1. 污秽沉积和污闪影响因素

　　1.1污秽沉积过程

　　1.1.1 典型积污过程

　　绝缘子表面污秽积聚过程，一方面是由空气尘埃微粒运动接近绝缘子的力所决定的，另一方面是由微粒和绝缘子表面接触时保持微粒的条件所决定的。作用在微粒上的三种力为风力、重力和电场力，风力是主要的，电场力是小的。带电微粒在直流电场中作定向运动，在交流电场中作振荡运动，作用在中性微粒上的电场力永远指向电力线密集的一端。重力只对较大的微粒起主要作用，只有将微粒排放到空气中才影响绝缘子的污染。

　　空气运动的速度和绝缘子的外形决定了绝缘子表面附近的气流特性。在不生成湍流的光滑表面附近，污秽微粒运动相当快，这就减少了微粒降落在绝缘子表面的可能性，即使降下的微粒也可能被风吹掉。在绝缘子上形成湍流与气流速度降低的部位，是有利于污秽微粒沉积的。由于风力作用是主要的，室内无风处电场力作用明显，但在室外风大处的电场力作用被掩盖起来了。无风时污秽物主要沉降在绝缘子上表面，有风时污秽物主要沉积在绝缘子的下表面。微粒能留在绝缘子表面，决定于尘土微粒同绝缘子表面间的粘附力和尘土微粒与微粒之间的粘聚力。粗糙表面上积聚的污秽量比光滑表面上多，在干净绝缘子表面上积污较慢，当表面上形成一薄层污秽后，积污速度加快，所以不应该根据新绝缘子在短期内的运行情况，对其积污能力作出匆忙结论。微粒之间的粘聚力比微粒与瓷表面或玻璃表面间的粘附力大，根据污物粘附能力的不同，可分为结壳性的(如水泥)和非结壳性的(如田野尘土)。另外不同的绝缘子外形结构造成人工清扫的难易不同，也是影响长期积污的一个因素。

　　绝缘子上的积污过程具有复杂的动态特性，各种大气条件，如风、雨、雾、雪和湿度都对积污有影响，而且一种因素常可施加截然不同的影响。如风能扬尘，能把污秽物吹向绝缘子，有加重积污的作用，但当风速达一定速度后，又能把污秽物从绝缘子表面吹走，具有净化作用，而且在各种风速下污源周围地区内均有一定浓度的污秽物质，微粒沉降的有利条件是污秽物扩散很慢的无风情况。湿度使绝缘表面潮湿能积聚较多的污秽物，另一方面湿度又能防止或减弱干土上扬。雾能妨碍污物扩散，增加空气中污秽物的浓度，它和毛毛雨一样能促进污秽物沉积到绝缘子表面上，但较大的雨能冲掉污秽物，又有净化的作用。通常地面上空气层中的温度随高度而下降，此时空气垂直移动，冷空气下降，热空气上升，使地表上空污秽度减小。但在某些气象条件下(如晚上地表温度极冷时)，可发生所谓的逆温度，即温度随高度的增加而增加。地表附近的空气似乎被罩在有限的空间内，此时地表附近的污秽物可达到极高的浓度，会大大促进积污。一般情况下，逆温层存在的时间很短，但也有存在数天的情况，有可能引起较大的污闪事故。

　　1.1.2 快速积污过程

　　快速积污一般指沿海区域的高导电性海雾的积污形式，该快速积污形式属于自然条件下形成的，与人类活动无关。但近年来，另一种快速积污形式逐渐增多、日益显著，主要是在环境污染严重地区，长时间无降水且无强风条件下，大气中的污染物越聚越多、无法散开(沙尘暴等扬尘天气也可在短期内导致同样效果)，这时一场降水或降雪将空气中的污秽物大量带落，原本洁净的降水(雪)尚未落地已成为夹带大量污秽物的脏雨(雪)，这种高导电性的雨(雪)使绝缘子表面在短时间内积累较多污秽物且同时提供潮湿条件，易导致绝缘子污闪。该快速积污形式与人类活动密切相关，且不仅局限于沿海地区，在广大内陆重污染地区均可能发生。

