青苔對(duì)變電站絕緣子的影響分析及防治對(duì)策

池招榮 覃顯南 李捷睿 陳文通 黃永芳

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司崇左供電局，廣西 崇左 532200）

0 引言

我國(guó)幅員遼闊，對(duì)電力的需求極大。為保障我國(guó)各地的電力供應(yīng)，需要在各地修建大量的輸電線路、變電站等輸變電設(shè)備及架構(gòu)。絕緣子是常用的輸變電設(shè)備，一般采用玻璃、陶瓷、復(fù)合環(huán)氧樹脂等絕緣性能良好的材料制作，主要起到帶電部位與設(shè)備架構(gòu)的隔絕作用，對(duì)輸變電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。絕緣子的作用是增加爬電距離，因而通常被設(shè)計(jì)成傘裙型，且其表面要求光滑平整，絕緣性能好，避免存在導(dǎo)電性好的異物，如水、植物、無(wú)機(jī)鹽、灰塵等，因?yàn)檫@些物質(zhì)會(huì)改變其爬電距離，引發(fā)污閃現(xiàn)象，進(jìn)而造成絕緣子失效，導(dǎo)致電力事故的發(fā)生。因此，延長(zhǎng)絕緣子的壽命對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著舉足輕重的作用。

對(duì)于我國(guó)的溫濕地區(qū)，尤其是西南地區(qū)的山區(qū)、丘陵地帶，常年多雨霧，空氣潮濕，苔類、藻類植物極易滋長(zhǎng)，而電力設(shè)備長(zhǎng)期處在這種環(huán)境下，表面也容易滋長(zhǎng)霉菌、青苔等，影響電力設(shè)備的外表美觀和使用壽命。青苔是藻類和真菌共生的一種低級(jí)植物，對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和存活性，在溫暖濕潤(rùn)、光照不足的情況下，容易在設(shè)備及絕緣子表面大量繁殖，尤其是我國(guó)的西南地區(qū)，光照充足，溫度適宜，絕緣子上極易生長(zhǎng)青苔等附著物。青苔本身不影響輸變電設(shè)備電氣性能，主要是通過吸附空氣中的水分和無(wú)機(jī)鹽，在絕緣子表面形成一層導(dǎo)電性較好的附著層，當(dāng)發(fā)生雷擊或漏電等故障時(shí)，絕緣子極易發(fā)生污閃情況，失去絕緣性能，從而造成停電事故，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)外研究者針對(duì)輸變電設(shè)備絕緣子表面附著這類污染植物開展了很多的研究工作。Rocha對(duì)經(jīng)過鹽霧處理的長(zhǎng)有青苔的絕緣子進(jìn)行閃絡(luò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)青苔會(huì)影響絕緣子的閃絡(luò)電壓，試驗(yàn)表明，長(zhǎng)有青苔的絕緣子的閃絡(luò)電壓降低了30%。日本的Fujii通過鹽霧試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，藻類具有很好的存水和儲(chǔ)留鹽分的能力，會(huì)降低附著藻類的硅橡膠材料的閃絡(luò)電壓。四川電科院對(duì)我國(guó)四川地區(qū)具有RTV涂層的絕緣子表面附著的綠藻進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)綠球藻會(huì)在一定程度上降低RTV絕緣支柱的閃絡(luò)電壓。因此，絕緣子上附著青苔等污染植物，確實(shí)會(huì)對(duì)絕緣子造成較大的影響，為保證輸變電設(shè)備的正常運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行治理。

目前尚無(wú)較好的辦法抑制絕緣子上青苔的生長(zhǎng)，只能等設(shè)備停電檢修時(shí)人工清除，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低，形成了極大的安全隱患。對(duì)于絕緣子來說，由于青苔的生成來自于潮濕環(huán)境中的微生物與絕緣子外表面的接觸作用，絕緣材料外表面須含有較大濃度的防青苔組分，才能起到防青苔作用，技術(shù)難度較高。因此，對(duì)絕緣子表面附著青苔的防治，是目前電力系統(tǒng)設(shè)備安全領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。

