變電站絕緣子干冰清洗裝置

徐思遠，曹玉林，張峰平，夏紅春，劉玉華

（國網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定與安全起到至關重要的作用。社會生產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重影響。強降水等惡劣天氣會使絕緣子吸附污染物發生污閃事故，引發大面積停電的嚴重事故（圖1）。采取干冰清洗的方式取代傳統的人工清洗，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

1.1 引發的事故

由于大量的空氣污染物和異常的大氣降水，造成絕緣子出現污穢閃絡現象，是供電系統頻繁出現跳閘的原因。跳閘的次數過于頻繁造成供電系統不能實現正常供電，嚴重時甚至會造成供電系統損壞，因此污穢閃絡給供電系統正常運作造成極大的挑戰[1]。

環境的日益惡化和社會生產、居民生活對電力需求的提高，加劇了供電系統出現污穢閃絡現象。供電系統中的污穢閃絡現象經常發生于高電壓、空曠的郊區供電設備，一旦污穢閃絡發生，通常會引起大范圍的停電，更可能引起電力設備不可逆性損壞。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

在現階段處理污穢閃絡引起的電力故障時，仍然以傳統的人工掃、除等為主要方式，絕緣子污穢在線監測技術與帶電清洗技術正進入試用階段[2]。盡管新型的線路清理技術已經出現，但是受諸多因素的影響，線路清理仍然以傳統的人工作業方式為主。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，經過三十余年的發展，干冰清洗技術在歐美日等發達國家地區的多個行業中使用。現階段我國的干冰清洗技術主要應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，產生翹曲變形；③干冰噴射至污穢的縫隙中發生物理撞擊，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，實現有效清洗。

現階段的干冰清洗技術應用到輸電線路清洗的資料微乎其微，但是在其他領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勢：①實現了無水清洗，干冰清洗是一種干式清洗技術，避免了水在低溫環境下結冰，滿足高壓環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小；③可以實現對接觸網絕緣子的在線清洗，不需要拆卸絕緣子，在最大程度上確保了接觸網供電的持續性，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氣體，被清除的污穢顆粒脫落在地面，不會對絕緣子產生二次污染，比傳統水洗產生的污染更小[5]。

3 干冰清洗裝置設計依據

3.1 QBN 絕緣子參數

接觸網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

絕緣子經過清洗后擦拭被清洗的區域，若手帕上無污垢，證明此區域為清潔區域。清潔區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。噴槍需要與軌面之間的距離保持在7 cm 左右，合理設計裝置，并符合安全性、經濟性、強度低的需求。干冰清洗裝置需要有效清洗接觸網絕緣子，工作中要方便調節裝置[6]。接觸網支柱、其余零部件尺寸等都是設計清洗裝置作業行程的依據。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距離為32 m，軌道方向的行程20 m。

4 干冰清洗裝置設計

4.1 行走機構

干冰清洗系統包含許多部件，運載平臺是實現移動需要的行走機構。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絕緣子（圖2）；履帶式清洗車更適用于復雜的工作環境，常見于工業、軍工領域中（圖3）[8]。

圖2 軌道式帶電水沖洗車

圖3 履帶式沖洗車

4.2 噴槍設計

噴槍系統由噴槍、導軌、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，行程9 m[9]。曲柄搖桿中的原動件為滑塊，導軌與地面之間形成0°～60°夾角，滿足對不同角度絕緣子的清洗工作。攝像頭輔助目標精準定位。噴射干冰存在反作用力，因此需要對構件做加厚設計。噴槍的工作環境為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動，使用光纖通信。

5 結論

介紹絕緣子污穢閃絡機理，包括引發的事故、現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計依據，包括QBN 絕緣子參數、清潔度需求、清洗裝置要求。最終設計干冰清洗裝置，包括行走機構、噴槍等。