电力设备带电清洗绝缘维护

周舟，何铁祥

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007)

污秽是影响绝缘子外绝缘的主要因素之一，在大雾、雨雪等气候条件作用下引起的污秽闪络，轻则可能造成线路跳闸、停电，重则会造成变电站跳闸、停电，甚至还可能引起大面积恶性停电。2001年2月我国北方出现持续性大雾天气，再加上降雪、除雪剂、煤烟污染的综合影响，辽宁电网、河北电网、京津唐电网相继发生污秽闪络事故，共计有123条66～500 kV线路、34座变电站跳闸972次，仅辽宁省损失电量就达937万kWh，经济损失巨大〔1-2〕。而属于湿润性气候的江南、华南更是污闪的高发地区，这都使得大家逐渐意识到污秽的清洗对于保证电网安全运行的重要性。

1 污秽的产生及影响

由于环境污染，大气中的各种灰尘、盐分、油烟、酸、湿气、金属尘埃以及其他带电粒子通过重力沉降作用、物理吸附作用沉淀在设备外绝缘表面形成一层污秽，加之静电和电场的作用下，累积的污秽不断加重而且变得牢固。

在干燥的气候条件下，表面脏污的绝缘子仍会具有很高的绝缘强度。但是在大雾、小雨、凝露等气候条件下，污秽中的电解质成分溶解到水中，在绝缘子表面形成离子导电通路，使电瓷绝缘强度大大降低，在运行电压下就可能导致绝缘子产生污秽闪络。运行经验表明，在空气湿度较高的情况下，完好的绝缘子 (即内阻在104MΩ以上)表面污秽达到中等程度 (即盐密为0.1 mg/cm2)时，其表面电阻值仅为50 MΩ左右〔3〕。这样的污秽条件在遇到合适的天气时就会形成污闪事故，给电网运行带来极大的危害。

研究证明〔4〕，在相同盐密条件下，若污秽所含的一价盐成分多，则污闪电压就偏低，所含的二价盐多，则污闪电压就偏高。以内陆省份湖南为例，绝缘子污秽成分虽以二价的硫酸钙盐为主，如CaMg(SiO4)，但是，经济发展带来的氮氧化物排放量的增加使得该省空气污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，特别是硝酸根离子在酸雨中所占的比例从20世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3，这使得湖南省内绝缘子污秽成分中一价盐的成分逐年增加，污秽可能带来的闪络问题日趋严峻。

2 带电清洗绝缘维护

2.1 带电清洗发展的必然性

我国开展防污闪工作已有40余年历史。现在广泛使用的外绝缘维护技术还是爬、涂、扫等方式，但随着带电清洗技术研究的开展，带电清洗越来越多地应用在电气设备绝缘维护领域中〔5〕。

带电清洗是采用物理与化学方法，在保证设备正常安全运行的前提下，对各类电气设备的清洗维护。与目前常用的3种绝缘维护方式比较，带电清洗虽然材料费较贵，但由于提高了安全性和清洗的效果，节省了大量人工费用，避免了停电带来的各方面经济损失。以停电4 h计算，1条110 kV线路损失的电量可能有10～20万kWh，1条220 kV线路则可达 30～50万 kWh，如果仅按照电价0.5元/kWh计算，电网的直接损失就达15～25万元，而对于社会和企业的经济损失则更大。综合考虑，带电清洗比其他3种绝缘维护方式更为经济。以带电清洗为基础的电气设备绝缘维护，在石油、化工、钢铁等行业企业的成功应用已给这些生产企业带来了巨大的经济效益。如污染较重的工业区线路每年需要2次停电检修清洗，无疑会使工业企业遭受巨大的经济损失，而带电清洗则可以随时清扫绝缘子表面污秽，防止污闪的发生，避免或减少停电清扫次数，同时，由于它的安全可靠性，也降低了施工生产成本。

