对绝缘子污闪以及绝缘子干冰清洗方法的探讨研究

对绝缘子污闪以及绝缘子干冰清洗方法的探讨研究

摘要：绝缘子污秽闪络是威胁电力系统安全稳定运行的隐患之一。对于污闪发展的过程，一般分为污秽的沉积、污秽的湿润、形成干带并产生局部电弧和局部电弧发展成完全闪络这四个阶段。前三个阶段的机理比较简单，有利于从源头上抑制污闪的发生。局部电弧出现后，作为一种空气等离子体与绝缘子表面的污层相互作用，并且沿着表面污层向前发展直至桥接两电极，发生闪络。由于局部电弧的运动特性本身就非常的复杂，因此局部电弧的发展这个阶段是污闪机理研究的核心。迄今为止，对于绝缘子表面起弧后发展至完全闪络的过程依然是国内外学者研究污闪机理的重点和热点领域。引入干冰清洗装置来清洗绝缘子污秽，具有较好的经济性能、安全、环保方面改善绝缘子的清洗效果，颇具优越性和实用性。

关键词：绝缘子污闪干冰清洗

Abstract: Insulator pollution flashover is one of the hidden dangers that threaten the safe and stable operation of power systems. The development process of pollution flashover is generally divided into four stages: the deposition of pollution, the wetting of pollution, the formation of a dry zone and the generation of a partial arc, and the development of a partial arc into a complete flashover. The mechanism of the first three stages is relatively simple, which is beneficial to suppress the occurrence of pollution flashover from the source. After the occurrence of the local arc, as a kind of air plasma, it interacts with the dirt layer on the surface of the insulator, and develops along the dirt layer on the surface until it bridges the two electrodes, and flashover occurs. Since the movement characteristics of the local arc itself are very complicated, the development of the local arc is the core of the research on the pollution flashover mechanism. So far, the process of developing to complete flashover after arcing on the surface of insulators is still the focus and hotspot for domestic and foreign scholars to study the mechanism of pollution flashover. The introduction of a dry ice cleaning device to clean dirty insulators has better economic performance, safety, and environmental protection to improve the cleaning effect of insulators, which is quite superior and practical.

Keywords: insulator, pollution flashover, dry ice cleaning

1 绝缘子污闪

由于配电网结构复杂、覆盖面广，当输电线路经过工业区、居民生活区等容易遭受污染的区域时，绝缘子会遭受污染，形成污秽层。污秽层干燥时，其电阻很大，不会对输电设备构成威胁。然而当遇到潮湿气候、迷雾天气，被湿润后的污秽层的绝缘强度大大降低。

1.1 污秽的形成

输电线路的绝缘子主要分布在户外，其表面在运行中难免会受到各种污染。绝缘子污秽的来源主要可分为：

ａ）自然污秽。指在自然条件下产生的污秽，如空气中飘浮的微尘、盐碱地的尘土、大风刮起的尘土、农田的尘埃等。

ｂ）生活污染。指城市中的机动车的尾气污染、生活锅炉污染、农村道路行车时扬起的粉尘、农田作业中烧荒烧芦苇杂草过程中产生的烟雾等。

ｃ）工业污秽。指在工业生产过程中产生的工业型污秽，如火电厂、化工厂、水泥厂、铁合金厂、陶瓷厂、铝材厂、有色金属厂、废旧物资回收厂、垃圾厂等工厂排出的烟尘和废气。

1.2 污闪机理

污闪是指电气设备绝缘表面附着的污秽物在潮湿条件以及在强电场的作用下出现的强烈放电现象。

1.2.1 干湿带闪络过程

绝缘子表面的污秽层在干燥状态下一般不会导电，而在大风大雨的天气下将会被冲刷干净。然而在毛毛雨、雾、露等天气下，污秽层被水分湿润，电导增大，工作电流下的泄漏电流增大。电流产生的焦耳热不但令污秽层电导增大，而且使水分蒸发、污秽层变干，从而减小其电导。

在悬式绝缘子铁脚和铁帽附近的污秽层中电流密度较大，污秽层烘干得较快，先出现干区或干带。干区的电阻比其余污秽层的大很多，甚至会相差几个数量级，因此绝缘子的电压几乎都集中在干区上，干区的宽度一般不大，所以场强很大。若场强增大到使表面空气电离，在铁脚和铁帽附近发生电晕放电和辉光放电，由于泄漏电流较大，电晕或辉光放电容易转变成电弧，此时的电弧将只存在于绝缘子的局部表面，因而称之为局部电弧。随后弧足周围的湿污秽层很快被烘干，致使干区被扩大，电弧被拉长，如果此时电压不足以维持电弧的燃烧，电弧将会熄灭。交流电流每周期两次过零，促使电弧呈现“延伸－收缩”或“熄灭－重燃”的交替变化。一圈干带意味着存在多条并联的放电路径，当一条电弧因拉长而熄灭时，又会在另一条距离较短的旁路上出现。悬式绝缘子沿面电压、泄漏电流分布当雾、露天气时，污秽层的湿润度不断增大，泄漏电流也因此增大，在一定电压下能维持的局部电弧长度不断增长，绝缘子表面上这种局部电弧不断延伸发展的现象称为爬电。当局部电弧达到某一临界长度，弧道温度很高，弧道的进一步伸长不再需要更高的电压，而是自动延伸直至贯通两极，完成沿面闪络。

