（电气工程专业论文）河北南网输变电设备防污闪技术的研究及应用.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文回顾了河北南部电网历次较大规模的输变电污闪故障，从设备情 况、故障机理和河北南部地区气候和环境特点进行了分析。为有效提高河 北南网输变电设备防污闪水平，研究了合成绝缘子、防污闪涂料和增爬群 的技术特性，进行了一系列运行中的抽检试验。为合理划分污区并及时修 订，研究依据饱和盐密和灰密修订污区图并开展电子污区图的绘制，完成 了大气污染与饱和盐密关系的研究。制订了河北南网输变电设备防污闪技 术标准。 关键词：输变电，防污闪，技术，研究及应用 a b s t r a c t t l l i sp a p e rr e v i e w sm ev a r i o u s l a 唱e s c a l e 位m s m i s s i o na n d 仃a 1 1 s f o m a t i o n p o l l u t i o nf l a l s h o v e rf a i l u r ei nh e b e is o u t l l e mp o w e r ( 试也i n c l u d i n gt 1 1 ec o n d i t i o no f p o w e rd e v i c e s ，n a s h o v l 玎脚【e c h a l l i s m ，c l i m a 伧龇l de n v i r o i l l m e n t a lc h l r ；a c t e r i s t i c si n s o u t l lh e b e i i i lo r d e rt 0i m p r o v em ep o w e rd e v i c e s s u r f a c er e s i s t a n c ea i l d w i m s t a l l d i n gf l a s h o v e r sp e 廊瑚锄c ee 疏c t i v e l y ，a n a l y s i so fe x p e r i m e n t a t i o nr e s u l t s o nc o m p o s i t em s u l a t o r s ，i u vc o a t i n g ，a r l dc o m p o s i t ea n t i p u i l l u t i o ns h e dm o p e r a t i o n ， r e s e a r c ht oa d j u s t i n gp o w e r s y s t e mp o l l u t a n td i s t r i b u t i o nm 印o nt 1 1 eb a u s i so fs a t u r a t e d s a l ta n dd u s td e n s i t ) ，t i m e l y ，响j d yo nr e l a t i o no ft h ea 缸n o s p h e r i c p o l l u t i o na i l d s a n l r a t e ds a j td e n s i t yh a v eb e e nc o m p l e t e d a n d 弱ar e s u l t ，t e c l l l l i c a ls t a l l d a r do f a n t i - p o l l u t i o nf l a s h o v e ri nh e b e is o u t l l e mp o 、e r 例dh a sb e e nd e v e l o p e d g a oz h i ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i c ) d i r e c t e db yp r o f c h a n gx i a n r o n g k e yw o r d s ：t r a n s m i s s i o na n dt r a n s f o r m a t i o n ，a n t i p o i i u t i o nf l a s h o v e r ， t e c h n i q u e ，r e s e a r c ha n da p p l y 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文回顾了河北南部电网历次较大规模的输变电污闪故障，从设备情 况、故障机理和河北南部地区气候和环境特点进行了分析。为有效提高河 北南网输变电设备防污闪水平，研究了合成绝缘子、防污闪涂料和增爬群 的技术特性，进行了一系列运行中的抽检试验。为合理划分污区并及时修 订，研究依据饱和盐密和灰密修订污区图并开展电子污区图的绘制，完成 了大气污染与饱和盐密关系的研究。制订了河北南网输变电设备防污闪技 术标准。 