配网线路设备干冰清洗技术研究

袁海星　吕峰　苏梓铭　程海兴

摘 要：针对配网线路设备，研究了干冰清洗技术的除污效果和清洗工艺：经试验得出了干冰颗粒最优清污组合参数，在此工况下，除污效果良好，污秽的残留度能达到15%以下；清污工作效率高；清污完成后，现场无残留，不污染环境；对于瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子均有较好的除污效果。

关键词：配网设备；污闪；干冰清洗；绝缘子

中图分类号：TB490 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0140-03

随着工业化飞速发展，大气污染日益严重，由于绝缘设备长期暴露在空气中，受自然落灰、工业污染等影响，环境中的微尘沉积在外绝缘表面形成一层污秽物，当遇到湿润条件时，污层吸湿受潮电导率增大，严重时绝缘表面发生污闪，容易造成大面积停电。外绝缘表面积污是污闪事故的先决条件，及时清扫绝缘表面污秽是防止污闪事故的有效措施。带电进行外绝缘表面清污作业是防止污闪提高供电可靠性的首要选择。

目前国内外电力设备的清洗技术包括：等离子清洗技术、化学（绝缘）清洗技术、带电水清洗技术、带电机械式清洗技术以及超声波清洗技术等。带电水清洗技术容易造成人身伤害，且污水线问题突出；带电机械式清洗技术作业不灵活，容易产生清扫死角。针对现有技术的不足，笔者研究了配网线路设备干冰清洗技术，除污效果好，现场无残留，不污染环境。

1 干冰清洗机理

干冰是二氧化碳的固态形式，为白色分子晶体，具有面心立方晶格结构。在常压下可由固态不经过液态直接转变成气态，体积膨胀约898.79倍。干冰蒸发热较大，完全汽化时约能使周围温度降至-78℃。一般利用节流膨胀技术，把低温液体二氧化碳制成干冰粉末，干冰造粒机挤压干冰粉末制成干冰颗粒。

干冰清洗前污垢层与基体的结合状态如图1（a）所示，干冰清洗机理分析如下：

（1）低温剥离作用：如图1（b）所示，被加速的干冰颗粒与污垢层表面碰撞并进行热交换，降低污垢层温度，污垢层遇冷后收缩、变脆及龟裂。由于污垢层和基体膨胀系数不同，所以遇冷后污垢和基体间的结合力将降低，使污垢易被去除。

（2）沖击、吹扫作用：如图1（c）所示，在压缩气体的作用下，由喷嘴喷射出的超声速干冰颗粒具有很大动能，对污坂层具有磨削、剪切作用，从而使污垢裂纹、破碎。

（3）升华作用：如图1（d）所示，干冰颗粒与污垢层碰撞后会迅速升华成二氧化碳气体，细碎的干冰微粒进入缝隙后，其体积瞬间膨胀如同爆炸，从而将污秽层迅速除去。

2 干冰颗粒清洗试验装置

干冰颗粒喷射清污试验平台包括干冰清污机、空气压缩机和试品平台，如图2所示。干冰清污机将压缩空气和干冰颗粒混合后喷射到被清污表面；空气压缩机提供压缩空气；试品平台用来放置被清污绝缘子，同时调节清污参数。

3 干冰颗粒喷射清污参数试验特性

试验模拟最重的e级污秽度，人工污秽等值盐密选取0.400mg/cm2、等值灰密选取4.000mg/cm2，灰密中混合了40%的糊精，以增强人工污秽的粘结力，探究在严重污秽度下干冰颗粒清污的效果。试验选取典型支柱绝缘子ZSW-35kV/4和ZSW-35kV/8，进行单一参数下的清污试验，清污参数选取压缩空气压力、干冰颗粒流量、干冰颗粒喷射距离、干冰颗粒喷射角度、干冰颗粒喷头转速和干冰颗粒喷射时间等6个因素，采取控制变量法探究单一清污参数对清污效果的影响。为使测量结果更准确，每个变量进行三组试验，由于试验操作可能存在人工误差，剔除明显的不合理数据，在剩余的数据中取平均值，表征污秽ESDD和污秽NSDD的残留度。得出某个变量最优参数后，进行其他变量试验时，设置该变量试验条件为最优参数。试验得出各变量与除污效果关系曲线如图3所示。

