支 鋒，張海峰，呂紅峰

（1.山西晉緣電力化學(xué)清洗中心有限公司，山西 太原 030006；2.國網(wǎng)浙江省電力公司，浙江 杭州 310007）

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的騰飛和電力事業(yè)的發(fā)展，供電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)逐漸升高，500 kV輸電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為我國電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架。500 kV輸變電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)供電可靠性具有舉足輕重的作用。因此，對(duì)500 kV輸變電設(shè)備的防污閃工作提出了更高的要求。輸變電設(shè)備帶電水沖洗作為一種節(jié)能高效的防污閃措施在近10年來得到了長足發(fā)展，全國數(shù)個(gè)省份大面積應(yīng)用，特別是在山西、廣東、浙江、江蘇、東北等地應(yīng)用廣泛。目前主要針對(duì)的是110～220 kV輸變電設(shè)備。500 kV設(shè)備由于本身基礎(chǔ)高度較高，而且隨著電壓等級(jí)的升高，安全距離的增大，操作難度也大大提高。對(duì)500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的研究很有必要。

1 輸變電設(shè)備帶電水沖洗的原理

帶電水沖洗是采用高壓水泵將凈化后的高阻值純凈水噴到設(shè)備表面，通過水柱的擊打和水流的渦漩將設(shè)備表面污穢溶解帶走，以達(dá)到降低設(shè)備表面鹽密值的效果。在帶電水沖洗作業(yè)中，由于沖洗水柱是由高壓水泵高壓射出的直線水柱，其并非水流連線，而是由無數(shù)水滴和空氣間隙組成。其絕緣性能主要由水滴的水電阻率和水滴中間的空氣間隙構(gòu)成，其絕緣性能接近于空氣間隙，在以水柱為主絕緣的沖洗方法中起著保護(hù)人身安全的關(guān)鍵作用。

2 國內(nèi)外帶電水沖洗的發(fā)展歷程

國內(nèi)自20世紀(jì)80年代初開始對(duì)帶電水沖洗技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。1980年開始對(duì)110 kV及220 kV水柱絕緣進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上提出水柱安全距離。1982和1983年又連續(xù)對(duì)110 kV及220 kV被沖洗設(shè)備的絕緣進(jìn)行研究。在前期科學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合十幾個(gè)供電局、發(fā)電廠的現(xiàn)場沖洗規(guī)程，總結(jié)了各地多年來的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，經(jīng)過認(rèn)真的審查后，于1984年5月正式頒布了SD129—1984《電氣設(shè)備帶電水沖洗導(dǎo)則》(試行)，成為我國第一份保證帶電水沖洗安全作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)[1]。1992年10月又進(jìn)一步修改形成GB13395—1992《電氣設(shè)備帶電水沖洗導(dǎo)則》，對(duì)220 kV設(shè)備水沖洗的水電阻率要求在3 000Ω·cm以上；對(duì)35 kV、63 kV、110 kV組合絕緣水柱的長度進(jìn)行了規(guī)范，規(guī)定了限制沖洗條件；對(duì)臨界鹽密值有比較大的修改，研究了臨界鹽密的影響。2000年以后，隨著帶電水沖洗設(shè)備技術(shù)的不斷提高，帶電水沖洗中水壓和水電阻率比以往有了很大提高。典型成果有：高原地帶帶電水沖洗的注意事項(xiàng)、變電站高層設(shè)備沖洗安全保障措施、220 kV電流互感器等大直徑套管沖洗方法、220 kV小水量組合絕緣帶電水沖洗的試驗(yàn)與研究等。部分高校和研究所合作研制了一些新型的帶電水沖洗設(shè)備，如固定式帶電水沖洗裝置。鐵路電氣化部門也在2003年成功研制了適用于電氣化鐵路的移動(dòng)沖洗車。2008年9月實(shí)行的GB13395—2008《電力設(shè)備帶電水沖洗導(dǎo)則》提出對(duì)水電阻率要求到1×105Ω·cm，該值是1992年標(biāo)準(zhǔn)3 000Ω·cm的33倍。該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容僅限于220 kV及以下等級(jí)的帶電水沖洗，對(duì)500 kV帶電水沖洗作業(yè)的相關(guān)內(nèi)容未涉及到。