关键词：输变电，防污闪，技术，研究及应用 a b s t r a c t t l l i sp a p e rr e v i e w sm ev a r i o u sl a 唱e s c a l e 位m s m i s s i o na n d 仃a 1 1 s f o m a t i o n p o l l u t i o nf l a l s h o v e rf a i l u r ei nh e b e is o u t l l e mp o w e r ( 试也i n c l u d i n gt 1 1 ec o n d i t i o no f p o w e rd e v i c e s ，n a s h o v l 玎脚【e c h a l l i s m ，c l i m a 伧龇l de n v i r o i l l m e n t a lc h l r ；a c t e r i s t i c si n s o u t l lh e b e i i i lo r d e rt 0i m p r o v em ep o w e rd e v i c e s s u r f a c er e s i s t a n c ea i l d w 汕s t a l l d i n gf l a s h o v e r sp e 响肋a 1 1 c ee 彘c t i v e l y ，a n a l y s i so fe x p e r i m e n t a t i o nr e s u l t s o nc o m p o s i t em s u l a t o r s ，i u vc o a t i n g ，a r l dc o m p o s i t ea n t i p u i l l u t i o ns h e dm o p e r a t i o n ， r e s e a r c ht oa d j u s t i n gp o w e rs y s t e mp o l l u t a n td i s t r i b u t i o nm 印o nt 1 1 eb a u s i so fs a t u r a t e d s a l ta n dd u s td e n s i t ) ，t i m e l y ，响j d yo nr e l a t i o no ft h ea 缸n o s p h e r i c p o l l u t i o na i l d s a n l r a t e ds a j td e n s i t yh a v eb e e nc o m p l e t e d a n d 弱ar e s u l t ，t e c l l l l i c a ls t a l l d a r do f a n t i - p 0 1 1 u t j o nf l a s h o v e ri nh e b e is o u t l l e mp o 、v e r 例dh a sb e e nd e v e j 0 p e d g a o z h i ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i c ) d i r e c t e db yp r o f c h a n gx i a n r o n g k e yw o r d s ：t r a n s m i s s i o na n dt r a n s f o r m a t i o n ，a n t i p o l i u t i o nf l a s h o v e r ； t e c h n i q u e ，r e s e a r c ha n da p p l y 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文河北南网输变电设备防污闪技 术的研究及应用，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行 的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电 力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：曼蔓日期：塑罗：! ? 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日期：日期： 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 河北南网输变电设备污闪情况的回顾 随着我国经济和城乡工业的迅速发展，大气环境日趋恶化，污染加剧，加之近 年来气候变化，高浓度大雾经常发生，现有输变电设备的外绝缘水平和以清扫为主 要手段的传统防污闪工作方式已不能适应大气环境污染状况的变化，因此国内输变 电设备污闪故障时有发生，有的甚至导致大面积停电，对工农业生产和人民生活造 成严重影响。1 9 8 5 年以来，河北南网先后发生了五次大面积污闪故障，即1 9 8 5 年、 1 9 8 7 年、1 9 9 0 年、1 9 9 7 年和2 0 0 1 年。尤其是2 0 0 1 年2 月2 1 2 3 日，河北南网在恶劣气 候侵袭下，发生大面积污闪，线路闪络跳闸1 0 2 5 次，2 2 0 k v 及以上变电站跳闸2 7 次， 2 2 0 k v 站全停l o 座。