基于化學(xué)清洗劑與氣動(dòng)清洗機(jī)的絕緣子帶電清掃技術(shù)的研究

張 濤，畢睿華，張?jiān)葡瑁?昊，張 明，潘朝賢

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 210019； 2.淮安市宇陽(yáng)電力科技有限公司，江蘇 淮安 223001；3.南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

基于化學(xué)清洗劑與氣動(dòng)清洗機(jī)的絕緣子帶電清掃技術(shù)的研究

張 濤1，畢睿華2, 3，張?jiān)葡?，陳 昊1，張 明1，潘朝賢2

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 210019； 2.淮安市宇陽(yáng)電力科技有限公司，江蘇 淮安 223001；3.南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

介紹一種適用于220 kV及以下的廣自由度手持式帶電清掃絕緣子的綜合機(jī)械的研制。該裝置集氣動(dòng)傳動(dòng)與流體傳動(dòng)優(yōu)勢(shì)于一體，克服目前絕緣子清掃技術(shù)存在的不足，對(duì)處于懸式絕緣子進(jìn)行無死角清洗，使電氣設(shè)備的絕緣水平控制在安全范圍之內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的有效性。

懸式絕緣子；帶電清掃；污閃；氣動(dòng)泵；化學(xué)清洗劑

0 引 言

20世紀(jì)80年代以來，隨著工業(yè)生產(chǎn)飛速發(fā)展，中國(guó)大氣環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，引起電網(wǎng)設(shè)備污閃事故隨之突增，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。1989年1月6日和12月5日，華東電網(wǎng)220～500 kV線路多座變電站污閃，造成華東、上海500 kV主網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間停電；1990年2月10日—28日京津唐電網(wǎng)及河北南網(wǎng)、河南西部與北部電網(wǎng)發(fā)生大面積污閃停電；此后，1996年末、1997年初、1998年初、2000年初全國(guó)電網(wǎng)均出現(xiàn)過較大范圍的污閃事故[1]。

變電所絕緣子表面受到固體、液體和氣體的導(dǎo)電物質(zhì)的污染，使絕緣層表面電導(dǎo)增大，泄漏電流增加，產(chǎn)生局部放電，在運(yùn)行電壓下絕緣件表面的局部放電發(fā)展成為電弧閃絡(luò)。污閃時(shí)電力系統(tǒng)的重合閘成功率降低，容易造成較大面積停電；另外，污閃中伴隨的強(qiáng)力電弧極易損壞電氣設(shè)備，所以，在國(guó)家電網(wǎng)新發(fā)布的十八項(xiàng)反措[2]中，設(shè)備防污閃是重要的措施之一。

絕緣帶電清掃提供了一種非常好的設(shè)備防污閃的手段。

1 絕緣子防污閃的措施對(duì)比

現(xiàn)階段中國(guó)廣泛使用的電力設(shè)備外絕緣維護(hù)技術(shù)還是“爬、掃、涂”的方式?！芭馈敝刚{(diào)節(jié)電力設(shè)備外絕緣爬電距離；“掃”主要包括停電清掃和帶電清掃，其中帶電清掃有帶電水清洗、帶電氣吹清掃、帶電干清掃和近年來新發(fā)展的帶電化學(xué)劑清掃等；“涂”主要指在絕緣子表面涂敷RTV防污材料。

調(diào)整爬電距離的一般是將普通絕緣子更換為合成絕緣子或防污型絕緣子，或適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)，對(duì)于無法更換的設(shè)備，加裝用硅橡膠制作的增爬裙，彌補(bǔ)爬電比距之不足。這種方法一次性投入成本非常高，另外，絕緣子表面污閃的耐壓水平與爬電距離之間具有的“飽和效應(yīng)”會(huì)給線路的架設(shè)帶來困難。

而在絕緣子表面涂抹RTV涂料的方法也只能提高絕緣子防污能力6—7年。RTV涂料呈現(xiàn)出優(yōu)異的憎水性和憎水遷移性，在絕緣子表面染污后，RTV將憎水性傳遞給表面的污層，使污層表面也呈現(xiàn)憎水性。污層表面不會(huì)形成水膜，水滴在重力下掉落從而有效地防止沿面閃絡(luò)。如果RTV表面污層過厚或者長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕條件下，會(huì)使憎水性難以遷移至污層表面，從而導(dǎo)致絕緣子的外絕緣性能大大降低。尤其在RTV喪失絕緣性能后，很難從外絕緣表面上清除下來，涂料的氧化起皮，同樣會(huì)降低絕緣子的外絕緣性能。

