解析華北油田電網(wǎng)防污閃技術(shù)改造

污閃是指運(yùn)行中的輸、變電設(shè)備受污的絕緣子在潮濕條件下，出現(xiàn)的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象。污閃所產(chǎn)生的強(qiáng)力電弧不但造成保護(hù)動作跳閘還常致使電氣設(shè)備損壞，對電網(wǎng)的損害是災(zāi)難性的。據(jù)統(tǒng)計，在電力系統(tǒng)總事故數(shù)中，污閃事故次數(shù)僅次于雷害，位居第二，而污閃事故所造成的損失卻是雷擊事故的10倍。

華北油田冀中電網(wǎng)在2001年初和2007年初先后發(fā)生兩次污閃事故致使電網(wǎng)癱瘓，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。兩次污閃事故以來，華北油田一直致力于研究探索油田電網(wǎng)污閃產(chǎn)生原因及治理措施。

一、污閃產(chǎn)生機(jī)理及特點

目前，有關(guān)污閃產(chǎn)生的機(jī)理還沒有統(tǒng)一的看法。筆者認(rèn)為，工礦企業(yè)排放的煙塵、廢氣，汽車的尾氣，揚(yáng)塵，鳥糞等，這些污穢物，大多是酸、堿、鹽性物質(zhì)，降落到輸、變電設(shè)備的絕緣子(線路絕緣子、母線支持絕緣子和設(shè)備套管)表面，逐漸沉積形成污穢層。污穢層在干燥狀態(tài)下電阻很大，流過的泄漏電流很小，但在霧、露、毛毛雨、溶雪等氣候條件下，污穢層受潮濕潤，可溶物質(zhì)逐漸溶解，污穢層中的電導(dǎo)增加、泄漏電流增大。由于泄漏電流的熱效應(yīng)，在電流密度較大處出現(xiàn)干區(qū)，干區(qū)的污層電阻增大而承受電壓升高，電壓達(dá)到一定值時干區(qū)便擊穿放電，隨著濕潤程度的增加，逐漸發(fā)展成為電弧閃絡(luò)。

污閃故障的顯著特點是與氣候關(guān)系密切，由于一種氣象條件往往發(fā)生在一個較大的范圍內(nèi)，且持續(xù)時間長，所以污閃往往在多條線路上同時發(fā)生，這對電網(wǎng)運(yùn)行威脅巨大。因此，防止電力設(shè)備發(fā)生污閃已成為保證電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要工作。

二、 油田電網(wǎng)產(chǎn)生污閃的原因分析

1. 設(shè)備構(gòu)成及管理方面

華北油田冀中電網(wǎng)是在1976年至2000年間隨著油田開發(fā)、建設(shè)逐漸形成的，以1座220kV站為供電樞紐、7座110kV變電站及線路為主網(wǎng)架，以40多座35kV變電站及線路組成配電網(wǎng)絡(luò)，電壓等級分為220kV、110kV、35kV、6(10)kV。220kV電源取自河北南網(wǎng)(220kV線路為河北省電力公司管理)、110kV電源取自河北南網(wǎng)和京津唐電網(wǎng)。

⑴電源分散，電網(wǎng)跨度大。供電區(qū)域分布在京、津、冀的一些縣、市，電網(wǎng)跨度非常大，缺乏整體規(guī)劃。

⑵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)備老化嚴(yán)重。由于設(shè)計、投運(yùn)于不同年代，設(shè)備水平參差不齊，特別是早期絕緣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很低，且設(shè)備老化嚴(yán)重。

⑶信息不暢，缺乏專業(yè)指導(dǎo)。因為是企業(yè)自有電網(wǎng)，業(yè)務(wù)上缺乏國網(wǎng)公司的指導(dǎo)，國家有關(guān)電力行業(yè)的文件、規(guī)章制度、各種反措要求等信息缺乏。

⑷負(fù)荷重要，維護(hù)不足。石油、石化行業(yè)屬于一級供電負(fù)荷，不允許停電，尤其是為石化公司供電的專用電源都引自唯一一座220kV站，因網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等原因造成有些設(shè)備、線路長期得不到清掃、維護(hù)。

⑸資金不足，技改緩慢。供電單位屬于中國石油未上市企業(yè)，對電網(wǎng)的改造、建設(shè)資金嚴(yán)重不足。例如70年代生產(chǎn)的油斷路器還在掛網(wǎng)運(yùn)行。

