精品資料（2021-2022年收藏）洛河發(fā)電廠升壓站帶電清掃分析

1、洛河發(fā)電廠升壓站帶電清掃分析大唐淮南洛河發(fā)電廠 喻仕發(fā) 西安淏宇電氣防污工程有限公司 鄭雄摘要：文章通過大唐淮南洛河發(fā)電廠220kV/500 kV升壓站電氣設(shè)備外絕緣帶電清掃工程立項(xiàng)和實(shí)施，從必要性、可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)型等幾個方面探討了變電站防污閃措施選擇的原則；分析了高壓帶電清掃的工作原理，檢驗(yàn)了高壓帶電清掃的清掃效果，證明高壓帶電清掃是變電站防污閃的一種經(jīng)濟(jì)、安全和有效的手段。關(guān)鍵詞：變電站防污閃 污穢閃絡(luò) 高壓帶電清掃1 引言大唐淮南洛河發(fā)電廠始建于 1982 年，現(xiàn)裝機(jī)容量為244萬千瓦，機(jī)組規(guī)模為4 臺30 萬千瓦亞臨界發(fā)電機(jī)組、2 臺60 萬千瓦超臨界發(fā)電機(jī)組，分三期建成, 是華

2、東電網(wǎng)主力電廠之一。電廠擁有500KV、220KV 升壓站各一座，始建于1985 年；500KV 輸電線路四條（其中洛繁線為安徽省第一條500KV 輸電線路）、220KV 輸電線路六條，是華東電網(wǎng)重要的樞紐變電站。洛河發(fā)電廠220kV/500 kV升壓站建于1985 年，至今已有30年。在采用脫硫脫硝工藝前，升壓站的環(huán)境較好，污穢等級低，升壓站一直都安全運(yùn)行。但采用脫硫脫硝工藝后，由于產(chǎn)生了大量的脫硫飄漿，使升壓站環(huán)境嚴(yán)重惡化，污穢等級升至3級，使得220kV/500 kV升壓站內(nèi)的絕緣子爬電比距不能滿足現(xiàn)有污穢等級的要求，嚴(yán)重威脅了升壓站及華東電網(wǎng)的運(yùn)行安全。所以，對220kV/500 kV

3、升壓站內(nèi)的絕緣子必須采取必要的防污閃措施。大唐淮南洛河發(fā)電廠220KV、500KV升壓站電氣設(shè)備外絕緣帶電清掃項(xiàng)目立項(xiàng)后，大唐淮南洛河發(fā)電廠委托北京國電工程招標(biāo)有限公司對項(xiàng)目進(jìn)行公開招標(biāo)，招標(biāo)編號是CWEMEAH-14AHLH-TS034。2014年5月6日，開標(biāo)會議在合肥天宮國際酒店舉行，投標(biāo)人有西安淏宇電氣防污工程有限公司等6家單位，中標(biāo)人是西安淏宇電氣防污工程有限公司。大唐淮南洛河發(fā)電廠220KV、500KV升壓站電氣設(shè)備外絕緣帶電清掃招標(biāo)項(xiàng)目是全國首例500KV變電站電氣設(shè)備外絕緣帶電清掃的招標(biāo)項(xiàng)目，大唐淮南洛河發(fā)電廠220KV、500KV升壓站電氣設(shè)備外絕緣帶電清掃工程也是全國第一個

4、500KV變電站電氣設(shè)備外絕緣帶電清掃合同工程。2 污閃的原理及危害性電氣設(shè)備的污閃是電氣設(shè)備污穢閃絡(luò)的簡稱。絕緣子受的污染分為自然污染和工業(yè)污染兩類。電氣絕緣子常會受到工業(yè)污穢或自然界鹽堿，飛塵，鳥糞等的污染。干燥情況下，這些污穢物的電阻很大，但當(dāng)大氣濕度較高，在毛毛雨，霧，露，雪等不利氣候條件下，絕緣子表面污穢物被潤濕時，其表面電導(dǎo)和泄漏電流劇增，使絕緣子的閃絡(luò)電壓顯著降低，甚至可使絕緣子在工作電壓下閃絡(luò)，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。自然污穢交流閃絡(luò)過程1如圖一所示。圖1 自然污穢絕緣子交流閃絡(luò)過程的典型示波圖(升壓法)污穢閃絡(luò)必須經(jīng)過4 個階段2-3，即污穢的沉積、污穢的濕潤、烘干區(qū)的形成及

