500 kV主變系統(tǒng)檢修中PRTV涂料應(yīng)用效果探討

崔程鵬

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516600)

在電力系統(tǒng)中，主變壓器(以下簡稱主變)、輸電線路等戶外設(shè)備承擔(dān)了輸變電能的重要作用，但由于運(yùn)行年限增加、早期絕緣老化以及環(huán)境污染等原因，絕緣子、套管等部位在潮濕污穢環(huán)境中表面易積附臟污，形成近似半導(dǎo)體層的濕潤導(dǎo)電膜，使泄漏電流增大并引起絕緣材料發(fā)熱，損傷絕緣性能。長期運(yùn)行下產(chǎn)生絕緣薄弱點(diǎn)，繼而引發(fā)局部放電，嚴(yán)重者可能發(fā)展成貫穿性污閃，最終導(dǎo)致線路跳閘、主變失電等故障，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 PRTV涂料及其主要技術(shù)特性

從維護(hù)角度來講，在設(shè)備檢修時加強(qiáng)絕緣是保證其投運(yùn)后安全運(yùn)行的關(guān)鍵。目前持久性室溫硫化硅橡膠(permanent room temperature vulcanized silicone rubber,PRTV)作為一種電力設(shè)備外絕緣用就地成型防污閃復(fù)合涂料，已逐漸在行業(yè)中推廣使用。其主要技術(shù)特性：①憎水性：因含有大量游離態(tài)有機(jī)硅低聚物，當(dāng)噴涂成型后，物體表面具備憎水性，遇水時表面只分散小粒水珠，不會形成連續(xù)水膜。水滴與涂層靜穩(wěn)態(tài)接觸角越大，表明憎水性越強(qiáng)，其初始分級特性HC1-HC2級。②自潔性：涂層定型后，環(huán)境中的污穢物不易粘附其表面。③機(jī)械耐拉伸性：硫化后的涂層密度不大于1.28 g/cm3，附著力(剪切強(qiáng)度法)及機(jī)械扯斷強(qiáng)度大于3.0 MPa，抗撕裂強(qiáng)度大于7.0 kN/m，拉斷伸長率200%以上。④電氣絕緣性：體積電阻率1.0×1012Ω·m以上，介電強(qiáng)度E大于18 kV/mm，耐漏電起痕及電蝕損大于TMA2.5級。

目前一些文獻(xiàn)已對PRTV涂料的上述特性做了相關(guān)研究[1-7]，但往往是利用計(jì)算機(jī)仿真或?qū)嶒?yàn)室模擬等方法進(jìn)行，而真正通過對現(xiàn)場實(shí)際高壓設(shè)備的試驗(yàn)分析則較少。由于現(xiàn)場環(huán)境及設(shè)備運(yùn)行工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室仿真的理想狀態(tài)要復(fù)雜，所以通過生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際測試，更能準(zhǔn)確了解其性能。下面將通過對PRTV涂料應(yīng)用在某電廠500 kV主變系統(tǒng)的效果進(jìn)行研究，并對噴涂前后試驗(yàn)參數(shù)作出對比，分析了PRTV涂料對設(shè)備絕緣性能的影響。

2 PRTV涂料用于主變系統(tǒng)檢修效果分析

南方某沿海發(fā)電廠機(jī)組容量為2×600+2×660 MW，主變高壓側(cè)電壓等級500 kV。電氣系統(tǒng)主接線如圖1所示(以1號機(jī)組為例)。

主變間隔設(shè)備常年戶外運(yùn)行，曾發(fā)生絕緣子污閃爬電、發(fā)變組零序波動、避雷器泄漏增大等問題。該廠于2018—2020年間利用各機(jī)組調(diào)停檢修窗口對4臺主變間隔設(shè)備分別進(jìn)行了PRTV噴涂工作以處理上述問題，并取得良好效果。

2.1 高壓套管介損試驗(yàn)驗(yàn)證

2019年10月，3號主變檢修中進(jìn)行了預(yù)防性介損試驗(yàn)。由于高壓套管早期預(yù)噴的外絕緣漆已龜裂老化，加之設(shè)備臨海，空氣潮濕且鹽分大，導(dǎo)致介損測試數(shù)據(jù)偏高，與出廠偏差已接近臨界值。在該次檢修中對高壓套管進(jìn)行了PRTV修復(fù)噴涂，介損試驗(yàn)數(shù)據(jù)前后對比見表1。

對于不同溫度下的介損值，需按式(1)進(jìn)行折算：

(1)

