架空输电线路绝缘子防污维护技术研究

2012-09-28张秀峰丁兆冈

电线电缆 2012年2期

张秀峰，孙烨，石礁，丁兆冈

(浙江舟山电力局，浙江舟山316021)

0 引言

绝缘子表面污秽物有可溶和不可溶两部分，可溶部分俗称盐，不可溶部分俗称灰。我国电力系统中对绝缘子污秽程度的表征采用的主要参数是等值附盐密度(简称盐密)(ESDD)和灰密(NDD)。据统计，目前由于污秽而引起的绝缘子闪络事故在电力系统总事故中，仅次于雷害而居第二位，但由污闪事故所造成的损失却是雷害事故的10倍。全国六大电网几乎都发生过大面积污闪，造成巨大的经济损失。本文结合国内外对输电路线绝缘子防污闪的研究，介绍了盐密、灰密对污闪电压的影响，防污技术应用与发展，防污的主要措施等，以期对线路安全运行提供参考。

1 盐密对污闪电压的影响

为了获得绝缘子在各种污秽程度下的放电特性，除用自然污秽的运行绝缘子进行试验外，还须用大量的人工污秽模拟试验进行研究。国内外进行了大量的自然和人工污秽的绝缘子试验，其污闪电压与盐密的关系用数学模型表示为一幂函数:

式中，U为绝缘子的污闪电压(kV);Ds为等值附盐密度(mg/cm2);K、P为常数。

2 灰密对污闪电压的影响

试验表明，在相同的盐密下，绝缘子的污闪电压随着灰密的增加呈下降趋势，但灰密较大时，灰密再增加又呈饱和趋势。原因是:当灰密为1～2 mg/cm2时，绝缘子表面因灰分吸水此时绝缘子表面电导最大，污闪电压下降;当灰密很大时，因污层很厚，绝缘子污层底部未受潮，因此下降趋势又呈平缓。

国外已考虑按灰密进行污闪电压的修正，我国对灰密的研究时间还不长，不同灰物的成分，不同灰、盐密比例，不同绝缘子的结构均对污闪电压有影响，这有待今后进行深入研究。

3 绝缘子防污技术应用与发展

3.1 盐密在线监测技术

从1992年开始，武汉高压研究所开展了使用光传感器测量盐密的研究，以期获得实时、准确的盐密测量新方法。经过河南新乡及广州供电公司的实地监测效果表明，光传感器输变电设备盐密在线监测系统适宜绝缘子污秽监测，实现了运行绝缘子等值盐密的在线连续测取，是一种方法科学简单、准确、实时监测的测量手段。所监测的饱和盐密可以为电力系统运行设备污区分布图的绘制及修订提供可靠的依据;所监测的实时盐密值，可以使电力部门随时了解监测点运行设备的积污情况，从而指导电力部门对输变电设备进行清扫，实现了对输变电设备防污工作的状态检修，对防止污闪事故发生具有重大意义。

另一种盐密监测技术是对绝缘子泄漏电流的监测，绝缘子的泄漏电流能够比较准确地反映出绝缘子串的污秽程度及不同天气状况下的绝缘水平。遭受污染和连续受潮状态的绝缘子，由于污染物的长期沉积，会导致漏泄电流的增大，即存在闪络的高度危险，应对线路绝缘子进行预防性维护、清扫或更换。

3.2 绝缘子防污闪涂料技术

我国从上世纪60年代初开展防污闪工作，经过40年的探索，先后筛选出硅油、硅脂、长效硅脂、地蜡等防污闪涂料，并积累了比较丰富的运行使用经验。进入80年代，又出现了新型防污闪涂料——室温硫化硅橡胶(RTV)，RTV涂刷在绝缘子表面后，在正常的环境温度下固化为一层橡胶膜，并与绝缘子表面牢固连接。它不但具有与硅油硅脂一样的憎水性，而且具有很强的长周期憎水迁移性，即RTV涂层的憎水性可以迁移到绝缘子污秽层的表面。由于绝缘子表面的污秽是逐渐形成的，而RTV的憎水迁移时间不大于2 h，憎水性可以及时迁移到污层表面，因此在潮湿气候条件下，凝结在绝缘子表面的水分很难成片连续浸润，从而使绝缘子耐污性能大大提高。根据武汉高压研究所对天津电力科学研究院研制生产的单组分RTV进行的人工污闪实验:高海拔交流条件下，污闪电压提高244%;高海拔直流条件下，污闪电压提高440%。

另外纳米复合长效防污闪涂料(PRTV)作为一种新型的防污闪涂料最近也在电力系统开始应用。PRTV涂料具有优于RTV防污闪涂料的憎水性及憎水迁移性，同时具有一定的憎油性和良好的不粘性，可大幅度提高电力输变电设备外绝缘污闪电压，污闪电压可提高200%，保障电力设备运行安全。在恶劣气候条件下，沿潮湿脏污绝缘子表面会出现连续水膜而发生闪络。当涂敷PRTV涂料时由于其具有憎水迁移性，使污层表面也具有憎水性，污层表面只存在有不连续的小水珠，而不会被浸润、连片，使电力设备的抗污闪性能得到了极大的提高。与PRTV内部的憎水基团数量相比，自然流失的憎水基团数量极少，所以PRTV的有效寿命是很长的。与RTV涂料相比，PRTV涂料基胶在自然界中的使用寿命更长。采用特殊技术处理后，PRTV内部所具有的改性的负极性分子基团远比RTV涂料丰富，这也是其使用寿命超长的原因之一。