2. 電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境方面

油田電網(wǎng)是為油氣生產(chǎn)、煉化加工及礦區(qū)居民服務(wù)的。部分變電站周邊建有冶煉廠、化工廠、供暖鍋爐并排放粉塵等大量污穢物，加之附近農(nóng)村自家取暖燃煤爐排放的煙塵構(gòu)成對電網(wǎng)嚴(yán)重的污染源。這與城市電網(wǎng)有很大不同，城市變電站大多建在地下或室內(nèi)，架空線路較少，基本都是采用電纜。

根據(jù)氣象資料統(tǒng)計，冀中地區(qū)年霧淞日數(shù)約為25天左右，尤其是持續(xù)時間超過12小時的大霧一般都發(fā)生在1～2月份，這些特殊氣象加重了絕緣污染，極易造成絕緣子閃絡(luò)事故發(fā)生。

三、2001年污閃后的認(rèn)識及采取的措施

據(jù)統(tǒng)計，2001年污閃的是各電壓等級的母線支柱及隔離開關(guān)瓷瓶、線路絕緣子、油斷路器套管等。

氣象條件及環(huán)境這些誘發(fā)污閃的外因我們無法改變，但這些不是發(fā)生污閃的根本原因，外絕緣薄弱是內(nèi)因，是發(fā)生污閃的根本原因，是可以采取有效措施來提高的。

1. 變春檢為春、秋檢

輸、變電設(shè)備絕緣子表面污穢清掃是恢復(fù)原有絕緣強(qiáng)度、防止污閃事故發(fā)生的有效措施。表面清潔的絕緣子能長期耐受住最高工作電壓的要求，試驗證明，干燥清潔狀態(tài)下的絕緣子每片的閃絡(luò)電壓平均為75kV，在潮濕狀態(tài)下也有45kV，絕緣子污閃放電時可能低到10kV及以下。因此，即使在嚴(yán)重污穢地區(qū)采用普通絕緣子，只要保持瓷表面清潔，就能保證安全運(yùn)行。

定期進(jìn)行絕緣子清掃和保證清掃質(zhì)量是防治污閃的有效手段。2001年前，清掃工作在每年的春季檢修進(jìn)行，污閃后分析認(rèn)為：

⑴春季清掃后，到每年的污閃高發(fā)期來臨時，又會有大量積污。

⑵春、夏季的積污在雨季來臨時可以得到?jīng)_洗，但秋、冬季的高電導(dǎo)率積污得不到雨水沖刷。

因此變單一的春檢為春檢和秋檢，污穢等級小的區(qū)域進(jìn)行春檢，秋季安排重污穢區(qū)的電氣設(shè)備檢修、清掃。特別是對變、配電設(shè)備及線路外絕緣水平低的部位，在秋、冬季做到“逢停必掃”。

加強(qiáng)對清掃人員的宣傳教育和培訓(xùn)工作，說明清掃的重要性，培訓(xùn)清掃的方法，要對清掃質(zhì)量進(jìn)行檢查、登記考核，不能只在形式上掃，而不注重清掃質(zhì)量。

2.調(diào)整設(shè)備爬電比距到Ⅲ級

正確劃分污穢等級，合理調(diào)整設(shè)備爬電距離是防污閃的根本措施。污區(qū)等級應(yīng)按各區(qū)域污濕特性、運(yùn)行經(jīng)驗、絕緣子表面等值鹽密三因素綜合考慮劃分。Ⅲ級等值鹽密為0.1～0.25 mg/cm2。通過對閃絡(luò)的瓷絕緣子鹽密值進(jìn)行抽樣檢測，其值均大于0.12mg/cm2，可見達(dá)到Ⅲ級污穢[1]。爬電比距應(yīng)根據(jù)絕緣子所處區(qū)域的污穢等級來確定，根據(jù)資料顯示，油田電網(wǎng)處在Ⅱ、Ⅲ級污穢區(qū)域。設(shè)備防污等級基本為Ⅱ級，所以將調(diào)爬原則定為：將處于Ⅲ級污穢區(qū)域的設(shè)備爬電比距提高到25mm/kV，達(dá)到抗污穢等級Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)。

⑴220kV、110kV、35kV戶外油斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器等設(shè)備更換成防污型。

⑵220kV、110kV母線支柱瓷瓶、懸式絕緣子更換為防污型，110kV線路絕緣子更換為防污型。

⑶35kV母線支柱、懸式瓷絕緣子更換為硅橡膠合成絕緣子，線路懸式瓷絕緣子更換為合成絕緣子，原為瓷橫擔(dān)絕緣子的線路受桿高限制，因地制宜更換為爬距達(dá)到Ⅲ級的瓷橫擔(dān)。