式中：tanδ1、tanδ2分別為對應(yīng)溫度t1、t2下的介質(zhì)損耗角正切值。依照DL/T 596《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的合格標(biāo)準(zhǔn)為20 ℃時，tanδ小于0.8%，且與出廠或末次值相比不應(yīng)明顯上升(通常不大于30%)，電容值與出廠或末次值間差別在5%以內(nèi)[8]。試驗(yàn)證明，對外部老化的高壓套管進(jìn)行噴涂后明顯提升了絕緣性能，介損測試一次性合格。

2.2 高壓側(cè)避雷器泄漏試驗(yàn)驗(yàn)證

該廠主變高壓側(cè)避雷器型號為Y20W5-420/1006W。在2020年1號機(jī)組檢修中，通過微正壓檢測發(fā)現(xiàn)C相避雷器逆止閥密封缺陷，導(dǎo)致內(nèi)部N2氣壓低于0.035 MPa(見表2)。在對該相避雷器進(jìn)行更換后由于未處理外絕緣，瓷瓶原表面憎水性弱，使其外部受潮、積附污穢，在投運(yùn)半年后，凡遇潮濕天氣，該相避雷器就有明顯漏電聲響，JCQ3A型泄漏電流表指示在2～5 mA區(qū)間持續(xù)不穩(wěn)定擺動。

隨后在1號機(jī)組調(diào)停期間，對該相避雷器進(jìn)行了PRTV噴涂處理，分別測量該相三節(jié)避雷器及其底座的絕緣電阻及泄漏數(shù)據(jù)(直流泄漏1 mA參考電壓U1 mA和0.75倍U1 mA下的泄漏電流)，表2為噴涂前后泄漏試驗(yàn)情況。

參照標(biāo)準(zhǔn)要求，絕緣電阻不應(yīng)低于2500 MΩ，U1 mA與廠家值相比變化不大于±5%，0.75U1 mA下的泄漏電流不大于50 μA，可見噴涂后數(shù)據(jù)良好，滿足技術(shù)要求[9]。檢查投運(yùn)后的泄漏電流表指示無波動，數(shù)值穩(wěn)定在3 mA以下，且漏電聲已消除。

2.3 絕緣子串污閃處理及測量絕緣驗(yàn)證

該廠2019年鹽密試驗(yàn)結(jié)論為污穢Ⅳ等級。主變出線構(gòu)架絕緣子串由于位置高，日常難以清理，加之受環(huán)境因素影響，在陰雨天常發(fā)生沿面污閃爬電并伴有放電聲，夜間觀察該現(xiàn)象尤其明顯。

此外，由于高空絕緣子長期積附污穢，導(dǎo)致主變高壓側(cè)絕緣測試經(jīng)常不合格。常用處理方法為使用高壓水槍對空沖洗，但因相鄰間隔帶電，操作上存在風(fēng)險，且治標(biāo)不治本，一段時間后絕緣值又因污穢影響而降低。

針對上述2種問題，對高空絕緣子串進(jìn)行了PRTV噴涂。當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境實(shí)際氣溫24 ℃、濕度57%、微風(fēng)條件下，約20 min即可達(dá)到表干，實(shí)干時間約72 h。測量絕緣對比情況見表3，可見其效果遠(yuǎn)優(yōu)于高壓水清洗。絕緣子串噴涂效果如圖2所示，投運(yùn)后在潮濕天氣下的夜巡未見爬電現(xiàn)象。

然而在運(yùn)行1年多后，個別高空絕緣子出現(xiàn)了微弱的沿面爬電。在2021年3月該機(jī)組A級檢修中，測得主變高壓側(cè)絕緣值降低為468 MΩ；輔以高壓水沖洗后，上升至1.95 GΩ?？梢姡瑖娡亢笫懿涣辑h(huán)境影響，在運(yùn)行一定時期后，表面積附污穢致使絕緣降低，但洗凈后仍可恢復(fù)較高絕緣水平，且強(qiáng)于未噴涂前的原始狀態(tài)。

2.4 發(fā)-變組零序電壓波動處理及耐壓驗(yàn)證

2020年初，該廠2號機(jī)發(fā)-變組機(jī)端零序電壓曾發(fā)生異常突升波動，檢查保護(hù)裝置正常，經(jīng)分析判斷懷疑為戶外主變間隔封母設(shè)備受潮所致。在同年該機(jī)組檢修中，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在2A號廠變高壓側(cè)離相封母盆式絕緣子處，如圖3所示，可見明顯灼傷點(diǎn)及放電痕跡。母線上黏有鹽粉狀物質(zhì)及潮氣水珠，符合密封不嚴(yán)受潮所致局部放電跡象。

該次檢修中嘗試使用PRTV刷涂方式修復(fù)盆式絕緣子，同時加強(qiáng)做好母線密封，并在處理后按照規(guī)程對封母開展了耐壓試驗(yàn)，加壓51 kV，時間1 min，耐壓前后絕緣分別為298 MΩ和236 MΩ，試驗(yàn)通過。