國外對(duì)輸變電設(shè)備帶電水沖洗也進(jìn)行了大量研究，發(fā)展很快。美國、加拿大、日本、俄國、捷克以及中東沙特、約旦等國在超高壓的輸電線路及變電站都廣泛地開展起來。移動(dòng)式作業(yè)工具包括帶絕緣斗臂的帶電水沖洗車、機(jī)械手(遙控噴頭)及直升飛機(jī)、帶電作業(yè)機(jī)器人等，固定式水沖洗裝置包括多種噴嘴的噴射系統(tǒng)及水幕，還包括全套自動(dòng)化啟動(dòng)系統(tǒng)。帶電水沖洗適用的電壓等級(jí)已從交流110 kV線路擴(kuò)展到交、直流的750 kV線路，從110 kV變電站擴(kuò)展到500 kV變電站，以及配電網(wǎng)線路。

1987年，IEEE頒布了IEEE Std.957—1987《IEEEGuidefor cleaninginsulators》 （《IEEE絕緣子清潔導(dǎo)則》）。2005年，IEEE輸變電委員會(huì)對(duì)該導(dǎo)則進(jìn)行了完善和補(bǔ)充，形成了IEEEStd.957—2005《IEEEGuide for cleaning insulators》。其中講述的主要是帶電水沖洗技術(shù)，包括高、中、低壓3種帶電水沖洗技術(shù)。論述了世界上最先進(jìn)的設(shè)備配置、主要參數(shù)選用、水柱電氣特性、作業(yè)原則以及實(shí)踐中證明安全可靠的沖洗技術(shù)。

日本對(duì)固定式帶電水沖洗進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并于1976年開始應(yīng)用在500 kV變電站變壓器等設(shè)備的沖洗。主要研究了3 000Ω·cm水電阻率下不同水柱長度下的工頻、雷電、操作閃絡(luò)電壓，設(shè)計(jì)了多噴口扇形噴嘴，對(duì)扇形噴嘴的流量和壓強(qiáng)關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)。研究了固定帶電水沖洗管路系統(tǒng)水錘的作用，提出應(yīng)在下風(fēng)向和低風(fēng)速情況下進(jìn)行沖洗，這與我國國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)帶電水沖洗應(yīng)用天氣狀況的要求一致。

意大利和印度在1994年聯(lián)合研究帶電水沖洗技術(shù)，主要試驗(yàn)了420 kV系統(tǒng)帶電水沖洗所用水柱的絕緣性能。比較了不同波頭時(shí)間對(duì)水柱絕緣性能的影響，提出當(dāng)波頭時(shí)間為1 100μs時(shí)，水柱擊穿電壓最低。試驗(yàn)了帶電水沖洗絕緣子串不同部位時(shí)閃絡(luò)電壓的變化規(guī)律，得出的結(jié)論是沖洗到絕緣子串1/3處時(shí)最容易發(fā)生閃絡(luò)事故。

前蘇聯(lián)在20世紀(jì)80年代已在全蘇各種電壓等級(jí)變電站和輸電線路上進(jìn)行帶電沖洗。其噴嘴的出口壓力分為高壓（1 500～2 500 kPa） 和低壓（500～1 500 kPa） 兩類。高壓水流使用5 mm和6 mm的噴嘴，流量較小；低壓水流使用10～16 mm的大型噴嘴，流量較大。

前蘇聯(lián)根據(jù)定向水流裝置在噴頭各種壓力和噴嘴直徑的條件下對(duì)水流的流體動(dòng)力性能經(jīng)過廣泛研究，包括不同直徑水柱的有效長度，噴嘴的各種形狀、水柱結(jié)構(gòu)、用水量和水柱的清洗效果——水柱的沖擊力與各種污穢物的可清洗性的聯(lián)系等，得出一系列數(shù)據(jù)。如當(dāng)8～10 mm直徑的噴嘴壓力從400 kPa上升到1 000 kPa時(shí)，水柱的密集性和水的透氣性決定了水柱泄漏增加，當(dāng)5～6 mm直徑的噴嘴壓力由1 000 kPa增加到2 500 kPa時(shí)，水柱泄漏減少。又如當(dāng)均勻清洗時(shí)，泄漏電流的產(chǎn)生過程具有平穩(wěn)增加的性質(zhì)，而與污穢密度無關(guān)。污穢物中的導(dǎo)電部分可在清洗一開始就清洗掉，然后再把污穢物中的不溶解的微粒清除。