與傳統(tǒng)的瓷、玻璃絕緣子相比，硅橡膠復(fù)合絕緣子具有重量輕、強(qiáng)度高、維護(hù)方便等特點，更重要的是它具有憎水性和憎水遷移性，耐污閃能力強(qiáng)，長度相同的硅橡膠絕緣子污閃電壓比普通瓷絕緣子高2～3倍。從統(tǒng)計的全國線路污穢數(shù)據(jù)來看，凡采用硅橡膠絕緣子的線路很少發(fā)生閃絡(luò)。

四、2007年污閃后的反思及采取的措施

不可否認(rèn)，2001年后所做的防污閃工作是有效的，使六年來電網(wǎng)保持了穩(wěn)定。

2007年再次污閃后，通過統(tǒng)計、調(diào)查發(fā)現(xiàn)，閃絡(luò)的主要是220kV、110kV母線支柱瓷瓶和母線懸式絕緣子，還有一部分110kV、35kV隔離開關(guān)及線路懸式瓷絕緣子，基本都是2001年后更換的Ⅲ級防污型的瓷質(zhì)產(chǎn)品，斷路器、變壓器等沒有污閃。分析認(rèn)為，有兩個重要原因造成再次污閃：

⑴清掃的局限性。由于油氣生產(chǎn)等重要負(fù)荷的特殊性及運(yùn)行方式制約，部分設(shè)備停電非常困難，尤其是給石化公司供電的設(shè)備、線路，停電檢修、清掃計劃不能落實，造成長期不能清掃、檢修和消缺，存在死角，給電網(wǎng)安全運(yùn)行留下隱患。

⑵對電網(wǎng)所處環(huán)境污穢等級升級認(rèn)識不到位。當(dāng)時認(rèn)為把設(shè)備防污等級調(diào)整到Ⅲ級就可以杜絕污閃，沒有對電網(wǎng)外絕緣水平留有充分的裕量。沒有意識到隨著油田及地方經(jīng)濟(jì)不斷增長伴隨的污穢源增多、污穢加重而污穢治理配套措施又相對落后，有些地域污穢等級達(dá)到了IV級。

兩次污閃事故表明，造成“污閃”的原因是復(fù)雜的，涉及到環(huán)境、氣象、絕緣子質(zhì)量、運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量、設(shè)計質(zhì)量等因素。因此，寄希望于單純采取某種措施來解決，對油田電網(wǎng)是不適宜的，必須采取綜合措施對電網(wǎng)外絕緣進(jìn)行全面技術(shù)改造，滿足IV級防污并留有裕量，才能有效防止污閃事故的再次發(fā)生。

除和用電單位密切聯(lián)系，利用設(shè)備檢修機(jī)會停電檢修、清掃，消除死角外，逐步實施下列措施。

1.提高設(shè)備爬電比距到IV級

⑴考慮到220kV站內(nèi)的桿塔檔距小，絕緣子承受的重力小，且其本身自重輕，在特定的天氣情況下容易發(fā)生相間故障，所以不宜在站內(nèi)220kV、110kV母線上使用復(fù)合懸式絕緣子，采用450mm大爬距瓷式防污型懸式絕緣子。其它變電站內(nèi)110kV、35kV母線懸式絕緣子不是硅橡膠的更換為硅橡膠Ⅳ級防污型，35kV母線支柱絕緣子不是硅橡膠的更換為硅橡膠Ⅳ級防污型。

⑵將110kV、35kV輸電線路上絕緣子全部更換為Ⅳ級硅橡膠型。Ⅳ級防污硅橡膠絕緣子長度比原絕緣子長，這會使線路導(dǎo)線和變電設(shè)備外部原有引線過長、弧垂增大，帶來導(dǎo)線對桿塔、下橫擔(dān)安全距離減小、相間或?qū)Φ鼐嚯x減小、風(fēng)偏校驗等問題。必須進(jìn)行適當(dāng)處理，將線路弧垂恢復(fù)到原來水平，否則就會給安全運(yùn)行帶來隱患。

2. 加裝防污閃輔助傘裙

變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備抗污閃水平提高，需對套管、瓷瓶進(jìn)行更換，大爬距瓷件的結(jié)構(gòu)必然增高，內(nèi)部原有線圈引線長度就不夠長或外形增大會帶來安全距離不夠等問題，又不能花費(fèi)巨資進(jìn)行整體更換，更換下后也閑置無用，造成很大的浪費(fèi)。

傘裙是硅橡膠材料制成，具有憎水性和憎水遷移性，設(shè)備的瓷裙邊上粘接一定數(shù)量的硅橡膠爬裙，可改善絕緣子的受潮條件，增加絕緣子的爬電距離，有效改善電弧放電通道，提高沿面閃絡(luò)電壓，使設(shè)備不易形成貫穿性電弧放電，因此能提高絕緣子的耐污水平，但每種電壓等級設(shè)備粘接多少片呢?