　　1.1.3 雾霾对积污的影响

　　雾霾是雾和霾的组合。雾是近地面层空气中水汽凝结的产物，是由大量悬浮在空气中的微冰晶或小水滴组成的气溶胶系统，相对湿度>90%，能见度在1 km 以内。霾是由空气中大量细微均匀的干尘粒组成的气溶胶系统，相对湿度<80%，能见度在10 km 以内，空气中的灰尘、硝酸、硫酸、有机碳氢化合物等粒子组成霾颗粒，使视野模糊并导致能见度恶化。雾霾天气是雾与霾的混合物，通常发生在水汽充足、地表风速弱、对流层存在逆温层的气候条件下，空气中大量分布微小水滴与干尘结合的气溶胶与二次气溶胶，成分与作用过程复杂，相对湿度通常在80%与90%之间，能见度恶化，通常在1 km与10 km之间。

　　雾的产生需要具备较高的水汽饱和因素，而霾是因为城市中的污染物无法得到及时扩散，在近地面积聚。各种污染物在湿度较小、日照强烈情况下容易发生光化学反应，形成霾。雾与霾之间有一个非线性关系，在一阶段，当气溶胶粒子足够多时，雾的出现天数与霾的出现天数都相对增加，而当大气中的水蒸气恒定，没有足够的水滴与气溶胶粒子结合时，就不会形成雾，只会形成霾。所以，霾现象的本质就是气溶胶污染，特别是细颗粒物(PM2.5，空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物)污染。

　　初步研究表明雾霾会加重绝缘子的表面盐密的累积，颗粒粒径、湿度、雾霾浓度对积污都有影响，但短时间内影响都较小，对外绝缘的积污情况的改变并不大。长期雾霾对绝缘子积污的影响需要进一步研究。

　　1.2污秽物种类影响

　　1.2.1 盐分的影

　　1.2.1.1 表面等值盐密的影响

　　绝缘子污闪特性与其表面的污秽度有直接的关系。大量的污闪试验数据表明，绝缘子污闪电压与等值盐密之间存在如下的关系：

　　公式)中，U50%为平均每片绝缘子的50%闪络电压(kV/片);ESDD为等值盐密(mg/cm2);A为常数;n为污秽特征指数，可表征污闪电压随盐密的增加而衰减的规律;A，n可通过大量污闪试验结果拟和得出。

　　1.2.1.2 可溶盐种类对等值盐密的影响

　　绝缘子表面自然污秽中CaSO42H2O的大量存在使其污闪电压显著提高。如日本特高压线路设计时，将沿线污染源分为两类：一类是海洋污染，使用氯化钠模拟;一类是粉尘污染，使用CaSO42H2O或CaSO41/2(H2O)模拟。进一步研究发现自然污秽中普遍存在的有机可溶物可程度不同地提高CaSO42H2O的溶解度，从而使污闪电压有所降低。

　　1.2.1.3 有机可溶物对等值盐密的影响

　　研究表明，自然污秽物中普遍存在着可溶有机物，其中影响CaSO42H20溶解度的有机物可分为四类：

　　(1)有机酸(如异构乳清酸、氰基醋酸等);

　　(2)有机酸钾盐(如脂酸钾、反丁烯二酸钾、丙酸锌等);

　　(3)有机碱˙盐酸盐加成化合物(如吗啉盐酸盐、可待因盐酸盐、亮氨酰胺盐酸盐、奎宁溴化氢等);

　　(4)尿素及其与硝酸盐加成化合物。

　　有机物存在使CaSO42H20溶解度提高，从而降低闪络电压，污闪风险越大。

　　1.2.2 灰密的影响

　　在影响绝缘子污秽闪络电压的诸多因素中，盐密作用大，灰密对绝缘子污闪电压的影响包括其自身吸水性能的强弱和灰密的大小两个方面。

　　一般来说，灰密越大，污闪电压越低，污闪风险越大。

　　1.2.3 上下表面污秽分布的影响

　　污秽的不均匀分布包括污秽在绝缘子上下表面的不均匀分布、污秽沿绝缘子串方向的不均匀分布和污秽沿绝缘子周向的不均匀分布。同种污秽度条件下，污秽物越均匀，污闪电压越低，污闪风险越大。

