黃恒，蔡曉斌，李憲鈞，胡朝平，戴文新，袁齊坤，苗俊，李榕良，楊剛，胡俊濤

(1.昆明理工大學電力工程技術有限公司，昆明 650053；2.云南電網(wǎng)公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000；3.福州大學，國家環(huán)境光催化工程技術研究中心，福州350116)

光催化絕緣子掛網(wǎng)自潔效果的研究

黃恒1，蔡曉斌2，李憲鈞1，胡朝平1，戴文新3，袁齊坤2，苗俊2，李榕良2，楊剛1，胡俊濤1

(1.昆明理工大學電力工程技術有限公司，昆明 650053；2.云南電網(wǎng)公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000；3.福州大學，國家環(huán)境光催化工程技術研究中心，福州350116)

對某重污穢地區(qū)掛網(wǎng)應用的光催化絕緣子進行鹽密度、灰密度測試，結果表明：光催化絕緣子分解有機污垢 (以機油為例)效果顯著；耐張串懸掛光催化絕緣子自潔效果較好，懸垂串光催化絕緣子未完全體現(xiàn)出明顯的光自潔效果。

光催化絕緣子；鹽密度、灰密度測試；有機污垢；耐張串；懸垂串

0 前言

在高電壓輸電線路上，絕緣子污閃事故發(fā)生的頻次和危害，僅次于雷擊事故。由于絕緣子污閃跳閘后的重合成功率很低，容易引發(fā)大面積、長時間的停電事故。如何有效降低絕緣子污染，防止污閃發(fā)生，維護高電壓輸電線路安全運行，已成為重要的研究課題。

目前，電力系統(tǒng)防污閃的方法主要是人工定期清洗除污，利用復合材料、RTV涂層的疏水性防污閃[1-2]。 若能找到一種方法， 使絕緣子具備“自清潔”能力，就有可能從源頭上實現(xiàn) “治污”，將絕緣子污閃事故降至最低。將光催化技術的最新成果應用到高壓輸電線路絕緣子防污，是實現(xiàn)這一想法的探索。光催化絕緣子，就是在普通絕緣子表面均勻噴鍍并燒結固化上一層二氧化鈦 (TiO2)光催化薄膜，太陽光作用下 (TiO2光催化膜可自動吸收紫外光)，光催化薄膜可有效分解吸附在絕緣子表面的有機污染物，降低絕緣子表面的親油性能，使得親油的灰塵顆粒及其他污穢不易吸附在其表面，而殘留的有機分解物會被雨水、自然風帶走，絕緣子即可長期保持自潔凈，實現(xiàn)防污閃目的。本文著重探討光催化絕緣子掛網(wǎng)后的光自潔效果。

1 掛網(wǎng)樣品和測試

1.1 人工涂抹機油樣品

將洗凈后的光催化、普通絕緣子各三片成串，對稱懸掛于10 kV桿塔上 (非帶電)，再在絕緣子表面涂抹等量機油。保證樣品不被遮擋，能接受同樣的日照雨淋。

由于絕緣子表面的親油性，兩種絕緣子表面都吸附大量灰塵污垢，且油漬痕跡明顯；隨著雨水逐漸豐富至年底，兩組絕緣子已能通過肉眼觀察出差異，光催化絕緣子表面污垢和油漬痕跡明顯小于普通絕緣子。

對兩組絕緣子進行鹽密度、灰密度測試，絕緣子洗滌、污穢收集按照國標 GB/T26218.1-2010執(zhí)行，測試用蒸餾水電導率為3.5 μs/cm，對上下表面污穢分開取樣。使用智能鹽密度測試儀進行鹽密度測試，輸入對應絕緣子表面積后直接讀取電導率、等值鹽密；完成鹽密度測試后，污液經(jīng)過濾、烘干、稱量，算得灰密值。測試結果見表1、圖1。

表1 人工涂抹機油絕緣子鹽密度、灰密度測試結果

圖1 人工涂抹機油絕緣子上下表面鹽密度對比

由表1、圖1的測試結果可知：光催化絕緣子上下表面的鹽密值、灰密值均比普通絕緣子低很多，光催化絕緣子上表面鹽密、灰密分別為普通絕緣子的1/2.5、1/15；下表面比值為1/1.6、1/5.5，說明光催化絕緣子分解有機油污的效果顯著。光催化原理如下：TiO2在陽光 (紫外線)照射，產(chǎn)生電子-空穴對，價帶的電子躍遷到導帶，成為導帶電子，同時在價帶留下一個空穴，空穴與吸附在TiO2表面的氧氣和水作用，生成具有強氧化能力的OH自由基，OH是光催化反應的主要活性物質(zhì)；電子與O2反應生成O2-，OH自由基與O2

-可以無選擇地將有機物催化降解[3]，包括脂肪族化合物、芳環(huán)化合物、雜環(huán)類化合物等[3]，反應原理如式 (1)-(5)：

有機油污被降解為CO2、H2O和其它無機物質(zhì)，失去親油性，絕緣子表面對污穢的吸附減少；再經(jīng)過風吹雨淋，表面污穢物被帶走。通過整個實驗期間的觀察，兩種絕緣子表面污穢和油漬的差異，主要發(fā)生在雨季之后，這也驗證了光自潔效果要在陽光雨水外部自然條件作用下，才能發(fā)揮最佳效果。

