架空輸電線路絕緣子防污維護(hù)技術(shù)研究

張秀峰， 孫 燁， 石 礁， 丁兆岡

(浙江舟山電力局，浙江舟山316021)

0 引言

絕緣子表面污穢物有可溶和不可溶兩部分，可溶部分俗稱鹽，不可溶部分俗稱灰。我國電力系統(tǒng)中對絕緣子污穢程度的表征采用的主要參數(shù)是等值附鹽密度(簡稱鹽密)(ESDD)和灰密(NDD)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前由于污穢而引起的絕緣子閃絡(luò)事故在電力系統(tǒng)總事故中，僅次于雷害而居第二位，但由污閃事故所造成的損失卻是雷害事故的10倍。全國六大電網(wǎng)幾乎都發(fā)生過大面積污閃，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合國內(nèi)外對輸電路線絕緣子防污閃的研究，介紹了鹽密、灰密對污閃電壓的影響，防污技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，防污的主要措施等，以期對線路安全運(yùn)行提供參考。

1 鹽密對污閃電壓的影響

為了獲得絕緣子在各種污穢程度下的放電特性，除用自然污穢的運(yùn)行絕緣子進(jìn)行試驗(yàn)外，還須用大量的人工污穢模擬試驗(yàn)進(jìn)行研究。國內(nèi)外進(jìn)行了大量的自然和人工污穢的絕緣子試驗(yàn)，其污閃電壓與鹽密的關(guān)系用數(shù)學(xué)模型表示為一冪函數(shù):

式中，U為絕緣子的污閃電壓(kV);Ds為等值附鹽密度(mg/cm2);K、P為常數(shù)。

2 灰密對污閃電壓的影響

試驗(yàn)表明，在相同的鹽密下，絕緣子的污閃電壓隨著灰密的增加呈下降趨勢，但灰密較大時(shí)，灰密再增加又呈飽和趨勢。原因是:當(dāng)灰密為1～2 mg/cm2時(shí)，絕緣子表面因灰分吸水此時(shí)絕緣子表面電導(dǎo)最大，污閃電壓下降;當(dāng)灰密很大時(shí)，因污層很厚，絕緣子污層底部未受潮，因此下降趨勢又呈平緩。

國外已考慮按灰密進(jìn)行污閃電壓的修正，我國對灰密的研究時(shí)間還不長，不同灰物的成分，不同灰、鹽密比例，不同絕緣子的結(jié)構(gòu)均對污閃電壓有影響，這有待今后進(jìn)行深入研究。

3 絕緣子防污技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

3.1 鹽密在線監(jiān)測技術(shù)

從1992年開始，武漢高壓研究所開展了使用光傳感器測量鹽密的研究，以期獲得實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的鹽密測量新方法。經(jīng)過河南新鄉(xiāng)及廣州供電公司的實(shí)地監(jiān)測效果表明，光傳感器輸變電設(shè)備鹽密在線監(jiān)測系統(tǒng)適宜絕緣子污穢監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行絕緣子等值鹽密的在線連續(xù)測取，是一種方法科學(xué)簡單、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測的測量手段。所監(jiān)測的飽和鹽密可以為電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備污區(qū)分布圖的繪制及修訂提供可靠的依據(jù);所監(jiān)測的實(shí)時(shí)鹽密值，可以使電力部門隨時(shí)了解監(jiān)測點(diǎn)運(yùn)行設(shè)備的積污情況，從而指導(dǎo)電力部門對輸變電設(shè)備進(jìn)行清掃，實(shí)現(xiàn)了對輸變電設(shè)備防污工作的狀態(tài)檢修，對防止污閃事故發(fā)生具有重大意義。

另一種鹽密監(jiān)測技術(shù)是對絕緣子泄漏電流的監(jiān)測，絕緣子的泄漏電流能夠比較準(zhǔn)確地反映出絕緣子串的污穢程度及不同天氣狀況下的絕緣水平。遭受污染和連續(xù)受潮狀態(tài)的絕緣子，由于污染物的長期沉積，會(huì)導(dǎo)致漏泄電流的增大，即存在閃絡(luò)的高度危險(xiǎn)，應(yīng)對線路絕緣子進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)、清掃或更換。

3.2 絕緣子防污閃涂料技術(shù)