停電清掃是工作人員用抹布或刷子等簡(jiǎn)易工具在停電設(shè)備上進(jìn)行清掃，這種清掃只能降低絕緣子表面10%～30%的鹽密度和20%的泄漏電流。而且對(duì)于停電機(jī)會(huì)越來越少的超高壓變電設(shè)備，停電清掃成為難以實(shí)現(xiàn)的措施。

近些年，根據(jù)輸變電設(shè)備絕緣的具體污染情況，定期或不定期的進(jìn)行帶電絕緣清掃，成為設(shè)備絕緣防污閃高效、可靠、簡(jiǎn)便的重要措施。而傳統(tǒng)的帶電清掃方式都存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)如下：

1)帶電水清掃的限制條件較多，如：清掃前，應(yīng)掌握絕緣子的臟污情況，當(dāng)鹽密值大于臨界鹽密值的規(guī)定時(shí)，不宜帶電水清掃；避雷器及密封不良的設(shè)備，不宜帶電水清掃；在潮濕環(huán)境下，容易造成人身傷害；清掃路線要格外注意，一旦在絕緣子表面形成污水線，將會(huì)引起絕緣閃絡(luò)。

2)帶電氣吹清掃難以達(dá)到理想的去污效果，而且由于灰塵或鋸末會(huì)到處飄落，會(huì)形成對(duì)絕緣的二次污染。

3)帶電干清掃只能清掃粘結(jié)不牢固的浮塵，清掃效果不徹底，同樣也會(huì)形成二次污染。

4)帶電機(jī)械驅(qū)動(dòng)化學(xué)劑清掃的方式是目前研究較多的方式。但該種方式由于采用操作桿頭部的機(jī)械馬達(dá)驅(qū)動(dòng)毛刷轉(zhuǎn)盤，因此，其持舉的清掃機(jī)較重(達(dá)到10 kg左右)，導(dǎo)致作業(yè)不靈活，容易產(chǎn)生清掃死角；而對(duì)于不是對(duì)地垂直懸掛的一部分懸式絕緣子，該清掃機(jī)將無能為力。另外，該清掃機(jī)作業(yè)時(shí)有電動(dòng)馬達(dá)靠近高壓設(shè)備，將會(huì)影響高壓設(shè)備的安全凈距，帶來一定的安全隱患。對(duì)于設(shè)備上一些頑固的油污，如果采用清洗劑大力沖洗，容易造成電氣設(shè)備部件脫落的危險(xiǎn)。

江蘇省電力公司檢修分公司和淮安宇陽(yáng)電力科技有限公司聯(lián)合研制的采用專利清洗劑浸濕污穢，并用氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)毛刷旋轉(zhuǎn)的清掃方式很好地解決了上述缺點(diǎn)，具有可靠性高、操作方便、清掃效果好的特點(diǎn)。

2 絕緣清洗劑的技術(shù)特點(diǎn)

論文[8]、[10]對(duì)不同地區(qū)的絕緣子污穢成分進(jìn)行研究，結(jié)果表明污穢主要成分為CaSO4、SiO2、Al2O3。其中沿海地區(qū)污穢中可溶性成份是以NaCl2為主，而內(nèi)陸主要成份是以CaSO4為主。論文[9]指出絕緣子表面污穢由雜亂排列的結(jié)晶狀物質(zhì)緊密堆積，有空隙存在。論文[11]指出污穢與RTV涂料結(jié)合緊密，僅靠水洗或者人工擦洗很難將其徹底清洗干凈，絕緣清洗劑對(duì)絕緣子(16KNM-E)表面污穢有較好的清洗作用，但是清洗劑噴灑到絕緣子表面后，需要借助外力擦掃才能將污穢徹底清洗掉。

絕緣清洗劑的主要成分為助洗劑和表面活性劑，助洗劑的沸點(diǎn)較低(48～50 ℃)，約占帶電清洗劑的80%；帶電清洗劑中的表面活性劑為非離子表面活性劑，沸點(diǎn)較高，顏色為淡黃色，占10%。絕緣清洗劑的優(yōu)點(diǎn)如表1；絕緣的化學(xué)清洗劑的相關(guān)技術(shù)特性如表2所示。