本文分析和探討了絕緣子上的青苔生長(zhǎng)機(jī)理以及青苔對(duì)絕緣子性能的影響，并對(duì)現(xiàn)階段絕緣子青苔處理技術(shù)進(jìn)行了分析和對(duì)比，可為將來輸變電設(shè)備絕緣子上青苔的防治提供理論支持。

1 青苔在絕緣子上生長(zhǎng)的機(jī)理

青苔是綠藻和一些真菌共生形成的一種低級(jí)植物。綠藻為單細(xì)胞生物，多為無(wú)性繁殖，遍布于我國(guó)植被覆蓋茂密的山林地區(qū)和農(nóng)田地區(qū)。綠藻呈附著生長(zhǎng)，它能進(jìn)行光合作用，也能直接吸收水分和養(yǎng)料，當(dāng)其成熟后會(huì)釋放孢子，隨風(fēng)傳播。研究表明，青苔在陰涼、潮濕、酸性環(huán)境（pH值5以下）中容易生長(zhǎng)。當(dāng)孢子隨風(fēng)飄落至絕緣子表面后，在合適的環(huán)境條件下，很快便開始繁衍。綠藻生物粘附在絕緣子表面之后，由初始階段過渡到穩(wěn)定階段。原有的綠藻細(xì)胞經(jīng)過一段時(shí)間的生長(zhǎng)，開始往絕緣子傘裙表面分泌出大量的酸多糖及糖蛋白等黏性較大的聚合物，大量的細(xì)胞外聚合物將綠藻細(xì)胞與復(fù)合絕緣子表面緊密粘結(jié)在一起，最終實(shí)現(xiàn)了理化作用向生物作用的轉(zhuǎn)變，兩者之間作用力大大增加，使綠藻穩(wěn)定地依附在復(fù)合絕緣子表面。此時(shí)綠藻細(xì)胞的清除難度加大，通過細(xì)胞的不斷分裂，最終形成大片綠藻層。其生長(zhǎng)周期很短，根據(jù)環(huán)境的不同，在3～15天內(nèi)即可形成大片的綠藻層。

霉菌是青苔中真菌的主要和常見種類，其營(yíng)養(yǎng)體是多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的絲狀體，因此把絲狀真菌統(tǒng)稱為霉菌。在自然界中，霉菌通常都是以菌絲進(jìn)行生長(zhǎng)，以孢子進(jìn)行繁殖。霉菌也能從空氣和附著植物及藻類中獲取碳、氮、硫、磷等生命體所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。溫度、濕度、氧氣、pH值等因素密切影響著霉菌的生長(zhǎng)，研究表明，霉菌最適宜的生長(zhǎng)溫度在25～35 ℃，最適宜的相對(duì)濕度在90%～100%。當(dāng)霉菌孢子附著在綠藻上時(shí)，可形成共生關(guān)系，一起生長(zhǎng)。

通過調(diào)研和分析可以得出，影響青苔生長(zhǎng)的因素主要為溫度、濕度、光照以及環(huán)境pH值。其中，溫度能夠直接影響青苔對(duì)空氣中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，微觀上直接影響酶的活性和細(xì)胞的分裂生殖；濕度是促進(jìn)藻類和霉菌生長(zhǎng)的主要因素，潮濕的環(huán)境更有利于青苔的附著和生長(zhǎng)；光照影響著青苔的光合作用，光照的強(qiáng)弱和時(shí)間都對(duì)青苔的生長(zhǎng)和發(fā)育具有決定性作用；環(huán)境pH值也是一個(gè)重要的影響因素，對(duì)青苔細(xì)胞的活性會(huì)造成較大的影響，而且青苔的附著和生長(zhǎng)也會(huì)改變環(huán)境的pH值，從而有利于其生長(zhǎng)。

因此，青苔在絕緣子表面的生長(zhǎng)受周圍自然環(huán)境的影響，在植被覆蓋豐富的地區(qū)，如農(nóng)村、山區(qū)、丘陵地區(qū)，空氣中存在著大量青苔的傳播源。目前，我國(guó)在開放式的變電站設(shè)計(jì)下無(wú)法有效避免孢子的附著，因此無(wú)法從根本源頭上杜絕青苔在絕緣子上的附著，只能通過防治的手段減少青苔在絕緣子上的附著和生長(zhǎng)。防治的手段，也主要是通過影響青苔生長(zhǎng)的4個(gè)主要因素（溫度、濕度、光照和環(huán)境pH值）進(jìn)行研究。