　　1.2.4 气压的影响

　　与平原地区相比，高海拔地区的污闪问题更为严重。据运行部门统计，高海拔地区高压输电线路的污闪事故屡有发生，我国高海拔地区的染污绝缘问题比低海拔地区矛盾更为突出。国内外多年对高海拔、低气压条件下的污闪问题的研究表明，随海拔升高或气压降低，绝缘子的污闪电压也要降低，而且降低的幅度还较大。换句话说，与平原地区相比，高海拔地区的输变电设备的外绝缘要选择较高的绝缘水平，海拔越高，绝缘水平越高。

　　1.3污层湿润的影响

　　1.3.1 雾

　　雾是在气温低于露点时生成的。一般浓雾中的大部分水滴的直径为2-15 mm，雾的含水量约为 0.03-0.5 R/m3，温度高则含水量大，雾滴数密度为每立方厘米数百个，雾层厚度一般可达 20-50 m，雾的持续时间为1.5 h至数昼夜。在清晨出现的雾称为晨雾，晨雾一般持续数小时，至午即散。在海上出现的雾称为海雾，海雾中可能包含盐分，盐是很好的雾核，浓雾是危险的污闪因素，不仅因为它的水分能湿润污层而不冲刷污层，还因为它持续时间长，分布范围广。又由于气流的作用，雾能湿润绝缘子下表面，不像毛毛雨仅能湿润绝缘子上表面，一般在相同条件下，由雾湿润的绝缘子污闪电压比由毛毛雨湿润的约低20%—30%。

　　1.3.2 毛毛雨

　　雨量达8—16mm/h，落地回溅高达十余毫米的大雨或雨量达 2.6-8.0mm/h，落地回溅的中雨，均能冲洗绝缘子和提高绝缘子的绝缘性能。雨量小于或等于2.5mm/h的小雨，尤其是雨滴直径为0.2-0.5mm，雨量为0.5mm/h，雨滴密而强度小的毛毛雨，才是污闪的真正威胁。因为它们能湿润污层，却不能冲洗污层，造成污秽层导电，从而引发污闪。

　　1.3.3 露

　　露是贴近地面的空气受地面辐射冷却的影响而降温到露点以下，所含水汽的过饱和部分在地面或地物表面上凝结而成的水珠。露大多在暖季的夜间到清晨的一段时间内形成。露成为影响污闪的因素，是指空气中的水分在温度低于周围空气的绝缘子上出现的冷凝物，即露水。露和雾一样能湿润污层而不冲刷污层，露也能使绝缘子上下表面都湿润。露虽分布很广但持续时间不长。虽然雾、露、毛毛雨并列为污闪的危险因素，但其中雾的危险严重，在个别地区或条件下，露也有可能成为主要矛盾。如沙漠干旱地区，年降雨量很小，昼夜温差很大，可能由于凝露，污闪也很严重。我国江南水乡多露，由于露引起的污闪也不少，尤其是一些室内污闪，则可能都由凝露引起。又如所谓日出事故(黎明跳闸)，一般都是绝缘子表面可以快速溶解的电解质被露水短时浸湿引起闪络所致。

　　1.3.4 冰(雪)

　　冰是水的凝固物，本身不导电，对污闪无危险。雪是固态降水物，也对污闪无危险。但雨夹雪或湿雪对污闪是有危险的。当天气转暖时，绝缘子表面的冰、雪开始融化，造成污秽层湿润导电，易导致线路发生污闪故障。