简要介绍如下： 1 1 12 0 0 1 年以前的大面积污闪故障 1 9 8 5 大面积污闪事故时，1 i o k v 及以上线路共闪络5 1 次( 2 6 条) ，其中2 2 0 k v 线路 闪络1 6 次。( 1 0 条) ，1 l o k v 线路闪络3 5 次( 1 6 条) ；1 9 8 7 大面积污闪事故时，1 1 0 k v 及 以上线路共闪络7 2 次( 2 3 条) ，其中2 2 0 k v 线路闪络1 7 次( 6 条) ，l l o k v 线路闪络5 5 次( 1 7 条) ：1 9 9 0 大面积污闪事故时，1 1 0 k v 及以上线路共闪络5 6 0 次( 1 2 8 条) ，其中 2 2 0 k v 线路闪络2 6 0 次( 5 1 条) ，1 1 0 k v 线路闪络3 0 0 次( 7 7 条) ；1 9 9 7 大面积污闪事故 时，1 l o k v 及以上线路共闪络6 5 次( 2 7 条) ，其中5 0 0 k v 线路闪络1 次( 1 条) ，2 2 0 k v 线路闪络4 1 次( 2 0 条) ，1 1 0 k v 线路闪络1 9 次( 6 条) 。 1 1 22 0 0 1 年大面积污闪故障 1 9 9 0 年河北南网大面积污闪后，河北省电力公司进行了专项设备治理，输变电 设备外绝缘水平有较大提高，十年内河北南网发生污闪事故明显减少。但随着环境 的污染加剧和气候异常，2 0 0 1 年河北南部地区多次出现近l o 年来所罕见的高湿度浓 雾加毛毛雨气候，输变电设备在无检修且全部正常运行的情况下，发生大面积污闪。 从2 月2 0 日2 3 时3 3 分开始闪络掉闸，到2 3 日o o 时4 6 分系统全部恢复正常运行方式， 历时4 9 小时1 3 分。由于天气恶劣，有的线路先后掉闸重合或强送多次，并且有7 条 线路几乎同时闪络掉闸。2 月2 0 日主网运行最为严峻，邢台地区仅通过2 2 0 k v 永康i i 线和邯郸地区相连。 华北电力大学工程硕士学位论文 系统跳闸及重合情况如下： 线路闪络情况：2 2 0 5 0 0 k v 线路闪络共计5 9 条，跳闸2 2 5 次。其中：5 0 0 k v 线 路4 条，跳闸2 5 次，重合成功1 8 次，重合成功率7 2 ：2 2 0 k v 线路5 5 条( 占全网2 2 0 k v 线路的4 4 1 ) ，跳闸2 0 0 次，重合成功1 2 3 次，重合成功率6 1 5 。另外，1 1 0 k v 线路 闪络跳闸2 0 9 条次，3 5 k v 线路跳闸1 1 0 条次，1 0 k v 线路闪络跳闸4 8 1 条次。 变电站闪络情况：5 0 0 k v 站l 座，主变l 台，跳闸5 次和2 2 0 k v 母线1 条，跳闸4 次；2 2 0 k v 站4 座，主变4 台，掉闸4 次，2 2 0 k v 2 座站内的2 条2 2 0 k v 母线，跳闸2 幸2 次； 3 座2 2 0 k v 站内的1 1 0 k v 母线跳闸1 幸7 次；2 2 0 k v 站全停1 0 座( 含2 座用户站) 。 1 1 32 0 0 4 年后的污( 冰) 闪故障 冰闪也是一种特殊形式的污闪故障。2 0 0 4 年底至2 0 0 5 年春，河北南网在特殊的 气象条件下发生了冰闪，造成1 台5 0 0 k v 主变和2 台2 2 0 k v 主变跳闸、l 条5 0 0 k v 和2 条 2 2 0 k v 线路跳闸、l 条2 2 0 k v 母线跳闸。近几年，京津唐电网的冰闪故障也呈增加的 态势。2 0 0 7 年1 月，邯郸地区再次发生1 1 0 k v 线路合成绝缘子覆冰闪络故障。 2 0 0 6 年元旦、春节期间，河北南部地区遭遇连续大雾天气，河北南网先后发生 了三次输变电设备污闪故障，2 1 4 污闪故障较为严重，共发生线路污闪掉闸1 7 条、 4 4 次，其中重合成功3 5 次，1 座1 1 0 k v 农网变电站失电。此次污闪反映出我们防污闪 的技术和管理措还没有完全落实到位，1 1 0 k v 及以下电网和农村电网的防污闪工作 有待进一步加强。 近年多次的污闪故障表明，尽管已按有关规定进行了调爬但仍污闪，以1 年最 大盐密为基础确定污级、按爬电比距法配置外绝缘已不可能杜绝大面积污闪的发 生。而且受在运输变电设备的结构制约，采用传统的调爬措施进行治理仍将步入调 爬污闪再调爬一再污闪的怪圈。在采取新的防污闪技术措施的情况下，在某些情况 下，仍然不能杜绝污( 冰) 闪故障，对电网安全运行构成威胁。所以认真研究河北 南部地区的气象环境特征和设备状况，制定出适合河北南网防污闪有效的技术措施 并加以实施是杜绝河北省南部电网大面积污闪故障的关键所在。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 2 国内外研究动态 1 2 1 国内研究进展情况 自9 0 年代初以来，我国输变电设备防污闪工作取得了很大进展。