5、局部電弧的產(chǎn)生、局部電弧發(fā)展成完全閃絡(luò)。污閃的具體過程如下：絕緣子表面受潮后，污穢濕潤變?yōu)閷?dǎo)電層，在運(yùn)行電壓的作用下，表面產(chǎn)生泄漏電流，泄漏電流產(chǎn)生焦耳熱；在電流密度大、污穢層電阻低的局部區(qū)域烘干污穢層，稱為干帶；干帶恢復(fù)了電阻，中斷了泄漏電流，使運(yùn)行電壓集中形成高場強(qiáng)，從而引起干帶上空氣擊穿和泄漏電流的脈沖；干帶上出現(xiàn)的放電和為烘干的污穢層相串，當(dāng)串聯(lián)電阻較低而泄漏電流脈沖較高時，放電將轉(zhuǎn)成更大的電弧，其燃燒和持續(xù)發(fā)展將導(dǎo)致絕緣子兩極間的閃絡(luò)。 在霧、露、毛毛雨等不利氣象條件下，污穢絕緣子在較低電壓作用下就可能發(fā)生閃絡(luò)。由污穢引起的絕緣閃絡(luò)事故目前在電網(wǎng)總事故中已占第二位，占電網(wǎng)事故的21%

6、，僅次于雷害事故。污閃事故往往造成大面積的停電，檢修恢復(fù)時間長，影響范圍大，造成的損失是雷害事故的10 倍2。3 防污閃措施的種類和性能綜合比較經(jīng)過三十余年防污閃工作，我國總結(jié)出采用“爬、掃、涂、加”的防污閃經(jīng)驗(yàn)。調(diào)整設(shè)備爬距，采用防污型絕緣子或合成絕緣子；清掃設(shè)備表面污穢；涂RTV涂料、加裝傘裙套。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對各種防污閃措施性能綜合比較如下：43.1 調(diào)整設(shè)備爬距調(diào)整設(shè)備爬距是防止污閃事故發(fā)生的根本措施。瓷絕緣子的使用壽命長，可達(dá)3050年，設(shè)備絕緣水平一次更換到位，可以保證長期使用的安全性。但調(diào)爬措施的廣泛使用因以下原因受到限制：一、調(diào)爬費(fèi)用巨大。調(diào)爬必須整體更換設(shè)備，需要大量的

7、經(jīng)費(fèi)。防污閃工作完全基于調(diào)爬，所需費(fèi)用難以承擔(dān)。更換下來的設(shè)備閑置無用，又造成很大的浪費(fèi)。二、更換結(jié)構(gòu)較高的設(shè)備可能會使線路導(dǎo)線和變電設(shè)備外部原有引線過長、弧垂增大，造成相間或?qū)Φ鼐嚯x減小?，F(xiàn)場施工處理難度很大，不進(jìn)行處理又將給安全運(yùn)行帶來隱患。 三、原有架構(gòu)基礎(chǔ)難以承擔(dān)大爬距絕緣子的重量。如洛河發(fā)電廠220kV升壓站，經(jīng)同濟(jì)大學(xué)檢測，220kV升壓站高型構(gòu)架不適合安裝重量更重的大爬距設(shè)備?；谝陨显蛳拗屏溯斪冸娫O(shè)備、特別是變電設(shè)備調(diào)爬措施的廣泛應(yīng)用。3.2 涂防污涂料或加裝傘裙套采用涂防污涂料或加裝傘裙套存在的問題：一、費(fèi)用昂貴。涂料和傘裙套在受氣候和電磁場的作用易發(fā)生老化現(xiàn)象，出現(xiàn)起皮、

