膨脹土地區玻璃絕緣子積污原因分析及防范措施

王祥祥，張洪偉，潘 東，李忠祥

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司百色局，廣西 百色 533000）

玻璃絕緣子具有自清潔能力強，積垢黏附力小，不易老化，耐電弧性能優良等優點，被廣泛應用于輸電線路。在輸電線路中無論何種物質黏附于絕緣子表面，都會對絕緣子運行造成影響，降低絕緣子的絕緣性能，使線路絕緣水平下降，在過電壓作用下很容易引起放電跳閘的情況發生，而在污漬潮濕的環境條件下，會引起絕緣子沿面放電，周而復始地沿面放電也會造成污閃事故的發生。

文章就500 kV天平雙線位于廣西百色膨脹土地區的玻璃絕緣子積污特性作為研究對象，玻璃絕緣子是天平線使用最多的絕緣器件，占比達98%以上，在線路投運的20多年來，每年都會對絕緣子實施停電清掃，使之保持良好的絕緣性能，但是位于膨脹土地區的玻璃絕緣子內閃群的積污速率近年來開始加快，并且積污垢質地堅硬，使用抹布、毛刷等工具都無濟于事，難以徹底將污穢物質清除干凈，建立在膨脹土中的天平雙線共有180 基桿塔，線路絕緣子均為玻璃絕緣子。而玻璃絕緣子上表面由于光滑，各種污穢物質難以在表面長時間停留，污穢物質在風力作用下隨風飄走，因此位于膨脹土地區的玻璃絕緣子積污主要集中在內閃裙，污穢物質在內閃裙受風力影響小，不易隨風飄走，污垢難以清除最重要的原因是膨脹土土質的成分具有黏附性強、質地堅硬等特點，本文通過分析膨脹土地區的玻璃絕緣子積污特點，弄清膨脹土細微顆粒中的成分來判定閃裙內積污化學成分，為有效治理膨脹土地區絕緣子積污提供依據和防范措施。

1 膨脹土的特性

1.1 什么是膨脹土

膨脹土是指含有大量的強親水性黏土礦物成分[2]，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮、且脹縮變形往復可逆的高塑性黏土。它一般具有強度較高，壓縮性低的特點。我國是世界上膨脹土分布廣、面積大的國家之一，據現有資料在廣西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山東、陜西、浙江、江蘇、貴州和廣東等地均有不同范圍的分布，廣西百色地區的膨脹土主要集中在右江河谷田陽至田東地段，500 kV天平雙回線路正好經過此地，據資料顯示廣西地區的膨脹土與全國其他溫帶地區者比較，脹縮性明顯強烈，黏性極強。

1.2 土質特稱

顏色：呈黃、黃褐、灰白、花斑（雜色）和棕紅等色，如圖1 所示，膨脹土中的500 kV天平線。

圖1 位于膨脹土地區的500 kV天平線

多為高分散的黏土顆粒組成，常有鐵錳質及鈣質結核等零星包含物，結構致密細膩。一般呈堅硬—硬塑狀態，但雨天浸水劇烈變軟。

近地表部位常有不規則的網狀裂隙。裂隙面光滑，呈蠟狀或油脂光澤，時有擦痕或水跡，并有灰白色黏土（主要為蒙脫石或伊里石礦物）充填，在地表部位常因失水而張開，雨季又會因浸水而重新閉合。