我國從上世紀(jì)60年代初開展防污閃工作，經(jīng)過40年的探索，先后篩選出硅油、硅脂、長效硅脂、地蠟等防污閃涂料，并積累了比較豐富的運(yùn)行使用經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)入80年代，又出現(xiàn)了新型防污閃涂料——室溫硫化硅橡膠(RTV)，RTV涂刷在絕緣子表面后，在正常的環(huán)境溫度下固化為一層橡膠膜，并與絕緣子表面牢固連接。它不但具有與硅油硅脂一樣的憎水性，而且具有很強(qiáng)的長周期憎水遷移性，即RTV涂層的憎水性可以遷移到絕緣子污穢層的表面。由于絕緣子表面的污穢是逐漸形成的，而RTV的憎水遷移時(shí)間不大于2 h，憎水性可以及時(shí)遷移到污層表面，因此在潮濕氣候條件下，凝結(jié)在絕緣子表面的水分很難成片連續(xù)浸潤，從而使絕緣子耐污性能大大提高。根據(jù)武漢高壓研究所對天津電力科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的單組分RTV進(jìn)行的人工污閃實(shí)驗(yàn):高海拔交流條件下，污閃電壓提高244%;高海拔直流條件下，污閃電壓提高440%。

另外納米復(fù)合長效防污閃涂料(PRTV)作為一種新型的防污閃涂料最近也在電力系統(tǒng)開始應(yīng)用。PRTV涂料具有優(yōu)于RTV防污閃涂料的憎水性及憎水遷移性，同時(shí)具有一定的憎油性和良好的不粘性，可大幅度提高電力輸變電設(shè)備外絕緣污閃電壓，污閃電壓可提高200%，保障電力設(shè)備運(yùn)行安全。在惡劣氣候條件下，沿潮濕臟污絕緣子表面會(huì)出現(xiàn)連續(xù)水膜而發(fā)生閃絡(luò)。當(dāng)涂敷PRTV涂料時(shí)由于其具有憎水遷移性，使污層表面也具有憎水性，污層表面只存在有不連續(xù)的小水珠，而不會(huì)被浸潤、連片，使電力設(shè)備的抗污閃性能得到了極大的提高。與PRTV內(nèi)部的憎水基團(tuán)數(shù)量相比，自然流失的憎水基團(tuán)數(shù)量極少，所以PRTV的有效壽命是很長的。與RTV涂料相比，PRTV涂料基膠在自然界中的使用壽命更長。采用特殊技術(shù)處理后，PRTV內(nèi)部所具有的改性的負(fù)極性分子基團(tuán)遠(yuǎn)比RTV涂料豐富，這也是其使用壽命超長的原因之一。

3.3 合成絕緣子

現(xiàn)有線路上運(yùn)行的絕緣子有瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子以及合成絕緣子，在潮濕且臟污條件下，電瓷外絕緣的絕緣強(qiáng)度會(huì)急劇下降，在運(yùn)行電壓條件下即可能發(fā)生沿面閃絡(luò)而造成大面積、長時(shí)間停電，近幾年我國幾大電網(wǎng)相繼發(fā)生了大規(guī)模的污閃事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

與電瓷和鋼化玻璃絕緣材料不同，硅橡膠作為合成絕緣子的主要成份，即使在表面潮濕和臟污的條件下，仍能保持其憎水性和憎水遷移性，限制了表面泄漏電流，避免了污閃事故的發(fā)生;又因其體積小、重量輕、運(yùn)輸方便、機(jī)械強(qiáng)度高、便于維修等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。具體表現(xiàn)在:

(1)抗污閃能力較強(qiáng)。試驗(yàn)表明，只要合成絕緣子保持憎水性，則在相等污穢條件下，其污閃電壓梯度比瓷絕緣子串至少提高50% ～80%，乃至100%。從實(shí)際情況來看，浙江省電網(wǎng)1996年以來的幾次污閃事故，特別是1996年末、1997年初大范圍污閃中，都沒有發(fā)生合成絕緣子故障。

(2)機(jī)械強(qiáng)度高、無低零值。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，只要合成絕緣子兩端頭連接合理，各界面密封工藝嚴(yán)密，一般不會(huì)發(fā)生斷串掉線故障，這和瓷絕緣子串閃絡(luò)時(shí)引起低零值、絕緣子炸裂導(dǎo)線墜落事故相比，顯示了較大的優(yōu)越性。

(3)合成絕緣子發(fā)生閃絡(luò)故障引起線路跳閘時(shí)，除了繼電保護(hù)的問題外，一般均能重合成功，這一點(diǎn)已在全國眾多的合成絕緣子閃絡(luò)事故中證明。

4 防治污閃的主要措施

4.1 劃準(zhǔn)污區(qū)等級(jí)、選足絕緣水平

污穢等級(jí)的劃分是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，需要有長期調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)，涉及污穢的來源、氣象條件、污閃季節(jié)的潮濕情況，還要準(zhǔn)確預(yù)測本地區(qū)的污源、氣候、環(huán)境條件的變化，要求各省電力公司動(dòng)態(tài)定期發(fā)布地區(qū)污穢等級(jí)。在選取絕緣子時(shí)還要按各種絕緣子的型式考慮其污閃特性，使其有充裕的絕緣水平。

