1 大面積污閃事故的主要特點和原因
自20世紀90年代以來，東北、西北、華北、華中、華東和華南都相繼發(fā)生過大面積污閃事故，其主要特點和原因可歸納為部分線路絕緣配置偏低、天氣惡劣、大環(huán)境污染降低了外絕緣強度、清掃質量不高。不同時間和地點發(fā)生污閃的設備也有很大差別。如1990年華北大面積污閃事故，輸電線路主要發(fā)生在懸垂串上。變電設備故障多發(fā)生在母線、隔離開關、阻波器等支柱絕緣子上，或未涂RTV和未安裝增爬裙或未及時進行水沖洗的設備上。2001年大面積污閃事故中遼沈地區(qū)主要集中在I-Ⅱ級污區(qū);華北、河南主要分布在Ⅱ-Ⅲ級污區(qū);京津唐、河北、河南和遼寧電網凡全線使用復合絕緣子的線路幾乎都沒有發(fā)生污閃。線路污閃與1990年華北大面積污閃比較耐張串較多。變電設備的污閃主要發(fā)生在支柱絕緣子上(占閃絡總數的78.0%)特別是重污區(qū)雙聯支柱絕緣子。
2 問題的提出
2.1 清掃的局限性
隨著城鄉(xiāng)電網建設和改造、三峽工程、西電東送以及全國跨地域電網的建設，必須正視這樣的事實，對目前運行線路每年進行清掃越來越困難，對于穿越山區(qū)線路，特別是500 kV線路更是如此。問題是現行標準GB/T 16434-1996、JB/T 5895-1991和GB 5582-1993對污穢等級的劃分和外絕緣選擇皆是建立在清掃的基礎上。雖然清掃是絕緣子串恢復絕緣強度最有效的防污閃措施，但是客觀事實要求不應再將污絕緣設計建立在清掃的基礎上，尤其是新建或待建的工程。
2.2 原污區(qū)分布圖存在的問題
現行污區(qū)分布圖中劃分污級的鹽密是指由普通懸式絕緣子XP-70(X-4.5)及XP-160型所組成的懸垂串上的測得值。我國現運行線路已使用了玻璃絕緣子約4500萬只(其中，南京國產線生產了900萬片)、復合絕緣子約400萬支。不同材質和型式的絕緣子自然積污特性與XP-70和XP-160不同，串型結構不同其積污特性也不同，且無系統(tǒng)的研究，這顯然會對污級的確定產生較大偏差。另外，所測的鹽密值大多是運行1年的最大鹽密。以上問題可能會導致實際絕緣配置往往不到位。在今后的防污管理工作中，必須從根本上調整鹽密測量和污穢等級的劃分方法，重新制定污區(qū)分布圖的繪制原則。
2.3 污閃的主要原因
現今使用的絕緣子污耐壓基礎數據是從短串的污穢試驗得到的，由于人工污穢電壓閃絡梯度與絕緣子串長呈不嚴格的線性關系。因此，以污耐壓法進行污穢設計時，由短串結果推算至長串會帶來很大偏差。長串試驗結果表明，單片污耐壓值低于由短串所確定值的40%。不同型式瓷、玻璃絕緣子的耐污穢特性并不隨爬電距離的增加而成線性改善。對傘型不佳的絕緣子，雖爬電距離增加較大，但污耐壓并未明顯提高，有的反而降低。雖然爬電距離增加較大，但局部爬電距離在污穢和受潮2個條件作用下易被空氣間隙放電短路，這充分說明爬電距離的有效性對污耐壓的影響很大。GB/T 16434--1996附錄D和JB/T5895-1991第6條皆明確指出在利用爬電比距法來進行污穢絕緣設計時一定要考慮爬電距離有效系數。國內至今尚未系統(tǒng)研究爬電距離的有效性。以上這些原因無疑會導致污穢絕緣配置偏低或裕度偏小。
3 解決污閃問題的思路
解決污閃問題主要是重新認識污穢絕緣設計。
3.1 按爬電比距確定絕緣子串片數所存在的問題.
