[摘 要]某海外風(fēng)電場230 kV升壓站出現(xiàn)高壓設(shè)備絕緣瓷瓶污穢放電現(xiàn)象，其高壓設(shè)備外絕緣配置符合該地區(qū)現(xiàn)場污區(qū)等級(jí)要求，但在特殊條件下，仍發(fā)生了污穢放電現(xiàn)象，極易發(fā)生污閃事故。文章分析了該海外風(fēng)電場230 kV升壓站污穢放電的原因，提出了治理措施并應(yīng)用了新一代特殊環(huán)境用的防污閃涂料，取得了良好效果。

[關(guān)鍵詞]污穢放電；絕緣；預(yù)防治理；HRTV-II防污閃涂料

[中圖分類號(hào)]TM216 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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 海外風(fēng)電場230 kV升壓站污穢放電問題

埃塞俄比亞某風(fēng)電場230 kV升壓站帶電投運(yùn)后，戶外高壓設(shè)備絕緣瓷瓶傘裙表面出現(xiàn)大范圍的放電現(xiàn)象，部分絕緣瓷瓶表面還出現(xiàn)局部電弧現(xiàn)象。若情況持續(xù)惡化，遇到特殊氣候情況時(shí)，極有可能發(fā)生閃絡(luò)事故，嚴(yán)重威脅風(fēng)電場主設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 絕緣子污穢閃絡(luò)機(jī)理分析

絕緣子的表面性能對(duì)絕緣子污穢閃絡(luò)過程有較大影響。兩種表面條件即親水和憎水，親水的表面通常與玻璃或瓷絕緣子有關(guān)，而憎水表面通常與聚合物絕緣子，特別是硅橡膠絕緣子有關(guān)。在潮濕條件下，如雨、霧等，親水表面將完全地潮濕，從而形成電解液面覆蓋該絕緣子。相反，憎水的表面上是水珠，甚至是小水滴。

親水型污穢的閃絡(luò)過程可分為 6 個(gè)階段。在自然條件下這些階段不會(huì)消失，但可能會(huì)合并。親水表面通常為玻璃或瓷絕緣子表面，其污穢閃絡(luò)的6個(gè)階段如下。

（1）階段1。由于環(huán)境影響，絕緣子表面由污穢層覆蓋。

（2）階段2。通過潮氣的吸收、冷凝和沉降，污穢絕緣子的表面變得潮濕。

（3）階段3。一旦帶電的絕緣子覆蓋了導(dǎo)電的污穢層，其表面就會(huì)流過泄漏電流，在幾個(gè)工頻周期內(nèi)就可以引起其熱效應(yīng)，使污層一部分變干。變干部分為電流密度最高的部分，即在絕緣子的最窄部分，引起了“干帶”形成。

（4）階段4。由于存在干帶，且污層不會(huì)均勻地干燥，這就使得導(dǎo)電路徑被中斷了，即干帶中斷了泄漏電流的流動(dòng)。

（5）階段5。跨過干帶呈現(xiàn)線對(duì)地電壓，引起了空氣擊穿，且此干帶通過電弧與濕的導(dǎo)電部分電氣相串聯(lián)。當(dāng)絕緣子每次在干帶上跳火花時(shí)就會(huì)引起一個(gè)泄漏電流脈波。

（6）階段6。如果污層上是濕的，且導(dǎo)電部分電阻足夠低，則干帶會(huì)被電弧繼續(xù)橋接并將沿著絕緣子的延伸，橋接越來越多的表面。此時(shí)也降低了與電弧串聯(lián)的電阻，使電流變大，并使電弧可橋接更多的絕緣子表面，最后被完全地橋接并產(chǎn)生線對(duì)地的一次故障，即閃絡(luò)故障。

整個(gè)過程可歸納為絕緣子、污穢、受潮條件和所加電壓之間的相互作用的過程。

3 230 kV升壓站污穢放電原因分析

結(jié)合絕緣子污穢放電及閃絡(luò)機(jī)理分析，發(fā)生污閃有幾個(gè)必要條件：①絕緣子表面附著大量的污穢物；②濕潤氣象持續(xù)發(fā)生，污穢物吸收水分受潮；③設(shè)備絕緣裕度不足。