4.2 對已投入運(yùn)行的線路和變電站按實(shí)際情況調(diào)整爬電距離

調(diào)整爬電距離時(shí)要綜合考慮運(yùn)行的污閃事故率、發(fā)生一次污閃事故可能產(chǎn)生的損失、設(shè)備在電網(wǎng)的重要程度、設(shè)備的電壓等級(jí)、輸送容量和裝機(jī)容量的大小、與其他防污措施方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較(如清掃、涂料等)、線路絕緣子的老化率水平以及地區(qū)的地貌和氣候特征等。

4.3 帶電水沖洗絕緣子串

用傳統(tǒng)的人工方式維護(hù)清洗絕緣子，需要停電方可進(jìn)行，而且要耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間，效率低、質(zhì)量差，給線路的運(yùn)行維護(hù)及防污工作帶來許多困難，如何提高線路的防污能力成了當(dāng)務(wù)之急。直升機(jī)水沖洗帶電輸電線路絕緣子是目前世界上解決電網(wǎng)污閃先進(jìn)有效的方法，對線路防污能力的提高有重大意義。

直升機(jī)水沖洗機(jī)載設(shè)備由機(jī)載水箱、水泵及發(fā)動(dòng)機(jī)組與安裝基座、水槍組合及其安裝托架等主要元件組成。具有整體重量輕、操作輕便靈活、模塊化設(shè)計(jì)、拆卸維修方便等優(yōu)點(diǎn)。地面設(shè)備包括野外停機(jī)綜合補(bǔ)給車、油車、指揮車等。

水質(zhì)要求:在清洗帶電絕緣子時(shí)，應(yīng)使用高電阻率低導(dǎo)電性的水，對于500 kV超高壓輸電線路絕緣子，水質(zhì)的電阻率應(yīng)超過50000 Ω·cm，在每天的水沖洗作業(yè)開始之前，要對使用的水做認(rèn)真常規(guī)檢驗(yàn)，因?yàn)殡娮杪蕰?huì)隨著溫度的升高而迅速下降，所以在現(xiàn)場監(jiān)控上應(yīng)配備便攜式水質(zhì)電阻率測量儀。

作業(yè)氣象參數(shù):水沖洗作業(yè)時(shí)，當(dāng)?shù)貧庀竽芤姸纫运侥恳曔B續(xù)4基塔以上為難，風(fēng)速以陣風(fēng)不超過10 km/h為準(zhǔn)。

水沖洗作業(yè)方法:(1)操作方法。直升機(jī)水沖洗帶電線路絕緣子作業(yè)需要經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員與沖洗操作員嫻熟地配合，使飛機(jī)懸停的工作位置、清洗的角度、清洗的范圍達(dá)到最佳。飛機(jī)懸停到所需工作位置，然后由水槍操作手來控制水流方向和沖洗速度。(2)作業(yè)位置。直升飛機(jī)懸停在絕緣子串附近，飛機(jī)與絕緣子串等高(距地面30 m左右)，噴嘴與絕緣子距離為2～3 m，距離過大，則沖洗效果會(huì)有很大損失，距離過近，則對飛行控制要求較高。(3)沖洗步驟。以500 kV線路為例說明沖洗步驟，圖1和圖2分別為懸垂串絕緣子和耐張串絕緣子沖洗步驟示意圖。當(dāng)直升機(jī)懸停至合適位置后，水槍操作手首先將水槍噴嘴沖水方向調(diào)整到與絕緣子下緣夾角10°以上。然后將水槍水流調(diào)到最大，由導(dǎo)線端向接地端進(jìn)行分段循環(huán)沖洗，直至清洗到無火花為止。

圖1 懸垂串絕緣子沖洗步驟示意圖

圖2 耐張串絕緣子沖洗步驟示意圖

4.4 使用涂料

涂料分干性和濕性兩種。干性如RTV覆蓋在瓷絕緣子表面后，形成一層干的薄膜;濕性涂料如硅油、硅指，除有良好的憎水性外，還能把落在絕緣子表面的塵埃等臟污顆粒用油體覆蓋起來，有阻止臟污物質(zhì)遇水溶解的作用。

5 結(jié)束語

在國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)中，防治絕緣子污閃故障是一項(xiàng)保障線路安全運(yùn)行的重要工作，需要供電部門認(rèn)真分析污閃原因，不斷總結(jié)實(shí)驗(yàn)，開展專題攻關(guān)，采取有效防治措施，確保供電安全。

［1］李遵達(dá).架空線路污閃問題分析［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2006(2):56-58.

［2］盧元榮.中國電網(wǎng)建設(shè)［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［3］張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(第二卷)［M］.北京:中國電力出版社，2003.