某海外风电场230kV升压站污秽放电分析及治理

[摘 要]某海外风电场230 kV升压站出现高压设备绝缘瓷瓶污秽放电现象，其高压设备外绝缘配置符合该地区现场污区等级要求，但在特殊条件下，仍发生了污秽放电现象，极易发生污闪事故。文章分析了该海外风电场230 kV升压站污秽放电的原因，提出了治理措施并应用了新一代特殊环境用的防污闪涂料，取得了良好效果。

[关键词]污秽放电；绝缘；预防治理；HRTV-II防污闪涂料

[中图分类号]TM216 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0048–03

Analysis and Treatment of Pollution Discharge in 230 kV Booster Station of an Overseas Wind Farm

JIN Xin，LU Cheng

[Abstract]230 kV substation of overseas wind power plant appears pollution discharge phenomenon of the insulators of highvoltage equipment， its high-voltage equipment external insulation configuration meet the requirements of site pollution severity class of the area，but under special conditions， the phenomenon of pollution discharge still occurs， it’s prone to occur pollution flashover accident. This paper analyzes in detail the reasons of pollution discharge， and puts forward management measures and applies new generation antipollution flashover coating for special environments，good result has been obtained.

[Keywords]pollution discharge； insulation； preventive measure； HRTV-II anti-pollution flashover coating

1 海外风电场230 kV升压站污秽放电问题

埃塞俄比亚某风电场230 kV升压站带电投运后，户外高压设备绝缘瓷瓶伞裙表面出现大范围的放电现象，部分绝缘瓷瓶表面还出现局部电弧现象。若情况持续恶化，遇到特殊气候情况时，极有可能发生闪络事故，严重威胁风电场主设备安全稳定运行。

2 绝缘子污秽闪络机理分析

绝缘子的表面性能对绝缘子污秽闪络过程有较大影响。两种表面条件即亲水和憎水，亲水的表面通常与玻璃或瓷绝缘子有关，而憎水表面通常与聚合物绝缘子，特别是硅橡胶绝缘子有关。在潮湿条件下，如雨、雾等，亲水表面将完全地潮湿，从而形成电解液面覆盖该绝缘子。相反，憎水的表面上是水珠，甚至是小水滴。

亲水型污秽的闪络过程可分为 6 个阶段。在自然条件下这些阶段不会消失，但可能会合并。亲水表面通常为玻璃或瓷绝缘子表面，其污秽闪络的6个阶段如下。

（1）阶段1。由于环境影响，绝缘子表面由污秽层覆盖。

（2）阶段2。通过潮气的吸收、冷凝和沉降，污秽绝缘子的表面变得潮湿。

（3）阶段3。一旦带电的绝缘子覆盖了导电的污秽层，其表面就会流过泄漏电流，在几个工频周期内就可以引起其热效应，使污层一部分变干。变干部分为电流密度最高的部分，即在绝缘子的最窄部分，引起了“干带”形成。

（4）阶段4。由于存在干带，且污层不会均匀地干燥，这就使得导电路径被中断了，即干带中断了泄漏电流的流动。

（5）阶段5。跨过干带呈现线对地电压，引起了空气击穿，且此干带通过电弧与湿的导电部分电气相串联。当绝缘子每次在干带上跳火花时就会引起一个泄漏电流脉波。

（6）阶段6。如果污层上是湿的，且导电部分电阻足够低，则干带会被电弧继续桥接并将沿着绝缘子的延伸，桥接越来越多的表面。此时也降低了与电弧串联的电阻，使电流变大，并使电弧可桥接更多的绝缘子表面，最后被完全地桥接并产生线对地的一次故障，即闪络故障。

整个过程可归纳为绝缘子、污秽、受潮条件和所加电压之间的相互作用的过程。

3 230 kV升压站污秽放电原因分析

结合绝缘子污秽放电及闪络机理分析，发生污闪有几个必要条件：①绝缘子表面附着大量的污秽物；②湿润气象持续发生，污秽物吸收水分受潮；③设备绝缘裕度不足。

根据以上3个基本条件，结合该工程特点进行如下分析。

3.1 污秽源及污秽类别

该风电场所处区域为半戈壁地区，远离城市，周边无工业，每年干旱期持续时间较长，降雨时间仅在短暂的雨季，土壤主要为砂质土壤，且该区域雨季下雨前偶尔伴有沙尘暴。绝缘瓷瓶主要被风带来的尘土所污染，雨水稀少使得绝缘瓷瓶自然清洁效果较差。其环境特点属于 IEC/TS 60815-1-2008《污染条件下用高压绝缘子的选择和定尺寸 第1部分：定义、信息和一般原理》标准中环境的一般分类中典型的“荒漠型”环境，污秽物属于A类污秽，主要为不溶污秽物。

