變電站絕緣子干冰清洗裝置

徐思遠(yuǎn)，曹玉林，張峰平，夏紅春，劉玉華

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司東臺市供電分公司，江蘇鹽城 224200）

0 引言

變電站絕緣子對維護輸電線路的穩(wěn)定與安全起到至關(guān)重要的作用。社會生產(chǎn)力的提升使空氣污染程度提升，對輸電線路的正常工作造成嚴(yán)重影響。強降水等惡劣天氣會使絕緣子吸附污染物發(fā)生污閃事故，引發(fā)大面積停電的嚴(yán)重事故（圖1）。采取干冰清洗的方式取代傳統(tǒng)的人工清洗，可提升工作效率，降低輸電線路事故率。

圖1 輸電線路絕緣子

1 絕緣子污穢閃絡(luò)

1.1 引發(fā)的事故

由于大量的空氣污染物和異常的大氣降水，造成絕緣子出現(xiàn)污穢閃絡(luò)現(xiàn)象，是供電系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)跳閘的原因。跳閘的次數(shù)過于頻繁造成供電系統(tǒng)不能實現(xiàn)正常供電，嚴(yán)重時甚至?xí)斐晒╇娤到y(tǒng)損壞，因此污穢閃絡(luò)給供電系統(tǒng)正常運作造成極大的挑戰(zhàn)[1]。

環(huán)境的日益惡化和社會生產(chǎn)、居民生活對電力需求的提高，加劇了供電系統(tǒng)出現(xiàn)污穢閃絡(luò)現(xiàn)象。供電系統(tǒng)中的污穢閃絡(luò)現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生于高電壓、空曠的郊區(qū)供電設(shè)備，一旦污穢閃絡(luò)發(fā)生，通常會引起大范圍的停電，更可能引起電力設(shè)備不可逆性損壞。停電故障的線路檢修，也是一項高難度工作。

1.2 絕緣子防污閃主要途徑

在現(xiàn)階段處理污穢閃絡(luò)引起的電力故障時，仍然以傳統(tǒng)的人工掃、除等為主要方式，絕緣子污穢在線監(jiān)測技術(shù)與帶電清洗技術(shù)正進入試用階段[2]。盡管新型的線路清理技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但是受諸多因素的影響，線路清理仍然以傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式為主。人工清理線路的成本較高，工作效率低下，已無法滿足污染地區(qū)絕緣子的清理要求。常見的輸電線路污染物見表1。

表1 常見的輸電線路污染物

2 干冰清洗原理

1980 年，美國率先對供電線路使用干冰清洗技術(shù)，經(jīng)過三十余年的發(fā)展，干冰清洗技術(shù)在歐美日等發(fā)達國家地區(qū)的多個行業(yè)中使用。現(xiàn)階段我國的干冰清洗技術(shù)主要應(yīng)用在精密儀器的清洗，不會破壞清洗對象的表面，同時不會產(chǎn)生二次污染[3]。

干冰清洗又被稱作干冰冷噴射清潔，是將壓縮空氣的壓強控制在0.5～1 MPa，以將干冰加速至接近音速（340 m/s），干冰顆粒從噴槍噴射至清洗對象的表面：①干冰顆粒與清洗對象表面污穢顆粒進行物理撞擊；②污穢物的溫度在干冰作用下急劇下降，使污穢脆化，產(chǎn)生翹曲變形；③干冰噴射至污穢的縫隙中發(fā)生物理撞擊，干冰在撞擊作用下會迅速升華為氣體，體積膨脹為固體狀態(tài)的800 倍，被撞擊后的污穢顆粒在清洗作用下會脫離物體表面，被高速氣流瞬間吹離，實現(xiàn)有效清洗。