1.2 掛網(wǎng)樣品

高壓架空輸電線路途經(jīng)污穢環(huán)境復雜多樣，大致可分為自然性污穢和工業(yè)性污穢。工業(yè)性污穢主要是在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、污物和煙塵，對輸電線路運行危害最大，包含各種有機、無機成分，其中化學污穢的腐蝕性和導電性，對電力設備的危害最為嚴重，金屬污穢和煤塵污穢因具有較強的導電性，且不易被雨水沖刷，也嚴重影響輸電設備的外絕緣特性[4]。因而研究光催化絕緣子在這類地區(qū)的應用果更具實際意義。

光催化絕緣子掛網(wǎng)應用選在重污區(qū)內(nèi)，共計掛網(wǎng)片數(shù)近5 000片，其中15條作為光催化、普通絕緣子對比點。對比點選擇在污染最惡劣的位置，均為Ⅲ級重污穢區(qū)。兩年的時間里，15條掛網(wǎng)運行線路上的近5 000片光催化絕緣子均沒有發(fā)生污閃事故。

在對比點中，僅110 kV尖天線為耐張懸掛，取該串三支絕緣子進行鹽密度、灰密度測試，結果如圖2所示。

圖2 尖天線耐張串絕緣子鹽密度、灰密度對比

由圖二可知：該對比點光催化絕緣子的鹽密度、灰密度值均小于普通絕緣子，比值分別為1/ 1.4、1/1.7，說明在掛網(wǎng)期間，耐張串懸掛的光催化絕緣子顯示出較好的光自潔效果。

另外測試的三個對比點均為懸垂串，每個對比點各取三支絕緣子測試后求得平均值并作圖，結果如圖3所示。

圖3 懸垂串絕緣子鹽密度、灰密度對比

從測試結果看來，單片對比，沾玉線對應盤號的光催化和普通絕緣子鹽密值各有高低，曲營線測試結果亦是如此，平均值顯示兩個對比點光催化絕緣子的鹽密均比普通絕緣子高0.001 mg/ cm2，在工程測試偏差范圍內(nèi)，可認定二者鹽密值相同；虹花線光催化絕緣子鹽密值則略小于普通絕緣子。而三個對比點的灰密值比較顯示：光催化絕緣子的灰密值均大于普通絕緣子。

2 結束語

綜上所述，光催化絕緣子分解有機物油污的效果顯著，結合陽光、雨水、自然風等的作用，能有效減少因有機物親油性吸附的污垢。重污穢工業(yè)園區(qū)以耐張方式懸掛的光催化絕緣子顯示出良好的光自潔特性。重污穢工業(yè)園區(qū)懸垂串方式懸掛的光催化絕緣子鹽密值與普通絕緣子相當，而灰密值大于普通絕緣子。

耐張懸掛，絕緣子表面與地面垂直，在雨水、自然風等的作用下，沖刷效果明顯，因而能體現(xiàn)出較好的自潔特性；而垂直懸掛的絕緣子，上表面雨水沖刷效果不明顯，下表面甚至無法被雨水沖刷。對于重污穢地區(qū)，下表面積污程度甚至比上表面高一個數(shù)量級。從這個角度來講，下表面的積污決定著絕緣子鹽密、灰密值，對于這種情況，光催化絕緣子則很難發(fā)揮其自潔特性。光催化絕緣子在掛網(wǎng)運行過程中，并未出現(xiàn)閃絡現(xiàn)象，表明此時光催化絕緣子也具有一定的防污閃性能。此結果可能與光催化膜層的半導體特性有關，具體解釋還有待于后續(xù)研究。

總之，光催化絕緣子的自清潔作用與絕緣子的懸掛方式及污染源有關。盡管光催化絕緣子在某些條件下 (無機物污染、懸垂方式懸掛)其自潔特性得不到充分發(fā)揮，但其仍然表現(xiàn)出一定的防污閃性能。

[1] 張志勁，蔣興良，孫才新，等.污穢絕緣子閃絡特性現(xiàn)狀及展望 [J].電網(wǎng)技術，2006，30(2)：35-40.

[2] 王自力，張云剛.淺析絕緣子污閃原因及預防措施 [J].云南電力技術，2010，38(1)：44-45.

[3] 朱馨樂，謝一兵，李萍，等.納米TiO2光催化降解水中有機物機理研究進展 [J].化學通報，2003，66：1-8.

[4] 于龍蛟.輸電線路防污閃措施 [C].第七屆中國鋼鐵年會論文集，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，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 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

黃恒 (1974)男，工程師，昆明理工大電力工程技術有限公司，從事光催化絕緣子、防覆冰涂層的研究 (e-mail) 1054237819＠qq.com。

資助基金項目：

國家科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金，立項代碼13c26215305527昆明市科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金，立項代碼CJ20111109中國南方電網(wǎng)有限責任公司科技項目