3.2 环境大气湿度

在高湿度条件下，污秽物通常具有导电性和吸湿性，大幅降低了电气设备的绝缘水平。经实地观测，升压站内高压设备绝缘瓷瓶外表面放电及局部电弧情况主要发生在长期无降雨且风沙大、昼夜温差大、湿度大的季节，且凌晨到清晨易发生凝露现象，因此在这种环境情况下，绝缘瓷瓶表面累积的污秽物容易受潮，导致绝缘瓷瓶表面电导和泄漏电流大幅增大，绝缘瓷瓶的闪络电压显著降低。闪络的可能性随泄漏电流的升高而增大，并且主要由决定了电流大小的表面层电阻确定。因此，若污层导电部分的电阻足够低，则极有可能产生闪络事故。

3.3 外绝缘设计因素

由于前期未进行现场污秽度测量，无法得到不溶沉淀物密度NSDD和等值盐密ESDD具体数据，但根据前期现场考察及收资情况，升压站采用 IEC/TS 60815-1-2008标准中污秽等级e级进行设计。

参考统一爬电比距（RUSCD）和现场污秽度（SPS）对应关系如图1所示。

根据所确定的污秽等级，结合图1，设计选用的参考统一爬电比距为53.7 mm/kV，对应的三相交流系统的爬电比距为31 mm/kV。三相交流的最高线电压为252 kV，因而要求的最小爬电距离为7 812 mm。该工程各高压设备外绝缘最小爬电距离均不低于7 812 mm，满足标准要求。

该工程230 kV送出输电线路采用国标GB50545—2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》设计，污秽等级选择为IV区，也为国标中最高污秽等级。按标称电压（230 kV）选择，爬电比距应达3.20～3.80 cm/kV，考虑外绝缘裕度，爬电比距采用上限值3.80 cm/kV，因此，线路绝缘子要求的最小爬电距离为8 740 mm，实际选用的耐污复合绝缘子串爬电距离达到了9 000 mm，远高于升压站高压设备外绝缘最小爬电距离。

该工程的230 kV输电线路与230 kV升压站处于同一个区域，但230 kV输电线路耐张绝缘子串及跳线绝缘子串却未见污秽放电现象，这与输电线路绝缘子串选用耐污复合绝缘子以及输电线路爬电距离裕度较大、外绝缘性能更好这两方面因素有一定关系。

根据GB/T 26218.1—2010《污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定 第1部分：定义、信息和一般原则》标准，升压站所选取的参考统一爬电比距的值53.7 mm/kV为该污秽等级最低要求的优先选用值，如果现场污秽度（SPS）等级估计趋向邻近的较高的等级，那么可能要沿着曲线选用。综合以上分析，如果充分考虑外绝缘裕度并结合现场实际气候条件因素，根据图1，升压站进行绝缘设计时可沿曲线选择适当高于53.7 mm/kV的爬电比距，会取得更好的防污闪效果。

4 采用合适的防污闪治理方案

4.1 绝缘子清洁

充分利用每年高压设备调停及计划检修的机会对设备外绝缘进行彻底清扫，以保证外绝缘的清洁。大部分情况下出现的污闪是因为对绝缘子的清扫不够，而导致绝缘子表面出现了很多污垢，这些污垢长期累积导致了绝缘子绝缘性能下降。

4.2 喷涂防污闪涂料

防污闪涂料是用于喷涂在运行绝缘子外表面上的一种常温固化硅橡胶涂料，利用其优异的憎水性和憎水迁移性可抑制污秽黏附于绝缘子表面，从而提高绝缘子的防污能力。例如，在遇到雨天等恶劣天气时，潮湿脏污的绝缘子表面会出现连续水膜而发生闪络，而喷涂防污闪涂料，绝缘子污层表面则无法形成连续的水膜，当有污物落到绝缘子的涂层上时污物便与水珠一起滚落，阻碍绝缘子与污秽物间的接触，抑制放电通道的发展，从而提高绝缘子的抗污闪性能。