目前，各國均按污穢水平劃分污級，并規(guī)定各污級對應的爬電比距，僅前蘇聯和我國按爬電比距的方法確定絕緣子串片數。前蘇聯與我國的設計又不同，不僅系統(tǒng)地考慮了爬電比距有效系數(一般取1.1-1.2)，還規(guī)定了不同污穢等級下50%人工污穢耐受電壓值，即220 kV及以下電壓等級為對應額定電壓值，330 kV和500 kV分別規(guī)定為315 kV和410 kV，僅按GB/T16434-1996來進行外絕緣設計，與前蘇聯相比無疑偏低。
3.2 按污耐壓確定絕緣子串片數所存在的問題
美國、日本和我國武漢高壓研究所等主要是以污耐壓進行外絕緣設計，污耐壓皆以長串真型試驗來確定。不同國家污穢絕緣設計原則相同，僅是設計參數取值不同。
由文獻[1]知，絕緣子串片數N為污穢設計目標電壓值UΦmax與單片絕緣子最大耐受電壓Umax的比值，而單片絕緣子最大耐受電壓Umax是σ、k的函數，σ、k越大，Umax越小，N越小，反之N越大。σ、k取定值后，按系統(tǒng)重要性考慮的修正系數k1，越大，N越大，即絕緣子串的污穢裕度越大。σ值一般由50%人工污穢耐受電壓試驗確定。由表1可知，不同國家污穢絕緣設計參數取值不同。σ值不同主要是由不同污穢試驗室等價性造成，而k值主要由線路設計閃絡概率戶值確定。若單串閃絡概率戶取值偏高，無疑k偏低，Umax偏高;若k1取值偏低，則UΦmax偏低，若p和k1值同時偏低，則N偏低。而我國p、k1取值相對前蘇聯、美國和日本而言皆偏低，可見N值較小，絕緣子串的絕緣配置偏低，或者說裕度偏小。隨著大環(huán)境的污染，若污穢等級從I級(0.025 mg/平方厘米)發(fā)展到Ⅲ級(0.1 mg/平方厘米)，不同型式絕緣子的Umax值下降幅度可達32.2%-44.0%。XP-160型絕緣子長串真型試驗結果表明，I級(0.03 mg/平方厘米)Umax值(11.81 kV)相對于Ⅲ級(0.1 mg/平方厘米)Umax值(8.36 kV)下降幅度為29.2%，無疑絕緣子串片數相應會增加31.1%-22.7%或34.2%，受桿塔高度限制，必然無法調爬，應在設計基建時將裕度留給運行部門。
3.3 推薦污穢絕緣設計方案
3.3.1 爬電比距法
建議對單片絕緣子的爬電距離進行爬電比距有效系數修正，規(guī)定不同電壓等級下的污耐壓水平。
3.3.2 污耐壓法
建議修訂GB/T16434-1996時增加單絕緣子串的閃絡概率戶(戶取值0.0135%)，K值取3;輸電線路絕緣子污穢設計時口值取為7%或由試驗數據確定;污穢設計目標電壓值UΦmax按系統(tǒng)的重要性考慮的修正系數k1，取1.10-1.3，對重要輸電線路k1取1.6，對核電站出線等重要線路k1取1.732;對不同電壓等級輸電線路應規(guī)定絕緣子串最少片數，如500 kV輸電線路推薦懸垂串最少片數為30-32片。
4 解決污閃的對策
4.1 重新劃分污區(qū)分布圖
建議鹽密測量圖中的鹽密值為輸變電戶外設備外絕緣在長年(一般為3-5年)測得的連續(xù)積污鹽密的最大值(預期等值附鹽密度);在鹽密測量圖中應標出其他型式絕緣子之間的等值附鹽密度的修正系數;污濕特征的描述應定量化，并引人大氣質量指數的概念。
4.2 提高輸變電設備的絕緣水平
