变电站绝缘子干冰清洗装置

2021-08-25徐思远曹玉林张峰平夏红春刘玉华

设备管理与维修 2021年14期

徐思远，曹玉林，张峰平，夏红春，刘玉华

（国网江苏省电力有限公司东台市供电分公司，江苏盐城 224200）

0 引言

变电站绝缘子对维护输电线路的稳定与安全起到至关重要的作用。社会生产力的提升使空气污染程度提升，对输电线路的正常工作造成严重影响。强降水等恶劣天气会使绝缘子吸附污染物发生污闪事故，引发大面积停电的严重事故（图1）。采取干冰清洗的方式取代传统的人工清洗，可提升工作效率，降低输电线路事故率。

图1 输电线路绝缘子

1 绝缘子污秽闪络

1.1 引发的事故

由于大量的空气污染物和异常的大气降水，造成绝缘子出现污秽闪络现象，是供电系统频繁出现跳闸的原因。跳闸的次数过于频繁造成供电系统不能实现正常供电，严重时甚至会造成供电系统损坏，因此污秽闪络给供电系统正常运作造成极大的挑战[1]。

环境的日益恶化和社会生产、居民生活对电力需求的提高，加剧了供电系统出现污秽闪络现象。供电系统中的污秽闪络现象经常发生于高电压、空旷的郊区供电设备，一旦污秽闪络发生，通常会引起大范围的停电，更可能引起电力设备不可逆性损坏。停电故障的线路检修，也是一项高难度工作。

1.2 绝缘子防污闪主要途径

在现阶段处理污秽闪络引起的电力故障时，仍然以传统的人工扫、除等为主要方式，绝缘子污秽在线监测技术与带电清洗技术正进入试用阶段[2]。尽管新型的线路清理技术已经出现，但是受诸多因素的影响，线路清理仍然以传统的人工作业方式为主。人工清理线路的成本较高，工作效率低下，已无法满足污染地区绝缘子的清理要求。常见的输电线路污染物见表1。

表1 常见的输电线路污染物

2 干冰清洗原理

1980 年，美国率先对供电线路使用干冰清洗技术，经过三十余年的发展，干冰清洗技术在欧美日等发达国家地区的多个行业中使用。现阶段我国的干冰清洗技术主要应用在精密仪器的清洗，不会破坏清洗对象的表面，同时不会产生二次污染[3]。

干冰清洗又被称作干冰冷喷射清洁，是将压缩空气的压强控制在0.5～1 MPa，以将干冰加速至接近音速（340 m/s），干冰颗粒从喷枪喷射至清洗对象的表面：①干冰颗粒与清洗对象表面污秽颗粒进行物理撞击；②污秽物的温度在干冰作用下急剧下降，使污秽脆化，产生翘曲变形；③干冰喷射至污秽的缝隙中发生物理撞击，干冰在撞击作用下会迅速升华为气体，体积膨胀为固体状态的800 倍，被撞击后的污秽颗粒在清洗作用下会脱离物体表面，被高速气流瞬间吹离，实现有效清洗。

现阶段的干冰清洗技术应用到输电线路清洗的资料微乎其微，但是在其他领域已取得了理想效果[4]。使用干冰清洗变电站绝缘子具有多种优势：①实现了无水清洗，干冰清洗是一种干式清洗技术，避免了水在低温环境下结冰，满足高压环境下变电站绝缘子的安全性；②可以清洗对象表面缝隙，对所清洗表面的影响较小；③可以实现对接触网绝缘子的在线清洗，不需要拆卸绝缘子，在最大程度上确保了接触网供电的持续性，降低绝缘子停电损失，与以往的清洗方式相比，清洗时间明显缩短，清洗效率提升；④干冰在清洗绝缘子完毕后会直接升华为二氧化碳气体，被清除的污秽颗粒脱落在地面，不会对绝缘子产生二次污染，比传统水洗产生的污染更小[5]。

3 干冰清洗装置设计依据

3.1 QBN 绝缘子参数

接触网棒形绝缘子通常使用QBN 型绝缘子，其中：QBN-25型直径185～205 mm，高760 mm；QBSN-25 型直径188～213 mm，高850 mm。

3.2 清洁度需求

绝缘子经过清洗后擦拭被清洗的区域，若手帕上无污垢，证明此区域为清洁区域。清洁区域面积占绝缘子总面积的比率≥80%，则满足清洁度需求。

3.3 清洗装置要求

因干冰清洗的特性，喷枪与绝缘子的距离不可太远。喷枪需要与轨面之间的距离保持在7 cm 左右，合理设计装置，并符合安全性、经济性、强度低的需求。干冰清洗装置需要有效清洗接触网绝缘子，工作中要方便调节装置[6]。接触网支柱、其余零部件尺寸等都是设计清洗装置作业行程的依据。该装置在清洗过程中需要确保喷枪与绝缘子的轴线垂直，喷枪行走轨迹与绝缘子轴线平行，行程8 m[7]。喷枪滑动轨道的仰角0°～60°，喷枪距离轨道中心的最远距离为32 m，轨道方向的行程20 m。

4 干冰清洗装置设计

4.1 行走机构

干冰清洗系统包含许多部件，运载平台是实现移动需要的行走机构。运载平台的行走方式多种多样，其中轮式行走装置更便捷，造价相对较低；轨道式带电水冲洗车更适用于清洗接触网绝缘子（图2）；履带式清洗车更适用于复杂的工作环境，常见于工业、军工领域中（图3）[8]。

图2 轨道式带电水冲洗车

图3 履带式冲洗车

4.2 喷枪设计

喷枪系统由喷枪、导轨、连架杆等元件组成，喷枪的滑动或移动通过曲柄摇杆完成。位于轨道上的喷枪做直线运动，可以完成清洗作业，行程9 m[9]。曲柄摇杆中的原动件为滑块，导轨与地面之间形成0°～60°夹角，满足对不同角度绝缘子的清洗工作。摄像头辅助目标精准定位。喷射干冰存在反作用力，因此需要对构件做加厚设计。喷枪的工作环境为27.5 kV 高压电附近，所以喷枪需要使用绝缘材料[10]。喷枪采用气动方式驱动，使用光纤通信。