在原电力部防 污闪工作领导小组的指导下，连续召开了三次全国防污闪工作会议，制定了一系列 防污闪技术管理政策和管理规定，各地程度不同地调整了输变电设备的爬电距离， 相继绘制完成了电力系统污区分布图并认真执行，有关防污闪科研课题取得了成 果，全国电力系统防污闪工作逐渐步入了规范化的轨道。主要体现在以下几个方面： 一是各电网污区分布图的绘制。污区图本身能为设计外绝缘提供了设备受污染 的特征量。污区分布图的绘制，为运行部门提供了一套完整的防污闪管理规范，即 坚持测量运行绝缘子的盐密、根据盐密确定外绝缘污秽等级、根据污秽等级选择相 应的爬电比距，以配置外绝缘或提出防污闪措施。随着我国经济的迅速发展，环境 污染加剧，各电网相应完成了污区图的修订，并相继向电子化污区图发展。在正确 绘制和及时修订污区图的基础上，各区域电网不同程度提高了外绝缘配置，1 9 9 6 年 以后虽发生多次污闪，但未造成重大经济损失和十分恶劣的社会影响。 二是复合绝缘子的广泛使用。从8 0 年代未研制成功至今，已有近1 0 0 0 万支( 折算 至1 1 0 k v ) 复合绝缘子在全国各地不同电压等级的线路上运行。与国外有所不同，我 国主要是因为复合绝缘子具有优异的憎水性，而将其作为防污闪一个重要措施而广 泛使用。在1 9 9 0 年后历次大面积污闪中，几乎没有复合绝缘子污闪的记录。在原国 家电力公司领导下，针对直流防污闪特殊性成功研制了直流复合绝缘子并在直流线 路中大量使用，至今未发生污闪。 三是其他防污闪措施得以实施。利用有机材料良好的憎水性，对处于m 、级 污区的输变电设备使用了p i 汀v 、i h v 和增爬裙及瓷复合绝缘子，同样取得了良好的 防污闪效果。这些辅助措施正在国内电网展开试用并逐步推广，华北等重污染地区 普遍采用了复合化外绝缘的防污闪技术政策，在防污改造治理中起到巨大的作用。 四是形成了较完整的防污闪工作标准体系。制定了g b t1 6 4 3 4 1 9 9 6 高压架空 线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准，国家电网公司根据所属 电网防污闪工作的实际需要，制定了电力系统污区分级与外绝缘选择标准企业 标准，并依据标准组织了全国范围内的电子污区图绘制。 目前，电力行业关于复合硅橡胶材料的标准主要有d l t 6 2 7 2 0 0 4 绝缘子用常 温固化硅橡胶防污闪涂料和d l t 8 6 4 2 0 0 4 标称电压高于l o o o v 交流架空线路用 复合绝缘子使用技术条件。 华北电力大学工程硕士学位论文 五是建立了污秽外绝缘设计方法。 s d l l 9 标准规定 按有效爬电比距的概念进行污秽设计确定绝缘子串片数n ，n 由下式确定： 1 6 u 。 n 瓦 式中：n 绝缘子串片数：u c - 额定电压： l 卜几何爬电距离：k 卜爬电距离有效系数。 武汉高压研究院提出污秽绝缘设计按污耐受电压来确定。 u 耐是根据( 1 1 2 8 2o ) u 5 0 计算选取，单片绝缘子的u 5 0 根据i e c 6 0 5 0 7 所规定 的5 0 人工污秽耐受电压试验方法中程序b ，通过长串真型试验得出，标准偏差。由 试验确定。 g b t 1 6 4 3 4 1 9 9 6 提出各污秽等级下的爬电比距分级数值。 表1各污秽等级下的爬电比距分级数值 污秽爬电比距c m k v 等级输电线路露天变电站( 含电厂升压站) 2 2 0 k v 及以下3 3 0 k v 及以上2 2 0 k v 及以下3 3 0 k v 及以上 o1 3 91 4 5 i1 3 9 1 7 41 4 5 1 8 21 6 01 6 0 i i1 7 4 2 1 71 8 2 2 2 7 2 0 02 0 0 2 1 7 2 7 82 2 7 2 9 12 5 02 5 0 2 7 8 3 3 02 9 卜3 4 53 1 03 1 0 1 2 2 国内外的外绝缘设计方法 目前国际上主要按污秽水平划分等级，并规定各等级相应的爬电比距( 我国还 考虑了爬电比距有效系数) ，由爬电比距确定绝缘水平便于确定绝缘子串片数，但 不同种类、型式和串型绝缘子的积污特性、自洁性能和污耐压特性相差较大，势必 造成选择绝缘子串片数是否确定可靠的问题。 华北电力大学工程硕士学位论文 因此，前苏联、美国、日本和我国一些主流科研院所提出以污耐受电压进行污 秽绝缘设计。污耐压皆以长串绝缘子真型试验来确定。考虑了不同型式绝缘子的爬 电距离有效系数。不同的国家确定污耐压和污秽设计目标电压值不同。前苏联取标 准偏差。为8 ，美国取。为1 0 ，武高院按试验来计算o ，污耐压校正系数分别为 1 4a 、1 3o 和1 1 2 8 2o ，日本污耐压按长串绝缘子真型试验来确定，前苏联还考 虑爬电距离有效系数来对不同型式绝缘子串的污耐压受进行校正。 表2不同国家污秽绝缘设计参数 标准偏差 污耐压校正系 目标电压值 国家 污耐压求取方法 试品布置 ( o ) 数( k ) u o m a x 苏联 u 5 08 4 真型布置 1 美国 u 5 01 0 3 真型布置 1 日本u m a x真型布置 1 1 5 1 6 试验确定 1 1 ( 推荐 中国u 5 01 2 8 2真型布置 ( 推荐7 )1 1 1 7 3 2 ) 绝缘子串片数n 为污秽设计目标电压值u o m a x 与单片绝缘子最大耐受电压 u m a x 的比值，而单片绝缘子最大耐受电压u m a x 是o 、k 的函数，o 、k 越大，u m a x 越小，n 越小。