1.3 物理力學特征

液限和塑性指數都很高。

摩擦強度低，但黏聚力大，常因吸水膨脹而使其強度衰減。

膨脹土具有超固結性，開挖地下洞室或邊坡時往往因超固結應力的釋放而出現大變形。

2 膨脹土地區的玻璃絕緣子積污特點

運維單位在2020 年年度計劃檢修中，集中對500 kV天平雙回線路膨脹土區域內的玻璃絕緣子進行停電大規模清掃作業，清掃質量效果不佳，主要原因是閃裙內部黏附的物質，黏性極強不易水解，盡管濕毛巾、鋼絲刷進行反復擦拭，均未能擦拭干凈。經過仔細觀察可見，閃裙內的污垢呈現疊層狀態，肉眼可明顯看到細微顆粒狀物質，判斷是細微顆粒狀態物質在風力作用下一層又一層的黏附在絕緣子閃裙內部，最靠近鋼腳部分積污厚度最大，鋼腳的積污也非常嚴重，懸垂玻璃串比水平耐張玻璃串積污更為嚴重，積污嚴重的部分會形成倒假山形態，用手觸碰感覺較為堅硬，如圖2 所示。因為積污大部分為細微顆粒狀態，所以在光滑的玻璃外表面是沒有形成積塵，因此玻璃絕緣子表面幾乎不積塵。

圖2 膨脹土區域內500 kV 天平線玻璃絕緣子閃裙內部積污形態

3 積污化學成分

膨脹土細微顆粒附著于絕緣子屬于自然積污，根據輸電線路運規程可知絕緣子污穢的種類按污穢的來源和形態可分為4 種，分別為[2]：自然污穢，在空氣中飄浮的微塵，海風帶來的鹽霧，鹽堿嚴重地區大風刮起的塵土以及鳥類糞便等；工業污穢，工廠、蒸汽機車等排出的煙塵或廢氣；顆粒性污穢，這種污穢物質，一般呈各種形式的顆粒，如灰塵、煙塵等；氣體性污穢，這種污穢物質呈氣態，彌漫空氣中，具有很強的附著力。一直以來，國內外專家主要在輸電線路污閃的機理及其影響因素，污穢度測量等方面進行研究。[4]而最近有專家對絕緣子污穢成分、測量方法及其影響進行了研究，發現自然污穢成分通常包含無機可溶性陽離子和無機可溶性陰離子以及無機不可溶性其他成分。

通過實驗得出，內裙積污主要成分有鈣離子、硅酸根離子、銨根離子，鈉離子，如表1 所示。

表1 溶液離子含量檢測結果

通過查閱資料可知膨脹土主要由等強親水性礦物組成，蒙脫石是膨脹土最主要成分，其礦物親水性強，具有既易吸水又易失水的強烈活動性，因此可判定其細微顆粒在附著于絕緣子閃裙內部，在潮濕環境相互作用下更具黏性，積污堅硬證實了鈣離子的存在，由此可見位于膨脹土區域的500 kV天平雙回線路的玻璃絕緣子污穢來源于顆粒性污穢，這種污穢物質為膨脹土的細微顆粒，在自然風力和干燥、潮濕的空氣作用下造成吸附性極強的積污。

4 膨脹土地區絕緣子積污速率提升原因分析

近年來，百色地區大力發展農業經濟，大規模在膨脹土地區開墾原始荒地種植芒果，破壞了原有的多種類植被，新種植的芒果生長周期緩慢，且種植密度稀疏，造成了膨脹土大范圍裸露于自然界中，在維護芒果時人員活動頻繁，位于芒果區域內的機耕道路四通八達，對膨脹土搖動非常大，極易引起揚塵，因此膨脹土成分在風力作用坐下漂浮于空氣中，在附近的輸電線路受到細微顆粒的污染，而百色地區膨脹土位于右江河谷盆地，揚起的細微顆粒塵埃，難以飄向遠處，此區域內的玻璃絕緣子受到細微顆粒塵埃的侵襲最大，因此年年清污年年臟。

膨脹土區域內近年來大興土木，興修灌溉工程，高速工路，高鐵等大型基建工程不約而至的開工，也是導致膨脹土加速揚塵的主要原因。

5 玻璃絕緣子長期積污的影響

當玻璃絕緣子內裙受到膨脹土細微顆粒的影響，加上高電壓強電場的作用，玻璃絕緣子容易發生自爆，因為膨脹土本身具有極強的脹塑性，通俗地講就是膨脹土細微顆粒吸水和失水后，物理活動劇烈，致使玻璃內部閃裙內力發生變化而導致爆裂，爆裂的玻璃碎片掉落到農戶田間地頭，容易對農民造成刺割傷害，安全隱患極大。