　　1.3.5 表面憎水性的影响

　　复合绝缘子和防污闪涂料表面具有良好的憎水性，其防污闪能力明显高于瓷绝缘子和玻璃绝缘子，其在线路上使用的污闪故障次数远低于发生在瓷和玻璃绝缘子上的污闪故障次数。

　　2. 污闪机理

　　污闪发生过程有以下四个阶段：绝缘子积污、污层的湿润、局部电弧的出现和发展、电弧发展完成闪络。

　　2.1绝缘子积污

　　绝缘子表面绝缘能力的降低，是指绝缘子表面形成一污秽层，而且污层是导电的，这层污物是从大气中沉积到绝缘子表面的。按这些污物的不同起因，可分为无人参与的自然条件下所产生的自然型污秽和在生产过程中所产生的工业污秽，以及人类活动而产生的污秽。自然型污秽，包括风从地面刮起来的尘土污秽，从盐碱地区刮起来的盐碱污秽和海浪撞击岸边时或大风时海浪顶点散落到空气中的海水飞沫。工业型污秽，是指许多工业企业和火力发电厂在生产过程中排放到空气中的污秽物质，这些污秽物质可以是气态的，也可以是液态的和固态的，而且固体微粒的大小是在大范围内变化的。人类活动是指汽车、火车等交通工具排放的废气，这一类也可以归在工业型污秽中。鉴于绝缘子上的积污过程具有复杂的动态特性，各种大气条件，如风、雨、雾、雪和湿度等因素都对积污有影响，而一种因素的影响结果常常截然不同，再加上气象的变化又是有季节性的，所以要对绝缘子上积污的稳定性情况做出结论，应通过数年的监测。

　　2.2污层的湿润

　　染污绝缘子表面绝缘能力的降低，在运行电压下发生污闪，不能按通俗理解认为表面脏了，确切地说应该是表面覆盖了一层导电薄膜。从大气中沉积到绝缘子表面的污物，除金属加工厂附近的金属粉末是导电体外，大多数污物在干燥状态下都是不导电的。只有当这些污物受潮，其中的电解质电离后，才能形成导电膜。因此，不仅积污对污闪是关键因素，污层的湿润也是关键因素。污层中有些物质，如盐分能吸收空气中的水分，但吸收的水量还不足以完全溶解可电离的物质，不易形成污闪威胁。污层的湿润是指较大量的水分渗透到污层上，是指如毛毛雨和雾、露等的湿润作用。

　　前面所介绍的，只是形成污闪条件的一种模式，但还有不同的模式，如大雨时，棒式支柱绝缘子或套管表面的污秽物被雨水冲刷沿伞裙下流，这些导电的连续污水流短路了伞间隙而发生污闪。又如台风季节，海水飞沫侵入沿岸的输电线路和变电所，或工业企业排出的废气与空气中水分结合成酸，又遇适当的风向侵入输电线上的绝缘子和变电所，这些都属于急骤型污染。

　　无论是绝缘子的积污或湿润，都是一个复杂过程，都必须注意各地区的特点，不仅要注意大气候，还要注意小气候。冷却塔和喷水池的水雾对绝缘的运行也是危险的，农田灌溉中的人工降雨装置，城市化冰的喷盐措施，都可能成为污闪的起因。

　　2.3局部电弧的出现和发展

　　绝缘子串在运行中，所受系统运行电压的作用是恒定不变的。绝缘子表面附着的不同程度的污秽物在干燥状态下电阻仍很大，流过污层的泄漏电流很小，一般不超过数百微安。电流经过污层，要产生电压降和焦尔热，由于绝缘子工作电位梯度很低，压降不足以引起放电，焦尔热也很小。但当污层逐渐受潮，泄漏电流逐渐增大时，焦尔热也逐渐增大，在电流密度较大的部位，如盘形悬式绝缘子的钢脚周围，由于发热较多，污层可能被烘干，烘干区的电压较集中。一般当泄漏电流达数毫安时，虽然沿污层的平均电位梯度仍然不高，但在烘干区的电位梯度足以使发生空气碰撞游离，在钢脚周围出现辉光放电现象。绝缘子继续处在湿润环境中，污层继续受潮，泄漏电流继续增大，辉光放电则有可能转变为电弧放电。这时放电转变为一根黄白色的通道，但这根电弧没有贯通两极，它只跨越了烘干区，叫做局部电弧，电弧的基本特点是放电呈下降伏安特性。随着电流的增大，弧电阻和压降随着降低。交流电弧的特点是电流示波图上有“零休”，即在电流过零瞬间，电弧会熄灭，随后又重燃。局部电弧是与剩余污层电阻串联的，对某一电阻值，都有一临界长度，弧长超过临界长度，电弧会熄灭。支撑在污层上的弧足温度很高，将扩大干区，好在局部电弧在干区有许多并联旁路，它可以沿干区旋转来适应自己的长度。当干区扩大到无法维持时，电弧就熄灭。但周围的湿润因素，会使干区缩小，电弧得以重燃。局部电弧可以在几秒钟内重复发生。

