本期关注：空气污染导致电网瘫痪
今年3月8日起，浓雾和重度污染导致印度首都新德里及其周边地区连续3天大范围停电，工厂停产，火车晚点，数百万人无电可用。
范建斌 中国电力科学研究院高压研究所所长、教授级高级工程师，长期从事高压交直流输变电外绝缘特性研究。IEC（国际电工委员会）SB1（输变电行业管理局）成员，IEC TC 36（绝缘子）WG11工作组成员。
日前，印度的大面积停电引起了世界媒体的关注，事故原因是空气污染。这个答案对于一些人来说可能有点意外。
污染为何导致电网瘫痪 电能的传输主要是通过架空输电线路。由于传输电能的导线处于高电位，而悬挂导线的杆塔处于低电位，要输送电能，就必须把二者隔离开来。因此，工程师发明了绝缘子，它使导线和杆塔在机械上相连、在电气上绝缘。但是，工程师们也发现，在污秽和湿润的情况下，绝缘子的绝缘性能会大大降低。
由于绝缘子处于大气环境中，其表面会逐渐沉积一层污秽物。大气污染越重，雨水冲刷越少，其表面的污秽物就会越多。在干燥的气象条件下，表面脏污的绝缘子仍有很高的绝缘强度，但在大雾、凝露、毛毛雨以及融冰、融雪等气象条件下，污层中的电解质成分会溶于水中，在绝缘子表面形成导电的水膜，使绝缘强度大大降低，导致沿着绝缘子表面产生局部放电，形成局部电弧，局部电弧沿面发展并最终完成闪络，形成通常所说的污闪。
污闪的主要特点是多点同时发生跳闸的概率高，重合闸成功率低，更为严重的是，某些质量较差的绝缘子长时间运行后其绝缘电阻值会大大下降，但从外表看和正常绝缘子并无差别，这些裂化的绝缘子在污闪时可能会导致绝缘子掉串、导线落地的恶性事故。
我们通常根据危害程度把污闪分为局部区域性污闪和大面积污闪。其中，大面积污闪是指多条线路多个发电站、变电站同时发生污闪，且故障点分布区域相对广阔，污闪点遍及数百平方公里，覆盖大部分省区甚至跨省区。这是因为发生污闪时，一个区域内的绝缘子积污、受潮程度差不多，绝缘配置也相近，一处跳闸往往表明在广大区域内大部分绝缘子都处于跳闸的边缘，极易发生大面积多点污闪事故，而闪络引起跳闸后绝缘性能很难自恢复，这往往又导致事故的扩大。大面积污闪总会使局部电网解列甚至崩溃，造成电网的大面积停电。其涉及面广、停电时间长，经济损失难以估量。
2008年3月8日开始，印度新德里及邻近省份连续3天出现大规模停电。此次事故是典型的大面积污闪事故。污闪必须具备的外部条件一是污、二是湿，二者缺一不可。印度经济经过了近十年的快速发展，污染问题日趋严重，再加上浓雾，正好完全具备了大面积污闪的外部条件。
污闪严重威胁我国电网安全 印度的停电事故对我们是一个很大的警示。不可否认的是，在我国向工业化发展的过程中，部分地区（特别是超/特高压输电线路可能或正在穿越的一些中小城市）仅重视城市GDP的发展而忽视了对环境保护的控制，对环境污染的防治没有给予足够重视，导致输变电设备外绝缘运行环境日趋恶化，运行状态令人担忧，因此，为了保证电网的安全、稳定运行，定期对输变电设备外绝缘的污染状态进行监控，对外绝缘运行状况进行分析是非常必要的。
还须特别指出的是，输变电设备的外绝缘在直流电压下的积污比交流电压下更严重，而且相同污秽条件下的直流污闪电压要低于交流污闪电压，因此直流输电线路及换流站在运行时遇到的污闪问题更多，对其监控更应加强。
