配網線路設備干冰清洗技術研究

袁海星　呂峰　蘇梓銘　程海興

摘 要：針對配網線路設備，研究了干冰清洗技術的除污效果和清洗工藝：經試驗得出了干冰顆粒最優清污組合參數，在此工況下，除污效果良好，污穢的殘留度能達到15%以下；清污工作效率高；清污完成后，現場無殘留，不污染環境；對于瓷絕緣子、玻璃絕緣子和復合絕緣子均有較好的除污效果。

關鍵詞：配網設備；污閃；干冰清洗；絕緣子

中圖分類號：TB490 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0140-03

隨著工業化飛速發展，大氣污染日益嚴重，由于絕緣設備長期暴露在空氣中，受自然落灰、工業污染等影響，環境中的微塵沉積在外絕緣表面形成一層污穢物，當遇到濕潤條件時，污層吸濕受潮電導率增大，嚴重時絕緣表面發生污閃，容易造成大面積停電。外絕緣表面積污是污閃事故的先決條件，及時清掃絕緣表面污穢是防止污閃事故的有效措施。帶電進行外絕緣表面清污作業是防止污閃提高供電可靠性的首要選擇。

目前國內外電力設備的清洗技術包括：等離子清洗技術、化學（絕緣）清洗技術、帶電水清洗技術、帶電機械式清洗技術以及超聲波清洗技術等。帶電水清洗技術容易造成人身傷害，且污水線問題突出；帶電機械式清洗技術作業不靈活，容易產生清掃死角。針對現有技術的不足，筆者研究了配網線路設備干冰清洗技術，除污效果好，現場無殘留，不污染環境。

1 干冰清洗機理

干冰是二氧化碳的固態形式，為白色分子晶體，具有面心立方晶格結構。在常壓下可由固態不經過液態直接轉變成氣態，體積膨脹約898.79倍。干冰蒸發熱較大，完全汽化時約能使周圍溫度降至-78℃。一般利用節流膨脹技術，把低溫液體二氧化碳制成干冰粉末，干冰造粒機擠壓干冰粉末制成干冰顆粒。

干冰清洗前污垢層與基體的結合狀態如圖1（a）所示，干冰清洗機理分析如下：

（1）低溫剝離作用：如圖1（b）所示，被加速的干冰顆粒與污垢層表面碰撞并進行熱交換，降低污垢層溫度，污垢層遇冷后收縮、變脆及龜裂。由于污垢層和基體膨脹系數不同，所以遇冷后污垢和基體間的結合力將降低，使污垢易被去除。

（2）沖擊、吹掃作用：如圖1（c）所示，在壓縮氣體的作用下，由噴嘴噴射出的超聲速干冰顆粒具有很大動能，對污坂層具有磨削、剪切作用，從而使污垢裂紋、破碎。

（3）升華作用：如圖1（d）所示，干冰顆粒與污垢層碰撞后會迅速升華成二氧化碳氣體，細碎的干冰微粒進入縫隙后，其體積瞬間膨脹如同爆炸，從而將污穢層迅速除去。

2 干冰顆粒清洗試驗裝置

干冰顆粒噴射清污試驗平臺包括干冰清污機、空氣壓縮機和試品平臺，如圖2所示。干冰清污機將壓縮空氣和干冰顆粒混合后噴射到被清污表面；空氣壓縮機提供壓縮空氣；試品平臺用來放置被清污絕緣子，同時調節清污參數。

3 干冰顆粒噴射清污參數試驗特性

試驗模擬最重的e級污穢度，人工污穢等值鹽密選取0.400mg/cm2、等值灰密選取4.000mg/cm2，灰密中混合了40%的糊精，以增強人工污穢的粘結力，探究在嚴重污穢度下干冰顆粒清污的效果。試驗選取典型支柱絕緣子ZSW-35kV/4和ZSW-35kV/8，進行單一參數下的清污試驗，清污參數選取壓縮空氣壓力、干冰顆粒流量、干冰顆粒噴射距離、干冰顆粒噴射角度、干冰顆粒噴頭轉速和干冰顆粒噴射時間等6個因素，采取控制變量法探究單一清污參數對清污效果的影響。為使測量結果更準確，每個變量進行三組試驗，由于試驗操作可能存在人工誤差，剔除明顯的不合理數據，在剩余的數據中取平均值，表征污穢ESDD和污穢NSDD的殘留度。得出某個變量最優參數后，進行其他變量試驗時，設置該變量試驗條件為最優參數。試驗得出各變量與除污效果關系曲線如圖3所示。