　　2.4电弧发展完成闪络

　　如果绝缘子脏污比较严重，绝缘子表面又充分受潮，再加上绝缘子的泄漏距离比较小，这些因素决定了绝缘子的湿污层的电阻较小，在这种条件下会出现较强烈的放电现象。此时跨越干区的放电形式为电弧放电。这种放电现象的发生和发展也是随机的、不稳定的，在一定条件下，局部电弧会逐步沿面伸展并最终完成闪络。

　　从前面的叙述可以看出，完成污闪必须经过四个阶段：①积污;②湿润;③局部电弧出现和发展;④电弧发展完成闪络。一般认为完成污闪过程，这四个阶段缺一不可。

　　3. 防污闪重要意义

　　自20世纪80年代至21世纪初，我国电网发生局部区域性及大面积停电事故共68起。其中，因区域性污闪及大面积污闪引发的有29起，变电站和发电厂升压站污闪引发的有3起，二者占总停电次数的47%。

　　大面积污闪直接导致电网大面积停电。以自20世纪90年代以来发生的3次跨省区的大面积污闪事故为例，1989年12月底至1990年2月，河南北网、河北南网、山西南部和中部、京津唐电网以及辽宁的西部和南部相继出现大雾加雨或加雪，污闪逐渐由南向北发展，先后有172条110~500kV线路跳闸，其中81条线路停运，有27座110kV和220kV变电站全部、部分或瞬时停电，给华北2市4省工农业生产和人民生活带来重大影响;1996年底至1997年初长江中下游6省1市持续大雾，华东和华中2电网因污闪有14条500kV线路和46条220kV线路跳闸，3座变电站(厂)停电，当年华北、山东、西北等电网也因污闪有18条330~500kV线路、51条220kV线路，20座110~500kV变电站停电或失电。2001年1—2月，华北大部地区和东北辽宁相继几次出现雪雨交加、大雾迷漫的天气，污闪再次由河南电网经河北、京津唐移至辽宁电网，共有238条66~500kV线路、34座变电站发生污闪，沈阳70%以上区域停电，邯钢停产，京广电气化铁路中断。

　　除上述3次跨区域、跨省网的大面积污闪事故外，自1990年以来全国各电网发生的局部区域性(或称较大面积)污闪从来没有停止过，遍及青海海东(1991年)、沪浙(1991年)、四川成都清白江(1992年)、江苏徐州(1991年)、珠江三角(1992年)、晋中(1994年)、福建沿海(1996年)、陕西关中(1997年)、山东与京津唐局部(1998—1999年)[11]、陕西渭南(2000年)、广东(2004年)等电网。

　　污闪通常有2大特点：

　　1)多点同时，即在雾、小雨等潮湿天气条件下会同时发生在多条线路的多基杆塔和变电站多个设备上;

　　2)重合闸不易成功而造成线路与变电站接地事故。

　　因此，污闪易引发系统失去稳定而导致大面积停电。杜绝电网污闪事故的发生，可以大大提高电网稳定运行的可靠性。

　　随着国民经济的迅速发展，电网运行及建设的环境、气象条件也产生了较大变化。为了保证电网的安全运行，必须进一步强调和明确我省防污闪工作的方针政策和技术原则。应当采取科学态度，实事求是，以监测结果为依据，避免主观臆造现象,学习领会各种防污闪制度、反措，因地制宜的采取措施，体现技术管理的前瞻性。尽量采取一步到位的措施，以方便运行保证安全为原则，尽量避免重复调爬。线路、变电站坚持依靠设备本身绝缘水平防污闪的原则，清扫、涂涂料、加装增爬裙等可做为防污闪的辅助手段。