表1 絕緣清洗劑的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

該種絕緣清洗劑與傳統(tǒng)的清洗介質(zhì)(如蒸餾水、水蒸汽、其他化學(xué)清洗劑)相比，具有適用電壓等級(jí)高、安全性高、高絕緣、無閃點(diǎn)、不燃燒、易揮發(fā)、除污能力強(qiáng)、環(huán)保等特點(diǎn)，同時(shí)清洗后會(huì)在設(shè)備表面形成保護(hù)膜，具有憎水、防霉、提高絕緣值、抗氧化等保護(hù)作用，可有效提高系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全性和使用壽命。

3 絕緣氣動(dòng)清掃機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

所提出的絕緣子自動(dòng)清掃機(jī)由落地式動(dòng)力源和手持清掃器兩部分組成，利用空壓機(jī)作為動(dòng)力源。清掃器有高絕緣的操作桿、氣管、氣動(dòng)馬達(dá)和毛刷組成。氣管內(nèi)置于絕緣操作桿的手持的那一節(jié)中，而其余幾節(jié)絕緣桿上，氣管則是螺旋狀纏繞在絕緣桿表面。氣管的末端接入固定于絕緣桿端部的氣動(dòng)馬達(dá)上。馬達(dá)頭部裝有圓形旋轉(zhuǎn)毛刷。絕緣桿和氣動(dòng)馬達(dá)之間通過聚丙烯材料制成的接頭連接，接頭可以做到上下270°旋轉(zhuǎn)，從而可以調(diào)整毛刷與絕緣子的接觸角，做到清掃無死角。絕緣桿手持部分末端裝有限位套，并連接有接地線，充分考慮操作人員的安全。

表2 絕緣清洗劑的技術(shù)特性

清掃機(jī)的接頭是個(gè)多功能接頭，除了可以固定氣動(dòng)馬達(dá)外，也可以固定用來噴灑絕緣清洗劑的噴壺，噴壺可以根據(jù)絕緣的污穢程度來調(diào)節(jié)噴灑的劑量，見圖1。絕緣氣動(dòng)清掃機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表3。

圖1 絕緣氣動(dòng)清掃機(jī)

技術(shù)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)電壓等級(jí)/kV22結(jié)構(gòu)高度/m3.6主絕緣桿長(zhǎng)度/m2.3絕緣操作桿耐受水平 試驗(yàn)絕緣長(zhǎng)度/m試驗(yàn)電壓/kV1.8440耐受1min絕緣操作桿電阻值/GΩ1氣管絕緣電阻值/GΩ1毛刷數(shù)量/個(gè)下層硬毛,上層軟毛刷頭2個(gè);軟毛刷頭3個(gè)空壓機(jī)輸出壓力/MPa無油、無水的空氣8空壓機(jī)的工作電壓/kV交流220氣動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速/(r·min-1)≥1400手持清掃器部件重量/kg4使用環(huán)境溫度與使用海拔高度/℃-20～602000m及以下

氣動(dòng)絕緣清掃機(jī)工作原理如下：

第1步：空壓機(jī)對(duì)空氣處理后，將無油無水的高壓空氣通過絕緣氣管驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)，由氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)清掃刷進(jìn)行高速清掃，通過干掃可以一定程度地提高絕緣子的絕緣性能；

第2步：然后利用氣動(dòng)噴壺將絕緣清洗劑形成霧狀均勻噴射于待清掃設(shè)備上，使污穢濕潤(rùn)而不形成掛淋(污水流)，充分溶解污穢積垢，清洗劑將在1 min內(nèi)揮發(fā)干燥，并將污穢積垢轉(zhuǎn)化為粉塵；

第3步：用氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)清掃刷對(duì)設(shè)備進(jìn)行清掃，可以做到絕緣清掃后絕緣清潔如新。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

裝置試制成功后在南京地區(qū)某220 kV的變電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬帶電清掃作業(yè)試驗(yàn)。清掃對(duì)象為某型220 kV變電所的支柱絕緣子，并進(jìn)行清掃前后絕緣子上的鹽密、灰密試驗(yàn)，以供比對(duì)。其中A相絕緣子的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 絕緣清掃試驗(yàn)記錄