上述所虑6个因素相互关联，共同影响清污效果。因此笔者通过正交试验来验证单一参数试验的结果。以ZSW-35kV/4为实验对象，每个影响因素选取5个水平值，组成6因素5水平正交试验，研究多参数组合下的清污效果，得出的正交试验结果与单一因素试验结果相符合。根据试验结果确定干冰颗粒最优清污参数组合为：压缩空气压力0.7MPa～0.8MPa，干冰颗粒流量18kg/h～22kg/h，喷射距离10cm～15cm，喷射角度15°～20°，喷头转速10～15r/min，喷射时间30s～36s，在此参数组合下污秽残留度可以达到20%以下。在最优清污参数组合下，绝缘子清污前后对比如图4所示，污秽残留度为14%。

4 不同污秽参数下的清污试验

4.1 不同污秽粘结力下的清污试验

污秽粘结力的大小是影响干冰颗粒清污效果的因素之一，试验采取改变污秽中硅藻土和糊精的混合比，模拟相同灰密等级下污秽粘结力的不同。试验污秽盐密取0.4mg/cm2，灰密取4mg/cm2，糊精与硅藻土混合比分别取3：1（糊精3mg/cm2、硅藻土1mg/cm2）、2：1、1：1、1：2、1：3进行试验，清污参数设置为最优清污参数。试验结果如图5所示：随着糊精与硅藻土混合比的减小，污秽粘结力降低，污秽残留度逐渐降低，清污效果逐渐变好，污秽层的粘结力对干冰颗粒清污效果有较大影响。当糊精与硅藻土混合比小于1：2时，盐密和灰密残留度均小于10%，清污效果为优，相应的污秽粘结力下干冰颗粒能够达到理想清污效果。

4.2 不同污秽类型下的清污试验

4.2.1 自然污秽

试验选取放置在户外多年的支柱绝缘子作为清污对象，其积污主要是尘土的沉积。根据前述试验，清污参数取压缩空气压力0.7MPa，干冰颗粒流量18kg/h，喷射距离15cm，喷射角度15°、喷头转速15r/min、喷射时间30s。自然污秽清污前后对比图如图6（a）所示。

4.2.2 水泥污秽

试验使用水泥、氯化钠用蒸馏水均匀混合后，均匀地涂在绝缘子表面，水泥用来模拟水泥污秽，氯化钠用来模拟可溶性电解质，阴干放置，待表面污层结块且用抹布擦拭无法将污层擦掉后，再进行清污试验，目的是让污层与绝缘子表面更紧密的结合。水泥污秽清污前后对比图如图6（b）所示。从对比图中可以看出，尽管水泥污秽的附着力很强，但是干冰颗粒清污效果比较明显，证明干冰颗粒对水泥污秽有明显的清污效果。

4.3 玻璃绝缘子和复合绝缘子清污试验

基于瓷绝缘子清污试验结果，探究干冰颗粒对玻璃绝缘子和复合绝缘子的清污效果。试验选取FZSW-35kV/5复合支柱绝缘子、FQJ-25kV/8复合车顶绝缘子和FC160/155型悬式玻璃绝缘子作为研究对象。对复合绝缘子和玻璃绝缘子刷涂的污秽盐密为0.400mg/cm2、灰密为4.000mg/cm2（其中糊精1.6mg/cm2，硅藻土2.4mg/cm2），取前述试验最优清污参数组合进行试验。如图7所示，对FZSW-35kV/5和FQJ-25kV/8两种复合绝缘子，干冰颗粒清污后的污秽残留度均在10%以内，到达理想的清污效果。

由于FC160/155型悬式玻璃绝缘子表面积过大，因此针对玻璃绝缘子，将其划分为上下两部分，进行两次清污，干冰颗粒清污后的污秽残留度在10%以内，清污效果良好。值得注意的是，不同类型的绝缘子，干冰颗粒最优清污参数不同，实际应用时需要试验探究具体清污对象的最优清污参数组合。

5 结语

本文开展了干冰清洗技术对配网线路设备污秽除污效果及清洗工艺的研究，试验研究了不同清污参数、不同污秽参数以及不同绝缘子类型下的干冰清洗技术除污效果，结论如下：

（1）干冰颗粒最优清污参数组合为：压缩空气压力0.7MPa～0.8MPa，干冰颗粒流量18kg/h～22kg/h，干冰颗粒喷射距离10cm～15cm，干冰颗粒喷射角度15°～20°，干冰颗粒喷头转速10～15r/min，干冰颗粒喷射时间30s～36s。

（2）污秽层的粘结力对干冰颗粒清污效果有较大影响。当糊精与硅藻土混合比小于1：2时，盐密和灰密残留度均小于10%，清污效果为优，相应的污秽粘结力下干冰颗粒能够达到理想清污效果。

（3）干冰清洗技术对自然污秽和水泥污秽清污效果明显。

（4）干冰清洗技术适用于瓷绝缘子、复合绝缘子和玻璃绝缘子，在最优清污参数组合下，污秽残留度均在10%以内。