提高污穢條件下耐張絕緣子絕緣強(qiáng)度

董小錄，王夏洋，王思超

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

0 引言

某發(fā)電廠安裝1臺(tái)220 kV啟備變，其高壓側(cè)通過龍門架及耐張絕緣子T接至220 kV母線。啟備變、龍門架及耐張絕緣子均置于空冷島下方，積污嚴(yán)重。絕緣子由19片XWP2-70雙傘型絕緣子組串，在陰雨潮濕天氣頻繁出現(xiàn)爬電現(xiàn)象，嚴(yán)重影響220 kV系統(tǒng)的安全性。通過定期對(duì)耐張絕緣子串的紅外成像測(cè)量，并未發(fā)現(xiàn)零值或低值絕緣子。輸變電設(shè)備污閃需同時(shí)具備兩大要素：污穢條件與潮濕條件，絕緣子表面聚積了一定量污穢物；同時(shí)在潮濕的天氣中，污穢物吸收水分、受潮；二者缺一不會(huì)發(fā)生污閃。

1 爬電原因分析

污穢等級(jí)劃分不準(zhǔn)確。啟備變地處北方干燥地區(qū)，臨近鋁生產(chǎn)、鐵生產(chǎn)及焦煤產(chǎn)業(yè)的工業(yè)聚集區(qū)、臨近荒漠區(qū)及重載公路，長(zhǎng)期處于上述污區(qū)的下風(fēng)向；變壓器運(yùn)行周期大于1年，絕緣子污穢聚積周期長(zhǎng)，出于安全考慮沒有進(jìn)行過絕緣子帶電沖洗；夏季空冷島頻繁沖洗形成的泥水、空冷風(fēng)機(jī)減速機(jī)漏油產(chǎn)生的油污，直接濺落在絕緣子上，加劇了污穢的聚積速度，濺落的泥水在局部形成泥流橋接部分爬電距離；空冷島處于絕緣子正上方，完全將變壓器、龍門架及絕緣子遮蔽住，絕緣子喪失了自然清潔能力。由于上述種種因素，絕緣子在運(yùn)行周期內(nèi)污穢聚積特別嚴(yán)重。連續(xù)9年測(cè)試啟備變區(qū)域參照盤型絕緣子鹽密度最大值為0.19 mg/cm2，現(xiàn)場(chǎng)污區(qū)的劃分僅根據(jù)歷年參照絕緣子等值鹽密度（ESDD）按照J(rèn)B/T5895—1991簡(jiǎn)單將本區(qū)域劃分為d級(jí)污穢等級(jí)（SPS），而忽略了灰密度（NSDD）、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件、泥水流對(duì)污穢等級(jí)的影響，造成污穢等級(jí)設(shè)計(jì)偏小、爬電比距選擇偏小、絕緣強(qiáng)度不滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。上述種種因素，最終導(dǎo)致夏季陰雨天氣高濕度環(huán)境下，絕緣子頻繁出現(xiàn)爬電現(xiàn)象。

2 整改的方案

2.1 重新劃分污區(qū)污級(jí)

根據(jù)GB/T26218.1—2010規(guī)定[1-2]，A類污穢物最常見于內(nèi)陸地區(qū)、荒漠地區(qū)或工業(yè)污穢地區(qū)，其成分可分為可溶污穢物和不溶解污穢物，分別以等值鹽密度（ESDD） 和灰密度（NSDD） 來度量；B類污穢最常見于沿海地區(qū)，由鹽水或?qū)щ婌F沉降在絕緣子表面形成，以現(xiàn)場(chǎng)等值鹽密度（SES）度量。電站處于開闊干燥內(nèi)陸地區(qū)，污穢物屬于A類污穢。雖然參照絕緣子的峰值鹽密度為0.19 mg/cm2，但由于參照絕緣子的灰密度與鹽密度之比大于5：1、全年沒有雨水沖刷造成污穢長(zhǎng)期聚積后出現(xiàn)高濕度環(huán)境、空冷島沖洗形成局部泥流等特點(diǎn)，考慮參照絕緣子等值鹽密度檢測(cè)過程的準(zhǔn)確度、啟備變閃絡(luò)對(duì)電站的嚴(yán)重影響，最終將絕緣子所處區(qū)域應(yīng)污穢等級(jí)確定為e級(jí)（見圖1）。