(1)對已建線路和變電所。根據已調整的污區(qū)分布圖，按GB/T 16434-1996將輸變電設備的外絕緣配置到所在污區(qū)上限的絕緣水平，受設備的限制可將設備更換成復合絕緣子或噴涂RTV或帶電水沖洗，這是最基本的要求。
(2)對待建線路。這里推薦采用污耐壓法來進行污穢設計，污穢設計參數的選擇見文中3.3.2。
(3)對待建變電所。因變電設備進行污耐壓試驗十分困難，因此這里推薦采用爬電比距法進行污穢設計，受設備的限制，可在設計時優(yōu)先選用復合絕緣子或噴涂BTV或帶電水沖洗。
4.3 Ⅲ、Ⅳ級污區(qū)和主網骨干線路對已建線路建議采用復合絕緣子。
對新建線路，按污耐壓法進行絕緣配置，對500 kV輸電線路若采用盤徑255mm，結構高度155mm，爬電距離300mm的懸垂串，I級污區(qū)(0.03 mg/平方厘米)使用絕緣子片數應為32片，也可采用V型、八型雙絕緣子串，對應于懸垂串每串絕緣子片數相比應少些，也可采用復合絕緣子。
4.4 加大使用復合絕緣子力度
我國復合絕緣子的劣化性能、機械性能和電氣性能滿足運行對其要求，其綜合性能處于國際先進水平。實踐證明，復合絕緣子是遏制我國電網發(fā)生大面積污閃的有效措施，尤其是對解決Ⅲ、Ⅳ級污區(qū)的污閃問題起到至關重要的作用。結合我國國情，無論是已建還是新建線路和變電所，應加大力度使用復合絕緣子。
4.5 絕緣子選型應引起重視
僅從污穢絕緣考慮絕緣子選型應同時注意以下問題：①采用大爬電距離絕緣子;②采用爬電距離有效利用率高的絕緣子;③采用積污特性和自潔性能優(yōu)良的絕緣子;④在同一結構高度工況下，優(yōu)先采用單片污耐壓值高的絕緣子;⑤采用劣化率低的絕緣子。
4.6 其他串型的選用
截止目前，我國不同電壓等級輸電線路使用串型比較單一，絕大多數為懸垂串。∨型、∧型僅少數地區(qū)考慮使用。串型對積污特性影響很大，耐張串和∨型串的鹽密值相對于懸垂串約為50%和80%，并具有良好的自潔性能，在同一桿塔高度下其絕緣子串片數比懸垂串多。對已建絕緣配置偏低的線路，在調爬較難的情況下，尤其是對500 kV輸電線路可考慮∨型或∧型串。
4.7 清掃在防污閃工作中的地位
傳統(tǒng)上我國運行輸變電設備的污穢絕緣設計是建立在清掃周期的原則上。因此，對已運行的輸變電設備不能取消清掃周期。凡不具備”用鹽密指導清掃”條件的線路均應堅持一年一清掃。
4.8 加強基礎研究
(1)不同型式絕緣子爬電距離有效系數的研究。
(2)不同型式絕緣子積污特性的研究。
(3)復合絕緣子污穢試驗方法的研究。
(4)由真型試驗求取不同型式絕緣子和串型的污耐壓曲線。
5 結論
(1)輸變電設備絕緣水平偏低是我國發(fā)生大面積污閃事故的主要原因。
(2)利用爬電比距進行污穢設計時，在考慮爬電距離有效系數的同時，還應考慮不同電壓等級所對應的污耐壓水平。
(3)利用污耐壓法進行污穢設計時，本文推薦口為7%或由試驗值得出，k值取3，k1取1.10-1.732，規(guī)定不同電壓等級輸電線路應規(guī)定絕緣子串最少片數，如500 kV輸電線路懸垂串最少片數為30-32片。
(4)建議線路污穢設計采用污耐壓法，變電所仍然采用爬電比距法。
(5)加大復合絕緣子和其他串型的使用力度。
(6)絕緣子的選型和清掃應引起足夠的重視。
