光催化绝缘子挂网自洁效果的研究

黄恒，蔡晓斌，李宪钧，胡朝平，戴文新，袁齐坤，苗俊，李榕良，杨刚，胡俊涛

(1.昆明理工大学电力工程技术有限公司，昆明 650053；2.云南电网公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000；3.福州大学，国家环境光催化工程技术研究中心，福州350116)

光催化绝缘子挂网自洁效果的研究

黄恒1，蔡晓斌2，李宪钧1，胡朝平1，戴文新3，袁齐坤2，苗俊2，李榕良2，杨刚1，胡俊涛1

(1.昆明理工大学电力工程技术有限公司，昆明 650053；2.云南电网公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000；3.福州大学，国家环境光催化工程技术研究中心，福州350116)

对某重污秽地区挂网应用的光催化绝缘子进行盐密度、灰密度测试，结果表明：光催化绝缘子分解有机污垢 (以机油为例)效果显著；耐张串悬挂光催化绝缘子自洁效果较好，悬垂串光催化绝缘子未完全体现出明显的光自洁效果。

光催化绝缘子；盐密度、灰密度测试；有机污垢；耐张串；悬垂串

0 前言

在高电压输电线路上，绝缘子污闪事故发生的频次和危害，仅次于雷击事故。由于绝缘子污闪跳闸后的重合成功率很低，容易引发大面积、长时间的停电事故。如何有效降低绝缘子污染，防止污闪发生，维护高电压输电线路安全运行，已成为重要的研究课题。

目前，电力系统防污闪的方法主要是人工定期清洗除污，利用复合材料、RTV涂层的疏水性防污闪[1-2]。 若能找到一种方法， 使绝缘子具备“自清洁”能力，就有可能从源头上实现 “治污”，将绝缘子污闪事故降至最低。将光催化技术的最新成果应用到高压输电线路绝缘子防污，是实现这一想法的探索。光催化绝缘子，就是在普通绝缘子表面均匀喷镀并烧结固化上一层二氧化钛 (TiO2)光催化薄膜，太阳光作用下 (TiO2光催化膜可自动吸收紫外光)，光催化薄膜可有效分解吸附在绝缘子表面的有机污染物，降低绝缘子表面的亲油性能，使得亲油的灰尘颗粒及其他污秽不易吸附在其表面，而残留的有机分解物会被雨水、自然风带走，绝缘子即可长期保持自洁净，实现防污闪目的。本文着重探讨光催化绝缘子挂网后的光自洁效果。

1 挂网样品和测试

1.1 人工涂抹机油样品

将洗净后的光催化、普通绝缘子各三片成串，对称悬挂于10 kV杆塔上 (非带电)，再在绝缘子表面涂抹等量机油。保证样品不被遮挡，能接受同样的日照雨淋。

由于绝缘子表面的亲油性，两种绝缘子表面都吸附大量灰尘污垢，且油渍痕迹明显；随着雨水逐渐丰富至年底，两组绝缘子已能通过肉眼观察出差异，光催化绝缘子表面污垢和油渍痕迹明显小于普通绝缘子。

对两组绝缘子进行盐密度、灰密度测试，绝缘子洗涤、污秽收集按照国标 GB/T26218.1-2010执行，测试用蒸馏水电导率为3.5 μs/cm，对上下表面污秽分开取样。使用智能盐密度测试仪进行盐密度测试，输入对应绝缘子表面积后直接读取电导率、等值盐密；完成盐密度测试后，污液经过滤、烘干、称量，算得灰密值。测试结果见表1、图1。

表1 人工涂抹机油绝缘子盐密度、灰密度测试结果

图1 人工涂抹机油绝缘子上下表面盐密度对比

由表1、图1的测试结果可知：光催化绝缘子上下表面的盐密值、灰密值均比普通绝缘子低很多，光催化绝缘子上表面盐密、灰密分别为普通绝缘子的1/2.5、1/15；下表面比值为1/1.6、1/5.5，说明光催化绝缘子分解有机油污的效果显著。光催化原理如下：TiO2在阳光 (紫外线)照射，产生电子-空穴对，价带的电子跃迁到导带，成为导带电子，同时在价带留下一个空穴，空穴与吸附在TiO2表面的氧气和水作用，生成具有强氧化能力的OH自由基，OH是光催化反应的主要活性物质；电子与O2反应生成O2-，OH自由基与O2

-可以无选择地将有机物催化降解[3]，包括脂肪族化合物、芳环化合物、杂环类化合物等[3]，反应原理如式 (1)-(5)：

有机油污被降解为CO2、H2O和其它无机物质，失去亲油性，绝缘子表面对污秽的吸附减少；再经过风吹雨淋，表面污秽物被带走。通过整个实验期间的观察，两种绝缘子表面污秽和油渍的差异，主要发生在雨季之后，这也验证了光自洁效果要在阳光雨水外部自然条件作用下，才能发挥最佳效果。

1.2 挂网样品

高压架空输电线路途经污秽环境复杂多样，大致可分为自然性污秽和工业性污秽。工业性污秽主要是在工业生产过程中产生的废气、污物和烟尘，对输电线路运行危害最大，包含各种有机、无机成分，其中化学污秽的腐蚀性和导电性，对电力设备的危害最为严重，金属污秽和煤尘污秽因具有较强的导电性，且不易被雨水冲刷，也严重影响输电设备的外绝缘特性[4]。因而研究光催化绝缘子在这类地区的应用果更具实际意义。