2 青苔對(duì)絕緣子造成的影響

2.1 青苔對(duì)絕緣子性能的影響

絕緣子表面附著青苔，會(huì)對(duì)絕緣子表面的憎水性、防污閃性能和自身強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。首先，絕緣子一般采用玻璃、陶瓷或復(fù)合樹脂等材料制作，憎水性是其較為主要的性能參數(shù)。水是電的良導(dǎo)體，因此需要盡可能減少水在絕緣子表面的停留與附著，其主要表現(xiàn)形式就是憎水效果。青苔附著在絕緣子上后，其具有良好的保濕性，改變了絕緣子外層的憎水性。研究表明，新傘裙的憎水角在90°左右，而綠藻傘的憎水角在20°左右，綠藻傘已經(jīng)失去了憎水性，表現(xiàn)為親水性，嚴(yán)重降低了復(fù)合絕緣子的防污閃能力。

防污閃性能也是絕緣子主要的性能指標(biāo)之一。污閃發(fā)生是因?yàn)榻^緣子表面附著了無(wú)機(jī)鹽等水溶性導(dǎo)電顆粒，干燥時(shí)不會(huì)對(duì)絕緣子造成較大的影響，當(dāng)出現(xiàn)濕度較大或雨水天氣時(shí)，絕緣子表面的水分就會(huì)溶解無(wú)機(jī)鹽，導(dǎo)致其導(dǎo)電性增強(qiáng)，從而發(fā)生污閃事故，因此可以看出，表面附著的無(wú)機(jī)鹽是導(dǎo)致污閃發(fā)生的關(guān)鍵因素。青苔層的存在會(huì)降低絕緣子表面的光滑程度，并形成水膜層，使得空氣中的水溶性導(dǎo)電顆粒更容易附著和溶解在其中，極大地增加了絕緣子表面的導(dǎo)電性能，導(dǎo)致發(fā)生污閃事故的概率明顯增加。

絕緣子自身強(qiáng)度也是很重要的指標(biāo)，尤其是玻璃和陶瓷絕緣子，其本身的材料具有脆性，當(dāng)發(fā)生開裂后會(huì)喪失絕緣性能。附著的青苔會(huì)持續(xù)在絕緣子表面析出有機(jī)酸等物質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間逐步破壞絕緣子材料的微觀結(jié)構(gòu)，并且青苔還會(huì)順著裂縫生長(zhǎng)，導(dǎo)致絕緣子表面裂縫逐步擴(kuò)大，從而影響絕緣子自身的材料強(qiáng)度，最終導(dǎo)致其更容易發(fā)生開裂，使絕緣子絕緣性能降低或者徹底喪失。

2.2 青苔對(duì)檢修安全的影響

青苔由于含有一定量的水分，且自身的結(jié)構(gòu)呈顆粒狀，本身強(qiáng)度不高。當(dāng)其附著在光滑的絕緣子表面時(shí)，在外力的作用下極易產(chǎn)生破損。在檢修過程中，電力工人需要攀附或者踩踏絕緣子進(jìn)行操作，極易發(fā)生手滑或者腳滑的事故，對(duì)日常運(yùn)維檢修的工人人身安全造成了較大的影響。尤其是涉及線路或變電設(shè)備檢修，大多數(shù)都是高空作業(yè)，對(duì)工人的人身安全保障要求更高，不得出現(xiàn)任何疏忽。因此，青苔的附著也會(huì)極大地影響輸變電設(shè)備檢修工作，增加運(yùn)維檢修的危險(xiǎn)系數(shù)和施工成本。

