【文章內(nèi)容簡介】 比值小于此值，氣隙將發(fā)生火花擊穿。 電力系統(tǒng)中所遇到的絕緣結(jié)構大多是不均勻的。不均勻電場的形式很多，絕大多數(shù)是不對稱電場。在電場極不均勻時，隨間隙上所加電壓的升高，在大曲率電極附近很小范圍內(nèi)的電場足以使空氣發(fā)生游離，而間隙中大部分區(qū)域的電場仍然很小。于是在大曲率電極附近很薄一層空氣中將具備自持放電(即外界游離因素不存在，間隙中的放電僅靠電場作用繼續(xù)進行下去)的條件，放電僅局限在大曲率電極周圍很小的范圍內(nèi)，而整個間隙尚未擊穿。這種放電稱為電暈放電。這是由于大曲率周圍的強電場區(qū)的氣體游離造成的。伴隨強場區(qū)中的游離、復合，激勵和反激勵，發(fā)出大量光子，使起暈電極周圍有薄薄的紫色光層，稱為電暈層，電暈層以外的電場很弱，不再發(fā)生游離。 電暈放電是極不均勻電場所特有的一種自持放電形式，是極不均勻電場的特征之一。它與其他形式的放電有本質(zhì)的區(qū)別，電暈放電時的電流強度并不取決于電路中的阻抗，而取決于電極外氣體空間的電導，這就取決于外加電壓、電極形狀、極間距離、氣體的性質(zhì)和密度等。 通常以開始出現(xiàn)電暈時的電壓稱為電暈起始電壓，它低于擊穿電壓，電場越不均勻，兩者的差值越大。電暈放電的起始電壓在理論上可根據(jù)自持放電條件求取，但這種計算很繁雜且不精確，所以通常都是根據(jù)由實驗得出的經(jīng)驗公式來確定的。對于輸電線路導線的電暈放電的起始場強，在標準大氣條件下電暈起始場強E(指導線的表面場強，交流電壓下電壓用峰值來表示)的經(jīng)驗表達式為 E=30(1+)kv/cm式中：r為導線半徑，單位為cm。上式說明，導線半徑r越小則E值越大，這是可以理解的。因為r越小，電場越不均勻，即間隙中場強隨離導線距離的增加而下降得越快。實際對于非標準大氣條件，要進行氣體密度的修正，上式應改寫為 E=30(1+)kv/cm式中：為氣體相對密度。還有導線表面并不是光滑的，所以對絞線要考慮表面粗糙系數(shù)m。此外對于雨雪等使導線表面偏離理想狀態(tài)的因素（雨水的水滴使導線表面形成凸起的導電物）可用系數(shù)m加以考慮。此時式子改寫為E=30m m (1+)kv/cm理想光滑導線m=1，絞線m=~；好天氣時m=1。輸電線路電暈不僅造成電暈損耗、影響輸電效率、增加線路運行費用，而且會產(chǎn)生可聽噪聲和無線電干擾，影響附近居民的正常生活和工作。直流線路的電暈放電還會使極導線之間、極導線與大地之間充滿空間電荷，使線路附近對地絕緣較好的物體上積累電荷，從而產(chǎn)生數(shù)千伏或更高的對地電壓，對人身和設備的安全造成威脅。電暈產(chǎn)生的電風可使檔距內(nèi)的導線持續(xù)大幅度低頻舞動，影響電能正常輸送。為避免電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生，可采取加大導線半徑或線間距離的方法，以提高產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的臨界電壓。一般加大線間距離的效果并不顯著，反而增加線路的桿塔費用。而增大導線半徑的方法則效果較顯著，常用的方法是更換粗導線、使用空芯導線、采用分裂導線等。進行線路設計時，應選擇足夠的導線截面積，或采用分裂導線降低導線表面電場的方式，以避免發(fā)生電暈。 架空線路的覆冰消除2008年冬季席卷中國南方各省市的嚴重冰雪災害給國家和人民帶來的重大的損失，使得高壓線路的維護保養(yǎng)這個比較高技術含量的工程技術問題成為公眾的關注焦點。我們要了解冰雪災害對高壓輸電線路損害的特點及原因，重點掌握輸電線路設計和日常維護措施，防患于未然，以保證電力系統(tǒng)能夠安全、經(jīng)濟運行。 