張 濤，畢睿華，張云翔，陳 昊，張 明，潘朝賢

(1.國網江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 210019； 2.淮安市宇陽電力科技有限公司，江蘇 淮安 223001；3.南京工程學院電力工程學院，江蘇 南京 211167)

基于化學清洗劑與氣動清洗機的絕緣子帶電清掃技術的研究

張 濤1，畢睿華2, 3，張云翔1，陳 昊1，張 明1，潘朝賢2

(1.國網江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 210019； 2.淮安市宇陽電力科技有限公司，江蘇 淮安 223001；3.南京工程學院電力工程學院，江蘇 南京 211167)

介紹一種適用于220 kV及以下的廣自由度手持式帶電清掃絕緣子的綜合機械的研制。該裝置集氣動傳動與流體傳動優(yōu)勢于一體，克服目前絕緣子清掃技術存在的不足，對處于懸式絕緣子進行無死角清洗，使電氣設備的絕緣水平控制在安全范圍之內，試驗結果表明了該方法的有效性。

懸式絕緣子；帶電清掃；污閃；氣動泵；化學清洗劑

0 引 言

20世紀80年代以來，隨著工業(yè)生產飛速發(fā)展，中國大氣環(huán)境污染日趨嚴重，引起電網設備污閃事故隨之突增，嚴重影響電力系統(tǒng)安全運行。1989年1月6日和12月5日，華東電網220～500 kV線路多座變電站污閃，造成華東、上海500 kV主網長時間停電；1990年2月10日—28日京津唐電網及河北南網、河南西部與北部電網發(fā)生大面積污閃停電；此后，1996年末、1997年初、1998年初、2000年初全國電網均出現(xiàn)過較大范圍的污閃事故[1]。

變電所絕緣子表面受到固體、液體和氣體的導電物質的污染，使絕緣層表面電導增大，泄漏電流增加，產生局部放電，在運行電壓下絕緣件表面的局部放電發(fā)展成為電弧閃絡。污閃時電力系統(tǒng)的重合閘成功率降低，容易造成較大面積停電；另外，污閃中伴隨的強力電弧極易損壞電氣設備，所以，在國家電網新發(fā)布的十八項反措[2]中，設備防污閃是重要的措施之一。

絕緣帶電清掃提供了一種非常好的設備防污閃的手段。

1 絕緣子防污閃的措施對比

現(xiàn)階段中國廣泛使用的電力設備外絕緣維護技術還是“爬、掃、涂”的方式?！芭馈敝刚{節(jié)電力設備外絕緣爬電距離；“掃”主要包括停電清掃和帶電清掃，其中帶電清掃有帶電水清洗、帶電氣吹清掃、帶電干清掃和近年來新發(fā)展的帶電化學劑清掃等；“涂”主要指在絕緣子表面涂敷RTV防污材料。

調整爬電距離的一般是將普通絕緣子更換為合成絕緣子或防污型絕緣子，或適當增加絕緣子片數，對于無法更換的設備，加裝用硅橡膠制作的增爬裙，彌補爬電比距之不足。這種方法一次性投入成本非常高，另外，絕緣子表面污閃的耐壓水平與爬電距離之間具有的“飽和效應”會給線路的架設帶來困難。

而在絕緣子表面涂抹RTV涂料的方法也只能提高絕緣子防污能力6—7年。RTV涂料呈現(xiàn)出優(yōu)異的憎水性和憎水遷移性，在絕緣子表面染污后，RTV將憎水性傳遞給表面的污層，使污層表面也呈現(xiàn)憎水性。污層表面不會形成水膜，水滴在重力下掉落從而有效地防止沿面閃絡。如果RTV表面污層過厚或者長時間處于潮濕條件下，會使憎水性難以遷移至污層表面，從而導致絕緣子的外絕緣性能大大降低。尤其在RTV喪失絕緣性能后，很難從外絕緣表面上清除下來，涂料的氧化起皮，同樣會降低絕緣子的外絕緣性能。

停電清掃是工作人員用抹布或刷子等簡易工具在停電設備上進行清掃，這種清掃只能降低絕緣子表面10%～30%的鹽密度和20%的泄漏電流。而且對于停電機會越來越少的超高壓變電設備，停電清掃成為難以實現(xiàn)的措施。