圖1 A類污穢-參照盤型懸式絕緣子ESDD/NSDD與SPS間關(guān)系

2.2 選擇爬電距離

雖然污穢等級(jí)確認(rèn)至e級(jí)，但同一污級(jí)中爬電比距值也有大小區(qū)別?？紤]到空冷島區(qū)域極端天氣條件下，絕緣子嚴(yán)重積污及連續(xù)陰雨天氣，導(dǎo)致絕緣子的污穢耐受電壓值下降及連續(xù)污泥流橋接絕緣子爬電距離，應(yīng)選擇e污級(jí)RUSCD范圍中的較高值（60 mm/kV），以保證系統(tǒng)的安全。由此，可以得出該污穢度下的最小爬電距離為8729 mm。與原有19片XWP2-70絕緣子形成的7600 mm爬電距離相比，爬電距離顯著提高。在一定電壓范圍內(nèi)，絕緣子串污穢耐受電壓一般隨爬電距離和串長(zhǎng)的增加呈線性增加。所以，在滿足要求的間隙內(nèi)，增加爬電距離將線性提高絕緣子串污穢耐受電壓（見圖2）。

2.3 絕緣子型式的選擇

確定了最小爬電距離后，為保證線路弧垂度，應(yīng)選擇與原絕緣子相同高度（146 mm） 及數(shù)量（19個(gè)）的絕緣子。通過最低爬電距離及絕緣子數(shù)量選定單個(gè)絕緣子的爬電距離應(yīng)為450 mm。由此確定了最終的爬電距離為8550 mm，比原絕緣子串爬電距離顯著提高；傘形的選擇，由于絕緣子處于空冷島下方，全年沒有雨水沖洗，失去了雨水自潔能力，所以考慮使用空氣動(dòng)力自潔性的傘形，優(yōu)先考慮草帽型和雙傘型。

圖2 玻璃和瓷絕緣子的SPS等級(jí)和RUSCD間的關(guān)系

2.4 PRTV材料在絕緣子上的應(yīng)用

PRTV涂料具有良好的憎水性和憎水遷移性，能在濕度來臨之前使污穢具有憎水性，因此具有良好的防污閃效果。按照DLT627—2012規(guī)定[3]，在20 kg/m2及以上鹽密度下，或者在0.1 mg/cm2鹽密度和0.5 mg/cm2灰密度時(shí)，污層表面憎水性充分遷移后，相同條件下有RTV涂層的絕緣子污閃電壓U1相對(duì)無RTV涂層的絕緣子污閃電壓U2之比大于1.5～2倍（表1為XWP2-70絕緣子人工污穢耐壓數(shù)據(jù)），由此可以看出，PRTV材料具有良好的防污閃能力。但是，現(xiàn)場(chǎng)噴涂PRTV存在諸多影響工藝的因素，因此應(yīng)選擇在潔凈環(huán)境的工廠內(nèi)噴涂成型的瓷復(fù)合絕緣子，杜絕現(xiàn)場(chǎng)高空噴涂導(dǎo)致工藝不良、失去防污閃能力的問題。按照DLT627—2012規(guī)定，PRTV涂料使用壽命一般不小于15年，在其有效期內(nèi)一般不需要清掃或沖洗。但水泥、電熔鎂等特別嚴(yán)重粉塵污染區(qū)應(yīng)適當(dāng)縮短使用周期。所以，對(duì)運(yùn)行3年以上的絕緣子，應(yīng)定期檢查涂層外形、憎水性、機(jī)械強(qiáng)度等特性。憎水性應(yīng)每年檢查進(jìn)行測(cè)試，憎水級(jí)別不得小于HC5。運(yùn)行中出現(xiàn)龜裂、起痕蝕損、涂層被油污染或外觀、憎水性試驗(yàn)不合格的涂層，應(yīng)進(jìn)行復(fù)涂或改造。

2.5 改造前后后絕緣子參數(shù)的對(duì)比（見表1、表2）

經(jīng)過選型，決定選擇FXWP-100型瓷復(fù)合絕緣子，其性能參數(shù)與原使用的XWP2-70型瓷絕緣子參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 XWP2-70（146/255/400） 型瓷（玻璃） 懸式絕緣子人工污穢試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]