架空線路覆冰的形成架空線路的覆冰是在初冬或初春時節(jié)（氣溫在5C左右），或者是在降雪或雨雪交加的天氣里，在架空線路的導線、避雷線、絕緣子串等處均會有冰、霜和濕雪混合形成的冰層。這是一層結(jié)實而又緊密的透明或半透明的冰層，形成浮冰層的原因，是由于在自然界物體上附著水滴，當氣溫下降時，這些水滴便凝結(jié)成冰，而且越結(jié)越厚。有時，也會在導線表面上結(jié)上一層白霜，呈冰渣性質(zhì)，起重量比堅實的覆冰輕得多，但其厚度卻大得多。當風向與線路平行時，覆冰的斷面呈橢圓形；當風向與線路垂直時，覆冰的斷面呈扇形，即在導線的一個側(cè)面；當無風時，覆冰則是均勻的一層。此外，覆冰還與線路走向有關，在冷、熱空氣的交匯處經(jīng)過的線路，覆冰就更嚴重。覆冰在導線或絕緣子上停留的時間也是不同的，這主要決定于其氣溫的高低和風力的大小，短則幾小時，長則達幾天。導線和避雷線上的覆冰有時是很厚的，嚴重時會超過設計線路時所規(guī)定荷重。如果導線、避雷線發(fā)生覆冰時還伴著強風，其荷重更要加大，這可能引起導線或避雷線斷線，使金具和絕緣子串破壞，甚至使桿塔損壞。尤其是扇形覆冰，它能使導線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，所以對金具和絕緣子串威脅最大。常見的線路覆冰危害如下。（1）桿塔因覆冰而損壞一般是由于直線桿塔某一側(cè)導線斷線所造成的。此時，由于帶冰的導線在該桿塔的另一側(cè)形成較大的張力，使桿塔受到過大的荷重，故造成倒桿或倒塔事故。（2）導線覆冰事故如果導線在桿塔上是垂直排列的，當導線和避雷線上的覆冰有局部脫落時，因各導線的荷重不均因，會使導線發(fā)生跳躍現(xiàn)象，從而使導線發(fā)生碰撞，造成短路故障。（3）線路各檔距覆冰不均引起事故由于線路各檔距內(nèi)的覆冰不均等原因，會使各檔距內(nèi)的弧垂發(fā)生很大變化。有嚴重覆冰的檔距內(nèi)導線荷重很大，會使導線嚴重下垂，以致有時使導線離地面距離降低，因而發(fā)生事故。（4）絕緣子串覆冰事故雖然絕緣子上冰層厚度所增加的重量不大，但卻降低了絕緣子串的絕緣水平，會引起閃絡接地事故，甚至燒壞絕緣子，其后果也很嚴重。為了防止覆冰所以起的故障，設計桿塔時，應考慮由于覆冰所形成的外加荷重。對經(jīng)常發(fā)生嚴重覆冰的地區(qū)，架設耐覆冰式的線路，這種線路的桿塔較一般桿塔的機械強度大，檔距較短，導線張力小。為了避免碰線，導線應采用水平排列的布置方法，并應適當?shù)丶哟髮Ь€和避雷線之間的距離。選擇線路路徑時，應注意避開冷、熱空氣的交匯處。但是在覆冰特別嚴重的地區(qū)，上述措施還是不夠的，覆冰仍可引起破壞線路的事故。因此，在運行中必須觀察導線上產(chǎn)生覆冰的情況，并采取適當?shù)拇胧┯枰韵?。消除導線上的覆冰，有電流熔解法和機械除水法。（一）電流熔解法這種方法，主要是加大負荷電流或用短路電流來加熱導線使覆冰熔解落地，達到除冰的目的。具體做法如下：（1）用改變電力網(wǎng)的運行方式來增大線路負荷電流。（2）將線路與系統(tǒng)斷開，并將線路的一端三相短路起來，另一端用特設的變壓器或發(fā)電來供給短路電流。當采用增大線路負荷電流來加熱導線的做法時，應在覆冰開始形成的初期，加大負荷電流，作為預防措施。但是這種方法會使線路的電壓降低、增大電能損耗，所以不能長期使用。當采用短路法來熔化覆冰時，則應根據(jù)線路長度，導線的截面和材料，準備好必要的設備，其容量應事先計算好，使之能夠滿足熔冰的要求。短路融冰法的接線如圖所示。 短路電流近似計算公式如下： I= 式中——系統(tǒng)所加相電壓，V。 ——電路線段的長度，km。 ——導線的電阻，； I——短路電流，A。在進行熔冰以前，應注意檢查長時間通過短路電流的系統(tǒng)接線和設備。