近些年，根據輸變電設備絕緣的具體污染情況，定期或不定期的進行帶電絕緣清掃，成為設備絕緣防污閃高效、可靠、簡便的重要措施。而傳統(tǒng)的帶電清掃方式都存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)如下：

1)帶電水清掃的限制條件較多，如：清掃前，應掌握絕緣子的臟污情況，當鹽密值大于臨界鹽密值的規(guī)定時，不宜帶電水清掃；避雷器及密封不良的設備，不宜帶電水清掃；在潮濕環(huán)境下，容易造成人身傷害；清掃路線要格外注意，一旦在絕緣子表面形成污水線，將會引起絕緣閃絡。

2)帶電氣吹清掃難以達到理想的去污效果，而且由于灰塵或鋸末會到處飄落，會形成對絕緣的二次污染。

3)帶電干清掃只能清掃粘結不牢固的浮塵，清掃效果不徹底，同樣也會形成二次污染。

4)帶電機械驅動化學劑清掃的方式是目前研究較多的方式。但該種方式由于采用操作桿頭部的機械馬達驅動毛刷轉盤，因此，其持舉的清掃機較重(達到10 kg左右)，導致作業(yè)不靈活，容易產生清掃死角；而對于不是對地垂直懸掛的一部分懸式絕緣子，該清掃機將無能為力。另外，該清掃機作業(yè)時有電動馬達靠近高壓設備，將會影響高壓設備的安全凈距，帶來一定的安全隱患。對于設備上一些頑固的油污，如果采用清洗劑大力沖洗，容易造成電氣設備部件脫落的危險。

江蘇省電力公司檢修分公司和淮安宇陽電力科技有限公司聯(lián)合研制的采用專利清洗劑浸濕污穢，并用氣動馬達驅動毛刷旋轉的清掃方式很好地解決了上述缺點，具有可靠性高、操作方便、清掃效果好的特點。

2 絕緣清洗劑的技術特點

論文[8]、[10]對不同地區(qū)的絕緣子污穢成分進行研究，結果表明污穢主要成分為CaSO4、SiO2、Al2O3。其中沿海地區(qū)污穢中可溶性成份是以NaCl2為主，而內陸主要成份是以CaSO4為主。論文[9]指出絕緣子表面污穢由雜亂排列的結晶狀物質緊密堆積，有空隙存在。論文[11]指出污穢與RTV涂料結合緊密，僅靠水洗或者人工擦洗很難將其徹底清洗干凈，絕緣清洗劑對絕緣子(16KNM-E)表面污穢有較好的清洗作用，但是清洗劑噴灑到絕緣子表面后，需要借助外力擦掃才能將污穢徹底清洗掉。

絕緣清洗劑的主要成分為助洗劑和表面活性劑，助洗劑的沸點較低(48～50 ℃)，約占帶電清洗劑的80%；帶電清洗劑中的表面活性劑為非離子表面活性劑，沸點較高，顏色為淡黃色，占10%。絕緣清洗劑的優(yōu)點如表1；絕緣的化學清洗劑的相關技術特性如表2所示。

表1 絕緣清洗劑的技術優(yōu)點

該種絕緣清洗劑與傳統(tǒng)的清洗介質(如蒸餾水、水蒸汽、其他化學清洗劑)相比，具有適用電壓等級高、安全性高、高絕緣、無閃點、不燃燒、易揮發(fā)、除污能力強、環(huán)保等特點，同時清洗后會在設備表面形成保護膜，具有憎水、防霉、提高絕緣值、抗氧化等保護作用，可有效提高系統(tǒng)設備運行安全性和使用壽命。

3 絕緣氣動清掃機的技術特點

所提出的絕緣子自動清掃機由落地式動力源和手持清掃器兩部分組成，利用空壓機作為動力源。清掃器有高絕緣的操作桿、氣管、氣動馬達和毛刷組成。氣管內置于絕緣操作桿的手持的那一節(jié)中，而其余幾節(jié)絕緣桿上，氣管則是螺旋狀纏繞在絕緣桿表面。氣管的末端接入固定于絕緣桿端部的氣動馬達上。馬達頭部裝有圓形旋轉毛刷。絕緣桿和氣動馬達之間通過聚丙烯材料制成的接頭連接，接頭可以做到上下270°旋轉，從而可以調整毛刷與絕緣子的接觸角，做到清掃無死角。絕緣桿手持部分末端裝有限位套，并連接有接地線，充分考慮操作人員的安全。