3.3 合成绝缘子

现有线路上运行的绝缘子有瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子以及合成绝缘子，在潮湿且脏污条件下，电瓷外绝缘的绝缘强度会急剧下降，在运行电压条件下即可能发生沿面闪络而造成大面积、长时间停电，近几年我国几大电网相继发生了大规模的污闪事故，造成严重的经济损失。

与电瓷和钢化玻璃绝缘材料不同，硅橡胶作为合成绝缘子的主要成份，即使在表面潮湿和脏污的条件下，仍能保持其憎水性和憎水迁移性，限制了表面泄漏电流，避免了污闪事故的发生;又因其体积小、重量轻、运输方便、机械强度高、便于维修等特点，得到了广泛的应用。具体表现在:

(1)抗污闪能力较强。试验表明，只要合成绝缘子保持憎水性，则在相等污秽条件下，其污闪电压梯度比瓷绝缘子串至少提高50% ～80%，乃至100%。从实际情况来看，浙江省电网1996年以来的几次污闪事故，特别是1996年末、1997年初大范围污闪中，都没有发生合成绝缘子故障。

(2)机械强度高、无低零值。运行经验表明，只要合成绝缘子两端头连接合理，各界面密封工艺严密，一般不会发生断串掉线故障，这和瓷绝缘子串闪络时引起低零值、绝缘子炸裂导线坠落事故相比，显示了较大的优越性。

(3)合成绝缘子发生闪络故障引起线路跳闸时，除了继电保护的问题外，一般均能重合成功，这一点已在全国众多的合成绝缘子闪络事故中证明。

4 防治污闪的主要措施

4.1 划准污区等级、选足绝缘水平

污秽等级的划分是一项比较复杂的工作，需要有长期调查统计分析的数据，涉及污秽的来源、气象条件、污闪季节的潮湿情况，还要准确预测本地区的污源、气候、环境条件的变化，要求各省电力公司动态定期发布地区污秽等级。在选取绝缘子时还要按各种绝缘子的型式考虑其污闪特性，使其有充裕的绝缘水平。

4.2 对已投入运行的线路和变电站按实际情况调整爬电距离

调整爬电距离时要综合考虑运行的污闪事故率、发生一次污闪事故可能产生的损失、设备在电网的重要程度、设备的电压等级、输送容量和装机容量的大小、与其他防污措施方案经济技术比较(如清扫、涂料等)、线路绝缘子的老化率水平以及地区的地貌和气候特征等。

4.3 带电水冲洗绝缘子串

用传统的人工方式维护清洗绝缘子，需要停电方可进行，而且要耗费大量的人力物力和时间，效率低、质量差，给线路的运行维护及防污工作带来许多困难，如何提高线路的防污能力成了当务之急。直升机水冲洗带电输电线路绝缘子是目前世界上解决电网污闪先进有效的方法，对线路防污能力的提高有重大意义。

直升机水冲洗机载设备由机载水箱、水泵及发动机组与安装基座、水枪组合及其安装托架等主要元件组成。具有整体重量轻、操作轻便灵活、模块化设计、拆卸维修方便等优点。地面设备包括野外停机综合补给车、油车、指挥车等。

水质要求:在清洗带电绝缘子时，应使用高电阻率低导电性的水，对于500 kV超高压输电线路绝缘子，水质的电阻率应超过50000 Ω·cm，在每天的水冲洗作业开始之前，要对使用的水做认真常规检验，因为电阻率会随着温度的升高而迅速下降，所以在现场监控上应配备便携式水质电阻率测量仪。

作业气象参数:水冲洗作业时，当地气象能见度以水平目视连续4基塔以上为难，风速以阵风不超过10 km/h为准。

水冲洗作业方法:(1)操作方法。直升机水冲洗带电线路绝缘子作业需要经验丰富的飞行员与冲洗操作员娴熟地配合，使飞机悬停的工作位置、清洗的角度、清洗的范围达到最佳。飞机悬停到所需工作位置，然后由水枪操作手来控制水流方向和冲洗速度。(2)作业位置。直升飞机悬停在绝缘子串附近，飞机与绝缘子串等高(距地面30 m左右)，喷嘴与绝缘子距离为2～3 m，距离过大，则冲洗效果会有很大损失，距离过近，则对飞行控制要求较高。(3)冲洗步骤。以500 kV线路为例说明冲洗步骤，图1和图2分别为悬垂串绝缘子和耐张串绝缘子冲洗步骤示意图。当直升机悬停至合适位置后，水枪操作手首先将水枪喷嘴冲水方向调整到与绝缘子下缘夹角10°以上。然后将水枪水流调到最大，由导线端向接地端进行分段循环冲洗，直至清洗到无火花为止。