8、開裂、憎水性和憎水遷移性減弱等問題，自然污染環(huán)境下一般使用壽命35年，到期傘裙套必須更換，陳舊性涂料必須清除，重新涂刷。因此，涂涂料和加裝傘裙套措施的費(fèi)用是相當(dāng)昂貴的。而且陳舊性涂料清除十分困難，目前尚未找到較有效的清除措施，同時涂刷后的絕緣子表面長期積污使高壓電氣設(shè)備絕緣子外表面骯臟難看。二、在工業(yè)污染環(huán)境下防污涂料或傘裙的憎水性難以發(fā)揮作用，特別是在化學(xué)污染的環(huán)境下。從以往洛河發(fā)電廠220kV升壓站絕緣子涂敷RTV的經(jīng)驗(yàn)看，涂敷RTV并不能有效解決升壓站內(nèi)絕緣子污閃問題。3.3 設(shè)備清掃輸變電設(shè)備瓷表面污穢清掃干凈不僅使設(shè)備表面潔凈如新，更主要的是恢復(fù)設(shè)備原有的絕緣水平，是防止污閃事故發(fā)生

9、的有效措施。表面清潔的絕緣子能長期耐受住最高工作相電壓的要求。因此，即使在嚴(yán)重污穢地區(qū)采用普通絕緣子，只要經(jīng)常性清掃絕緣子、保持設(shè)備瓷表面清潔，也能保證安全運(yùn)行。清掃分為帶電清掃和停電清掃兩種方式。停電清掃清掃不徹底，存在清掃人員高空墜落和誤入間隔的問題，而且耗費(fèi)巨大的人力和物力，嚴(yán)重影響安全、多發(fā)供電。開展帶電清掃，能做到應(yīng)掃必掃、隨時清掃。 國內(nèi)少數(shù)人采用帶電沖洗和帶電氣吹的方法，這兩種方法在不同的程度上存在一些問題：一、帶電沖洗是采用高壓水槍將水或清洗劑沖射到設(shè)備瓷表面，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的清掃。帶電沖洗作業(yè)受到?jīng)_洗用的水質(zhì)、沖洗方法、被沖洗設(shè)備表面積污量、周圍帶電設(shè)備安裝位置以及環(huán)境溫度、風(fēng)向

10、等條件的嚴(yán)格限制。沖洗中常發(fā)生被沖設(shè)備或臨近設(shè)備的閃絡(luò)事故，目前國內(nèi)較少采用帶電沖洗。二、根據(jù)國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（變電站和發(fā)電廠電氣部分）2009版及國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25098-2010絕緣體帶電清洗劑使用導(dǎo)則導(dǎo)則中的相關(guān)規(guī)定，帶電沖洗僅能應(yīng)用于220kV及以下電壓等及的電氣設(shè)備的清掃。三、二次污染。絕緣清洗劑的使用對大氣構(gòu)成污染，長期使用也會對人身造成嚴(yán)重傷害。帶電氣吹清掃作業(yè)是采用壓縮空氣機(jī)、通過橡膠絕緣管將壓縮空氣吹到絕緣子表面的污穢上，達(dá)到清掃的目的。壓縮空氣不僅是清掃污穢的動力，而且是構(gòu)成機(jī)具主絕緣的一部分。空氣經(jīng)壓縮后溫度升高，在通過橡膠絕緣管時，易在管壁上產(chǎn)生凝露，從

11、而降低機(jī)具主絕緣的性能，嚴(yán)重影響帶電作業(yè)的安全性。帶電機(jī)械干清掃是采用高速旋轉(zhuǎn)的毛刷將設(shè)備表面的污穢物清除，完成清掃作業(yè)。帶電機(jī)械干清掃不存在帶電水沖洗、帶電氣吹機(jī)具中的問題，絕緣性能優(yōu)良，操作輕便靈活、清掃效果好，清掃費(fèi)用低，既經(jīng)濟(jì)又有效，是唯一沒有出過清掃事故的理想的帶電清掃方法。由于帶電機(jī)械干清掃的應(yīng)用日益廣泛，所以又簡稱為帶電清掃。3 高壓帶電清掃原理3.1 高壓帶電清掃的作業(yè)方式高壓帶電清掃的作業(yè)方式是地電位帶電作業(yè)，也稱為間接帶電作業(yè)。高壓帶電清掃作業(yè)的示意圖及等值電路如圖2所示，操作人員站在地面上，通過絕緣操作桿接觸待清掃瓷瓶。這時，通過人體的電流有兩個回路：（1）泄漏電流（IR