2.2 带电水蒸汽清洗

带电水冲洗技术优势在于原料易得、设备简单。GB/T l3395-2008《电力设备带电水冲洗规程》对带电清洗作出了严格要求，规定所用水的电阻率不得低于1×105Ω·cm。由于该方法对水资源的浪费较大，且直接用水清洗对油污的去除效果较差，因此大部分电力企业并未采用这种方式进行绝缘维护工作。

带电水蒸汽清洗方法则较好地克服了上述缺陷〔6〕。水蒸汽能迅速改变污秽的粘黏性质，使其易于脱离所粘附的设备表面。高压力则能够有助于清除附在设备表面的普通污秽，高温水蒸汽还可以对一些侵蚀绝缘子的细菌或微生物进行高温杀灭。

通过对绝缘子污秽进行带电水蒸汽清洗试验〔7〕，研究人员绘制了3种不同材质绝缘子随盐密变化的闪络电压梯度曲线以及不同清洗方法下的闪络电压曲面，其中，复合绝缘子的闪络电压最高，瓷绝缘子次之，而玻璃绝缘子的闪络电压最低;使用自下而上的水蒸汽清洗后闪络电压最高;而且当绝缘子污秽盐密小于4×10-4g/cm2时，带电水蒸汽清洗时的最低闪络电压仍然高于35 kV系统最高运行相电压，在无过电压出现情况下是可以保证带电清洗的系统安全的。文献〔8-9〕表明，在盐密1.5×10-4g/cm2，灰密1×10-3g/cm2的情况下，XP-70绝缘子串进行带电水蒸汽清洗的闪络电压为38.2 kV。

2.3 带电化学清洗

带电水蒸汽清洗虽达到了一定的节水效果，但由于该方法对水质要求较高而使得清洗范围受到限制，只能在较低电压等级线路或设备上有条件地开展。带电化学清洗的出现，弥补了水蒸汽清洗应用过程中的空白〔10〕。带电化学清洗通常采用易溶解、易挥发的中性液体清洗剂，通过化学清洗剂对污秽的湿润、乳化、溶解作用，使污秽的附着力降低，再在喷射力的作用下将污秽剥离被附着物的表面，达到清洗的目的，适用于各类变电站室内外设备的清洗，并可以在不拆除设备零部件的情况下，对设备的死角进行清洗。

作为带电化学清洗中最重要的组成部分，化学清洗剂的性能也有着严格的要求。首先，化学清洗剂的绝缘性能、乳化性能、挥发性能要好，渗透能力和溶解力要强，其次，化学清洗剂要求中性无色无味，燃点和闪点要高，耐压水平至少应大于25 kV，而且不会对周边环境造成二次污染，不会在被清洗设备表面留下任何残留物。带电清洗剂性能的理想控制指标如表1所示。

表1 带电清洗剂性能的理想控制指标

早期的化学清洗剂性能并不完善，如SJ-1型高压电瓷瓶除垢剂〔11〕，因为该除垢剂中含有微量电解质，不能作为绝缘液，所以清洗后的绝缘子必须再用清水冲洗，而且该除垢剂还对人体皮肤有轻微伤害。目前，化学清洗剂以及带电化学清洗技术已较成熟。如BU666电气设备清洗剂与CM-48清洗剂〔12〕，绝缘电阻都大于 1.0×1010Ω，通过绝缘油标准试验方法测得2种清洗剂的击穿电压大于25 kV，清洗剂液柱的击穿电压为350 kV/m，对污秽较重的悬式绝缘子 (闪络电压最低为40 kV左右)进行带电清洗后，模拟耐压试验测得放电电压为380 kV，研究人员曾使用这2种清洗剂在四川、山西10～220 kV不同电压等级高压设备上开展了现场带电清洗工作，均收到了不错的效果。而使用DEOX精密除垢剂〔13〕对焦耐变电站2号主变10 kV侧3个户外绝缘子清洗后，绝缘电阻从清洗前最高185 MΩ上升到清洗完毕后最低445 MΩ。巴陵石化石庐山35 kV变电站及110 kV升压站带电化学清洗后〔14〕，电气设备的绝缘水平有显著提高，避雷器的泄漏电流值远低于指标值，直流泄漏电压值明显高于指标值;变压器的吸收比提高了1.9倍，交流耐压明显高于指标值;隔离开关的绝缘值提高最多可达数百倍，断路器、悬式绝缘子的绝缘值也提高数倍。

