输变电设备防污闪治理研究

　　1 污闪治理措施研究及创新思考

　　1.1 污闪成因及危害

　　绝缘子的污闪放电过程大致可分为四个阶段:污秽沉积、污秽湿润、烘干区的形成以及局部电弧产生发展至沿面闪络的发生。在这四个阶段中,气象条件异常、生物污染、海拔升高、绝缘子表面覆盖冰雪、绝缘子材料结构和爬距、雷电和操作过电压等都是污闪放电形成的主要原因。

　　污闪带来的危害是巨大的。近年来越来越多的地方建设了高压输电线路,输电过程中由于线路长,环境气候均不可控,线路不可避免地受到各种污染。当污闪发生在有裂纹的绝缘子串上时,裂纹中的气体在短路电流的影响下迅速膨胀至炸裂绝缘子断串,继而引发停电事故,危害极为严重。如1996年华东电网污闪事故和2001年辽宁中部电网污闪事故,都给经济带来了严重的损失。电网污闪事故破坏力巨大,会发生较大泄露电流、电压显著降低至清洁表面闪络电压的10%以下;涉及范围广,严重时可造成上百条线路及数十个变电所停电。如2001年辽宁中部电网2.22污闪事故中220kV线路跳闸151次、跳闸线路44条,造成12座220kV变电所全停,66kV系统跳闸171次、120座66kV变电所全停;恢复时间长,2.22污闪事故中共300台事故抢修车、2200名抢修人员,在这种情况下连续抢修时间依然高达20个小时。

　　1.2 根据因素进行相关防治

　　输变电设备造成污闪的主要因素是爬电比距、表面污秽、污层湿润、绝缘结构[1],针对这四种因素提出几种常用防治措施:

　　使用RTV或PRTV长效防污闪涂料。RTV防污闪涂料是由有机硅橡胶、填充剂和添加剂经化学物理过程改性制造而成。在绝缘子表面施涂RTV防污闪涂料后,所形成的涂层包覆了整个绝缘子表面,隔绝了瓷瓶与污秽物质的接触,其带有的疏水特性使得难以形成水膜或类似物质覆盖在其表面。即使表面积累了一些污秽物,也会因其憎水迁移的性能使得表面污秽物也带有疏水的性能,确保设备表面不会在大雾雨雪天气下湿润导致电流击穿,安全性能有很充分的保障[2]。

　　使用硅橡胶增爬裙。硅橡胶增爬裙又称硅橡胶伞裙,是由有机硅橡胶添加白炭黑、氢氧化铝等物质经高温硫化成型,它的性能类似于合成绝缘子,具有良好的耐电弧性、耐候性和绝缘性能,具有良好的憎水性和一定憎水迁移性。同时增爬裙还具有经济有效的特点,能够增大输变电设备的爬电比距,阻断表面污水。但其尺寸少,不能满足所有设备需求,使用时由于人工的安装粘合无法监控产品质量,同时后期清理困难,长期使用后存在较多安全隐患且安全危险难以预测防控,给设备运用带来很多不便。

　　运用硅油。硅油通常指的是在室温下保持液体状态的线型聚硅氧烷产品。一般分为甲基硅油和改性硅油两类。输变电设备最常用的涂料是二甲基硅油,外观为无色透明油状液体,具有特殊的滑爽性、柔软性、憎水性,良好的化学稳定性、优异的电绝缘性和耐高低温性。闪点高、凝固点低,并可在-50～200℃下长期使用,粘温系数小、压缩率大,表面张力低,憎水防潮性好,比热导热系数小,能够防止污秽物导电闪络。通常在清洁后运用硅油,有半年的使用期,到时清除。在输变电设备防污闪预备处理方面经常作为辅助手段使用,具有临时性的特点。

　　应用合成绝缘子及风力清扫环。合成绝缘子是由伞裙、护套、芯棒及两端联结金具构成的。伞裙良好的防水性和耐腐蚀性、耐老化性等可达到减少人工清扫、免测零值等效果。芯棒采用环氧树脂玻璃纤维引拔棒,具有很高的抗拉强度。合成绝缘子广泛用于输电线路,其免检查、零清洁、维护和抗污染闪络的作用已被各界广泛认可,大大提升了安全效益和经济效益。此外绝缘子常配合风力清扫环使用,通过整齐排布的风力推动碗将风力利用起来带动清扫环转动,从而使风力清扫环边沿擦除绝缘子上的污垢。加上风力清扫环本身由绝缘的轻材料构成,又具有和绝缘子一样良好的憎水性能,能有效增加爬电比距。不足之处是无法像人工一样清理得全面干净,如下表面等处就无法被清扫到,但不否认安装清扫环后能延长绝缘子使用寿命,且通过改进会有一定的提升空间。