根據(jù)以上3個(gè)基本條件，結(jié)合該工程特點(diǎn)進(jìn)行如下分析。

3.1 污穢源及污穢類別

該風(fēng)電場所處區(qū)域?yàn)榘敫瓯诘貐^(qū)，遠(yuǎn)離城市，周邊無工業(yè)，每年干旱期持續(xù)時(shí)間較長，降雨時(shí)間僅在短暫的雨季，土壤主要為砂質(zhì)土壤，且該區(qū)域雨季下雨前偶爾伴有沙塵暴。絕緣瓷瓶主要被風(fēng)帶來的塵土所污染，雨水稀少使得絕緣瓷瓶自然清潔效果較差。其環(huán)境特點(diǎn)屬于 IEC/TS 60815-1-2008《污染條件下用高壓絕緣子的選擇和定尺寸 第1部分：定義、信息和一般原理》標(biāo)準(zhǔn)中環(huán)境的一般分類中典型的“荒漠型”環(huán)境，污穢物屬于A類污穢，主要為不溶污穢物。

3.2 環(huán)境大氣濕度

在高濕度條件下，污穢物通常具有導(dǎo)電性和吸濕性，大幅降低了電氣設(shè)備的絕緣水平。經(jīng)實(shí)地觀測，升壓站內(nèi)高壓設(shè)備絕緣瓷瓶外表面放電及局部電弧情況主要發(fā)生在長期無降雨且風(fēng)沙大、晝夜溫差大、濕度大的季節(jié)，且凌晨到清晨易發(fā)生凝露現(xiàn)象，因此在這種環(huán)境情況下，絕緣瓷瓶表面累積的污穢物容易受潮，導(dǎo)致絕緣瓷瓶表面電導(dǎo)和泄漏電流大幅增大，絕緣瓷瓶的閃絡(luò)電壓顯著降低。閃絡(luò)的可能性隨泄漏電流的升高而增大，并且主要由決定了電流大小的表面層電阻確定。因此，若污層導(dǎo)電部分的電阻足夠低，則極有可能產(chǎn)生閃絡(luò)事故。

3.3 外絕緣設(shè)計(jì)因素

由于前期未進(jìn)行現(xiàn)場污穢度測量，無法得到不溶沉淀物密度NSDD和等值鹽密ESDD具體數(shù)據(jù)，但根據(jù)前期現(xiàn)場考察及收資情況，升壓站采用 IEC/TS 60815-1-2008標(biāo)準(zhǔn)中污穢等級(jí)e級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考統(tǒng)一爬電比距（RUSCD）和現(xiàn)場污穢度（SPS）對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)所確定的污穢等級(jí)，結(jié)合圖1，設(shè)計(jì)選用的參考統(tǒng)一爬電比距為53.7 mm/kV，對(duì)應(yīng)的三相交流系統(tǒng)的爬電比距為31 mm/kV。三相交流的最高線電壓為252 kV，因而要求的最小爬電距離為7 812 mm。該工程各高壓設(shè)備外絕緣最小爬電距離均不低于7 812 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

該工程230 kV送出輸電線路采用國標(biāo)GB50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)，污穢等級(jí)選擇為IV區(qū)，也為國標(biāo)中最高污穢等級(jí)。按標(biāo)稱電壓（230 kV）選擇，爬電比距應(yīng)達(dá)3.20～3.80 cm/kV，考慮外絕緣裕度，爬電比距采用上限值3.80 cm/kV，因此，線路絕緣子要求的最小爬電距離為8 740 mm，實(shí)際選用的耐污復(fù)合絕緣子串爬電距離達(dá)到了9 000 mm，遠(yuǎn)高于升壓站高壓設(shè)備外絕緣最小爬電距離。

