配網(wǎng)線路設備干冰清洗技術研究

袁海星　呂峰　蘇梓銘　程海興

摘 要：針對配網(wǎng)線路設備，研究了干冰清洗技術的除污效果和清洗工藝：經(jīng)試驗得出了干冰顆粒最優(yōu)清污組合參數(shù)，在此工況下，除污效果良好，污穢的殘留度能達到15%以下；清污工作效率高；清污完成后，現(xiàn)場無殘留，不污染環(huán)境；對于瓷絕緣子、玻璃絕緣子和復合絕緣子均有較好的除污效果。

關鍵詞：配網(wǎng)設備；污閃；干冰清洗；絕緣子

中圖分類號：TB490 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0140-03

隨著工業(yè)化飛速發(fā)展，大氣污染日益嚴重，由于絕緣設備長期暴露在空氣中，受自然落灰、工業(yè)污染等影響，環(huán)境中的微塵沉積在外絕緣表面形成一層污穢物，當遇到濕潤條件時，污層吸濕受潮電導率增大，嚴重時絕緣表面發(fā)生污閃，容易造成大面積停電。外絕緣表面積污是污閃事故的先決條件，及時清掃絕緣表面污穢是防止污閃事故的有效措施。帶電進行外絕緣表面清污作業(yè)是防止污閃提高供電可靠性的首要選擇。

目前國內外電力設備的清洗技術包括：等離子清洗技術、化學（絕緣）清洗技術、帶電水清洗技術、帶電機械式清洗技術以及超聲波清洗技術等。帶電水清洗技術容易造成人身傷害，且污水線問題突出；帶電機械式清洗技術作業(yè)不靈活，容易產(chǎn)生清掃死角。針對現(xiàn)有技術的不足，筆者研究了配網(wǎng)線路設備干冰清洗技術，除污效果好，現(xiàn)場無殘留，不污染環(huán)境。

1 干冰清洗機理

干冰是二氧化碳的固態(tài)形式，為白色分子晶體，具有面心立方晶格結構。在常壓下可由固態(tài)不經(jīng)過液態(tài)直接轉變成氣態(tài)，體積膨脹約898.79倍。干冰蒸發(fā)熱較大，完全汽化時約能使周圍溫度降至-78℃。一般利用節(jié)流膨脹技術，把低溫液體二氧化碳制成干冰粉末，干冰造粒機擠壓干冰粉末制成干冰顆粒。

干冰清洗前污垢層與基體的結合狀態(tài)如圖1（a）所示，干冰清洗機理分析如下：

（1）低溫剝離作用：如圖1（b）所示，被加速的干冰顆粒與污垢層表面碰撞并進行熱交換，降低污垢層溫度，污垢層遇冷后收縮、變脆及龜裂。由于污垢層和基體膨脹系數(shù)不同，所以遇冷后污垢和基體間的結合力將降低，使污垢易被去除。

（2）沖擊、吹掃作用：如圖1（c）所示，在壓縮氣體的作用下，由噴嘴噴射出的超聲速干冰顆粒具有很大動能，對污坂層具有磨削、剪切作用，從而使污垢裂紋、破碎。

（3）升華作用：如圖1（d）所示，干冰顆粒與污垢層碰撞后會迅速升華成二氧化碳氣體，細碎的干冰微粒進入縫隙后，其體積瞬間膨脹如同爆炸，從而將污穢層迅速除去。

2 干冰顆粒清洗試驗裝置

干冰顆粒噴射清污試驗平臺包括干冰清污機、空氣壓縮機和試品平臺，如圖2所示。干冰清污機將壓縮空氣和干冰顆?；旌虾髧娚涞奖磺逦郾砻妫豢諝鈮嚎s機提供壓縮空氣；試品平臺用來放置被清污絕緣子，同時調節(jié)清污參數(shù)。

3 干冰顆粒噴射清污參數(shù)試驗特性

試驗模擬最重的e級污穢度，人工污穢等值鹽密選取0.400mg/cm2、等值灰密選取4.000mg/cm2，灰密中混合了40%的糊精，以增強人工污穢的粘結力，探究在嚴重污穢度下干冰顆粒清污的效果。試驗選取典型支柱絕緣子ZSW-35kV/4和ZSW-35kV/8，進行單一參數(shù)下的清污試驗，清污參數(shù)選取壓縮空氣壓力、干冰顆粒流量、干冰顆粒噴射距離、干冰顆粒噴射角度、干冰顆粒噴頭轉速和干冰顆粒噴射時間等6個因素，采取控制變量法探究單一清污參數(shù)對清污效果的影響。為使測量結果更準確，每個變量進行三組試驗，由于試驗操作可能存在人工誤差，剔除明顯的不合理數(shù)據(jù)，在剩余的數(shù)據(jù)中取平均值，表征污穢ESDD和污穢NSDD的殘留度。得出某個變量最優(yōu)參數(shù)后，進行其他變量試驗時，設置該變量試驗條件為最優(yōu)參數(shù)。試驗得出各變量與除污效果關系曲線如圖3所示。