反之n 越大。o 、k 取定值后，按系统重要性考虑的修正系数k 1 越大， n 越大，即绝缘子串的裕度越大。o 值一般由5 0 人工污秽耐受电压试验确定。由 表2 可知，不同国家污秽绝缘设计参数取值不同。我国在确定o 、k 值时较其他国家 偏小，即绝缘子串的裕度偏小。o 值不同主要是由不同污秽试验室等价性造成，而 k 值主要由线路设计闪络概率p 值确定。若单串闪络概率p 取值偏高，无疑k 偏低， u m a x 偏高；若k l 取值偏低，则u m a x 偏低，若p 和k 1 值同时偏低，则n 偏低。 而我国p 、k l 取值相对前苏联、美国和日本而言皆偏低，可见n 值较小，绝缘子 串的绝缘配置偏低，或者说裕度偏小。随着大环境污染若污秽等级从i 级 ( o 0 3 m c m 2 ) 发展到i 级( o 1 m c m 2 ) ，不同型式绝缘子的u m a x 值下降幅度可达 3 2 2 一4 4 0 。x p 1 6 0 型绝缘子长串真型试验结果表明，i 级( o 0 3 m g c m 2 ) u m a x 值 ( 11 8 1 k v ) 相对于i i i 级( o 1 m g c m 2 ) u m a x 值( 8 3 6 k v ) 下降幅度为2 9 2 ，无疑绝 缘子串片数会相应增加，受杆塔高度限制，必然无法调爬。应在设计基建阶段将裕 度留给运行部门。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 3 本文所开展主要工作 污闪事故多在工作电压下发生，往往造成长时间、大面积停电，当恶劣的气象 条件消失后才能恢复供电，因此污闪事故对电力系统的危害很大。根据目前国内外 防污闪技术的发展情况，结合河北南部地区设备、环境特点，开展一系列的研究工 作，提出了针对性较强的防污闪实施措施。 1 3 1 认真分析和研究河北南部地区输变电设备外绝缘状况和特殊的地 理、，气象和环境特征，剖析各种污闪故障的发生和发展的机理，为制订 有效措施提供依据。 输变电设备外绝缘水平与外界环境的变化有极大的关系。干燥条件下污秽尘埃 的电阻很大，此时绝缘子的泄漏电流为微安级，外绝缘性能不会降低；在清洁潮湿的 条件下，设备外绝缘的电气强度仍较高，不会影响正常运行；在污秽及雾、露、毛 毛雨等高湿度条件下，瓷或玻璃绝缘子表面污秽层将被湿润，设备外绝缘的电气强 度急剧下降，表面电导和泄漏电流将大大增加，可增到数十安，甚至达到数千安， 直至发生污闪放电。而不同材质的绝缘子，其脏污表面的沿面放电的机理不同，在 同样的环境下，发生污闪的概率也不同( 如复合绝缘子与瓷或玻璃盘型绝缘子串) 。 因此研究分析发生污闪的各种原因和机理，对污秽地区的绝缘设计和安全运行有着 非常重要的意义。 1 3 2 开展输变电设备绝缘子、r t v 和增爬裙的性能研究，通过一系列 运行产品的试验，验证各种措施的有效性，进而指导运行。 研究的初衷主要是有机材质的防污闪措施运行经验尚不充分。除复合绝缘子的 憎水性及憎水迁移性外，还应对运行复合绝缘子的机械特性、电气特性( 如高湿度 工况下工频和操作电气特性、工频大电弧等) 、劣化特性、温度特性、结构( 如均 压装置、伞裙形状) 、具有憎水性材料的放电机理及运行中检测技术等进行深入试 验研究，进而对复合绝缘子可靠性的技术指标提出合理要求。目前，r t v 涂料已在 河北南网广泛使用，制造技术取得了很大进步，如p r t v 能达到甚至超过高温硫化硅 橡胶的物理、电气性能。对防污闪涂料的特性进行了研究，试验项目包括1 0 0 0 h 盐 雾试验、耐腐蚀试验、耐温变试验、附着力试验、工频干湿闪络电压试验、耐污闪 试验、憎水性试验、低温模拟试验等。另外，站在运行角度进一步规范防污闪涂料 的施工工艺和运行中检测工作，并开展一系列对比试验。 6 - 华北电力大学工程硕士学位论文 1 3 3 开展依据饱和盐密绘制污区图的技术研究。开展饱和盐密与大气 污染关系研究，在输电线路不能覆盖的地方亦能进行工程上的污级划分。 为提高我国电网外绝缘的整体水平，国家电网公司提出了“绝缘到位，留有裕 度”的基本原则。绝缘到位就是依靠设备本体绝缘水平抵御恶劣自然环境导致的污 闪，不把绝缘设计建立在大规模清扫工作( 一年一次) 的基础上；留有裕度则是为 了预防大气污染日益增长和可能出现的灾害性天气( 包括灾害天气带来的湿沉降) 。 而实现这一目标的基础是正确进行电网污秽等级的划分，其现场污秽度数据应在绝 缘子连续3 年至5 年积污后测量值，即我们一般提到的饱和盐密和灰密。根据环 保部门用以评价大气质量的综合性参数的设定方法，得出适用于我们研究的大气质 量指数p 的计算公式，进而分析出反映大气质量指数与饱和盐密关系的经验公式。 通过上述研究，在输电线路不能覆盖的地方亦能进行工程上的污级划分。 1 3 4 鉴于电力系统污区分级与外绝缘选择标准企业标准与ie c 全 面接轨的现状，进一步加强新旧防污闪标准的研究及探讨，提出河北南 网防污闪技术标准。 