我国电力系统的污闪事故在上世纪五六十年代已有发生，且多集中在工业比较发达的地区。上世纪80年代以来，大面积污闪事故始终是导致我国电网大面积停电的首要原因。近20年内，我国就发生了3次大面积污闪事故。
1989年12月底至1990年2月，由于持续数天大雾，豫北、冀南、晋南、晋中、京津唐以及辽西先后有172条线路、27座变电站全部、部分或瞬时停电。事故面积之广、威胁之大，在我国前所未有。
原电力部连续3年召开全国电网防污闪工作会议，开展了一系列专项课题的研究，制定了一系列管理规定，并广泛进行了以线路为主的输变电设备外绝缘改造工作，提出了“把清扫作为绝缘裕度留给运行”的重要思想。但囿于全国电网当时外绝缘配置的基本状况以及传统力量，电网外绝缘配置的指导思想并未因此实现根本转变，电网的安全仍然是建立在“绝缘配置加一年一清扫”的基础之上。因此污闪多发地区仍时有污闪发生，很多未发生过污闪的地区也先后出现较大面积的污闪事故。
1996年底至1997年初，长江中下游六省一市发生较大面积污闪。同年，华北、山东、西北电网也发生了较大面积的污闪，鲁、沪、皖、鄂、赣、陕和新疆电网都发生了区域性停电事故。
2001年1月～2月，由于持续数天大雾，污闪首先由河南电网发生，并逐渐北移，经河北南网、京津唐电网直至辽宁南部和中部。沈阳70%以上的区域停电，损失电量937万千瓦小时；河北、河南损失电量660万千瓦小时；邯钢停产，部分轧钢设备损坏；京广电气化铁路短时中断运行。
我国相关研究居世界前列 接踵而来的大面积污闪事故再次提醒人们，依靠大规模人工清扫无法满足现代化大电网安全运行的需要，更难以杜绝大面积污闪事故的发生。怎样才能实现我国电网的有效防污闪设计，这是一个迫切需要解决的问题。
在直流外绝缘设计方面，国外科研机构虽然进行相关试验研究，但由于大气环境污染的不同，设计照搬国外经验与数据并不能适用于我国国情。例如，我国首个±500kV葛南直流工程投运以来，因污秽导致换流站直流设备频繁闪络，致使多起瓷套管爆炸，线路污闪保护动作率远在500kV交流线路跳闸率2倍之上；之后建设的天广线、龙政线、三广线投运后也是污闪频发。此外，西电东送的众多直流输电工程要穿越高海拔山区，覆冰多，污秽环境下的外绝缘问题更为突出。
针对直流输电系统的污闪问题，原国家计委提出研究直流污秽外绝缘特性，改变照搬国外设计的做法；针对交流电网大面积污闪问题，原国家电力公司提出饱和污秽度及其耐受电压和复合绝缘子老化性能的研究项目。
中国电力科学研究院、清华大学和华北电力大学的专家学者一起承担了这两个国家级攻关项目，从2001年到2005年，对我国交直流输电系统的污秽外绝缘进行深入调研、试验及理论研究，取得了一系列具有自主知识产权的成果，提出了符合我国国情的交直流输变电设备污秽外绝缘配置方法，从根本上改变了我国电网长期以来沿用的外绝缘设计思想和运行维护方式，提高了电网防污闪的能力。
该项目的完成使我国污秽外绝缘领域研究能力和设计水平居于国际前列，其中大部分研究成果达到世界领先水平。成果目前已被写入国家电网公司企标、电力行业标准、国标（报批稿）和国际标准（IEC标准），并在工程上得到广泛应用，取得了巨大效益。
笔者参与了IEC 60815《污秽条件下高压绝缘子的选择》系列国际标准的起草工作。在今年3月初南非召开的第20次工作组会议上，笔者系统介绍了我国上述两个项目的研究成果，得到国际同行的高度认可并将为IEC标准所采用。