光催化绝缘子挂网应用选在重污区内，共计挂网片数近5 000片，其中15条作为光催化、普通绝缘子对比点。对比点选择在污染最恶劣的位置，均为Ⅲ级重污秽区。两年的时间里，15条挂网运行线路上的近5 000片光催化绝缘子均没有发生污闪事故。

在对比点中，仅110 kV尖天线为耐张悬挂，取该串三支绝缘子进行盐密度、灰密度测试，结果如图2所示。

图2 尖天线耐张串绝缘子盐密度、灰密度对比

由图二可知：该对比点光催化绝缘子的盐密度、灰密度值均小于普通绝缘子，比值分别为1/ 1.4、1/1.7，说明在挂网期间，耐张串悬挂的光催化绝缘子显示出较好的光自洁效果。

另外测试的三个对比点均为悬垂串，每个对比点各取三支绝缘子测试后求得平均值并作图，结果如图3所示。

图3 悬垂串绝缘子盐密度、灰密度对比

从测试结果看来，单片对比，沾玉线对应盘号的光催化和普通绝缘子盐密值各有高低，曲营线测试结果亦是如此，平均值显示两个对比点光催化绝缘子的盐密均比普通绝缘子高0.001 mg/ cm2，在工程测试偏差范围内，可认定二者盐密值相同；虹花线光催化绝缘子盐密值则略小于普通绝缘子。而三个对比点的灰密值比较显示：光催化绝缘子的灰密值均大于普通绝缘子。

2 结束语

综上所述，光催化绝缘子分解有机物油污的效果显著，结合阳光、雨水、自然风等的作用，能有效减少因有机物亲油性吸附的污垢。重污秽工业园区以耐张方式悬挂的光催化绝缘子显示出良好的光自洁特性。重污秽工业园区悬垂串方式悬挂的光催化绝缘子盐密值与普通绝缘子相当，而灰密值大于普通绝缘子。

耐张悬挂，绝缘子表面与地面垂直，在雨水、自然风等的作用下，冲刷效果明显，因而能体现出较好的自洁特性；而垂直悬挂的绝缘子，上表面雨水冲刷效果不明显，下表面甚至无法被雨水冲刷。对于重污秽地区，下表面积污程度甚至比上表面高一个数量级。从这个角度来讲，下表面的积污决定着绝缘子盐密、灰密值，对于这种情况，光催化绝缘子则很难发挥其自洁特性。光催化绝缘子在挂网运行过程中，并未出现闪络现象，表明此时光催化绝缘子也具有一定的防污闪性能。此结果可能与光催化膜层的半导体特性有关，具体解释还有待于后续研究。

总之，光催化绝缘子的自清洁作用与绝缘子的悬挂方式及污染源有关。尽管光催化绝缘子在某些条件下 (无机物污染、悬垂方式悬挂)其自洁特性得不到充分发挥，但其仍然表现出一定的防污闪性能。

[1] 张志劲，蒋兴良，孙才新，等.污秽绝缘子闪络特性现状及展望 [J].电网技术，2006，30(2)：35-40.

[2] 王自力，张云刚.浅析绝缘子污闪原因及预防措施 [J].云南电力技术，2010，38(1)：44-45.

[3] 朱馨乐，谢一兵，李萍，等.纳米TiO2光催化降解水中有机物机理研究进展 [J].化学通报，2003，66：1-8.

[4] 于龙蛟.输电线路防污闪措施 [C].第七届中国钢铁年会论文集，2009：100-107.

Research on Self-cleaning Effect of Photocatalytic Insulator

HUANG Heng1，CAI Xiaobin2，LI Xianjun1，HU Chaoping1，DAI Wenxin3，YUAN Qikun2，MIAO Jun2，LI Rongliang2，YANG Gang1，HU Juntao1

(1.KMUST Electric Power Engineering Technology Co.，Ltd.，Kunming 650053；2.Yunnan Qujing Power Supply Bureau，Qujing，Yunnan 655000；3.National Engineering Center of Environmental Photocatalysis，Fuzhou University，Fuzhou 350116)

In order to evaluate the self-cleaning effect of the photocatalytic insulator，the equivalent salt deposit density(ESDD) and the non soluble deposit density(NSDD)of the photocatalytic insulator that applied for the power grid in Qujing heavy pollution industrial area are tested.The results show that the effect of the photocatalytic insulator degradation of organic pollutants(e.g the energy oil)is remarkable；the self-cleaning effect of tension string performs well，and the suspension strings doesn’t display the self-cleaning effect completely.

photocatalytic insulator；ESDD，NSDD test；organic pollutants；tension string；suspension string

TM8

B

1006-7345(2014)04-0070-03

2014-03-20

黄恒 (1974)男，工程师，昆明理工大电力工程技术有限公司，从事光催化绝缘子、防覆冰涂层的研究 (e-mail) 1054237819＠qq.com。

资助基金项目：

国家科技型中小企业技术创新基金，立项代码13c26215305527昆明市科技型中小企业技术创新基金，立项代码CJ20111109中国南方电网有限责任公司科技项目