　　定时清理。清扫分为停电清扫、不停电清扫和带电水冲洗。从1990年以来我国各地都发生过大面积污闪事件,其中有个重要因素就是清扫质量不高。电气设备易在12月末至第二年3月初,过去的秋季清扫阶段大多数都在10月份到年末这段时间内,清扫开始时一般雨季刚过不久,真正的积污却在清扫之后,经过数个月时间乃至半年的积污,绝缘子表面会残留很多的的灰尘污物,若碰巧发生气象现象如打雷、闪电、大雾等,就特别容易产生污闪事故。现实中由于输电设备多、清扫任务重,停电限制等原因,加之污闪时间的不确定性,做到及时清扫、时时清扫、高质量清扫是不太可能的,只会导致维护成本大幅增加,作业人员危险系数提高等弊端。然而清扫是必要的,防污闪的关键在于科学技术。通过分级分区,一定等级及以上的污区每一年都要将输变电设备按时清扫保养维护,否则污闪事故的隐患将大大提升。

　　1.3 大气状况影响地区对污闪的防治

　　输配电设备污闪现象发生的原因有很多,地域不同导致污闪原因也不同。选取好绝缘子,明确各个地区产生污闪的主要因素并相应的采取措施,调整人工清洗的频率和时间才是治理的关健。

　　高大气湿度地区。空气湿度大是污闪发生的主要原因,大量水分子的存在会使绝缘子的绝缘水平降低,表面泄露电流增大,易发生污闪引起输电设备故障。大多数污闪发生的时间段都在清晨或凌晨,也就是通常情况下一天中湿度最高的时间段,该时间段也通常会有薄雾或小雨。在相对湿度大于70%时绝缘子表面会出现导电膜,大于85%时发生污闪的概率在65%以上。可通过增加绝缘子片数或改为憎水性强绝缘子来增加绝缘子的单位泄露比率,减少泄露电流。

　　重盐雾地区。漂浮在大气中的气溶液状海盐粒子,即海雾会对变电站和高低电压线路产生危害。海雾附着在绝缘子表面形成污秽层,导致绝缘子串的电压分布发生严重畸变,高压端承受很高的电压,使得污秽绝缘子串的高压端首先发生放电,引起污闪现象。减少海雾对输电设备危害的方法有高压电线绝缘化,使用热镀锌铁附件,表面加涂高分子聚合新材料,加设阻隔层等。

　　大气污秽程度严重地区。大气污秽指的是空气中大量极细微的颗粒物造成的空气浑浊现象。空气中污秽物的组成十分复杂,包括矿物颗粒物、海盐、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子等。这些污秽物在空气中水分溶解电离成正离子和负离子,使得附近高压设备带电粒子浓度增大,设备起始放电电压降低,将造成设备表面处空气击穿;在进行线路路径选取时,应尽量避开污秽严重地区,明确污闪等级和爬距之间的关系及时调整爬距;在绝缘子的选择上应当使用复合绝缘子防污,并加强日常的维护和管理。

　　鸟类栖息地以及候鸟迁徙途径地区。除大气中污染物在绝缘子上的沉积,鸟类排泄物的堆积也会造成污闪现象的发生。鸟类栖息地附近10km的电网在夏秋两季时易由于鸟粪产生污闪现象,候鸟迁徙途径区域在春冬两季易产生污闪现象,应根据地区具体情况恰当增加或调整人工清理的安排,一般来说,正常区域输电设备的人工清洗频率为一年一次,污秽严重地区为一年两次;除清理外,还需进行驱赶鸟类或隔离绝缘子来防治。常用的驱赶鸟类措施为安装防鸟刺,设置静物标识,设置转动装置等;或隔离输电线路,给绝缘子安装防粪罩来隔离绝缘子。

　　1.4 措施的比较分析

　　RTV长效防污闪涂料有优良的耐污闪性能,憎水性及憎水迁移性好的特点,且长效可靠、适应性强、少维护、施涂工艺简单。而合成绝缘子则具有重量轻、强度高、耐污闪能力强、无零值、价格比相同防污瓷瓶串低、安装维护方便等特点。

　　RTV涂料主要用于变电站电瓷设备上,也用于线路绝缘子和玻璃绝缘子上,在我国有15a成功运行经验。但由于生产RTV涂料的厂家很多,产品质量差别较大,缺乏严格施涂工艺规范,容易出现质量问题。此外RTV涂料的有效使用寿命尚无定论。此外,在严重水泥污秽、有氯气排放的化工污秽地区,一般不宜采用RTV涂料[3]。相比之下虽然憎水性没有PRTV长效防污闪涂料强,且易硬化、易撕裂,但其使用时事故率低,防污闪、防湿闪性能好,能经受雷击、大雾、鸟粪等因素的考验。同时更新换代快,总体上经济效益高,是输变电设备防污闪过程中的重要选择。

