電力設(shè)備帶電清洗絕緣維護(hù)

周舟，何鐵祥

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

污穢是影響絕緣子外絕緣的主要因素之一，在大霧、雨雪等氣候條件作用下引起的污穢閃絡(luò)，輕則可能造成線路跳閘、停電，重則會(huì)造成變電站跳閘、停電，甚至還可能引起大面積惡性停電。2001年2月我國(guó)北方出現(xiàn)持續(xù)性大霧天氣，再加上降雪、除雪劑、煤煙污染的綜合影響，遼寧電網(wǎng)、河北電網(wǎng)、京津唐電網(wǎng)相繼發(fā)生污穢閃絡(luò)事故，共計(jì)有123條66～500 kV線路、34座變電站跳閘972次，僅遼寧省損失電量就達(dá)937萬(wàn)kWh，經(jīng)濟(jì)損失巨大〔1-2〕。而屬于濕潤(rùn)性氣候的江南、華南更是污閃的高發(fā)地區(qū)，這都使得大家逐漸意識(shí)到污穢的清洗對(duì)于保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要性。

1 污穢的產(chǎn)生及影響

由于環(huán)境污染，大氣中的各種灰塵、鹽分、油煙、酸、濕氣、金屬塵埃以及其他帶電粒子通過(guò)重力沉降作用、物理吸附作用沉淀在設(shè)備外絕緣表面形成一層污穢，加之靜電和電場(chǎng)的作用下，累積的污穢不斷加重而且變得牢固。

在干燥的氣候條件下，表面臟污的絕緣子仍會(huì)具有很高的絕緣強(qiáng)度。但是在大霧、小雨、凝露等氣候條件下，污穢中的電解質(zhì)成分溶解到水中，在絕緣子表面形成離子導(dǎo)電通路，使電瓷絕緣強(qiáng)度大大降低，在運(yùn)行電壓下就可能導(dǎo)致絕緣子產(chǎn)生污穢閃絡(luò)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在空氣濕度較高的情況下，完好的絕緣子 (即內(nèi)阻在104MΩ以上)表面污穢達(dá)到中等程度 (即鹽密為0.1 mg/cm2)時(shí)，其表面電阻值僅為50 MΩ左右〔3〕。這樣的污穢條件在遇到合適的天氣時(shí)就會(huì)形成污閃事故，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)極大的危害。

研究證明〔4〕，在相同鹽密條件下，若污穢所含的一價(jià)鹽成分多，則污閃電壓就偏低，所含的二價(jià)鹽多，則污閃電壓就偏高。以內(nèi)陸省份湖南為例，絕緣子污穢成分雖以二價(jià)的硫酸鈣鹽為主，如CaMg(SiO4)，但是，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的氮氧化物排放量的增加使得該省空氣污染由硫酸型向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變，特別是硝酸根離子在酸雨中所占的比例從20世紀(jì)80年代的1/10逐步上升到近年來(lái)的1/3，這使得湖南省內(nèi)絕緣子污穢成分中一價(jià)鹽的成分逐年增加，污穢可能帶來(lái)的閃絡(luò)問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。

2 帶電清洗絕緣維護(hù)

2.1 帶電清洗發(fā)展的必然性

我國(guó)開(kāi)展防污閃工作已有40余年歷史。現(xiàn)在廣泛使用的外絕緣維護(hù)技術(shù)還是爬、涂、掃等方式，但隨著帶電清洗技術(shù)研究的開(kāi)展，帶電清洗越來(lái)越多地應(yīng)用在電氣設(shè)備絕緣維護(hù)領(lǐng)域中〔5〕。