12、）回路：帶電體（絕緣子） ® 絕緣操作桿 ®人體®大地；（2）電容電流（IC）回路：帶電體（絕緣子）®空氣（絕緣體）®人體（地電位）；圖2 帶電清掃的作業(yè)方式及等值電路圖兩個回路的電流都經(jīng)過人體流入大地。電容電流回路不單純是工作相導(dǎo)線有，其它兩相導(dǎo)線對人體也有，但距離較遠(yuǎn)，電容電流更小，可將其它兩相導(dǎo)線的作用忽略不計(jì)。圖中： Uf 為相電壓；Rm 為絕緣操作桿的絕緣電阻。220kV設(shè)備使用f32´f28´1.800規(guī)范的3640絕緣桿，其絕緣電阻為Rm»9´1010（W）;r 為人體總的電阻，取值為150

13、0（W）。C1 為帶電體對人體間的空間電容。該電容的大小取決于人體對帶電體之間的距離、空氣的潮濕度等因素。在各電壓等級設(shè)備上，當(dāng)人體對帶電體保持安全距離以及在晴朗天氣時，C1約為4.4´10-1222´10-12法拉，在220kV時，取C1=4.4´10-12法拉，其容抗為：C2 為人體穿絕緣鞋（膠鞋或布鞋）時對地的電容。電容C2決定于鞋子絕緣程度，干鞋子的最大電容值約為350PF，其容抗值為：由于（r+Xc2）Rm， （r+Xc2）Xc1， 所以r和Xc2對流經(jīng)人體的總電流影響不大，這樣等值電路（b）可以簡化為等值電路（c）。也就是說，帶電清掃作業(yè)可視為在相電壓

14、Uf作用下的Rm電阻和C1電容并聯(lián)的回路，該兩個回路的電流都流經(jīng)作業(yè)人員的人體。要做到帶電作業(yè)時不僅能保證人身沒有觸電傷害的危險，而且也能保證帶電作業(yè)人員沒有任何不舒服的感覺，就必須滿足以下三條基本要求：（1） 流經(jīng)人體的電流不超過人體的感知水平1毫安（1000微安）；（2） 人體體表場強(qiáng)不超過人的感知水平2.4kV/cm；（3） 保證可能導(dǎo)致對人身放電的那段空氣距離足夠大。3.2 帶電清掃作業(yè)時流過人體的電流計(jì)算根據(jù)上述等效電路計(jì)算帶電清掃作業(yè)時流經(jīng)作業(yè)人員的人體電流。在220kV變電站內(nèi)，假定絕緣操作桿的頂端接觸到帶電體，絕緣操作桿在相電壓（127kV）作用下的泄漏電流IR為：在相同相電壓

15、（127 kV）作用下，通過等效電容C1的電容電流IC為：通過人體的總電流為Ir=IR+IC（即IR與IC的向量相加），通過計(jì)算，Ir的最大值不會超過200微安，大大低于人體的感知電流水平。上述計(jì)算還可看出，流過人體的電流主要取決于空間電容產(chǎn)生的電容電流，而流經(jīng)絕緣操作桿的泄漏電流很小。由此可見：盡管導(dǎo)線電位與人的電位（地電位）之差約達(dá)127kV，但是流過人體的電流卻非常小，以致人體毫無感覺。3.3 變電站工頻電場強(qiáng)度分布表1 列出了國內(nèi)某500kV變電站地面附近空間工頻電場強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分布。5 表1 500kV變電站地面附近空間工頻電場強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分布    表2