通過在0.1～0.2 mg/cm2鹽密污穢度下試驗表明，在設(shè)備瓷瓶上加裝1個φ155/φ470硅橡膠防污傘裙，可增加爬距約8%，加裝2個可增加爬距約16%，是輸、變電設(shè)備外絕緣增加爬距的有效措施。

根據(jù)這個試驗結(jié)果將220kV母線支柱瓷瓶、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備瓷件加裝6片，110kV設(shè)備加裝3片，35kV設(shè)備加裝1片，并嚴(yán)格掌握粘接工藝。改造后設(shè)備的爬電比距由原來的25mm/kV提高到28mm/kV，達(dá)到IV級防污下限水平。

3. 噴涂防污涂料

利用硅橡膠傘裙和RTV涂料的性能互補(bǔ)，在同一瓷件上同時使用這兩種材料，可達(dá)到更好的防污效果。RTV涂料是室溫硫化硅橡膠的英文縮寫，20世紀(jì)60年代問世。RTV涂料具有良好的憎水性和憎水遷移性，涂覆在設(shè)備瓷件表面，表面積污后，RTV內(nèi)游離態(tài)憎水物質(zhì)逐漸向污穢表面擴(kuò)散，從而使絕緣子污穢層也具有憎水性，不易被受潮溶解，在霧、露、毛毛雨等潮濕氣象條件下，污穢層很難濕潤，即使吸附些水分，也僅以不連續(xù)的小水珠的形式存在，不會形成連續(xù)的水膜，從而抑制了泄漏電流及局部電弧的產(chǎn)生和發(fā)展，顯著地提高了絕緣子的耐污閃電壓。美國太平洋氣體與電氣公司在污染較嚴(yán)重的情況下，對66kV帶電線路的瓷瓶表面涂以0.51mm厚的室溫硫化硅橡膠涂層。經(jīng)過6年后發(fā)現(xiàn)，盡管瓷瓶絕緣表面結(jié)上一層塵垢，但絕緣性能仍然很高。國內(nèi)20世紀(jì)80年代初，清華大學(xué)率先對RTV進(jìn)行了研究,而后天津、河北、河南等省市的一些生產(chǎn)廠家相繼研制生產(chǎn)了該涂料。經(jīng)過十幾年的掛網(wǎng)運(yùn)行，較好地改善了處于易積污、氣象條件惡劣的重污穢區(qū)內(nèi)電氣設(shè)備外絕緣水平，取得了明顯的防污閃效果[2]。

PRTV是RTV的改進(jìn)產(chǎn)品，特殊的化學(xué)成份和現(xiàn)代聚合物工藝技術(shù)的應(yīng)用，使PRTV具有更加優(yōu)良的憎水性和憎水遷移性，耐污閃電壓比RTV高，而且設(shè)計壽命達(dá)到20年，但是價格較貴。

為了節(jié)約投資，我們根據(jù)設(shè)備重要程度，選擇噴涂PRTV還是RTV。1座220kV站、3座110kV站的母線支柱瓷瓶、變壓器套管、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、電流互感器、電壓互感器等設(shè)備使用PRTV，其它站設(shè)備、線路瓷絕緣子及瓷橫擔(dān)使用RTV涂料。

防污閃涂料可用噴涂或刷涂方式進(jìn)行施工，厚度0.4～0.6mm，應(yīng)注意選擇晴朗、干燥、少風(fēng)天氣施工，噴涂前應(yīng)將瓷瓶表面清掃干凈，擦去污染物，保持表面清潔干凈。涂層厚度對其防污閃效果十分重要，為保證涂層厚度達(dá)到0.4mm以上的要求，噴涂應(yīng)2到3遍，待前一層干了后再進(jìn)行后一遍的噴涂，對于小面積施工，可以刷涂，但應(yīng)注意涂層不要過厚或過薄，也不要反復(fù)多次涂刷，以免起皮。涂層應(yīng)不漏涂、不滴流、不掛絲，表面平整光滑。

五、效果檢查

2007年以來，通過采取“掃、爬、加、涂”等綜合治理防污閃措施，取得了良好成效。經(jīng)過近2年運(yùn)行考驗，共發(fā)生連續(xù)兩天以上的大霧9次，沒有發(fā)生一起閃絡(luò)故障。設(shè)備的電暈放電噪聲明顯降低，說明實施的技術(shù)措施非常有效。