美國在電力設(shè)備帶電水沖洗方面發(fā)展比較全面，特別是其沖洗工具制造方面經(jīng)驗(yàn)豐富。大型專業(yè)生產(chǎn)帶電水沖洗設(shè)備的公司，已經(jīng)具有30多年制造、銷售和維護(hù)帶電水沖洗設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還具有高空帶電作業(yè)（用帶電絕緣車） 等多方面經(jīng)驗(yàn)；并且銷售到中東沙特、阿聯(lián)酋、約旦、美洲巴西、墨西哥以及亞洲日本等30多個(gè)國家使用。

縱觀國內(nèi)外帶電水沖洗技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗領(lǐng)域還存在很多空白，需要從安全距離、水的絕緣性能、沖洗方式、鄰近效應(yīng)、沖洗角度、鹽密控制、沖洗效果等方面開展理論和試驗(yàn)研究，從而支撐500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗工程實(shí)踐，形成一套成熟的500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗作業(yè)實(shí)施辦法。

3 研究的主要內(nèi)容和成果

近年來，我國輸變電設(shè)備帶電水沖洗技術(shù)和手段在不斷地改進(jìn)和日臻完善，國內(nèi)對(duì)于220 kV及以下電壓等級(jí)的電力設(shè)備帶電水沖洗技術(shù)已經(jīng)成熟，而且具有了多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，帶電水沖洗工作在防污閃事故發(fā)生方面起著重要作用，而且在將來的一段時(shí)期內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用。浙江省不少發(fā)電廠、變電站和輸電線路都相繼開展了此項(xiàng)工作，既減少了停電時(shí)間又達(dá)到了防污閃的效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。由于電壓等級(jí)的不斷提升，電氣設(shè)備的布置高度越來越高，帶電水沖洗工作遇到了一個(gè)發(fā)展史上的瓶頸，國內(nèi)幾個(gè)發(fā)達(dá)地區(qū)正在開展500 kV變電站帶電水沖洗研究工作，而且正在嘗試采用直升機(jī)對(duì)500 kV線路瓷瓶進(jìn)行帶電水沖洗[1]。

國網(wǎng)浙江省電力公司和山西晉緣電力化學(xué)清洗中心有限公司順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，于2013年對(duì)500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗進(jìn)行了探索研究。從人身和設(shè)備安全出發(fā)，首先進(jìn)行了水柱絕緣特性和設(shè)備泄漏電流的相關(guān)試驗(yàn)，隨后對(duì)不同設(shè)備的各種沖洗方法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，形成了地方性的《500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗導(dǎo)則》。

針對(duì)水柱絕緣特性，選取潔凈支柱絕緣子為帶電水沖洗對(duì)象，在支柱絕緣子上施加最大工作相電壓（50×1.1=318 kV），采用“雙槍跟蹤、一沖多回”方法進(jìn)行帶電水沖洗，用微安表測(cè)量流過水槍噴口處的泄漏電流。研究不同水柱長度，見表1；水電阻率，見表2；噴口直徑，見表3對(duì)水柱泄漏電流的影響。并且形成了水柱泄漏電流與水柱長度的關(guān)系曲線，見圖1；水柱泄漏電流與水電阻率的關(guān)系曲線，見圖2；水柱泄漏電流與噴口直徑的關(guān)系曲線，見圖3。

表1 泄漏電流與水柱長度的關(guān)系

圖1 水柱泄漏電流與水柱長度的關(guān)系

表2 泄漏電流與水電阻率的關(guān)系

圖2 水柱泄漏電流與水電阻率的關(guān)系

表3 泄漏電流與噴口直徑的關(guān)系

圖3 水柱泄漏電流與噴口直徑的關(guān)系

從相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：水柱泄漏電流隨水柱長度的增加減小，隨槍嘴口徑的增大而減小，隨水電阻率的增大而減?。恢挥性谒L度為4 m，噴口直徑為10 mm，設(shè)備相電壓不低于500 kV時(shí)，水柱泄漏電流大于1 mA。