3 青苔生長(zhǎng)的防治對(duì)策

目前，對(duì)絕緣子青苔的防治，主要采取定期人工清理、噴涂防污閃材料（PTRV涂料）和噴涂防青苔生長(zhǎng)涂料等方式。

傳統(tǒng)的處理方式是定期人工清理，主要采用抹布擦拭和刀片刮除相結(jié)合的方式。由于青苔附著生長(zhǎng)的時(shí)間不同，附著力也不一樣，剛生長(zhǎng)不久的青苔可以使用抹布擦掉，但生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)的青苔附著力較大，抹布無(wú)法清除，只能使用刀片刮除。該方式能暫時(shí)解決青苔附著絕緣子的問題，但仍存在很多不利因素，比如刀片刮除很容易劃傷絕緣子的表面，在其表面留下劃痕，導(dǎo)致其防污閃性能下降，從而縮短絕緣子的使用壽命，導(dǎo)致更換絕緣子的頻率增加，不僅增加了運(yùn)維成本，而且造成了設(shè)備安全隱患。

防污閃材料（PTRV涂料）是電力系統(tǒng)常用的材料，主要應(yīng)用于變電站及輸電線路絕緣子、發(fā)電廠和電力用戶變電設(shè)備等電氣設(shè)備及絕緣子上，以避免其在潮濕天氣中發(fā)生污閃事故。防污閃涂料一般采用絕緣性能較好的室溫硫化硅橡膠材料，憎水性和介電強(qiáng)度優(yōu)異，在絕緣子上已有多年成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)西北地區(qū)應(yīng)用廣泛且防污閃效果良好。防污閃涂料的應(yīng)用確實(shí)能在一定程度上減少青苔的附著，但其效果不顯著，在山區(qū)及丘陵地區(qū)效果尤其不明顯，因而無(wú)法有效解決上述問題。

噴涂防青苔生長(zhǎng)涂料是近期應(yīng)用的一種新型防治技術(shù)，其原理是以絕緣子防污閃涂料為基礎(chǔ)，通過改性、添加防菌抑制劑、防藻類生長(zhǎng)劑等方式對(duì)防污閃涂料進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到抑制青苔生長(zhǎng)的目的。經(jīng)過配方改進(jìn)的防污閃涂料具有抗菌抑藻的功能，能在其涂層外表面持續(xù)不斷地釋放抗菌抑藻成分，不給藻類和真菌提供合適的生長(zhǎng)環(huán)境，從而有效解決青苔在絕緣子上附著和生長(zhǎng)的問題。常用的防藻抗菌物質(zhì)一般為硫酸銅、氧化鋅或氧化鈦等無(wú)機(jī)物，以及醛類、酚類、醇類、碘伏類、雙胍類等有機(jī)抗菌劑。防青苔生長(zhǎng)涂料的施工方式也較為簡(jiǎn)單，直接在絕緣子表面噴涂即可，一般按電壓等級(jí)要求，噴涂0.5～2.5 mm即可。經(jīng)過噴涂的絕緣子表面附著青苔的情況明顯改善，一般可持續(xù)3～5年的效果，具有良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

4 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

（1）青苔主要由藻類和菌類共生組成，通過孢子傳播，其生長(zhǎng)繁殖需要合適的溫度和濕度。

（2）青苔附著絕緣子后會(huì)影響絕緣子的憎水性、耐污閃性能和機(jī)械性能，從而縮短絕緣子的使用壽命。

（3）噴涂防青苔附著涂料在絕緣子表面，可有效解決青苔在絕緣子表面附著的問題。

4.2 展望

青苔在絕緣子上附著和生長(zhǎng)是輸變電領(lǐng)域常見的問題，尤其是我國(guó)南方山區(qū)、丘陵地區(qū)以及熱帶、亞熱帶地區(qū)的輸變電設(shè)備上出現(xiàn)該情況的概率較大，而且通過目前的治理手段很難完全處理該問題。采用防青苔生長(zhǎng)涂料有望徹底解決該問題，防青苔生長(zhǎng)涂料具有防污閃、絕緣性好、防止青苔生長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，施工簡(jiǎn)便、效果明顯，應(yīng)用在輸變電設(shè)備上可以明顯減少絕緣子污閃事故的發(fā)生，保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因而具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。若其能大范圍應(yīng)用在輸變電設(shè)備絕緣子上，將對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分積極的意義。