上述所慮6個因素相互關聯(lián)，共同影響清污效果。因此筆者通過正交試驗來驗證單一參數(shù)試驗的結果。以ZSW-35kV/4為實驗對象，每個影響因素選取5個水平值，組成6因素5水平正交試驗，研究多參數(shù)組合下的清污效果，得出的正交試驗結果與單一因素試驗結果相符合。根據(jù)試驗結果確定干冰顆粒最優(yōu)清污參數(shù)組合為：壓縮空氣壓力0.7MPa～0.8MPa，干冰顆粒流量18kg/h～22kg/h，噴射距離10cm～15cm，噴射角度15°～20°，噴頭轉速10～15r/min，噴射時間30s～36s，在此參數(shù)組合下污穢殘留度可以達到20%以下。在最優(yōu)清污參數(shù)組合下，絕緣子清污前后對比如圖4所示，污穢殘留度為14%。

4 不同污穢參數(shù)下的清污試驗

4.1 不同污穢粘結力下的清污試驗

污穢粘結力的大小是影響干冰顆粒清污效果的因素之一，試驗采取改變污穢中硅藻土和糊精的混合比，模擬相同灰密等級下污穢粘結力的不同。試驗污穢鹽密取0.4mg/cm2，灰密取4mg/cm2，糊精與硅藻土混合比分別取3：1（糊精3mg/cm2、硅藻土1mg/cm2）、2：1、1：1、1：2、1：3進行試驗，清污參數(shù)設置為最優(yōu)清污參數(shù)。試驗結果如圖5所示：隨著糊精與硅藻土混合比的減小，污穢粘結力降低，污穢殘留度逐漸降低，清污效果逐漸變好，污穢層的粘結力對干冰顆粒清污效果有較大影響。當糊精與硅藻土混合比小于1：2時，鹽密和灰密殘留度均小于10%，清污效果為優(yōu)，相應的污穢粘結力下干冰顆粒能夠達到理想清污效果。

4.2 不同污穢類型下的清污試驗

4.2.1 自然污穢

試驗選取放置在戶外多年的支柱絕緣子作為清污對象，其積污主要是塵土的沉積。根據(jù)前述試驗，清污參數(shù)取壓縮空氣壓力0.7MPa，干冰顆粒流量18kg/h，噴射距離15cm，噴射角度15°、噴頭轉速15r/min、噴射時間30s。自然污穢清污前后對比圖如圖6（a）所示。

4.2.2 水泥污穢

試驗使用水泥、氯化鈉用蒸餾水均勻混合后，均勻地涂在絕緣子表面，水泥用來模擬水泥污穢，氯化鈉用來模擬可溶性電解質，陰干放置，待表面污層結塊且用抹布擦拭無法將污層擦掉后，再進行清污試驗，目的是讓污層與絕緣子表面更緊密的結合。水泥污穢清污前后對比圖如圖6（b）所示。從對比圖中可以看出，盡管水泥污穢的附著力很強，但是干冰顆粒清污效果比較明顯，證明干冰顆粒對水泥污穢有明顯的清污效果。

4.3 玻璃絕緣子和復合絕緣子清污試驗

基于瓷絕緣子清污試驗結果，探究干冰顆粒對玻璃絕緣子和復合絕緣子的清污效果。試驗選取FZSW-35kV/5復合支柱絕緣子、FQJ-25kV/8復合車頂絕緣子和FC160/155型懸式玻璃絕緣子作為研究對象。對復合絕緣子和玻璃絕緣子刷涂的污穢鹽密為0.400mg/cm2、灰密為4.000mg/cm2（其中糊精1.6mg/cm2，硅藻土2.4mg/cm2），取前述試驗最優(yōu)清污參數(shù)組合進行試驗。如圖7所示，對FZSW-35kV/5和FQJ-25kV/8兩種復合絕緣子，干冰顆粒清污后的污穢殘留度均在10%以內，到達理想的清污效果。

由于FC160/155型懸式玻璃絕緣子表面積過大，因此針對玻璃絕緣子，將其劃分為上下兩部分，進行兩次清污，干冰顆粒清污后的污穢殘留度在10%以內，清污效果良好。值得注意的是，不同類型的絕緣子，干冰顆粒最優(yōu)清污參數(shù)不同，實際應用時需要試驗探究具體清污對象的最優(yōu)清污參數(shù)組合。

5 結語

本文開展了干冰清洗技術對配網(wǎng)線路設備污穢除污效果及清洗工藝的研究，試驗研究了不同清污參數(shù)、不同污穢參數(shù)以及不同絕緣子類型下的干冰清洗技術除污效果，結論如下：

（1）干冰顆粒最優(yōu)清污參數(shù)組合為：壓縮空氣壓力0.7MPa～0.8MPa，干冰顆粒流量18kg/h～22kg/h，干冰顆粒噴射距離10cm～15cm，干冰顆粒噴射角度15°～20°，干冰顆粒噴頭轉速10～15r/min，干冰顆粒噴射時間30s～36s。

（2）污穢層的粘結力對干冰顆粒清污效果有較大影響。當糊精與硅藻土混合比小于1：2時，鹽密和灰密殘留度均小于10%，清污效果為優(yōu)，相應的污穢粘結力下干冰顆粒能夠達到理想清污效果。

（3）干冰清洗技術對自然污穢和水泥污穢清污效果明顯。

（4）干冰清洗技術適用于瓷絕緣子、復合絕緣子和玻璃絕緣子，在最優(yōu)清污參數(shù)組合下，污穢殘留度均在10%以內。