該工程的230 kV輸電線路與230 kV升壓站處于同一個(gè)區(qū)域，但230 kV輸電線路耐張絕緣子串及跳線絕緣子串卻未見污穢放電現(xiàn)象，這與輸電線路絕緣子串選用耐污復(fù)合絕緣子以及輸電線路爬電距離裕度較大、外絕緣性能更好這兩方面因素有一定關(guān)系。

根據(jù)GB/T 26218.1—2010《污穢條件下使用的高壓絕緣子的選擇和尺寸確定 第1部分：定義、信息和一般原則》標(biāo)準(zhǔn)，升壓站所選取的參考統(tǒng)一爬電比距的值53.7 mm/kV為該污穢等級(jí)最低要求的優(yōu)先選用值，如果現(xiàn)場污穢度（SPS）等級(jí)估計(jì)趨向鄰近的較高的等級(jí)，那么可能要沿著曲線選用。綜合以上分析，如果充分考慮外絕緣裕度并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際氣候條件因素，根據(jù)圖1，升壓站進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時(shí)可沿曲線選擇適當(dāng)高于53.7 mm/kV的爬電比距，會(huì)取得更好的防污閃效果。

4 采用合適的防污閃治理方案

4.1 絕緣子清潔

充分利用每年高壓設(shè)備調(diào)停及計(jì)劃檢修的機(jī)會(huì)對(duì)設(shè)備外絕緣進(jìn)行徹底清掃，以保證外絕緣的清潔。大部分情況下出現(xiàn)的污閃是因?yàn)閷?duì)絕緣子的清掃不夠，而導(dǎo)致絕緣子表面出現(xiàn)了很多污垢，這些污垢長期累積導(dǎo)致了絕緣子絕緣性能下降。

4.2 噴涂防污閃涂料

防污閃涂料是用于噴涂在運(yùn)行絕緣子外表面上的一種常溫固化硅橡膠涂料，利用其優(yōu)異的憎水性和憎水遷移性可抑制污穢黏附于絕緣子表面，從而提高絕緣子的防污能力。例如，在遇到雨天等惡劣天氣時(shí)，潮濕臟污的絕緣子表面會(huì)出現(xiàn)連續(xù)水膜而發(fā)生閃絡(luò)，而噴涂防污閃涂料，絕緣子污層表面則無法形成連續(xù)的水膜，當(dāng)有污物落到絕緣子的涂層上時(shí)污物便與水珠一起滾落，阻礙絕緣子與污穢物間的接觸，抑制放電通道的發(fā)展，從而提高絕緣子的抗污閃性能。

當(dāng)設(shè)計(jì)選用的絕緣子爬電距離已不能滿足實(shí)際防污等級(jí)需求時(shí)，雨霧等惡劣天氣下，爬電距離較小的絕緣子易出現(xiàn)污閃現(xiàn)象。針對(duì)此情況，可進(jìn)行絕緣子換型改造，以增加絕緣子串的爬電距離，提高抗污閃能力。

由于調(diào)爬、增爬方案周期長、工作量大、成本高，結(jié)合該工程所處區(qū)域特點(diǎn)，經(jīng)綜合評(píng)估，采用整站戶外高壓設(shè)備絕緣瓷瓶及絕緣子串噴涂第三代特殊環(huán)境用防污閃涂料的預(yù)防治理措施。其主要特點(diǎn)如下。

（1）污閃涂料的憎水遷移性越強(qiáng)，抗積污能力就越強(qiáng)，抗污閃能力則越好。相比傳統(tǒng)持久型防污染PRTV涂料，特殊環(huán)境用防污染涂料HRTV-II具有更強(qiáng)憎水遷移性，可提供更持久憎水性達(dá)到防污閃效果，有效解決常規(guī)防污閃涂料憎水性喪失快、壽命較短的難題。

（2）相比傳統(tǒng)PRTV涂料，大幅提升了涂料的防紫外線、防老化、耐溫變性能，適用于高海拔地區(qū)及強(qiáng)烈紫外線照射、大風(fēng)沖擊、頻繁溫差變化引起的應(yīng)力損傷等嚴(yán)苛環(huán)境。