對(duì)不同直徑的設(shè)備進(jìn)行不同沖洗方法的比較，分別對(duì)電流互感器、支柱絕緣子和斷路器絕緣支柱進(jìn)行兩槍、三槍、四槍的沖洗效果比較。通過對(duì)沖洗方法的優(yōu)選，根據(jù)設(shè)備直徑的大小對(duì)500 kV不同的設(shè)備類型建議采用不同的方法進(jìn)行沖洗。支柱絕緣子和斷路絕緣支柱建議采用雙槍跟蹤法，電流互感器和電壓互感器建議采用三槍組合沖洗法，雙支柱并立式隔離開關(guān)建議采用四槍組合沖洗。并且對(duì)有關(guān)參數(shù)建議如下：水柱長度6 m以上，槍嘴口徑10 mm以下，水電阻率200 000Ω·cm以上，嚴(yán)格控制各參數(shù)，保證施工安全。

在明確了水柱絕緣特性的前提下，確定了不同類型設(shè)備的沖洗方法和技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行了電氣設(shè)備在人工污穢條件下的帶電水沖洗試驗(yàn)，并且采用紫外成像儀進(jìn)行全程拍攝。沖洗參數(shù)：水電阻率≥300 000Ω·cm，噴口直徑8 mm，水泵出口壓力1.9 MPa，水柱長度10 m，設(shè)備表面鹽密值為0.03～0.75 mg/cm2。當(dāng)設(shè)備表面鹽密值小于0.2 mg/cm2時(shí)，所有設(shè)備均無明顯起弧現(xiàn)象，泄漏電流小于30 mA；當(dāng)設(shè)備表面鹽密值大于0.2 mg/cm2時(shí)，電流互感器和雙支柱隔離開關(guān)有明顯放電聲，伴有明顯起弧現(xiàn)象，泄漏電流大于40mA。建議500kV變電設(shè)備帶電水沖洗表面鹽密控制在0.2mg/cm2以下，特別注意電流互感器等大直徑設(shè)備和雙支柱隔離開關(guān)。

針對(duì)輸電線路絕緣子串，主要采用組合絕緣小水沖進(jìn)行沖洗，由于電壓等級(jí)的升高，絕緣子數(shù)量增加，安全距離增大，懸垂絕緣子串建議采用絕緣繩懸吊沖洗法，耐張絕緣子串采用滑板支撐沖洗法。此兩種方法安全系數(shù)高，通過人身泄漏電流小于0.5 mA，設(shè)備泄漏電流小于10 mA。操作簡單，對(duì)施工設(shè)備要求較低，可滿足所有地區(qū)的沖洗要求，特別是山區(qū)，交通不便水量不足的地方。

在試驗(yàn)場地完成大量試驗(yàn)，取得詳實(shí)可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，于2014年6月6日在500kV王店變電站完成500kV變電設(shè)備帶電水沖洗現(xiàn)場試驗(yàn)。于2014年7月1日在500 kV甌四5471線上完成了輸電設(shè)備帶電水沖洗現(xiàn)場試驗(yàn)，均取得了良好的效果。

4 結(jié)束語

500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗的試驗(yàn)研究證明，500 kV輸變電設(shè)備可以進(jìn)行帶電水沖洗，在操作過程中不同類型的設(shè)備采用不用的沖洗方法，可以嚴(yán)格控制設(shè)備表面鹽密值，如果嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，安全可以保證，沖洗效果良好。500 kV輸變電設(shè)備帶電水沖洗是國內(nèi)首次開展的最高電壓等級(jí)的現(xiàn)場應(yīng)用，項(xiàng)目成果可直接用于500 kV輸變電設(shè)備的防污閃工作；項(xiàng)目的大面積推廣應(yīng)用，可有效防止污閃跳閘事故，提高電網(wǎng)的供電可靠性。

[1]王如璋.帶電水沖洗的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].東北電力技術(shù)，1994（7）：41-43.