用短路電流熔冰時最好不要使用發(fā)電廠和變電所的接地網(wǎng)，而采用單獨的接地裝置，以免發(fā)生危險。用短路電流熔冰時，還應派人到線路上去觀察覆冰的熔化過程，當覆冰已開始從導線上脫落時，應立即切斷熔冰電流，否則時間一長，會使導線過熱，特別應注意導線的連接處。在一般的設備條件下，電流熔冰法是很難實現(xiàn)的，因此除了在重冰區(qū)，其實用價值不大。（二）機械除冰法機械除冰主要采用下列幾種做法：（1）從地面上向?qū)Ь€或避雷線拋擲短木棍，打碎覆冰，使之脫落。也可以用木桿或竹竿進行敲打，使覆冰脫落。如果線路停電困難也可用絕緣桿來敲打覆冰。（2）用木制套圈套在導線上，并用繩子順著導線拉，便可消除覆冰。（3）用滑車式除冰器來除冰。機械除冰法的主要缺點是，必須停電進行，費時、費力。采用機械除冰法時，必須保證導線和避雷線不發(fā)生任何機械損壞。 防止污穢閃絡輸電線路污穢復雜，種類多、分布廣，按污源特征可以歸納為兩種：工業(yè)型污穢和自然型污穢。工業(yè)污穢具體包括化工廠、冶煉廠及火電廠的排煙，水泥廠、煤礦和煤場的粉塵，循環(huán)水、冷水塔和噴水池的水霧等。工業(yè)型污穢按照產(chǎn)生源的類型可以分為化工污穢、水泥污穢、冶金污穢、煤煙污穢等；自然污穢是在自然條件下所產(chǎn)生的污穢，包括塵土污穢、鹽堿污穢和海水鹽霧污穢等類型，以及鳥糞污穢和絕緣予覆冰積雪等。鳥糞污穢則是一種特別的自然污穢形式。絕緣子覆冰積雪也是一種特殊形式的自然污穢。 絕緣子表面染污放電機理較為一致的認識是：沿絕緣子濕潤污穢表面的閃絡現(xiàn)象已不是一種單純的空氣間隙擊穿，而是一種與電、熱、化學等因素有關的污穢表面氣體電離以及局部電弧發(fā)生、發(fā)展的熱動力平衡過程。絕緣子的污閃過程一般受絕緣子表面特性的影響，現(xiàn)有絕緣子的表面狀況有兩種：憎水性或親水性。瓷和玻璃絕緣子一般為親水性表面；復合絕緣子，特別是硅橡膠復合絕緣子表面一般為憎水性。在受潮條件(如雨、薄霧等)下，親水性表面將完全濕潤而形成水膜覆蓋在絕緣子上。相比之下，同樣的受潮條件，憎水性表面上形成的是多個水珠。(1)線路路徑盡量避開污穢區(qū)。在保證經(jīng)濟合理施工較方便的情況下，設計選擇線路路徑時盡量避開污穢等級高的化工廠、發(fā)電廠、冶金廠、煤窯等。對無法避免的情況下，準確掌握沿線高等級污穢源的污穢程度和擴散范圍，對輸電線路的影響程度。(2)盡可能地掌握線路環(huán)境資料和氣象資料，結(jié)合當?shù)剡\行部門經(jīng)驗，根據(jù)污區(qū)圖計算出線路絕緣子泄露比距，計算時采用高一級的污穢等級進行計算。污閃故障波及面廣且時間較長，有時造成幾十條線路污閃停電。所以，防止污閃對保證線路安全極為重要。一般可根據(jù)本地區(qū)的運行經(jīng)驗，目前主要采取以下防污措施：(1)確定線路的污穢期和污穢等級。要正確了解線路通過地區(qū)的大氣污穢程度和污穢性質(zhì)，正確劃分各地區(qū)的污穢區(qū)， 、便為防污閃工作提供可靠依據(jù)。(2)定期清掃絕緣子。在污穢季節(jié)到來之前，逐基登桿清掃絕緣子，除去絕緣子表面的污穢物。清掃方法一般每年在雨季前清掃一次，可用干布、濕布或蘸汽油的布(或浸肥皂水的布)將絕緣子擦干凈，同時也可帶電沖洗絕緣子。對污穢嚴重不易在現(xiàn)場清掃的絕緣子，也可以更換新的絕緣子，將舊絕緣子帶回，在工廠進行清掃。(3)更換不良和零值絕緣子。定期對絕緣子串進行絕緣檢測，發(fā)現(xiàn)不良絕緣子和零值絕緣子要及時更換。(4)增加絕緣子串的單位泄漏比距。絕緣子表面泄漏電流越大，污閃越嚴重。而泄漏電流的大小與絕緣子串的單位泄漏比距成反比，因此，可以增加絕緣子片數(shù)或改為耐污絕緣子來增加絕緣子串的單位泄漏比距。(5)絕緣子串盡量采用V串和組合絕緣子串形式，提高絕緣子污穢閃絡電壓。