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置在清掃速度、清掃質(zhì)量、安全性能等方面表現(xiàn)出顯著的效果。

圖2 220 kV變電站試驗(yàn)

5 結(jié) 論

這套基于氣動(dòng)原理和化學(xué)絕緣清洗劑的多自由度絕緣清掃機(jī)具有下列優(yōu)點(diǎn)：1)絕緣性能優(yōu)良，抗潮性能強(qiáng)，確保帶電作業(yè)人員的安全；2)機(jī)具重量輕，減輕帶電作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；3)刷頭可以270°旋轉(zhuǎn)，配合絕緣操作桿與絕緣子的相對(duì)位置，完全做到清掃不留死角；4)清洗劑呈霧狀噴灑，充分濕潤(rùn)污垢而不掛淋；5)易損零部件少，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。

這套裝置研制成功后已經(jīng)在35kV、110kV、220kV的變電站多次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清掃作業(yè)。裝置在清掃速度、清掃質(zhì)量、安全性能等方面表現(xiàn)出顯著的效果，既節(jié)約人力、物力、時(shí)間，又減少了設(shè)備因停電清掃帶來的經(jīng)濟(jì)損失，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 徐文澄，喻華玉.BRQ便攜式軟軸連接高壓帶電清掃器研制[J].中國(guó)電力，2001，34(12)：75-78.

[2] 李小永.“十八項(xiàng)反措”意義試析及實(shí)施淺議[J].電力系統(tǒng)通信，2007(S1):4-6.

[3] 王瑜，張平安.500kV高壓帶電絕緣清洗[J].清洗世界，2013，29(10)：22-26.

[4] 張晉，汲勝昌，曹濤，等.電力設(shè)備帶電清掃技術(shù)的現(xiàn)狀及展望[J].絕緣材料，2009，42(2)：63-66.

[5] 向平，向鵬，周敏，等.車載式電力絕緣子清洗裝置的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)分析[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2012，17(4)：89-94.

[6] 孫陽(yáng)盛，華月申.高分子帶電清洗技術(shù)在 220kV變電站中的應(yīng)用[J].華東電力，2013，41(1)：238-240.

[7] 黃燕.電氣設(shè)備清洗劑的研制[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2010，39(11)：23-25.

[8] 劉凱，朱天容.絕緣子污穢成分分析與清洗劑去污機(jī)理研究[J].高電壓技術(shù)，2012，38(4)：892-898.

[9] 朱正國(guó)，鐘建靈.變電站絕緣子清洗試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析[J].高壓電器，2008，44(5)：472-473.

[10] 李恒真，葉曉君.廣州地區(qū)輸電線路沿線絕緣子自然污穢化學(xué)成分的來源分析[J].高電壓技術(shù)，2011，37(8)：1937-1943.

[11] 王彬，梁曦東，張軼博，等.交、直流電壓下復(fù)合絕緣子和瓷絕緣子的自然積污試驗(yàn)[J].高電壓技術(shù)，2009，35(9)：2322-2328.

[12] 榮小平.高壓電路防污閃帶電清洗維護(hù)技術(shù)可行性研究[J].清洗世界，2005，21(9)：13-17.

[13] 陳昊.負(fù)荷時(shí)間序列GARCH—GED模型厚尾動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)研究[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2007, 31(增): 378-381.

[14] 陳昊.基于非高斯分布GARCH模型的負(fù)荷預(yù)測(cè).電力自動(dòng)化設(shè)備[J].2008,28(7)：65-68.

The research on handheld live cleaning device with wide degree of freedom for 220 kV insulator and lower level is introduced, which has the advantages of both pneumatic and fluid drives. It overcomes the shortcomings of current insulator cleaning technology in power industry and can realize the complete cleaning to ensure the insulation security of electrical equipment. The test results verify the effectiveness of the proposed method.

suspension insulator; live cleaning; pollution flashover; pneumatic pump; chemical detergent

科技項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)江蘇省電力公司科技創(chuàng)新項(xiàng)目(JSDL-XLFW-DJX-2014-06-5B14)

TM855

A

1003-6954(2015)03-0012-03

2015-01-10)

張 濤(1979)，碩士，工程師，從事輸變電運(yùn)檢管理和高電壓絕緣技術(shù)的研究。