要控制污闪故障率，在设计中不仅要掌握本地区积污条件、大气情况，还要了 解不同的绝缘子耐污闪的能力。对于在运设备，电力运行部门主要通过提高外绝缘 水平来抑制污闪故障。根据多年来的运行经验并与国际习惯接轨，国网公司制订了 电力系统污区分级和外绝缘选择标准，提出外绝缘配置要逐渐过渡到污耐压法。 人工污秽试验可以直接获得某种绝缘子在一定的污秽程度下的最大耐受电压及闪 络电压，以此表征其在一定污秽程度下的绝缘水平。而传统的爬电比距显然有较大 的局限性，受现有设备的限制，许多设备不能更换，只能采取补救措施。当设备涂 r t v 或加增爬裙后，虽其爬电距离没有发生大的变化，但其污耐压水平明显提高。 经过反复研究和探讨，制定了河北南网输变电设备防污闪技术标准，对进一步 提高河北南网安全水平起到了重要的作用。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章河北南部地区气象环境特征和输变电设备污闪机理分析 2 1 河北南部气象概况 2 1 1 河北南部气象基本特征 河北省南部地区属温带半湿润半干旱大陆性季风气候。冬季少雨雪，春季干旱 多风沙，夏季炎热多雨，秋季晴朗，寒流适当。年平均气温1 3 度。年平均降雨量为 5 1 0 眦n ，且地区分布极不均匀。年平均水面蒸发量在9 5 0 1 1 5 0 咖。风向随季节变化 明显，冬季盛行北到西北风，年平均风速2 5 州s 。山区、平原、沿海地区气候差异 明显。 西部山区，降雨较少，夏季暴雨强度大，冬季天气不太寒冷，夏季不太炎热， 湿度不大，冬季大雾较少。 平原地区，春季少雨干旱，部分区域有风沙，夏季炎热潮湿，风小，秋冬季 节多雾，尤其近年来，因受暖冬气候影响，冬季高湿度浓雾持续时间较长。2 0 0 1 年 2 月出现的浓雾湿度最高时几乎达到1 0 0 。这些气候特征给设备污闪提供了必要条 件。 沿海地区，春季多东北大风，夏季多雨，闷热潮湿，夜间多云雨，冬季有雾。 从气象部门收集的资料来看，河北南网各地区冬季的相对湿度、雾日、降水量、 温度等气象条件比较适宜发生污闪事故。六城市1 9 9 7 2 0 0 1 年春季气象资料见下表。 表3河北南部六城市1 9 9 7 2 0 0 1 年春季气象资料 相对湿度( )雾日( 个)降水量( 咖) 2 月气温 城市 月均最大值出 月均最大值出月均最大值出 均值 值现时间值现时间值现时间 ( 度) 石家庄 6 3 62 0 0 1 25 42 0 0 1 29 29 7 81 5 2 保定5 9 82 0 0 1 24 12 0 0 1 23 89 7 81 0 1 邢台 6 1 92 0 0 1 24 2 2 0 0 1 2 1 0 9 7 82 3 5 邯郸6 4 82 0 0 1 27 12 0 0 1 289 7 82 6 3 沧州6 12 0 0 1 24 72 0 0 1 269 7 8o 9 衡水6 5 42 0 0 1 25 92 0 0 1 26 89 7 8o 6 5 8 华北电力大学工程硕士学位论文 2 1 22 0 0 1 年2 月大面积污闪时的典型气象 2 0 0 1 年2 月份以来，气温相对转暖。2 月2 0 2 2 日，气温在5 一1 5 8 ，偏南风 在1 3 级之间变化，暖湿气流北上和大量积雪的溶化使空气湿度充分，夜间气温降 低，低空幅射散热后形成逆温层，因逆温层效应，近地层水气形成的小悬幅颗粒不 易散去，便形成了浓雾。由于空气充分潮湿和温度的适易，使一部分水气形成颗粒 的同时另一部分还未成颗粒而以冷却水珠落下，形成浓雾伴有毛毛雨气候，其相对 湿度为6 1 1 0 0 ，能见度是1 一1 0 米。 2 1 32 0 0 6 年2 月大面积污闪时的典型气象 2 月1 3 日夜间，河北南部出现高湿度浓雾天气，夜间又不断加重，至1 4 日凌晨， 出现高湿度浓雾部分地区夹杂毛毛雨。经气象部门证实，当日凌晨2 时河北南网六 个地区级城市空气相对湿度达到8 7 7 一9 5 8 ，温度3 一5 。据气象部门介绍， 各县湿度高于城市内湿度。到凌晨8 时，柏乡、泊头、沧州、安平相对湿度达到1 0 0 。 表4南网各地区1 4 日凌晨2 时空气相对湿度 地区石家庄保定衡水沧州邯郸邢台 相对湿度( )9 2 38 7 79 5 89 38 9 88 9 9 2 2 河北南部环境状况 河北南部污染类型为煤烟和扬尘混合型，其主要污源是联合工业、乡镇企业的 “三废”排放和地面扬尘。联合工业主要是指火电、煤矿、化工、农药、钢铁、焦 化、炼油等企业，这些企业排放的烟尘、废气、污水等污染物含有大量的二氧化硫、 氮氧化物、颗粒物等。乡镇企业主要是指小化工厂、炼油厂、炼铁厂、砖瓦厂等。 这些污源大部分布在城郊、县城、铁路和公路沿线。综合大气污染基本属于煤炭型 污染。河北全省用煤量每年在8 0 0 0 万吨以上，且还在以每年2 4 5 的速度增长。煤 中含硫量、灰份都较高，平均分别在l 和2 0 以上，这是构成我省大气污染的根本 原因。仅石家庄市区年烟尘排放总量就达6 4 万吨，二氧化硫排放总量7 万吨。计算 结果表明，燃煤产生的煤烟灰尘在污染总量中所占的比重：冬季高达5 4 ，夏季为 1 4 ：扬尘在总量所占比重：冬季2 9 ，夏季6 0 ；市区自身产生的灰尘所占比重： 冬季7 6 ，夏季6 0 ；外来风沙尘占污染比重：冬季2 2 ，夏季3 6 。