從CRT調(diào)取機(jī)端零序電壓曲線，如圖4所示，前段為故障波動，中段為停機(jī)消缺(此時數(shù)值為零)，后段為處理完畢投運(yùn)。修后至今未再出現(xiàn)零序電壓突升波動，并在該機(jī)組調(diào)停時檢查了上次修復(fù)的盆式絕緣子外觀良好，無放電痕跡,消除了一起重大設(shè)備隱患。

3 實(shí)施注意事項(xiàng)

該項(xiàng)目施工中有2點(diǎn)尤為重要：一是PRTV產(chǎn)品質(zhì)量;二是施工工藝的把控。這2點(diǎn)直接決定了涂層使用壽命及設(shè)備運(yùn)行效果。

3.1 涂料質(zhì)量檢驗(yàn)

將本工程使用的PRTV涂料隨機(jī)抽取一桶檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

同時參照行標(biāo)DL/T 627—2018《絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料》中的附著力鑒定法，按要求制備試樣，使用剪切強(qiáng)度法進(jìn)行拉伸壓力測量，計(jì)算公式如下：

τ=p/(L×W)

(2)

式中：τ為涂層與玻璃板粘結(jié)的拉伸剪切強(qiáng)度，MPa；p為試樣破壞最大載荷，N；L為試樣粘結(jié)面長度，mm；W為試樣粘結(jié)面寬度，mm。經(jīng)實(shí)測涂層附著力為3.8 MPa，大于標(biāo)準(zhǔn)的3.0 MPa，整體檢驗(yàn)合格。

3.2 工藝把控及驗(yàn)收

施工過程中，若噴涂工藝質(zhì)量控制不佳，涂層厚度不均勻或噴涂前未做好絕緣子表面清潔，就容易出現(xiàn)脫皮、起泡、龜裂等問題，間接導(dǎo)致憎水性的減退。所以應(yīng)在施涂前對絕緣子徹底清潔，確定表面潔凈干燥，將涂層厚度均勻控制在0.4～0.6 mm，并盡量選擇在天氣晴朗、微風(fēng)、濕度低于70%條件時進(jìn)行，以防止潮氣及臟污侵入對絕緣材料產(chǎn)生影響。在施工完成后，需重點(diǎn)做好驗(yàn)收工作。

首先，外觀驗(yàn)收。整體噴涂光滑平整、無氣泡、流掛、漏涂、針孔等，外觀驗(yàn)收合格。

其次，使用切片法驗(yàn)收涂層厚度。噴涂后待實(shí)干，使用裁紙刀從各位置隨機(jī)取5個樣品，剪成標(biāo)準(zhǔn)試樣大小，如圖5所示。使用測厚工具測量，見圖6，結(jié)果取5個試樣的平均值[10]。經(jīng)檢測，平均厚度為0.52 mm，噴涂工藝達(dá)標(biāo)。注意取樣后需將缺口處重新涂覆補(bǔ)漏。

圖5 涂料實(shí)干后取樣

圖6 試品測厚

最后，檢測自潔性?，F(xiàn)場定性評價涂料自潔性通常采用薄膜法。將保鮮膜覆于清潔的涂層上并壓實(shí)，沿著與涂層表面呈90°方向剝離薄膜，觀察吸附狀態(tài)。若涂層與薄膜間基本無吸附力，證明該涂層自潔性良好。

4 結(jié)論

a.在500 kV主變系統(tǒng)檢修中對設(shè)備進(jìn)行PRTV噴涂后，經(jīng)長時間現(xiàn)場實(shí)踐證實(shí)收效良好，污閃現(xiàn)象大幅降低，并有效解決絕緣老化、局部放電、泄漏增大等問題，提升了設(shè)備運(yùn)行可靠性。可為行業(yè)中同類型設(shè)備的維護(hù)工作提供參考。

b.工藝水平尤其是施涂前對表面的預(yù)清潔工作很重要，其直接影響了涂料的憎水性及吸附力，并間接影響電氣絕緣性能的發(fā)揮，質(zhì)量關(guān)乎涂層使用壽命及后期運(yùn)行效果。

c.在沿海地區(qū)高污穢等級環(huán)境下，絕緣子運(yùn)行1～2年后仍會產(chǎn)生輕微沿面污閃，實(shí)際證明PRTV表面自潔性難以抵抗此等惡劣運(yùn)行條件。故仍需在停機(jī)檢修時建議對涂層輔助清洗，以維持絕緣技術(shù)性能，減緩老化水平，以期達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。