年，星期日背景介绍随着农业生产高速发展，大气污染日益严重，尤其是煤矿、发电厂、冶炼厂、化工厂等严重的煤烟型污染已造成了输变电设备电气外绝缘污闪事故的频繁发生，污染已成为影响电网安全运行的严重隐患。绝缘子污闪发生在污秽地区，而不同污秽地区绝缘子的污闪电压亦有所差异，这
23、就需要区分输电线路所经区域是污秽区还是清洁区，以及污秽的轻重。为了对电网污秽等级进行合理划分，以便为运行设备的改造、电力工程设计以及运行部门进行有计划爬电比距提供科学依据，有效防止污闪事故的发生，电力工作者在绝缘字污秽特征量的基础上提出了多种污秽等级划分方法。第38页，共47页，编辑于2022年，星期日3污秽等级划分 (1)等值盐密法输变电设备污秽等级划分 (2)局部电导率法(3)大气质量指数法第39页，共47页，编辑于2022年，星期日等值盐密法l国家标准(GB/T5582、GB/T 16434-1996)和电力行业标准规定：外绝缘按最小公称爬电比距和人工污秽耐受值分为0、I、II、III和
24、IV五级。0级适用于无明显污秽地区，不需要进行人工污秽试验。线路和发电厂、变电所污秽等级对应的盐密值如表所示；l对于500kV以下线路，划分污秽等级的盐密值是以13年的连续积污盐密值为准。对于500kV及以上线路，则以3年积污的盐密值确定污秽等级；l线路和发电厂、变电所的盐密均指由普通悬式绝缘子XP-70型(或X-4.5型)及XP-160型所组成的悬垂绝缘子串上测得的值，其它绝缘子应按照实际积污量加以修正。变电所取样应逐步过渡到以支柱绝缘子为主，按普通支柱绝缘子测量的盐密划分污秽等级的方法。污秽等级污湿特征盐密/(mg/cm2)线路发电厂变电所0大气清洁地区及离海岸盐场50km以上无明显污染地
25、区。0.03I大气轻度污染地区，工业区和人口低密集区，离海岸盐场1050km地区。在污闪季节中干燥少雾(含毛毛雨)或雨量较多时。0.030.060.06II大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟地区，离海岸盐场310km地区，在污闪季节中干燥少雾(含毛毛雨)但雨量较少时。0.060.100.060.10III大气污染较严重地区，重雾和重盐碱地区，近海岸盐场13km地区，工业与人口密度较大地区，离化学污染源和炉烟3001500m的较严重污秽地区。0.100.250.100.25IV大气污染特别严重地区，离海岸盐场1km以内，离化学污染源和炉烟300m以内的地区。0.250.350.250.35外绝缘污秽
26、等级线路(发电厂、变电站)电站设备220kV及以下330kV及以上220kV及以下330kV及以上013.9(16.0)14.5(16.)/I13.917.4(16.020.0)14.518.2(16.020.0)16.0(18.4)16.0(17.6)II17.421.7(20.025.0)18.222.7(20.025.0)20.0(23.0)20.0(22.0)III21.727.8(25.032.0)22.729.1(25.032.0)25.0(28.8)25.0(27.5)IV27.833.0(32.038.0)29.134.5(32.038.0)31.0(35.7)31.0(34.
27、1)注：爬电比距计算时取系统最高工作电压，其中()内数据为额定电压计算值污秽等级0IIIIIIIV盐密/(mg/cm2)0.020.020.020.050.050.100.100.20第40页，共47页，编辑于2022年，星期日定义定义：设备外绝缘的爬距与其两端承受的最高运行电压(对于交流系统，为最高线电压)之比，单位为mm/kV。爬距=表面距离/系统最高电压.根据污秽程度不同爬电比距爬电比距爬电现象爬电现象在绝缘材料的性能降低时受天气等外界因素如空气湿度大,接连阴天梅雨季节,潮湿环境等使得带电金属部位与绝缘材料产生象水纹样电弧沿着外皮爬的现象，也有点象闪电一样.第41页，共47页，编辑于20
28、22年，星期日局部电导率法局部表面电导率(p)的测量克服了ESDD测量过程中必须将污秽物全部清洗下来的缺点，它的测量和染污绝缘子在雾、露等易发生污闪的恶劣运行状态是一致的。理论分析和试验结果均表明p与Uf的相关性较好。清华大学通过试验研究提出了根据p划分污秽等级的方法 第42页，共47页，编辑于2022年，星期日污秽等级污秽等级p/S单片单片XWP-70的的Uf值值/kV002019.11204019.116.52408016.514.338016014.312.4416019.122016019.112.438016014.312.4416012.4第43页，共47页，编辑于2022年，星期
29、日大气质量指数法中国电力科学研究院等单位通过对大气污染物和绝缘子表面污秽物的监测分析研究，提出了根据大气质量指数进行污秽等级划分的方法：第44页，共47页，编辑于2022年，星期日等值盐密法等值盐密法技术上直观易懂，IEEE工作组和IEC均推荐采用等值盐密法，我国和日本也采用这种方法，并根据各污秽等级的爬电比距进行输电线路、发变电所外绝缘配置选择，我国已使用此法几十年，取得了不少经验和一定的成绩。科研工作者提出的新的污秽等级划分方法，其适用性都还有待进一步验证。局部电导率法局部电导率法必须在所测部位饱和湿润的情况下测量，不同试验人员得到的测量结果可能有较大差异；并且测量用探头精度要求高，在绝缘
30、子表面含有相同的电解质和非电解质污秽时，因污秽分布均匀度等因素的影响，局部电导具有较大分散性。为确定一个地区的大气质量指数评价标准需要长时间的监测，并且随着工农业的发展同一地区的评价标准都在发生变化，不同地区的评价标准也有很差别，要建立完整的大气质量指数大气质量指数污秽等级划分方法需要大量的实测工作。第45页，共47页，编辑于2022年，星期日在输电线路设计和运行维护时虽充分考虑了输电线路所经地区的盐密、污湿特征及运行经验，而国内不少输电线路刚刚投入运行不足一年就几经调爬，可污闪事故仍时有发生。研究表明，不溶污秽物对染污绝缘子交流闪络特性具有一定的影响，因此在划分污秽等级时应充分考虑不溶污秽物
31、的影响。灰密：是指附着在绝缘子表面不能溶解于水的物质除以表面积得到的结果，用于定量标示绝缘子表面非可溶残渣的含量。试验结果表明：不同盐密和灰密的绝缘子串可能具有相同的污染电压；相同盐密、不同灰密的绝缘子串具有不同的污闪电压。因此:不同盐密和灰密的区域可能处于同一污秽等级，应选取相同的外绝缘配置；相同盐密、不同灰密可能处于不同污秽等级，选取的外绝缘配置具有一定的差异，处于具有各污秽等级分级界限上盐密、灰密的绝缘子串应具有相同的污耐受能力。第46页，共47页，编辑于2022年，星期日新IEC60815标准在划分污秽等级时同时考虑盐密与灰密的影响，并以盐密和灰密作为污秽特征量对普通型悬式绝缘子在实际运行中的污秽等级进行了划分。附图附图 普通悬式绝缘子污秽等级与盐密和灰密的关系普通悬式绝缘子污秽等级与盐密和灰密的关系 NSDDESDD第47页，共47页，编辑于2022年，星期日