1.2.2 污闪的形成过程

通常我们一般把污闪的产生分为四个发展期。

第一发展期：积污阶段，在刮风、沙尘暴、下雪、下雨等自然环境的作用下，在绝缘子表面上逐渐积聚起空气中的各种污秽颗粒，对这种一般的污秽而言，自然界的风雨能够起到清洗绝缘子表面污秽的作用。但工业粉尘附着在绝缘子表面上能够形成一层薄膜，不容易被水冲掉。

第二发展期：污秽潮湿阶段，污秽在干燥状态一般不会导电，但是在潮湿天气条件下的污秽层，会形成沿绝缘子表面的连续的导电层，会造成绝缘子外表面的绝缘能力大大降低。

第三发展期：局部放电。游离是局部放电的另一个名称，可以说电荷沿着一定的方向移动。游离是电介质中一部分原子或分子产生电离和去电离的运动形式。游离过程会产生持续时间非常短的脉冲电流。电介质游离的区域温度剧增，产生一定的干燥区域，干区的高电阻起到降低泄露电流的作用。在潮湿、大雾、下雨天气环境下，瓷瓶表面其他区域的污秽湿润，绝缘子表面污层的导电能力变大。然而干区所承担的电压降则不断加大，导致产生跨越干区的局部电弧（局部放电）。

第四发展期：闪络的成形。在电弧向前发展过程中，当单位长度电弧的电压减少到不大于单位长度污层的电压降时，电弧就能自动迅速发展，完成产生闪络的全过程。

1.3 污闪的危害

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。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。

2 影响污闪的因素

a) 污秽的性质和污染程度绝缘子闪络电压与污染程度的关系曲线如图1所示。

图1 绝缘子闪络电压与污染程度的关系

由图1可知污秽的电导率越高、电介质表面沉积的污秽量越多，闪络电压就越低。Ｕｆ—污闪电压；ｓ—污染程度系数。

b) 湿润的方式下大雨时，绝缘子表面所积聚的污秽（特别是水溶性导电物质）很容易被雨水冲掉，而雾、露、融雪和毛毛雨等是容易发生闪络的气象条件，因为在这些气象条件下，污秽层很容易达到饱和湿润状态，却不被冲洗掉。

c) 泄漏距离与局部电弧串联的剩余电阻的阻值越大，沿面闪络就越不容易发生。污秽层表面的电导率一定的情况下，泄漏距离越长，剩余的电阻就越大，所以绝缘子的泄漏距离是影响污闪电压的重要因素。

d) 外施电压的形成因为污闪是局部电弧不断拉长的过程，所以电压作用的时间越短，越不容易发生闪络。几种电压相比，雷电冲击电压下污闪电压最高，工频电压下的污闪电压较低，而直流电压下污闪电压最低。

3 污闪的预防

根据国家电网数据统计表明：虽然污闪的次数不像雷击闪络那么多，但其造成的后果却非常严重。由于雷击闪络仅发生在一点，转瞬即逝，外绝缘闪络引起跳闸后，其绝缘性能迅速自我恢复，因此自动重合闸往往能成功，停电时间不会过长；而绝缘污闪事故的显著特点是同时多点跳闸的机率高，绝缘越低跳闸机率越大，重合闸成功率越小。跨地区的大面积污闪停电事故会对国民经济造成重大损失。一个地区大气污染情况往往相近，再加上局部污染源的作用，这个地区许多近乎相同的绝缘子均处于临界污闪的状态之中，一处跳闸重合闸动作还会造成电网的振荡，使邻近闪络设备又多承受一个操作过电压，容易引发成为区域性的大面积污闪事故。就经济损失而言，污闪在各类事故中居首位。