环境空气中总 悬浮颗粒物和二氧化硫，采暖期明显高于非采暖期。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 119 9 7 2 0 0 1 河北南部地区大气环境概况 从省环保监测站收集并整理的河北南部六城市1 9 9 7 2 0 0 1 年春季大气中所含二 氧化硫、颗粒物、降尘量等污染统计数据可看出，河北南部冬季二氧化硫含量比较高， 有的超标多倍。由于冬季逆温层效应，二氧化硫扩散较慢，而在降雪或大雾天气，极易 形成酸雨或酸性雾，加重了电力设备的污染。六城市1 9 9 7 2 0 0 1 年春季大气污染数据 见下表。 表5南网六城市1 9 9 7 2 0 0 1 年春季大气污染数据 项目城市标准值范围值均值超标倍率 石家庄o 1 5o 3 3 4 _ 0 6 3 6o 4 9 93 3 3 邯郸 o 1 5o 0 4 2 电2 6 8o 1 5 51 0 3 二氧化硫邢台 0 1 50 0 9 0 m 2 6 9o 1 7 71 1 8 m 蛐 保定0 1 5o 1 1 4 m 4 7 5 o 2 6 5 1 7 7 沧州 o 1 50 o ll m 1 8 60 0 7 8o 5 2 衡水 o 1 5o 0 2 2 旬3l lo 1 7 l1 1 4 石家庄o 3o 3 8 8 - 一1 3 4o 7 6 52 5 5 邯郸 o 3o 3 9 - 2 6 7 51 0 3 23 4 4 颗粒物邢台o 3o 5 4 9 _ 一l o l 2o 7 5 52 5 2 m i i l 3保定 o 3o 4 3 7 一1 5 7 90 7 7 82 6 3 沧州o 3o 2 6 8 巾6 2 70 3 9 61 3 2 衡水 o 3o 4 6 7 m 5 5 40 4 9 9 1 6 6 石家庄2 l4 7 5 于一l2 6 16 9 3 73 3 0 邯郸2 l2 6 6 6 _ 4 9 1 23 4 7 l1 6 5 降尘量 邢台2 l19 8 4 4 5 73 4 0 91 6 2 影m 2 月 保定 2 l17 6 2 - 3 2 9 22 5 4 91 2 l 沧州2 l5 4 3 3 4 5 91 5 6 3o 7 4 衡水2 l8 5 4 - 2 2 0 9 1 4 8 2o 7 1 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 22 0 0 4 年2 0 0 6 年河北南部大气质量简况 随着河北经济高速发展，高耗能、高排放企业不断扩张，工业废气排放量不断 加大，大气污染问题日趋严重。据不完全统计，河北省南部地区2 0 0 4 年2 0 0 6 年二 氧化硫排放量日均值为0 1 2 7 6 m g m 3 ，氮氧化物排放量日均值为o 0 4 1 5 m g m 3 ，降尘 量月均值为1 8 7 5 t l ( i i l 2 ，属于重污染地区。而本地区年总降水量却只有5 3 1 8 舢【1 1 ，冬 季积污季节降水量仅为3 6 m m 。河北南部的这种重污染、少降雨的环境气象条件极 易催生电网污闪事故。 2 2 3 石家庄地区环境污染情况 河北南部地区污染物排放总量在某一时段已经超过了环境承载能力，属重污染 区。下面是石家庄2 0 0 1 年2 月份的城市空气质量表： 表6石家庄2 0 0 1 年2 月份空气质量数据 空气空气 污染空气质污染空气质 日期首要污染物质量日期首要污染物质量 指数量状况指数量状况 级别级别 0 2 一o l 1 2 8 可吸入颗粒杨m 1轻微污染0 2 1 52 3 6可吸入颗粒物l 、1中度污染 0 2 0 21 5 9 可吸入颗粒物 1 2 轻度污染 0 2 1 61 3 9 二氧化硫i i i i轻微污染 0 2 0 31 7 7可吸入颗粒物i i l 2轻度污染0 2 1 71 3 6二氧化硫i l轻微污染 0 2 0 41 1 8 二氧化硫 u i l 轻微污染 0 2 1 83 1 2 可吸入颗粒物 v 重度污染 0 2 0 5 1 1 9二氧化硫i l轻微污染0 2 - 1 93 5 8可吸入颗粒物v 重度污染 0 2 0 61 3 5 二氧化硫 i l 轻微污染 0 2 2 03 0 6 可吸入颗粒物 v 重度污染 0 2 0 71 5 l二氧化硫n 1 2轻度污染0 2 2 i3 5 2可吸入颗粒物v 重度污染 0 2 0 81 5 9 二氧化硫 1 2 轻度污染 0 2 2 22 0 8 可吸入颗粒物i v l中度污染 0 2 0 93 2 3 可吸入颗粒物 v 重度污染 0 2 2 31 2 2 可吸入颗粒物i i i l轻微污染 0 2 1 01 7 3可吸入颗粒物i i l 2轻度污染0 2 2 41 2 2 二氧化硫 l i l l 轻微污染 0 2 1 l1 1 9二氧化硫i l l l轻微污染0 2 2 51 4 8二氧化硫i l i i轻微污染 0 2 1 2 1 2 9二氧化硫 i i i i 轻微污染0 2 - 2 61 2 4二氧化硫i l l l轻微污染 0 2 1 31 3 5 二氧化硫 i i i i轻微污染0 2 2 71 7 l 可吸入颗粒物 2 轻度污染 0 2 1 4 1 5 6二氧化硫i l l 2轻度污染0 2 2 8 1 8 9 可吸入颗粒物l 】1 2轻度污染 华北电力大学工程硕士学位论文 2 3 河北南部较为特殊的环境、气象和地理特征 2 3 1 河北南部地区的地理条件不利于污物扩散 河北南部地区的地理气候条件不利于污物扩散也是造成冬季高积污的主要原 因之一。