浅析电力设备的带电化学清洗技术研究

2022-09-11

高压电力设备受环境污秽的影响所造成的污闪事故占电网事故的很大比例,变电站设备为改变电压的场所,将发电厂发出来的电能的电压升高,然后输送至用户附近,再按需要将电压降低,其中升降电压的工作通过变电站设备完成。变电站设备定期需要清洗,特别是对于油浸式主变压器,由于焊点多、焊缝长、变压器设备渗漏现象严重。因而电网设备的防污工作包括提高设备的防污等级,对设备进行防污改造,以最大限度减少污闪事故的发生极其重要。电气设备的污闪是电气设备污秽闪络的简称。绝缘子受的污染分为自然污染和工业污染两类。

电气绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱,飞尘,鸟粪等的污染。干燥情况下,这些污秽物的电阻很大,但当大气湿度较高,在毛毛雨,雾,露,雪等不利气候条件下,绝缘子表面污秽物被润湿时,其表面电导和泄漏电流剧增,使绝缘子的闪络电压显著降低,甚至可使绝缘子在工作电压下闪络,影响电力系统的安全运行。故污秽是影响电网设备安全运行的主要隐患。采用化学清洗剂对电网设备进行带电化学清洗可有效地解决这一问题。

1 定期清洗电力设备是保证电网安全的有效措施

为使电力设备电瓷表面洁净并保证有较好的绝缘水平,在60—90年代初采用了水冲洗作业,利用高压射流技术有效清洗设备上的污秽。

特别是在变电站采用停电水冲洗,会收到良好的效果,当有些设备停电困难时采用带电水冲洗也可达到目的,通过在带电水冲洗方面大量的试验和研究。

然而带电水冲洗设备是不安全的,曾发生过人身和设备闪络事故,原因是带电水冲洗要求条件比较高,对带电水冲洗的条件要求有:

(1)要求带电清洗的水电阻率一般小于1500Ω·cm;水枪的喷口直径的选择应为10mm及以下;

(2)在带电清洗作业前,要求设备表面的盐密值大于导则中规定的值;

(3)作业前要确知设备绝缘良好,对瓷质有裂纹的一般不可清洗;对充油套管不能采用水冲洗;

(4)水冲洗的方法正确,要求注意风向和冲洗角度,防止溅闪;虽然目前带电水冲洗仍在进行,但因安全性差,推广受到一定影响。

2 电力设备的带电化学清洗

随着化学清洗剂在电力设备清洗方面的深入研究,各种电力设备带电清洗剂不断开发应用,采用带电化学清洗成为电力设备防污的一种新手段。它非常适合对变电站电力设备进行带电深度清洗,其主要特点有:

(1)按绝缘油试验方法进行的试验表明:击穿电压>25k V。绝缘电阻>1010Ω;

(2)不会导致电瓷设备表面以及金属部分受到任何腐蚀,清洗后电瓷表面不会留下任何残留物;

(3)清洗剂在自身沸点不会起火燃烧,燃点~600℃,闪点为68℃,带电情况下清洗电力设备时无电火花或电弧;

(4)蒸发速度和残留量试验证明清洗剂挥发性能良好。

和水冲洗相比,采用化学清洗剂可达到以下安全可靠的清洗效果:

(1)免除带电水冲洗的麻烦,简化操作程序,提高冲洗效果;

(2)清洗剂有化学成分和活化作用,可在几min内将活化污秽挥发,并具有表面保护作用。

3 高压带电清扫原理

高压带电清扫的作业方式是地电位带电作业,也称为间接带电作业。

高压带电清扫作业的示意图及等值电路如图1所示,操作人员站在地面上,通过绝缘操作杆接触待清扫瓷瓶。这时,通过人体的电流有两个回路:

(1)泄漏电流(IR)回路:带电体(绝缘子)®绝缘操作杆®人体®大地;