玻璃絕緣子積污對線路的絕緣水平影響甚大，當積污物質吸潮后，導電性能增大的同時，還會增加玻璃表面的泄漏電流。在整串絕緣子串上由于泄漏電流增大，泄漏電流通道上產生的熱量增加，就有可能引起碗頭、球頭、腳鋼等金具的急劇老化，從而引起絕緣子掉串事故的發生，嚴重危及電網安全運行。

天平雙回線膨脹土區域污穢事故一旦發生，其特點是受影響的桿段較長，500 kV天平雙回線路在膨脹土區域內總共180 基桿塔，因此污穢事故一旦發生，往往不能依靠重合閘迅速恢復送電，而必須經過清污才能送電，此外還有可能造成大范圍電網內部故障，所以污穢事故是電力系統的一種惡性事故，必須高度重視。

6 防范措施

實施技術改造，分批次分層級地對位于膨脹土地區內的玻璃絕緣子進行更換改造，全部換成耐污性好的合成絕緣子或防污性能更高的其他新型絕緣子。合成絕緣子具有重量輕，抗拉強度高以及耐污性極強的特點，被廣泛運用于輸變電工程當中，生產質量達標的合成絕緣子運行效果極佳。通過對位于膨脹土地區玻璃換合成的桿塔絕緣子情況進行試驗檢查，發現2005 年玻璃絕緣子換為合成絕緣子的天平雙線某些桿塔，其合成絕緣子積污并不明顯，因為合成絕緣子閃裙屬于開放式，膨脹土細微顆粒在風力作用下不易累積，且憎水性試驗結果均保持在HC2～HC4 等級之間，憎水性屬于優良水平（如圖3、圖4所示），運行了10 多年彈性尚存，符合運行規程要求，合成絕緣子在膨脹土地區無須清污，即節省了運維成本又大大提高了輸電運行的安全維度。

圖3 斜V串合成絕緣子閃裙積污情況

圖4 懸垂串合成絕緣子閃裙積污情況

加大絕緣子的清污力度，采取停電清掃為主和帶電清掃為輔相結合，每年充分利用停電契機進行清掃，制定每年清掃塔號的滾動計劃，保證膨脹土片區絕緣子每年至少清掃一輪。停電清掃時要改進傳統單一抹布或鋼絲球清掃的模式，應研發一種快速溶解膨脹土細微顆粒的溶液，使之能快速有效徹底地清除玻璃絕緣子閃裙內的鈣離子、硅酸根離子等頑固污垢。目前尚未有適用于運行中的絕緣子清污溶解液，建議運行單位加大科技研發投入，組織人員進行技術攻關或與科研單位密切合作，及早研發出適用于運行中的污穢玻璃絕緣子溶解液，在人工清污時不損傷玻璃性能和絕緣強度，達到高度清潔的效果。

對于未能及時改造的玻璃絕緣子，如果發生自爆裂化等不良情況時，應及時帶電更換，不必等到計劃停電時期才更換，以便迅速恢復絕緣子串的整體絕緣水平，提高抗污閃能力。

線路運行維護單位對天平雙線沿線的農業發展和基建工程建設，應盡量控制膨脹土揚塵，特別是在線路附近的動土項目應做好防塵措施，雖不能完全控制揚塵，但是通過技術改良，降低揚塵概率是有可能的。

7 結束語

通過以上分析可知膨脹土區域內的輸電線路存在細微顆粒污染嚴重，積污頑固，難以有效清除污穢的特點。當線路絕緣子的積污問題同時受到不同環境疊加影響時，容易導致污閃事故發生，會造成絕緣子掉串，引發線路大面積停電，嚴重威脅電網安全運行，對電力企業經濟造成的損失是巨大的。因此加強對積污原因的分析，加大對輸電線路絕緣子進行清污和技術改造力度，以提高輸電線路絕緣水平，有效地提升絕緣子防污能力，避免污閃事故的發生，為輸電線路正常運行提供保障[4]。