該風(fēng)電場所處地區(qū)干旱時(shí)間長，平均氣溫高，日照時(shí)間長，紫外線強(qiáng)，平均風(fēng)速高，沙塵天氣較多。因此，更適合應(yīng)用具有以上特性的HRTV-II防污閃涂料。

5 方案實(shí)施

5.1 方案實(shí)施重點(diǎn)

施工工藝要求及驗(yàn)收可參考標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5727—2016《絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料現(xiàn)場施工技術(shù)規(guī)范》。施工過程中，若噴涂工藝質(zhì)量控制不佳，涂層厚度不均勻或噴涂前未做好絕緣瓷瓶表面清潔，則易出現(xiàn)脫皮、起泡、龜裂等問題，間接導(dǎo)致憎水性的減退。

施工前需要將支柱絕緣瓷瓶瓷傘裙表面擦拭干凈，且處于干燥狀態(tài)，施工區(qū)域的地面及物品要采取臨時(shí)保護(hù)措施以便被涂料污染。噴涂HRTV-II涂料對(duì)施工環(huán)境要求較高，嚴(yán)禁在起霧、凝露、降水、降雪等可能導(dǎo)致絕緣瓷瓶表面受潮的氣象條件下進(jìn)行防污閃涂料施工。此外，不宜在嚴(yán)重?fù)P塵條件下施工，且施工期間的環(huán)境溫度應(yīng)在 -20 ℃以上，風(fēng)速不應(yīng)高于5級(jí)。

5.2 實(shí)施后效果

在絕緣瓷瓶表面噴涂HRTV-II防污閃涂料后，在遇到霧、露、毛毛雨等潮濕氣象時(shí)，污穢層很難濕潤，即使附著少量水份，也僅以不連續(xù)的小水珠形式存在，不形成連續(xù)的水膜，抑制了泄漏電流及局部電弧的產(chǎn)生和發(fā)展，顯著提高了絕緣瓷瓶的耐污閃電壓，有效防止了絕緣瓷瓶發(fā)生污閃。

6 結(jié)論

（1）對(duì)于海外特殊氣候區(qū)域項(xiàng)目，如有條件，應(yīng)充分調(diào)研，進(jìn)行現(xiàn)場污穢度評(píng)估，選取合適的污穢等級(jí)及爬電比距，考慮足夠裕度，做好設(shè)備外絕緣設(shè)計(jì)、配置，并結(jié)合國內(nèi)外類似工程經(jīng)驗(yàn)，提前制訂防污閃預(yù)案。

（2）HRTV-II防污閃涂料的實(shí)施應(yīng)用大幅降低了污閃隱患，提高了升壓站運(yùn)行的安全性。經(jīng)過半年的運(yùn)行監(jiān)測和驗(yàn)證，高壓設(shè)備絕緣瓷瓶的沿面放電情況基本消除，提高了設(shè)備的絕緣水平，起到了防止污閃的作用。

（3）該工程所在地為典型的半戈壁地區(qū)，地域廣、檢修人員少、運(yùn)行維護(hù)設(shè)備多、工作量大，HRTV-II防污閃涂料擁有超強(qiáng)的增水性和憎水持久性，以及優(yōu)秀的耐候性，較PRTV具有更長的使用壽命，正常使用周期內(nèi)可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，將極大地減輕高壓設(shè)備整體維護(hù)工作量，減少停電時(shí)間。同時(shí)，這也是在海外首次涂裝應(yīng)用國產(chǎn)特殊環(huán)境用HRTV-II防污閃涂料，對(duì)戈壁等特殊氣候地區(qū)的發(fā)輸電系統(tǒng)的污閃預(yù)防和治理工作有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 齊振東.戶外絕緣子污穢閃絡(luò)原因分析及防污閃的幾點(diǎn)措施[J].數(shù)字化用戶，2019（28）：207.

[2] 污穢條件下使用的高壓絕緣子的選擇和尺寸確定第2部分：GB/T 26218.2—2010[S].