帶電清洗是采用物理與化學(xué)方法，在保證設(shè)備正常安全運(yùn)行的前提下，對(duì)各類電氣設(shè)備的清洗維護(hù)。與目前常用的3種絕緣維護(hù)方式比較，帶電清洗雖然材料費(fèi)較貴，但由于提高了安全性和清洗的效果，節(jié)省了大量人工費(fèi)用，避免了停電帶來(lái)的各方面經(jīng)濟(jì)損失。以停電4 h計(jì)算，1條110 kV線路損失的電量可能有10～20萬(wàn)kWh，1條220 kV線路則可達(dá) 30～50萬(wàn) kWh，如果僅按照電價(jià)0.5元/kWh計(jì)算，電網(wǎng)的直接損失就達(dá)15～25萬(wàn)元，而對(duì)于社會(huì)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失則更大。綜合考慮，帶電清洗比其他3種絕緣維護(hù)方式更為經(jīng)濟(jì)。以帶電清洗為基礎(chǔ)的電氣設(shè)備絕緣維護(hù)，在石油、化工、鋼鐵等行業(yè)企業(yè)的成功應(yīng)用已給這些生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如污染較重的工業(yè)區(qū)線路每年需要2次停電檢修清洗，無(wú)疑會(huì)使工業(yè)企業(yè)遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而帶電清洗則可以隨時(shí)清掃絕緣子表面污穢，防止污閃的發(fā)生，避免或減少停電清掃次數(shù)，同時(shí)，由于它的安全可靠性，也降低了施工生產(chǎn)成本。

2.2 帶電水蒸汽清洗

帶電水沖洗技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于原料易得、設(shè)備簡(jiǎn)單。GB/T l3395-2008《電力設(shè)備帶電水沖洗規(guī)程》對(duì)帶電清洗作出了嚴(yán)格要求，規(guī)定所用水的電阻率不得低于1×105Ω·cm。由于該方法對(duì)水資源的浪費(fèi)較大，且直接用水清洗對(duì)油污的去除效果較差，因此大部分電力企業(yè)并未采用這種方式進(jìn)行絕緣維護(hù)工作。

帶電水蒸汽清洗方法則較好地克服了上述缺陷〔6〕。水蒸汽能迅速改變污穢的粘黏性質(zhì)，使其易于脫離所粘附的設(shè)備表面。高壓力則能夠有助于清除附在設(shè)備表面的普通污穢，高溫水蒸汽還可以對(duì)一些侵蝕絕緣子的細(xì)菌或微生物進(jìn)行高溫殺滅。

通過(guò)對(duì)絕緣子污穢進(jìn)行帶電水蒸汽清洗試驗(yàn)〔7〕，研究人員繪制了3種不同材質(zhì)絕緣子隨鹽密變化的閃絡(luò)電壓梯度曲線以及不同清洗方法下的閃絡(luò)電壓曲面，其中，復(fù)合絕緣子的閃絡(luò)電壓最高，瓷絕緣子次之，而玻璃絕緣子的閃絡(luò)電壓最低;使用自下而上的水蒸汽清洗后閃絡(luò)電壓最高;而且當(dāng)絕緣子污穢鹽密小于4×10-4g/cm2時(shí)，帶電水蒸汽清洗時(shí)的最低閃絡(luò)電壓仍然高于35 kV系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓，在無(wú)過(guò)電壓出現(xiàn)情況下是可以保證帶電清洗的系統(tǒng)安全的。文獻(xiàn)〔8-9〕表明，在鹽密1.5×10-4g/cm2，灰密1×10-3g/cm2的情況下，XP-70絕緣子串進(jìn)行帶電水蒸汽清洗的閃絡(luò)電壓為38.2 kV。

2.3 帶電化學(xué)清洗

帶電水蒸汽清洗雖達(dá)到了一定的節(jié)水效果，但由于該方法對(duì)水質(zhì)要求較高而使得清洗范圍受到限制，只能在較低電壓等級(jí)線路或設(shè)備上有條件地開(kāi)展。帶電化學(xué)清洗的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了水蒸汽清洗應(yīng)用過(guò)程中的空白〔10〕。帶電化學(xué)清洗通常采用易溶解、易揮發(fā)的中性液體清洗劑，通過(guò)化學(xué)清洗劑對(duì)污穢的濕潤(rùn)、乳化、溶解作用，使污穢的附著力降低，再在噴射力的作用下將污穢剝離被附著物的表面，達(dá)到清洗的目的，適用于各類變電站室內(nèi)外設(shè)備的清洗，并可以在不拆除設(shè)備零部件的情況下，對(duì)設(shè)備的死角進(jìn)行清洗。

作為帶電化學(xué)清洗中最重要的組成部分，化學(xué)清洗劑的性能也有著嚴(yán)格的要求。首先，化學(xué)清洗劑的絕緣性能、乳化性能、揮發(fā)性能要好，滲透能力和溶解力要強(qiáng)，其次，化學(xué)清洗劑要求中性無(wú)色無(wú)味，燃點(diǎn)和閃點(diǎn)要高，耐壓水平至少應(yīng)大于25 kV，而且不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成二次污染，不會(huì)在被清洗設(shè)備表面留下任何殘留物。帶電清洗劑性能的理想控制指標(biāo)如表1所示。