表2 兩種絕緣子參數(shù)表

由此可見，改造后的絕緣子性能完全優(yōu)于原絕緣子，絕緣性能與機(jī)械性能適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)要求。同時(shí)，PRTV優(yōu)良的憎水性和憎水遷移性防止污閃的能力明顯優(yōu)于具有親水性的玻璃和瓷絕緣子。因此，改造具有良好的安全收益。

2.6 改造后瓷復(fù)合絕緣子與系統(tǒng)的絕緣配合核算

按DL/T620—1997—10.1.2要求[5]，變電所電氣設(shè)備應(yīng)能承受一定幅值和時(shí)間的工頻過電壓和諧振過電壓。變電所絕緣子串的操作沖擊絕緣強(qiáng)度以避雷器相應(yīng)保護(hù)水平為基礎(chǔ)，進(jìn)行絕緣配合。變電所絕緣子串雷電沖擊強(qiáng)度，以避雷器雷電保護(hù)水平為基礎(chǔ)進(jìn)行配合。現(xiàn)場(chǎng)選用Y10W5-200/520型氧化鋅避雷器，其額定電壓為200 kV、持續(xù)運(yùn)行電壓為160 kV、10 kA標(biāo)稱放電電流下的殘壓為520 kV。

參照表2數(shù)據(jù)，在潔凈狀態(tài)下瓷復(fù)合絕緣子的濕耐受電壓值較瓷絕緣子有所提高。以19片絕緣子串為例，絕緣子濕耐受電壓可達(dá)855 kV，雷電沖擊電壓可達(dá)2280 kV，2個(gè)電壓均滿足和避雷器的絕緣配合要求。

參照表1中XWP2-70型瓷（玻璃） 懸式絕緣子13片組串時(shí)的人工污穢試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在鹽密度為0.2 mg/cm2、灰密度為1.0 mg/cm2的惡劣條件下，單片瓷絕緣子的閃絡(luò)電壓為9.49 kV，現(xiàn)場(chǎng)耐張絕緣子由19片組成，閃絡(luò)電壓可達(dá)180 kV；在更換瓷復(fù)合材料的絕緣子后，耐受電壓可以提高1.5～2倍，以1.5倍計(jì)算，閃絡(luò)電壓最小可達(dá)270 kV。

由此可見，更換瓷復(fù)合絕緣子后，絕緣子串的閃絡(luò)電壓較原絕緣子串有大幅度提高，滿足避雷器額定電壓要求，絕緣配合合理。

3 注意的事項(xiàng)

在完成更新改造后，還需從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視及維護(hù)：一是堅(jiān)持定期紅外成像，檢測(cè)是否出現(xiàn)零值或低值絕緣子；二是堅(jiān)持定期檢查復(fù)合絕緣子外觀、定期檢測(cè)參照絕緣子鹽密度、憎水性及機(jī)械強(qiáng)度，防止復(fù)合材料破損老化、憎水性下降及機(jī)械強(qiáng)度下降；三是加強(qiáng)極端濕度環(huán)境下的運(yùn)行監(jiān)視，如還出現(xiàn)爬電現(xiàn)象或污水流橋接絕緣子現(xiàn)象，可適當(dāng)加裝硅橡膠輔助傘裙，增爬傘裙配置宜采用4+1的插花方式；四是根據(jù)絕緣子污穢及老化程度，定期更換絕緣子[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

a） 通過重新劃分污區(qū)、重新選擇參考統(tǒng)一爬電比距，大幅度提高了絕緣子串的爬電距離。

b）通過采用新型硅橡膠材料，極大提高了絕緣子的污穢耐受電壓等級(jí)[7]。

c） 通過選擇絕緣子傘形形狀，提高了空氣動(dòng)力下絕緣子的自潔性。

通過采取上述措施，提高了絕緣子在污穢環(huán)境下的絕緣強(qiáng)度，消除了爬電現(xiàn)象。需要注意的是，本文僅分析了A類污穢物對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響；對(duì)B類污穢物，可以通過加裝封閉GIS等手段予以解決。