当设计选用的绝缘子爬电距离已不能满足实际防污等级需求时，雨雾等恶劣天气下，爬电距离较小的绝缘子易出现污闪现象。针对此情况，可进行绝缘子换型改造，以增加绝缘子串的爬电距离，提高抗污闪能力。

由于调爬、增爬方案周期长、工作量大、成本高，结合该工程所处区域特点，经综合评估，采用整站户外高压设备绝缘瓷瓶及绝缘子串喷涂第三代特殊环境用防污闪涂料的预防治理措施。其主要特点如下。

（1）污闪涂料的憎水迁移性越强，抗积污能力就越强，抗污闪能力则越好。相比传统持久型防污染PRTV涂料，特殊环境用防污染涂料HRTV-II具有更强憎水迁移性，可提供更持久憎水性达到防污闪效果，有效解决常规防污闪涂料憎水性丧失快、寿命较短的难题。

（2）相比传统PRTV涂料，大幅提升了涂料的防紫外线、防老化、耐温变性能，适用于高海拔地区及强烈紫外线照射、大风冲击、频繁温差变化引起的应力损伤等严苛环境。

该风电场所处地区干旱时间长，平均气温高，日照时间长，紫外线强，平均风速高，沙尘天气较多。因此，更适合应用具有以上特性的HRTV-II防污闪涂料。

5 方案实施

5.1 方案实施重点

施工工艺要求及验收可参考标准DL/T 5727—2016《绝缘子用常温固化硅橡胶防污闪涂料现场施工技术规范》。施工过程中，若喷涂工艺质量控制不佳，涂层厚度不均匀或喷涂前未做好绝缘瓷瓶表面清洁，则易出现脱皮、起泡、龟裂等问题，间接导致憎水性的减退。

施工前需要将支柱绝缘瓷瓶瓷伞裙表面擦拭干净，且处于干燥状态，施工区域的地面及物品要采取临时保护措施以便被涂料污染。喷涂HRTV-II涂料对施工环境要求较高，严禁在起雾、凝露、降水、降雪等可能导致绝缘瓷瓶表面受潮的气象条件下进行防污闪涂料施工。此外，不宜在严重扬尘条件下施工，且施工期间的环境温度应在 -20 ℃以上，风速不应高于5级。

5.2 实施后效果

在绝缘瓷瓶表面喷涂HRTV-II防污闪涂料后，在遇到雾、露、毛毛雨等潮湿气象时，污秽层很难湿润，即使附着少量水份，也仅以不连续的小水珠形式存在，不形成连续的水膜，抑制了泄漏电流及局部电弧的产生和发展，显著提高了绝缘瓷瓶的耐污闪电压，有效防止了绝缘瓷瓶发生污闪。

6 结论

（1）对于海外特殊气候区域项目，如有条件，应充分调研，进行现场污秽度评估，选取合适的污秽等级及爬电比距，考虑足够裕度，做好设备外绝缘设计、配置，并结合国内外类似工程经验，提前制订防污闪预案。

（2）HRTV-II防污闪涂料的实施应用大幅降低了污闪隐患，提高了升压站运行的安全性。经过半年的运行监测和验证，高压设备绝缘瓷瓶的沿面放电情况基本消除，提高了设备的绝缘水平，起到了防止污闪的作用。

（3）该工程所在地为典型的半戈壁地区，地域广、检修人员少、运行维护设备多、工作量大，HRTV-II防污闪涂料拥有超强的增水性和憎水持久性，以及优秀的耐候性，较PRTV具有更长的使用寿命，正常使用周期内可实现免维护，将极大地减轻高压设备整体维护工作量，减少停电时间。同时，这也是在海外首次涂装应用国产特殊环境用HRTV-II防污闪涂料，对戈壁等特殊气候地区的发输电系统的污闪预防和治理工作有一定的指导意义。

参考文献

[1] 齐振东.户外绝缘子污秽闪络原因分析及防污闪的几点措施[J].数字化用户，2019（28）：207.

[2] 污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第2部分：GB/T 26218.2—2010[S].