表1 帶電清洗劑性能的理想控制指標(biāo)

早期的化學(xué)清洗劑性能并不完善，如SJ-1型高壓電瓷瓶除垢劑〔11〕，因?yàn)樵摮竸┲泻形⒘侩娊赓|(zhì)，不能作為絕緣液，所以清洗后的絕緣子必須再用清水沖洗，而且該除垢劑還對(duì)人體皮膚有輕微傷害。目前，化學(xué)清洗劑以及帶電化學(xué)清洗技術(shù)已較成熟。如BU666電氣設(shè)備清洗劑與CM-48清洗劑〔12〕，絕緣電阻都大于 1.0×1010Ω，通過(guò)絕緣油標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得2種清洗劑的擊穿電壓大于25 kV，清洗劑液柱的擊穿電壓為350 kV/m，對(duì)污穢較重的懸式絕緣子 (閃絡(luò)電壓最低為40 kV左右)進(jìn)行帶電清洗后，模擬耐壓試驗(yàn)測(cè)得放電電壓為380 kV，研究人員曾使用這2種清洗劑在四川、山西10～220 kV不同電壓等級(jí)高壓設(shè)備上開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)帶電清洗工作，均收到了不錯(cuò)的效果。而使用DEOX精密除垢劑〔13〕對(duì)焦耐變電站2號(hào)主變10 kV側(cè)3個(gè)戶外絕緣子清洗后，絕緣電阻從清洗前最高185 MΩ上升到清洗完畢后最低445 MΩ。巴陵石化石廬山35 kV變電站及110 kV升壓站帶電化學(xué)清洗后〔14〕，電氣設(shè)備的絕緣水平有顯著提高，避雷器的泄漏電流值遠(yuǎn)低于指標(biāo)值，直流泄漏電壓值明顯高于指標(biāo)值;變壓器的吸收比提高了1.9倍，交流耐壓明顯高于指標(biāo)值;隔離開(kāi)關(guān)的絕緣值提高最多可達(dá)數(shù)百倍，斷路器、懸式絕緣子的絕緣值也提高數(shù)倍。

2.4 帶電清洗需注意的問(wèn)題

因?yàn)閹щ娗逑磩┑膿]發(fā)性，所有帶電清洗劑清洗時(shí)都不可避免地會(huì)產(chǎn)生凝水現(xiàn)象，甚至冰晶效應(yīng)，只是隨清洗劑的沸點(diǎn)、噴射量、蒸發(fā)潛熱、環(huán)境濕度以及溫度的不同，產(chǎn)生的凝水、冰晶效應(yīng)程度不同而已。帶電清洗過(guò)程出現(xiàn)的這種凝水和冰晶效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致清洗劑動(dòng)態(tài)絕緣性能大幅度降低，可能給帶電清洗對(duì)象帶來(lái)巨大的安全隱患。為了避免出現(xiàn)凝水和冰晶效應(yīng)，通過(guò)分析了凝水和冰晶效應(yīng)的形成機(jī)理〔15〕，建議在帶電清洗的過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)清洗過(guò)程中的清洗物表面和環(huán)境溫度之間的變化情況，如果接近溫度露點(diǎn)差，就必須立即調(diào)整清洗參數(shù)，避免凝水現(xiàn)象和冰晶效應(yīng)的發(fā)生，最大限度地減少帶電清洗過(guò)程中安全事故的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

由于環(huán)境問(wèn)題日益突出，運(yùn)用帶電清洗技術(shù)維護(hù)電氣設(shè)備以及線路的絕緣水平，防止污閃事故是電力發(fā)展的必然選擇。近年來(lái)的帶電清洗實(shí)踐在220 kV及以下高壓設(shè)備上取得了一定的成績(jī)，針對(duì)500 kV及以上電壓等級(jí)的帶電清洗技術(shù)應(yīng)用還存在諸多難題，有待廣大科研技術(shù)人員突破技術(shù)瓶頸，以便更好地將帶電清洗技術(shù)服務(wù)于電力系統(tǒng)。

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