表2 絕緣清洗劑的技術特性

清掃機的接頭是個多功能接頭，除了可以固定氣動馬達外，也可以固定用來噴灑絕緣清洗劑的噴壺，噴壺可以根據絕緣的污穢程度來調節(jié)噴灑的劑量，見圖1。絕緣氣動清掃機的主要技術參數見表3。

圖1 絕緣氣動清掃機

技術項目技術參數電壓等級/kV22結構高度/m3.6主絕緣桿長度/m2.3絕緣操作桿耐受水平 試驗絕緣長度/m試驗電壓/kV1.8440耐受1min絕緣操作桿電阻值/GΩ1氣管絕緣電阻值/GΩ1毛刷數量/個下層硬毛,上層軟毛刷頭2個;軟毛刷頭3個空壓機輸出壓力/MPa無油、無水的空氣8空壓機的工作電壓/kV交流220氣動馬達轉速/(r·min-1)≥1400手持清掃器部件重量/kg4使用環(huán)境溫度與使用海拔高度/℃-20～602000m及以下

氣動絕緣清掃機工作原理如下：

第1步：空壓機對空氣處理后，將無油無水的高壓空氣通過絕緣氣管驅動氣動馬達，由氣動馬達帶動清掃刷進行高速清掃，通過干掃可以一定程度地提高絕緣子的絕緣性能；

第2步：然后利用氣動噴壺將絕緣清洗劑形成霧狀均勻噴射于待清掃設備上，使污穢濕潤而不形成掛淋(污水流)，充分溶解污穢積垢，清洗劑將在1 min內揮發(fā)干燥，并將污穢積垢轉化為粉塵；

第3步：用氣動馬達帶動清掃刷對設備進行清掃，可以做到絕緣清掃后絕緣清潔如新。

4 試驗驗證

裝置試制成功后在南京地區(qū)某220 kV的變電站進行現(xiàn)場模擬帶電清掃作業(yè)試驗。清掃對象為某型220 kV變電所的支柱絕緣子，并進行清掃前后絕緣子上的鹽密、灰密試驗，以供比對。其中A相絕緣子的試驗結果如表4所示。

表4 絕緣清掃試驗記錄

現(xiàn)場試驗結果表明，該裝置在清掃速度、清掃質量、安全性能等方面表現(xiàn)出顯著的效果。

圖2 220 kV變電站試驗

5 結 論

這套基于氣動原理和化學絕緣清洗劑的多自由度絕緣清掃機具有下列優(yōu)點：1)絕緣性能優(yōu)良，抗潮性能強，確保帶電作業(yè)人員的安全；2)機具重量輕，減輕帶電作業(yè)人員的勞動強度；3)刷頭可以270°旋轉，配合絕緣操作桿與絕緣子的相對位置，完全做到清掃不留死角；4)清洗劑呈霧狀噴灑，充分濕潤污垢而不掛淋；5)易損零部件少，維護方便，使用壽命長。

這套裝置研制成功后已經在35kV、110kV、220kV的變電站多次進行現(xiàn)場清掃作業(yè)。裝置在清掃速度、清掃質量、安全性能等方面表現(xiàn)出顯著的效果，既節(jié)約人力、物力、時間，又減少了設備因停電清掃帶來的經濟損失，具有廣泛的應用前景。

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The research on handheld live cleaning device with wide degree of freedom for 220 kV insulator and lower level is introduced, which has the advantages of both pneumatic and fluid drives. It overcomes the shortcomings of current insulator cleaning technology in power industry and can realize the complete cleaning to ensure the insulation security of electrical equipment. The test results verify the effectiveness of the proposed method.

suspension insulator; live cleaning; pollution flashover; pneumatic pump; chemical detergent

科技項目：國家電網江蘇省電力公司科技創(chuàng)新項目(JSDL-XLFW-DJX-2014-06-5B14)

TM855

A

1003-6954(2015)03-0012-03

2015-01-10)

張 濤(1979)，碩士，工程師，從事輸變電運檢管理和高電壓絕緣技術的研究。