(6)采用防污涂料。對污穢嚴重地區(qū)的絕緣子，必要時可采取定期在表面涂有機硅油等防污涂料，以增強其抗污能力。有條件時，也可采用半導體釉絕緣子(7)采用合成絕緣子。合成絕緣子是由環(huán)氧玻璃纖維棒制成芯棒和以硅橡膠為基本絕緣體構成。環(huán)氧玻璃纖維棒抗張強度相當高，硅橡膠絕緣傘裙具有良好的耐污閃性能，所以采用合成絕緣子是線路防污閃的有效措施。(8)光傳感器輸變電設備污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)。即通過對光傳感器測量光通量的變化進行觀察，從而取得絕緣子的污穢度(鹽密、灰密)。與傳統(tǒng)測量方法比較，消除了人為影響的干預 大大降低作業(yè)人員工作量、能夠最大程度地獲取飽和污穢度，對于這一領域而言無疑是一個飛躍。 絕緣配合輸電線路的絕緣配合是指懸掛導線的絕緣子串的絕緣強度與導線對桿塔的最小空氣間隙的絕緣強度同預期過電壓值的配合。各種過電壓經(jīng)過各種限壓措施（如避雷線、避雷器、斷路器的并聯(lián)電阻、并聯(lián)電抗等）限制后，作用在線路絕緣上。研究絕緣配合的目的在于綜合考慮電工設施可能承受的作用電壓、過電壓防護裝置的效用，以及設備的絕緣材料和絕緣結(jié)構對各種作用電壓的耐受特性等因素，并且考慮經(jīng)濟上的合理性以確定輸電線路和電工設備的絕緣水平。作用在電工設備上的電壓是指正常運行條件下的工作電壓和各種過電壓，后者包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。為了經(jīng)濟合理地設計輸電線路和電工設備絕緣，電力系統(tǒng)中一般采取專用設備和裝置以限制過電壓。架空輸電線路導線的絕緣包括絕緣子串和導線對桿塔的空氣間隙。根據(jù)大氣過電壓和內(nèi)部過電壓要求，正確、合理地選擇線路絕緣子串的絕緣子片數(shù)和確定相應的空氣間隙，是保證線路安全運行、降低線路造價的關鍵。（一）海拔在1000米以下地區(qū)線路絕緣子片數(shù)的確定海拔在1000米以下的地區(qū)，直線桿塔線路絕緣子串中的絕緣子片數(shù)應先按工作電壓選擇，然后按內(nèi)部過電壓、大氣過電壓進行校驗。⒈按工作電壓選擇絕緣子片數(shù)絕緣子串常年暴露在大氣中，表面積有污穢，在雨、霧、露水等作用下，會形成連續(xù)的導電膜，并隨之有漏泄電流通過。漏泄電流產(chǎn)生熱效應，局部烘干了絕緣子的下表面，被烘干部分的漏泄電阻增大，這時導線對地電位大部分就集中在這部分表面上，因而這部分可能產(chǎn)生局部放電。如果局部放電形成了對地的連續(xù)通道，則漏泄電流就會大量增加，引起整個絕緣子串的閃絡。為了減少在工作電壓作用下發(fā)生閃絡的機會，就得增加絕緣子串的漏泄距離（也叫爬距）。架空輸電線路運行規(guī)程規(guī)定。單位爬距也叫泄露比距，其意義是指平均每千伏線電壓應具備的絕緣子最少的泄露距離值，即 （51）式中 ____額定線電壓，kv。 _____每個絕緣子的泄漏距離，cm； n______絕緣子個數(shù)。 運行經(jīng)驗證明，當S值小于一定值時，在霧天、雨雪天氣中，極易出現(xiàn)閃絡。按工作電壓要求初步選定每串絕緣子的片數(shù)后，還應根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)過電壓要求的水平進行校驗?？紤]到內(nèi)過電壓是涉及整個電網(wǎng)的，每條線路中難免有零值絕緣子存在，所以考慮扣除一個絕緣子（即預留零值）后，它們在工頻下的濕放電電壓或操作沖擊波（波形一般取250/2500）下的濕放電電壓U，應比內(nèi)過電壓的計算值高10%，即 U= （52）式中 K——內(nèi)過電壓倍數(shù)。 以