(2)电容电流(IC)回路:带电体(绝缘子)®空气(绝缘体)®人体(地电位);

两个回路的电流都经过人体流入大地。电容电流回路不单纯是工作相导线有,其它两相导线对人体也有,但距离较远,电容电流更小,可将其它两相导线的作用忽略不计。

图中:Uf为相电压;

Rm为绝缘操作杆的绝缘电阻。220k V设备使用f32′f28′1.800规范的3640绝缘杆,其绝缘电阻为Rm>>9′1010(W);

r为人体总的电阻,取值为1500(W)。

C1为带电体对人体间的空间电容。该电容的大小取决于人体对带电体之间的距离、空气的潮湿度等因素。在各电压等级设备上,当人体对带电体保持安全距离以及在晴朗天气时,C1约为4.4′10-12~22′10-12法拉,在220k V时,取C1=4.4′10-12法拉,其容抗为:

C2为人体穿绝缘鞋(胶鞋或布鞋)时对地的电容。电容C2决定于鞋子绝缘程度,干鞋子的最大电容值约为350PF,其容抗值为:

由于(r+Xc2)《Rm,(r+Xc2)《Xc1,所以r和Xc2对流经人体的总电流影响不大,这样等值电路(b)可以简化为等值电路(c)。也就是说,带电清扫作业可视为在相电压U作用下的Rm电阻和C1电容并联的回路,该两个回路的电流都流经作业人员的人体。

要做到带电作业时不仅能保证人身没有触电伤害的危险,而且也能保证带电作业人员没有任何不舒服的感觉,就必须满足以下三条基本要求:

(1)流经人体的电流不超过人体的感知水平1毫安(1000微安);

(2)人体体表场强不超过人的感知水平2.4k V/cm;

(3)保证可能导致对人身放电的那段空气距离足够大。

4 带电化学清洗的作业方法

使用化学清洗剂清洗电力设备,要求方法正确,采用专用的清洗工具包括清洗机(泵)、绝缘喷枪、绝缘人字梯、屏蔽服等以确保安全有效节约成本。针对不同电压等级的设备,带电化学清洗主要采用以下几种方法:

(1)对10k V及以下的开关柜可直接使用电动手持喷枪,并保持带电安全距离。

(2)在35k V和110k V设备上进行户外清洗作业时,采用地电位高压射流技术,作业人员着屏蔽服,使用绝缘杆管单枪由上而下的进行清洗。

(3)对于220k V及以上的设备应采用中间电位进行高压射流清洗,作业人员着屏蔽服,站在绝缘梯上,使用绝缘喷枪进行清洗作业。为保证设备和人身安全还要注意以下事项:

(1)对异常的发热、极严重的污垢、有火花产生的电力设备和环境特别潮湿的场所不宜带电清洗。

(2)清洗剂有溶剂气味,使用时应注意通风换气。

(3)应严格按照《电力安全操作规程》进行操作,且操作人员应经过专门的培训。

5 带电化学清洗的前景展望

带电化学清洗是电力设备防污的一项先进的技术,具有安全系数高、不用停电即可操作,符合环保要求等优点。可以有效避免电网污闪事故的发生,为电力系统带来更大的经济效益,并且在清洗中设备安全、人身安全、清洗效果佳,这是停电清洗和其它清洗方法(如水)所不能达到的效果。具有广阔的应用前景。这一方法被广泛应用于各类变电站、发电机组、大型电动机等电力设备。与水冲洗相比,化学清洗剂的成本仍然比较昂贵,如何降低清洗剂的成本仍是化学清洗行业应研究的课题。

摘要：本文介绍了采用化学清洗剂对电力设备进行化学清洗的新方法,并与传统的带电水冲洗方法进行了比较,还介绍了进行化学清洗的操作方法、注意事项及经济效益,为电力系统提出了一种安全、可靠的防污方法。

关键词：电力设备,污秽闪络,变电站防污闪,化学清洗