現(xiàn)階段的干冰清洗技術(shù)應(yīng)用到輸電線路清洗的資料微乎其微，但是在其他領(lǐng)域已取得了理想效果[4]。使用干冰清洗變電站絕緣子具有多種優(yōu)勢：①實現(xiàn)了無水清洗，干冰清洗是一種干式清洗技術(shù)，避免了水在低溫環(huán)境下結(jié)冰，滿足高壓環(huán)境下變電站絕緣子的安全性；②可以清洗對象表面縫隙，對所清洗表面的影響較??；③可以實現(xiàn)對接觸網(wǎng)絕緣子的在線清洗，不需要拆卸絕緣子，在最大程度上確保了接觸網(wǎng)供電的持續(xù)性，降低絕緣子停電損失，與以往的清洗方式相比，清洗時間明顯縮短，清洗效率提升；④干冰在清洗絕緣子完畢后會直接升華為二氧化碳?xì)怏w，被清除的污穢顆粒脫落在地面，不會對絕緣子產(chǎn)生二次污染，比傳統(tǒng)水洗產(chǎn)生的污染更小[5]。

3 干冰清洗裝置設(shè)計依據(jù)

3.1 QBN 絕緣子參數(shù)

接觸網(wǎng)棒形絕緣子通常使用QBN 型絕緣子，其中：QBN-25型直徑185～205 mm，高760 mm；QBSN-25 型直徑188～213 mm，高850 mm。

3.2 清潔度需求

絕緣子經(jīng)過清洗后擦拭被清洗的區(qū)域，若手帕上無污垢，證明此區(qū)域為清潔區(qū)域。清潔區(qū)域面積占絕緣子總面積的比率≥80%，則滿足清潔度需求。

3.3 清洗裝置要求

因干冰清洗的特性，噴槍與絕緣子的距離不可太遠(yuǎn)。噴槍需要與軌面之間的距離保持在7 cm 左右，合理設(shè)計裝置，并符合安全性、經(jīng)濟性、強度低的需求。干冰清洗裝置需要有效清洗接觸網(wǎng)絕緣子，工作中要方便調(diào)節(jié)裝置[6]。接觸網(wǎng)支柱、其余零部件尺寸等都是設(shè)計清洗裝置作業(yè)行程的依據(jù)。該裝置在清洗過程中需要確保噴槍與絕緣子的軸線垂直，噴槍行走軌跡與絕緣子軸線平行，行程8 m[7]。噴槍滑動軌道的仰角0°～60°，噴槍距離軌道中心的最遠(yuǎn)距離為32 m，軌道方向的行程20 m。

4 干冰清洗裝置設(shè)計

4.1 行走機構(gòu)

干冰清洗系統(tǒng)包含許多部件，運載平臺是實現(xiàn)移動需要的行走機構(gòu)。運載平臺的行走方式多種多樣，其中輪式行走裝置更便捷，造價相對較低；軌道式帶電水沖洗車更適用于清洗接觸網(wǎng)絕緣子（圖2）；履帶式清洗車更適用于復(fù)雜的工作環(huán)境，常見于工業(yè)、軍工領(lǐng)域中（圖3）[8]。

圖2 軌道式帶電水沖洗車

圖3 履帶式?jīng)_洗車

4.2 噴槍設(shè)計

噴槍系統(tǒng)由噴槍、導(dǎo)軌、連架桿等元件組成，噴槍的滑動或移動通過曲柄搖桿完成。位于軌道上的噴槍做直線運動，可以完成清洗作業(yè)，行程9 m[9]。曲柄搖桿中的原動件為滑塊，導(dǎo)軌與地面之間形成0°～60°夾角，滿足對不同角度絕緣子的清洗工作。攝像頭輔助目標(biāo)精準(zhǔn)定位。噴射干冰存在反作用力，因此需要對構(gòu)件做加厚設(shè)計。噴槍的工作環(huán)境為27.5 kV 高壓電附近，所以噴槍需要使用絕緣材料[10]。噴槍采用氣動方式驅(qū)動，使用光纖通信。

5 結(jié)論

介紹絕緣子污穢閃絡(luò)機理，包括引發(fā)的事故、現(xiàn)階段絕緣子防污閃主要途徑等。介紹干冰清洗原理和干冰清洗裝置設(shè)計依據(jù)，包括QBN 絕緣子參數(shù)、清潔度需求、清洗裝置要求。最終設(shè)計干冰清洗裝置，包括行走機構(gòu)、噴槍等。