南方电网沿海绝缘子积污成分与海洋盐雾及附近污染源的关联性

2018-10-24，，，，，，，

电瓷避雷器 2018年5期

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(1.华南理工大学电力学院，广州 510640； 2.中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，广州 510080； 3.强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)，武汉 430074)

0 引言

南方电网沿海地区的输电线路绝缘子，由于高温、高湿、海洋盐雾等特殊的气象条件，以及近年的社会经济快速发展对环境带来的影响，其表面污秽成分与内陆地区输电线路绝缘子存在明显差异[1-2]。国内外相关研究表明，绝缘子表面污秽成分与污染源有一定联系。日本日本名古屋工业大学与墨西哥电气研究所取样并检测了绝缘子表面污秽成分，将成分特点分为三类，沿海型、工业型、农业型[3]。但是，在针对我国沿海绝缘子，污秽成分与离海岸距离等因素之间的量化关系研究仍存在一定空白。同时，已有研究表明，绝缘子表面污秽成分的差异会影响其污秽闪络电压[4]。统计发现，污秽导致的闪络事故是输电线路外绝缘事故的主要类型之一[5]，对输电线路安全稳定运行造成严重影响[6-7]。针对南网沿海地区的海洋盐雾可能导致输电线路绝缘子污秽闪络的潜在风险，对南方电网沿海地区污秽绝缘子的表面污秽成分进行了采样与检测，分析了污秽数据与海边距离及附近污染源的相关性，为下一步沿海输电通道的污闪风险等研究奠定了基础，并可提供具有重要参考价值的实际污秽情况数据。

1 沿海绝缘子污秽取样方法

1.1 取样地点与污染源情况

为了获取沿海输电线路绝缘子的积污特性，对南方电网沿海输电线路绝缘子进行了走访调研与采样工作，在海南海口、三亚、琼海、儋州，广西防城港、钦州以及广东江门等输电线路上进行了绝缘子污秽采样。采样的试品型号为XWP2-70型悬式绝缘子和FXBW4-110/100型复合绝缘子[8-10]，部分污秽试品如图1所示，部分试品参数如表1所示。

1.2 取样位置

具体取样及调研地点、周边地形地貌情况列出于表2中。海南地区的沿海输电线路，大多离海岸距离不远，甚至就在海滨；线路周边环境往往保持原生态，未经人为开发，无工业和汽车排放等污染。但也有少部分线路附近有水泥厂等污染源。广东、广西的沿海输电线路往往离海岸比较远，线路附近经济发达，污染源较多。

图1 复合绝缘子试品Fig.1 Composite insulator sample

型号结构高度/mm爬电距离/mmXWP2-70146400FXBW4-110/1001 2403 150

表2 采样位置、周边环境与离海距离Table 2 Sampling location, surrounding environment and distance from the sea

采样点分布如图2、图3所示。

具体采样点到海岸的距离，主要利用卫星地图所带测距工具测定。即在现场进行调研采样时，记录采样点的地理位置坐标信息，利用在线地理信息系统提供的卫星地图，将采样点的位置标记在地图上[11]，之后使用地理信息系统内嵌的测距工具测量取样点与海岸之间的距离。测得的距离数据如表2所示[12]。海南采样点到海岸的距离均小于5公里，广西与广东地区的采样点到海岸的距离在5至10公里。

图2 部分海南地区采样点分布Fig.2 Distribution of sampling points in Hainan area

图3 部分广西广东地区采样点分布Fig.3 Distribution of sampling points in Guangxi，Guangdong

1.3 取样方法

在现场摘取污秽绝缘子时，根据绝缘子的取样位置与杆塔号对绝缘子进行编号，同时进行表面污秽擦取工作[13-14]。

根据国标GB/T 26218对绝缘子污秽取样的相关规定，本文采用脱脂棉球浸润法从绝缘子表面进行取样。首先将脱脂棉球浸润蒸馏水，用该棉球在绝缘子表面擦取污秽，然后通告挤压与漂洗将污秽溶解于200 mL蒸馏水中，在整个过程中确保蒸馏水溶液体积不发生明显变化[15-18]。

1.4 成分检测方法

将取样的污秽送华中科技大学检测中心进行成分检测[19]，检测仪器为美国帕金埃尔默公司生产的型号为ELAN DRC-e的电感耦合等离子体质谱仪和瑞士万通公司生产的型号为881 Compact IC pro离子色谱仪，检测项目分别为阳离子和阴离子的检测。检测中心完成检测项目，给出检测报告，然后对检测数据进行整理总结[20-21]。