　　1.5 措施的创新

　　创新实验过程阐述:通过在去离子水中加入分析纯氯化铵0.1wt%、异辛基苯氧基聚乙氧基乙醇0.02wt%配置成污水,利用普通RTV材料和特殊改性RTV材料形成对比,分别在2.5kv电压下保持五分钟,判断其是否变色,且变色部分要为漏电流所经过的痕迹。

　　图1 实验现象

　　图1 实验现象 下载原图

　　结论:通过实验可明显看出特殊改性的RTV材料可以显示出轨迹,而普通的RTV材料则不能明显看出电弧所经过的轨迹,所以特殊改性的RTV材料可作为显示绝缘强度降低时产生的电弧的绝佳材料。

　　2 关于所用RTV材料用量的计算

　　由于在现场中RTV涂料的用料受许多因素的影响,故实际涂敷时的用量远超标准用量,在喷涂RTV材料时,为符合在行业标准DL/T627-2004《绝缘子用常温固化硅橡胶防污闪涂料》的规定,在最薄的地方也要超过0.3mm,可能会使部分区域的涂料厚度远超0.3mm。同时,绝缘子钢脚与钢帽间沿瓷裙表面轮廓的最短距离就叫泄漏距离。一串绝缘子的泄漏距离就是这一串绝缘子串中每片绝缘子泄漏距离之和。

　　泄漏比距是泄漏距离与系统额定线电压之比,一般情况下用量仅考虑表面积运用公式进行计算即可,但由于采用的为特殊改性RTV材料,主要用于反应电弧所经过的距离和痕迹,所以要综合考虑电弧的放电距离,即绝缘子的爬距,选择尽可能长的爬电距离有利于RTV材料反映出电弧放电痕迹,如下面给出一些地区的常用绝缘子的放电距离及表面积:四川,绝缘子型号FC210-170,绝缘子上/下表面积/表总面积854/1458/2312,爬电距离400;南京,绝缘子型号LXY-100,绝缘子上/下表面积/表总面积548/862/1410,爬电距离320;大连,绝缘子型号LXP-7,绝缘子上/下表面积/表总面积685/715/1400,爬电距离290。

　　由相关数据可计算出在南京地区的平均爬电距离为407,四川地区的平均爬电距离为482,而在大连地区的平均爬电距离为321,可见不同地区采用的绝缘子爬电距离不尽相同,对于南京地区可选择较为接近的LXY3-210,而对于四川地区则可选择FC-16P/155(170),对于大连地区则可以考虑XP-10,以上仅是根据爬电距离来进行选择绝缘子,可用其来进行用量的计算。

　　事实上在实际工作中也要考虑到许多人为因素,如施工人员的喷洒状况和材料的泄露等,故要采用绝缘子的标准公式来进行计算用量的同时,还要综合采用上下表面积来进行精确的修正计算,计算公式(1)为P=(S1×H1+S2×H2)×ρ×α/(1-β),其中α为损耗系数,一般为2.1～2.9之间,本文为获得最为准确的数值,用2.1来计算最少用量,2.9来进行计算最大用量,涂料密度ρ为1.5g/cm3,硫化后厚度缩水率β为一固定值为40%,而对于涂料的上下表面的厚度H1和H2则要经过各种测量取平均值来获得,本文针对相关样品上下表面厚度进行了数据搜寻,由于各个地区不尽相同,所以只能得到一个大概值,因此取平均值减小误差。

　　以下为部分样品上/下表面的涂层厚度(mm)数据:220kV永新变,0.58/0.57、0.57/0.54、0.59/0.59;500kV杨江I5203线,0.63/0.12、0.43/0.13、0.43、0.11;500kV泰官5258线兴殿5289线,0.44/0.43、0.41/0.45、0.48/0.45;220kV朱坝变,0.61/0.39、0.67/0.30、0.65/0.36;220kV陆集变,0.45/0.39、0.44/0.35、0.42/0.34。发现其上表面的厚度值较为接近0.52,因此取0.52作为上表面厚度H1,而下表面平均值为0.32,因此取0.32代入H2。由此将数据均代入公式(1)可获得南京地区的绝缘子LXY3-210的最小涂料用量为479.619cm3,而最大用量为662.331cm3,因此取平均值570.975cm3用量。按照同样的方法,可获得四川FC-16P/155(170)的最小涂料用量为545.727cm3、最大用量为753.623cm3,因此取平均值649.675cm3作为用量。大连地区的XP-10的最小涂料用量为311.325cm3、最大用量为429.925cm3,因此取平均值370.625cm3作为用量。

　　以上数据均为理论值,实际中所用的高度和损耗数等并不一定与我们所取的相同,因此在实际应用中还是要综合考虑各种情况进行分析。