六、需要注意的問題

1.污閃事故不宜強(qiáng)送。污閃跳閘后，因誘發(fā)污閃的氣溫、濕度、霧、雨雪、污穢層等條件未消除，介質(zhì)絕緣強(qiáng)度尚未恢復(fù)，在重合閘或強(qiáng)送合閘的瞬間，會出現(xiàn)操作過電壓，此時污閃處的電弧有可能重燃，致使瓷絕緣子炸裂，或促使別處再出現(xiàn)污閃。所以污閃后的自動重合閘或強(qiáng)送成功率極低。油田電網(wǎng)的兩次污閃，都因為生產(chǎn)設(shè)備急于送電而強(qiáng)送，不但沒有強(qiáng)送成功，反而擴(kuò)大了事故。因此污閃后不宜強(qiáng)送，否則會造成更大損失。

2.保證絕緣子的入網(wǎng)質(zhì)量。在設(shè)計、選型訂貨、產(chǎn)品驗收等每個環(huán)節(jié)上有統(tǒng)一的認(rèn)識和要求，避免上網(wǎng)的絕緣制品型號、廠家、質(zhì)量等良莠不齊。

3.關(guān)于絕緣配合的問題。不在線路上設(shè)置絕緣薄弱點，因為若在線路中間加薄弱點，從防雷的角度有一定的作用，但從防污閃的角度沒有意義;若在站外1#桿處設(shè)薄弱點，增加了站內(nèi)近區(qū)故障的可能性，對站內(nèi)設(shè)備不利。

4.避雷器、耦合電容器只噴涂RTV涂料，不宜單獨加裝輔助傘裙。

七、結(jié)束語

防污閃工作是一項長期復(fù)雜的系統(tǒng)工作，有許多問題需進(jìn)一步認(rèn)識、研究，必須扎扎實實堅持不懈地抓下去，才能防患于未然、消滅污閃事故，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。為保持電網(wǎng)健康肌體，鞏固治理污閃成果需要做好以下工作。

1.加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù),結(jié)合華北地區(qū)污閃事故多發(fā)于2月、12月等特定時期,入冬前設(shè)法增加高污穢區(qū)線路清掃次數(shù)，做到應(yīng)掃必掃。清掃時注意不要破壞PRTV、RTV涂層薄膜。

2.密切跟蹤測量絕緣子表面鹽密值，做好污穢等級的監(jiān)測工作。合理布置具有代表性的測量點，及時測量絕緣子表面附著的等值鹽密度，掌握絕緣子的積污程度，繪制油田電網(wǎng)的污穢區(qū)分布圖，有目地的采取有效措施，防止電網(wǎng)發(fā)生污閃。

3.按規(guī)定定期檢測絕緣子串中是否出現(xiàn)零值絕緣子，因為零值絕緣子極易造成污閃。把零值絕緣子及時更換下來，才能保持較高的絕緣水平。一般從導(dǎo)線算起的第一個絕緣子上承受的電壓最大，最易造成零值。

4.做好防污閃輔助傘裙、防污閃涂料跟蹤工作。傘裙、涂料在受到氣候和電磁場的作用時易發(fā)生老化，應(yīng)充分利用停電檢修機(jī)會，重點檢查有無出現(xiàn)傘裙開裂、涂料起皮現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5.為防止鳥糞污穢線路絕緣子引起污閃事故，應(yīng)加強(qiáng)巡視，拆除線路橫擔(dān)上的鳥窩，在線路桿塔上安裝驅(qū)鳥裝置。

6.對新建、改建、擴(kuò)建項目，設(shè)備選型防污等級要達(dá)到Ⅳ級，瓷質(zhì)絕緣子粘接防污傘裙并噴涂PRTV、RTV涂料。污穢重的區(qū)域，將室外設(shè)備改為室內(nèi)型，資金允許時，將220kV、110kV設(shè)備選型為GIS組合電器設(shè)備。

7.向國內(nèi)已應(yīng)用帶電水沖洗、帶電氣吹和帶電機(jī)械干清掃等方法的企業(yè)學(xué)習(xí)，爭取把帶電作業(yè)引入油田電網(wǎng)維護(hù)工作中。

8.加強(qiáng)和地方氣象、環(huán)境部門溝通，及時掌握氣象、環(huán)境變化。研究氣象條件、大氣環(huán)境變化這些外部因素對電力設(shè)備的影響，對治理污閃大有裨益。

9.及時和上級電網(wǎng)業(yè)務(wù)部門溝通，將電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)程、反措等引入油田電網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 16434-1996,高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級及外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]陳洪波，鐘聰，何松.淺析RTV防污閃涂料在電力系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川電力技術(shù)，2003(1)：17.