3.1更换绝缘子

通过更换绝缘子提高线路的绝缘水平绝缘子的击穿或闪络是造成雷击线路发生跳闸的主要原因。线路的雷击闪络主要取决于两个方面：一是绝缘子闪络判据，即绝缘子的雷电冲击50％放电电压值；二是雷击感应过电压值。如果没有避雷器的保护，当雷击感应过电压值大于绝缘子的闪络判据时，则极有可能导致绝缘子的闪络或击穿。选择50％放电电压高的绝缘子能有效降低绝缘子发生闪络的概率。另外根据实地调研，存在线路老化和绝缘子老化的问题。更换老式绝缘子与运行多年的劣质绝缘子可以消除配电线路中存在的绝缘弱点，提高线路绝缘水平。线路绝缘水平的提高将明显降低感应雷过电压造成线路闪络的概率，提高供电可靠性。

3.2 调整爬电距离。在一定电压下，局部电弧能维持的长度是有限的，因此判断绝缘子的爬电距离（简称爬距）是否足够，必须与所加电压联系起来考虑，常用爬电比距λ这一指标来表示被染污绝缘子的绝缘水平。爬电比距是指绝缘子相—地之间的爬距（cm）和系统最高工作电压有效值（kV）的比值。根据《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》所规定的各级污区应有的爬电比距值以及污秽等级的划分标准。由于爬电比距是在大量实际运行经验的基础上规定的，而且污闪的发生也是绝缘子受污耐压水平低于实际污秽度要求的耐压水平的表现，加大爬距可以提高绝缘子的抗污闪能力，所以只要遵循规定的爬电比距值来选择和提高绝缘子串的总爬距和片数，原则上能保证必要的运行可靠性。但若积污不同，则耐受电压也不同，所以存在着爬距的有效性问题。若闪络频繁发生，其母线悬式绝缘子和支柱绝缘子需要具有较高的爬距。如果爬距过小，则应采取一定的辅助措施。

3.3定期或不定期的清扫清扫绝缘子表面上沉积的污。是对付污闪的有效措施之一，而对于爬距过小的输电线路，适时清扫尤为必要。按照《电力系统电瓷外绝缘防污闪技术管理规定》，凡是按污秽等级配置外绝缘爬距的设备，原则上是一年一清扫。实际运行中的输变电设备，需要结合盐密测量和运行经验，合理灵活地安排清扫。清扫应安排在污闪季节１～２个月内进行。

3.4采用新型自我清洁辅助工具。此外，还可为绝缘子装配一些新型的辅助工具，使其具有自我清洁能力。近期新研发的绝缘子风力清扫环就是一种新型的清扫绝缘子工具，如图清扫环采用轻质绝缘材料制成。将风力清扫环套在绝缘子上，当有风吹动时，清扫环就会转动或摆动，风力推动碗的边沿和环上的刮污板，不断地刮去绝缘子表面上的污垢，从而保证绝缘子上表面的清洁，防止污闪事故发生。

3.5采用涂料。发生污闪不仅需要有积污，而且还要在不利的气象条件下使污秽层变成导电层。由于玻璃和瓷均是亲水性材料，污秽物也会吸收水分，当水落到这些材料表面，使污层中的电解质电离，同时在其表面形成导电水膜，增大了外绝缘的表面电导，最后导致放电。若在绝缘子表面涂上憎水性材料，那么落到绝缘子表面的水分就不会形成连续的水膜，而是以孤立的水珠形式出现。这时污秽层的电导不大，泄漏电流也很小，不易形成逐步延伸的局部电弧，所以不会导致污闪。目前采用的防污闪涂料主要有硅脂涂料、硅油和室温硫化硅橡胶。

3.6采用半导体釉绝缘子。这种绝缘子的釉层具有一定的导电性，因而一直存在一个比普通绝缘子表面泄漏电流大的表面电导电流，从而使绝缘子表面温度略高于周围的环境温度，污秽层不易吸潮，积污也会减少。除此以外，釉层电导还可缓解干区电场的集中现象，使干区不易出现局部电弧，沿整个绝缘子分布的电压也会变得均匀。然而釉层容易被腐蚀和老化，故很少大范围使用。

3.7采用新型合成绝缘子合成绝缘子的组成部分包括芯棒（承受机械负荷，同时为内绝缘）、伞套（护套和伞裙，保护芯棒免受环境和大气影响的外绝缘）和金属连接附件。芯棒是用浸渍后的玻璃纤维束经树脂通过引拔模加热固化而成，具有很高的抗拉强度。伞套通常采用硅橡胶，具有很高的电气强度、很强的憎水性以及很好的耐污性能，在高、低温下的稳定性也很好。这些优势使这种绝缘子得到越来越广泛的应用，并成为防污闪的重要措施。然而其昂贵的价格和容易老化的问题影响了其更广泛的应用。