上述所慮6個因素相互關聯，共同影響清污效果。因此筆者通過正交試驗來驗證單一參數試驗的結果。以ZSW-35kV/4為實驗對象，每個影響因素選取5個水平值，組成6因素5水平正交試驗，研究多參數組合下的清污效果，得出的正交試驗結果與單一因素試驗結果相符合。根據試驗結果確定干冰顆粒最優清污參數組合為：壓縮空氣壓力0.7MPa～0.8MPa，干冰顆粒流量18kg/h～22kg/h，噴射距離10cm～15cm，噴射角度15°～20°，噴頭轉速10～15r/min，噴射時間30s～36s，在此參數組合下污穢殘留度可以達到20%以下。在最優清污參數組合下，絕緣子清污前后對比如圖4所示，污穢殘留度為14%。

4 不同污穢參數下的清污試驗

4.1 不同污穢粘結力下的清污試驗

污穢粘結力的大小是影響干冰顆粒清污效果的因素之一，試驗采取改變污穢中硅藻土和糊精的混合比，模擬相同灰密等級下污穢粘結力的不同。試驗污穢鹽密取0.4mg/cm2，灰密取4mg/cm2，糊精與硅藻土混合比分別取3：1（糊精3mg/cm2、硅藻土1mg/cm2）、2：1、1：1、1：2、1：3進行試驗，清污參數設置為最優清污參數。試驗結果如圖5所示：隨著糊精與硅藻土混合比的減小，污穢粘結力降低，污穢殘留度逐漸降低，清污效果逐漸變好，污穢層的粘結力對干冰顆粒清污效果有較大影響。當糊精與硅藻土混合比小于1：2時，鹽密和灰密殘留度均小于10%，清污效果為優，相應的污穢粘結力下干冰顆粒能夠達到理想清污效果。

4.2 不同污穢類型下的清污試驗

4.2.1 自然污穢

試驗選取放置在戶外多年的支柱絕緣子作為清污對象，其積污主要是塵土的沉積。根據前述試驗，清污參數取壓縮空氣壓力0.7MPa，干冰顆粒流量18kg/h，噴射距離15cm，噴射角度15°、噴頭轉速15r/min、噴射時間30s。自然污穢清污前后對比圖如圖6（a）所示。

4.2.2 水泥污穢

試驗使用水泥、氯化鈉用蒸餾水均勻混合后，均勻地涂在絕緣子表面，水泥用來模擬水泥污穢，氯化鈉用來模擬可溶性電解質，陰干放置，待表面污層結塊且用抹布擦拭無法將污層擦掉后，再進行清污試驗，目的是讓污層與絕緣子表面更緊密的結合。水泥污穢清污前后對比圖如圖6（b）所示。從對比圖中可以看出，盡管水泥污穢的附著力很強，但是干冰顆粒清污效果比較明顯，證明干冰顆粒對水泥污穢有明顯的清污效果。

4.3 玻璃絕緣子和復合絕緣子清污試驗

基于瓷絕緣子清污試驗結果，探究干冰顆粒對玻璃絕緣子和復合絕緣子的清污效果。試驗選取FZSW-35kV/5復合支柱絕緣子、FQJ-25kV/8復合車頂絕緣子和FC160/155型懸式玻璃絕緣子作為研究對象。對復合絕緣子和玻璃絕緣子刷涂的污穢鹽密為0.400mg/cm2、灰密為4.000mg/cm2（其中糊精1.6mg/cm2，硅藻土2.4mg/cm2），取前述試驗最優清污參數組合進行試驗。如圖7所示，對FZSW-35kV/5和FQJ-25kV/8兩種復合絕緣子，干冰顆粒清污后的污穢殘留度均在10%以內，到達理想的清污效果。

由于FC160/155型懸式玻璃絕緣子表面積過大，因此針對玻璃絕緣子，將其劃分為上下兩部分，進行兩次清污，干冰顆粒清污后的污穢殘留度在10%以內，清污效果良好。值得注意的是，不同類型的絕緣子，干冰顆粒最優清污參數不同，實際應用時需要試驗探究具體清污對象的最優清污參數組合。

5 結語

本文開展了干冰清洗技術對配網線路設備污穢除污效果及清洗工藝的研究，試驗研究了不同清污參數、不同污穢參數以及不同絕緣子類型下的干冰清洗技術除污效果，結論如下：

（1）干冰顆粒最優清污參數組合為：壓縮空氣壓力0.7MPa～0.8MPa，干冰顆粒流量18kg/h～22kg/h，干冰顆粒噴射距離10cm～15cm，干冰顆粒噴射角度15°～20°，干冰顆粒噴頭轉速10～15r/min，干冰顆粒噴射時間30s～36s。

（2）污穢層的粘結力對干冰顆粒清污效果有較大影響。當糊精與硅藻土混合比小于1：2時，鹽密和灰密殘留度均小于10%，清污效果為優，相應的污穢粘結力下干冰顆粒能夠達到理想清污效果。

（3）干冰清洗技術對自然污穢和水泥污穢清污效果明顯。

（4）干冰清洗技術適用于瓷絕緣子、復合絕緣子和玻璃絕緣子，在最優清污參數組合下，污穢殘留度均在10%以內。