16、60; 列出了500kV升壓變電站內(nèi)距地面1.5m高度空間工頻電場強(qiáng)度分布統(tǒng)計(jì)。表2 500kV升壓變電站內(nèi)距地面1.5m高度空間工頻電場強(qiáng)度分布統(tǒng)計(jì)500kV變電站內(nèi)在斷路器和電流互感器旁的電場強(qiáng)度相對較高。這主要是由于斷路器（無論是SF6、空氣或少油式）的端部（滅弧室、均壓電容、合閘電阻等），比其他電器設(shè)備的高壓帶電部分尺寸大；而電流互感器則因其一次線組將高電壓在瓷套內(nèi)向下延伸，導(dǎo)致地面電場強(qiáng)度增大。圖3給出了斷路器電流互感器區(qū)域附近的地面電場強(qiáng)度E沿M-M斷面及沿N-N斷面的分布。圖3 500kV變電站內(nèi)斷路器電流互感器區(qū)域電場強(qiáng)度分布(a)斷路器電流互感器；（b）沿M-M斷面的空間場強(qiáng)

17、；(c)沿N-N斷面的空間場強(qiáng)  高壓變電站內(nèi)的高壓配電裝置區(qū)域是典型的“受控區(qū)域”。在有嚴(yán)格工程和管理措施的變電站高場強(qiáng)區(qū)域內(nèi)，10kV/m左右的實(shí)際電場強(qiáng)度水平，無論從體內(nèi)生物學(xué)影響或防止火花放電（非直接有害影響）的角度看，都是安全、可接受的。進(jìn)入上述場所的個人，并不需要采取任何個人防護(hù)措施。有關(guān)單位實(shí)測數(shù)據(jù)表明：在220kV及以下設(shè)備上的地電位帶電作業(yè)時，人體的體表最大場強(qiáng)1.5kV/cm，小于人的感知場強(qiáng)水平2.4 kV/cm，因而電場對人體無影響。上述這些就是人為什么站在地面用絕緣操作桿進(jìn)行帶電清掃作業(yè)能保證安全的原因，也是大唐淮南洛河發(fā)電廠220kV/500 k

18、V升壓站電氣設(shè)備外絕緣帶電清項(xiàng)目評審組最終選擇帶電機(jī)械清掃工藝的重要原因。4 高壓帶電清掃的清掃效果高壓帶電清掃的施工必須要有嚴(yán)格的的安全管理制度、科學(xué)的施工方案。大唐淮南洛河發(fā)電廠 ；西安淏宇電氣防污工程有限公司在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行三措一案，堅(jiān)持“安全、質(zhì)量、進(jìn)度“三原則，施工有序進(jìn)行，為工程的順利完成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。圖4是220kV升壓站1#高備變變壓器套管清掃效果對比圖。1#高備變是站內(nèi)8臺變壓器中唯一未更換套管的變壓器，瓷套管上積垢很厚，基本遮蓋了整個瓷表面，曾經(jīng)采用人工清掃的方法清掃，但清掃效果不好，人工不能輕掃掉套管上常年積累的污垢層。 圖片4中瓷套管的左側(cè)及上端是已清掃過的部位，

19、右側(cè)下端是待清掃的部位。從圖片上可以清晰的看到右側(cè)下端待清掃部位已被積垢所覆蓋，看不到瓷表面的本色；套管上被清掃的部分已清除掉了積垢，不僅露出了瓷表面的本色，也可以清晰地看到瓷釉的光澤。 圖4 220kV變壓器套管清掃效果對比圖圖5是從500kV升壓站支柱瓷瓶上清掃下來的污垢碎片。500kV升壓站自從1987年投運(yùn)以來一直沒有進(jìn)行過清掃工作，加上近年來脫硫飄漿的污染，瓷瓶污染嚴(yán)重，給設(shè)備的運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全隱患。圖5 500kV升壓站支柱瓷瓶上的污垢碎片由于500kV支柱瓷瓶污染情況嚴(yán)重，清掃時瓷瓶上的污垢被清掃成碎片如雪花般飄落下來，碎片的大小不一，圖5是用較大的碎片拍出來的相片。從圖5中可以看出較大的碎片大多數(shù)是從瓷群根部掃下來的污垢，污垢碎片保留著瓷群根部的圓弧形態(tài)，說明污穢物更容易在瓷群根部積累。碎片的