4 新型干冰清洗装置

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。

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0.5~1MPa，将干冰加速至接近音速（340m/s），干冰颗粒从喷枪喷射至清洗对象的表面,主要过程为一下几个：

a)干冰颗粒与清洗对象表面污秽颗粒进行物理撞击；

b)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；

c)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。使用干冰清洗变电站绝缘子具有多种优势：

a)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；

b)可以清洗对象表面缝隙，对所清洗表面的影响较小；

c)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；

d)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。

参考文献

徐思远,曹玉林,张峰平,夏红春,刘玉华.变电站绝缘子干冰清洗装置[J].设备管理与维修,2021(14):127-128.
李静,杨小娟,刘树鑫,于龙滨,崔巨勇.污秽覆冰绝缘子动态闪络特性分析[J].科学技术与工程,2021,21(22):9378-9383.
唐秋明,毛东,高强. 高压绝缘子污闪机理的研究[A]. 中国力学学会、上海交通大学（SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY）.中国力学大会-2015论文摘要集[C].中国力学学会、上海交通大学（SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY）:中国力学学会,2015:1.
伊力哈木·努尔买买提.绝缘子污闪的机理与预防[J].科技展望,2015,25(10):67.
梁志豪.绝缘子污闪的形成机理及预防措施[J].广东电力,2013,26(06):87-92.
杨燕花,王泰杰,廖乡萍,饶攀.高压电器绝缘子污闪分析及防范措施[J].技术与市场,2013,20(06):50-51+53.
汪锐. 基于弧头电压梯度判据的绝缘子交流污秽闪络模型研究[D].重庆大学,2012.

对绝缘子污闪以及绝缘子干冰清洗方法的探讨研究相关推荐

自清洗袋式过滤器的自清洗方法
随着工业技术的不断改进与发展,传统的过滤设备已经无法满足工业过滤的需求,人们需求更加智能化.自动化,因此自清洗袋式过滤器应用逐渐涵盖到个工业领域.嘉一机电自清洗袋式过滤器现已广泛应用于工业.农业.电力 ...
全国计算机二级qq闪退,电脑上QQ闪退怎么回事？各个系统版本电脑QQ闪退现象的解决方法介绍...
电脑QQ闪退怎么回事?无论你是什么版本的电脑系统,或多或少都会遇到QQ闪退的现象.遇到这种烦人的情况,我们该如何去解决它呢?对于电脑qq闪退怎么回事?如何解决呢?下面脚本之家小白就在本文为大家提供wi ...
tomcat.apache startup.bat闪退两种解决方法
tomcat bin文件夹中的startup.bat闪退原因及解决方法两种方法一:在启动tomcat时闪退,重新检查java的jre运行环境.如果环境变量忘记配置一定会导致了tomcat的闪退. 追 ...
直接双击启动tomcat中的startup.bat闪退原因及解决方法
直接双击启动tomcat中的startup.bat闪退原因及解决方法参考文章: (1)直接双击启动tomcat中的startup.bat闪退原因及解决方法 (2)https://www.cnblog ...
win10打开计算机闪屏,Win10打开资源管理器闪屏怎么办？Win10资源管理器闪屏问题的解决方法...
Win10打开资源管理器闪屏怎么办?电脑出现闪屏现象时有发生,就算最新的Win10系统也会出现闪屏现象.最近一位Win10用户在打开资源管理器时就出现了闪屏,这种情况一般是由于系统组件破坏.丢失导致的 ...
vs2017c语言一闪而逝6,Visual Studio IDE编写程序时不显示窗口或窗口一闪而逝的解决方法...
这篇文章主要为大家详细介绍了Visual Studio IDE编写程序时不显示窗口或窗口一闪而逝的解决方法,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下使用Visual Studio IDE编写 ...
想要实验结果准确？玻璃器皿清洗方法和要点你可得知道！
洗涤玻璃仪器不仅是实验室必做的实验前准备工作,也是一项技术性工作.仪器清洗是否符合要求,对实验结果准确性有很大影响.那么,什么才是有效的玻璃器皿清洗手段呢?清洗后如何干燥?为此,特意为大家整列了实验室 ...
java咖啡机加入清洗剂_如何清洗咖啡机—咖啡机的清洗方法介绍
在闲暇的时候很多人都会约上三五好友去咖啡馆里面坐坐,聊聊心事,有了咖啡机我们就可以在家里面喝上好喝的咖啡了,咖啡机在使用了之后我们就要好好的清洗,下面小编就来给大家介绍一下咖啡机的清洗方法. 咖啡机 ...
利用苹果手机轻松查询QQ闪照可随时查看方法
首先我们长按要查看的闪照然后点击多选然后选择下方的收藏按钮点击收藏然后在去QQ我的收藏中就可以查看照片可以随时查看保存方法必须要苹果手机才可以操作利用苹果手机轻松查询QQ闪照可随时查看方 ...

对绝缘子污闪以及绝缘子干冰清洗方法的探讨研究

对绝缘子污闪以及绝缘子干冰清洗方法的探讨研究相关推荐

最新文章

热门文章