2 检测结果与分析

2.1 检测结果

绝缘子表面污秽成分检测结果整理如表3，表4，表中所列出的阳离子与阴离子均为摩尔分数。其中，样品编号与杆塔编号相对应。表中的0代表该成分在样本中不存在或含量可忽略不计。具体整理过程是通过对离子的摩尔分数进行计算，先用该离子的浓度除以该离子的摩尔质量，求出单位体积溶液中该离子的物质的量。同理可以求出其他离子的物质的量。然后把溶液中所有离子的物质的量相加，求出单位体积溶液的离子的总物质的量，再用之前求得的单位体积溶液中该离子的物质的量除以单位体积溶液的离子的总物质的量，即可求得该离子的摩尔分数。

表3 各阳离子所占摩尔分数Table 3 Percentage of each cation

表4 各阴离子所占摩尔分数Table 4 Percentage of each anion

2.2 检测结果分析

2.2.1 距离对积污成分的影响

根据表3、表4结果，分别以采样点距离海岸的距离为横轴，一价离子、二价离子所占摩尔分数为纵轴，绘制出散点图及其拟合曲线如图4、图5所示。

图4 绝缘子污秽的一价离子摩尔分数分布Fig.4 Molar distribution of monovalent ions

图5 绝缘子污秽的二价离子摩尔分数分布Fig.5 Molar distribution of Two valence ion

图4中的拟合曲线可用数学函数表达如下。

XB=Ad-b

(1)

式中：XB为一价离子摩尔分数；A为常数；b为影响特征常数；d为取样点离海岸距离。经拟合计算得出A、b值见表5。

表5 A、b拟合计算值Table 5 Ion percentage fitting

从图4中结果可见，一价离子摩尔分数随海岸距离的增大呈指数形式下降，在距离海岸5 km以内的摩尔分数下降量显著，5到10公里范围的摩尔分数下降量趋于平缓。

关于图4、图5摩尔分数曲线的衰减规律的原因，本文通过查询统计各个方面相关气象数据(如表6所示)，分析可见其与沿海地区的盐雾分布规律密切相关，即沿海地区盐雾的含盐量与海岸距离的关系呈指数形式分布。

表6 沿海地区盐雾的含盐量Table 6 Distribution of atmospheric salt content

将表6中数据画出散点图并作相应的拟合曲线如图6。从图6可见，盐雾含盐量的分布特性具有指数形式的衰减规律。

图6 沿海地区盐雾的含盐量分布Fig.6 Relationship between salt content and distance from the sea

图6中的拟合曲线可用数学函数表达如下。

Sa=Nd-m

(2)

式中：Sa为盐雾含盐量；N为常数；m为影响特征常数；d为取样点离海岸距离。经拟合计算得出N、m值见表7。

表7 N、m拟合计算值Table 7 Fitting results of air salt content

由图6可以看出，绝缘子污秽成分中的一价离子、二价离子的摩尔分数变化与盐雾含盐量有密切关系。随着盐雾向内陆扩散和不断衰减，盐雾含盐量呈指数形式降低，沉降在绝缘子表面的NaCl和KCl含量随之也呈指数形式逐渐衰减，且可见当距离海岸10公里时，绝缘子污秽中的一价离子含量衰减到50%，可见绝缘子污秽成分与盐雾含盐量具有密切关系。

2.2.2 污染源对污秽成分的影响

根据对绝缘子污秽成份检测分析结果与拟合曲线对比可见，部分采样点检测结果偏离拟合曲线较多。这说明还有盐雾以外的其他影响因素对绝缘子表面积污成分有影响。分析可见，这些所谓的部分采样点，其周边污源是绝缘子表面积污成分变化的主要原因。

2号样本的检测结果表明，其主要成分是Ca2+离子、SO42-离子。对其周边污染源进行调查后不难发现，附近存在相应的工业污染源，硫酸钙的污染严重。见图7。分析检测结果还发现，SO42-离子也出现在4号样本以及9号样本中，但这两个样本不含有阳离子Ca2+离子。调查可见，其周边为以农田为主的地貌环境，见图8、9所示。这说明在周边环境没有工业区的地区，烧荒形成的硫化物也会残留在绝缘子表面，导致表面污秽成分含有SO42-。最后，2号、5号与7号样本成分中还存在硝酸根与亚硝酸根离子，对其调查分析表明，林区苔藓植物附着会导致表面污秽成分中出现硝化物。