2.4 带电清洗需注意的问题

因为带电清洗剂的挥发性，所有带电清洗剂清洗时都不可避免地会产生凝水现象，甚至冰晶效应，只是随清洗剂的沸点、喷射量、蒸发潜热、环境湿度以及温度的不同，产生的凝水、冰晶效应程度不同而已。带电清洗过程出现的这种凝水和冰晶效应会导致清洗剂动态绝缘性能大幅度降低，可能给带电清洗对象带来巨大的安全隐患。为了避免出现凝水和冰晶效应，通过分析了凝水和冰晶效应的形成机理〔15〕，建议在带电清洗的过程中，应实时监测清洗过程中的清洗物表面和环境温度之间的变化情况，如果接近温度露点差，就必须立即调整清洗参数，避免凝水现象和冰晶效应的发生，最大限度地减少带电清洗过程中安全事故的发生。

3 结语

由于环境问题日益突出，运用带电清洗技术维护电气设备以及线路的绝缘水平，防止污闪事故是电力发展的必然选择。近年来的带电清洗实践在220 kV及以下高压设备上取得了一定的成绩，针对500 kV及以上电压等级的带电清洗技术应用还存在诸多难题，有待广大科研技术人员突破技术瓶颈，以便更好地将带电清洗技术服务于电力系统。

〔1〕喻华玉，徐文澄.高压电气设备防污闪及带电清扫技术〔M〕.北京:中国电力出版社，2006.

〔2〕苑舜.线路绝缘子在大雾下闪络机理中几个关键问题的探讨〔J〕.东北电力技术，2001(10):19-21.

〔3〕冯海潮.YCJ-1型电瓷高效清洗液〔J〕.中国电力，1993(9):62-64.

〔4〕冯斌，常燕，刘小玲，等.高压绝缘子自然污秽组成的研究〔J〕.湖南电力，2007，27(1):9-11.

〔5〕樊灵异，刘平原，郑晓光，等.广东电网污闪原因分析和防污对策〔J〕.电瓷避雷器，2006(2):1-6.

〔6〕张晋，汲胜昌，曹涛，等.电力设备带电清扫技术的现状及展望〔J〕.绝缘材料，2009，42(2):63-66.

〔7〕张晋，汲胜昌.带电水蒸气冲洗污秽绝缘子时的交流闪络特性研究〔J〕.西安交通大学学报，2009，43(12):96-100.

〔8〕王志龙，张晋，李荣立，等.电气设备带电水蒸汽清洗技术〔J〕.绝缘材料，2009，42(3):69-72.

〔9〕张晋，王志龙，欧小波，等.高温水蒸汽中绝缘子串闪络电压的研究〔J〕.电瓷避雷器，2009(2):6-9.

〔10〕胡定超.浅析运行中的电网设备清洗技术〔J〕.四川电力技术，2003(3):45.

〔11〕于喜来，梁前晟.SJ-1高压电瓷瓶除垢剂的研制和应用〔J〕.电力学报，2003，18(4):273-275.

〔12〕胡定超.高压电力设备带电化学清洗的现状和前景〔J〕.电力安全技术.2001，3(6):21-22.

〔13〕魏高峰.户外绝缘子清洗新工艺探索〔J〕.冶金动力，2001，84(2):14-15.

〔14〕易雷.带电化学清洗在电力设备绝缘维护中的应用〔J〕.湖南电力，2008，28(4):32-33.

〔15〕李桂祥，项建涛，沈阳，等.带电清洗过程中凝水和冰晶效应的机理分析〔J〕.清洗世界，2008，24(2):24-29.