由于受太行山屏障影响，静风天气多，大量的烟尘和二氧化硫无法扩散， 加之夏季雨量逐年减少，不能被雨水冲刷，悬浮颗粒物积累较多。另外，周边生态 环境脆弱，西部山区树木植物破坏严重，也加重了扬尘污染。 2 3 2 大气污染和高湿气候共同作用，加速绝缘子表面积污 高湿度持续大雾和大气环境污染使雾气中的电解质物质的湿沉降导致绝缘子 表面出现了急速积污。尤其采暖期的第四季度，各项污物均明显高于其它三个季度， 实践表明，电力设备冬季一次清扫根本不能保证外绝缘清洁度的要求。 2 4 输变电设备外绝缘状况 河北南部电网以5 0 0 k v 和2 2 0 k v 电网为主网架，北部经5 0 0 k v 房保双回和保霸双 回与京津唐电网相连，南部通过5 0 0 k v 辛洹线与华中电网相连，西部经5 0 0 k v 神保双 回、潞辛双回和侯北线与山西电网相连，经跨区5 0 0 k v 神忻石双回与位于陕西锦界 电厂相连，东部通过5 0 0 k v 辛聊双回与山东电网相连，在全国联网中处于十分重要 的地位。截至2 0 0 7 年1 2 月底，河北南部电网共辖1 1 0 5 0 0 k v 输电线路1 0 7 4 条， 2 0 8 2 8 3 3 4 公里。其中，5 0 0 k v 线路3 8 条，3 2 8 1 3 0 5 公里：2 2 0 k v 线路2 4 1 条，7 1 0 4 5 5 6 公里：1 1 0 k v 线路7 9 5 条，1 0 4 4 2 4 7 3 公里。 1 9 8 5 年以前的河北南网输变电设备外绝缘水平远低于国标要求：2 2 0 k v 线路的 外绝缘比距仅为1 4 9 c m l ( v 左右( 13 片普通型) ，只满足现行国标i 级及以下水平。 9 0 年发生大面积污闪以后，河北省电力公司对所属的输变电设备进行了大规模的调 爬工作，并于1 9 9 8 年结束。不少线路悬垂绝缘子串已调到最大限度。因耐张串绝缘 子以往发生污闪的机率较少，因此大部分耐张串没有进行调爬。2 0 0 1 年河北南网发 生大面积污闪后，河北省电力公司深入分析污闪原因，认真落实上级有关要求，并 结合电网实际，比较系统地提出了防污闪工作的总体思路和具体措施。几年来，我 们坚持统一规划，突出重点，分步实施，防污闪工作取得了显著成效。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 4 12 0 0 0 年底输电设备外绝缘状况 2 4 1 15 0 0 k v 线路 2 4 1 1 15 0 0 k v 悬垂串 i i i 级污区，由2 8 片防污型瓷绝缘子组成，比距2 2 9 c m l 【v ，已满足要求。i i i 级污区，全部为复合绝缘子。 2 4 1 1 25 0 0 k v 耐张串 i i 级污区，由3 1 片普通型瓷绝缘子( 比距2 2 8 c i i 以v ) 或3 2 片普通型瓷绝缘子 ( 2 3 6 c 州k v ) 组成，己满足要求。尚有少量i i i 级污区的耐张串也为3 1 或3 2 片普通型瓷 绝缘子组成，不满足要求国标要求。 2 4 1 22 2 0 k v 线路 2 4 1 2 12 2 0 k v 悬垂串 级污区( 含部分i i 级) ，由1 5 片或1 4 片防污型瓷绝缘子组成，比距 2 1 5 2 3 c m l ( v ：部分i i 级及以下污区：1 8 8 2 1 5 c 删傲v 。位于i 级污区的大部分 2 2 0 k v 线路悬垂串外绝缘不能满足现行国标的要求，按国标规定比距至少应达到 2 1 7 2 7 8 ( 级) - 3 3 0c 州k v ( 级) 。 2 4 1 2 22 2 0 k v 线路耐张串 由1 4 片或1 5 片普通型瓷绝缘子组成，比距1 5 5 6 1 7 5 6 c i l l k v ，比国标要求比距 低2 8 3 一4 6 8 。 2 4 1 31 1 0 k v 线路 1 1 0 k v 悬垂、耐张串1 1 0 k v 均为7 8 片防污瓷瓶。 截至2 0 0 0 年底，河北南部电网2 2 0 k v 线路瓷质绝缘子外绝缘不满足国标要求的 数量占2 2 0 k v 线路绝缘子总量的6 0 ，因杆塔结构限制或耐张调爬困难，再调爬难 度很大。1 1 0 k v 及以下仅部分线路经过调爬，存在的隐患就更多。 2 4 22 0 0 0 年底变电设备外绝缘状况 2 4 2 15 0 0 k v 变电站 现运行的5 0 0 k v 变电站共4 座，4 座站内2 2 0 k v 和5 0 0 k v 电压等级的设备外绝缘 配置水平均为：支持绝缘子2 5 c m k v ，耐张串2 7 c “k v 。其中：蔺河、沧西、保北 站位于i 卜i i