洛河发电厂升压站带电清扫分析.docx

洛河发电厂升压站带电清扫分析大唐淮南洛河发电厂 喻仕发 西安淏宇电气防污工程有限公司 郑雄摘要：文章通过大唐淮南洛河发电厂220kV/500 kV升压站电气设备外绝缘带电清扫工程立项和实施，从必要性、可行性、安全性、经济型等几个方面探讨了变电站防污闪措施选择的原则；分析了高压带电清扫的工作原理，检验了高压带电清扫的清扫效果，证明高压带电清扫是变电站防污闪的一种经济、安全和有效的手段。关键词：变电站防污闪 污秽闪络 高压带电清扫1 引言大唐淮南洛河发电厂始建于 1982 年，现装机容量为244万千瓦，机组规模为4 台30 万千瓦亚临界发电机组、2 台60 万千瓦超临界发电机组，分三期建成, 是华东电网主力电厂之一。电厂拥有500KV、220KV 升压站各一座，始建于1985 年；500KV 输电线路四条（其中洛繁线为安徽省第一条500KV 输电线路）、220KV 输电线路六条，是华东电网重要的枢纽变电站。洛河发电厂220kV/500 kV升压站建于1985 年，至今已有30年。在采用脱硫脱硝工艺前，升压站的环境较好，污秽等级低，升压站一直都安全运行。但采用脱硫脱硝工艺后，由于产生了大量的脱硫飘浆，使升压站环境严重恶化，污秽等级升至3级，使得220kV/500 kV升压站内的绝缘子爬电比距不能满足现有污秽等级的要求，严重威胁了升压站及华东电网的运行安全。所以，对220kV/500 kV升压站内的绝缘子必须采取必要的防污闪措施。大唐淮南洛河发电厂220KV、500KV升压站电气设备外绝缘带电清扫项目立项后，大唐淮南洛河发电厂委托北京国电工程招标有限公司对项目进行公开招标，招标编号是CWEMEAH-14AHLH-TS034。2014年5月6日，开标会议在合肥天宫国际酒店举行，投标人有西安淏宇电气防污工程有限公司等6家单位，中标人是西安淏宇电气防污工程有限公司。大唐淮南洛河发电厂220KV、500KV升压站电气设备外绝缘带电清扫招标项目是全国首例500KV变电站电气设备外绝缘带电清扫的招标项目，大唐淮南洛河发电厂220KV、500KV升压站电气设备外绝缘带电清扫工程也是全国第一个500KV变电站电气设备外绝缘带电清扫合同工程。2 污闪的原理及危害性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。自然污秽交流闪络过程1如图一所示。图1 自然污秽绝缘子交流闪络过程的典型示波图(升压法)污秽闪络必须经过4 个阶段2-3，即污秽的沉积、污秽的湿润、烘干区的形成及局部电弧的产生、局部电弧发展成完全闪络。污闪的具体过程如下：绝缘子表面受潮后，污秽湿润变为导电层，在运行电压的作用下，表面产生泄漏电流，泄漏电流产生焦耳热；在电流密度大、污秽层电阻低的局部区域烘干污秽层，称为干带；干带恢复了电阻，中断了泄漏电流，使运行电压集中形成高场强，从而引起干带上空气击穿和泄漏电流的脉冲；干带上出现的放电和为烘干的污秽层相串，当串联电阻较低而泄漏电流脉冲较高时，放电将转成更大的电弧，其燃烧和持续发展将导致绝缘子两极间的闪络。 在雾、露、毛毛雨等不利气象条件下，污秽绝缘子在较低电压作用下就可能发生闪络。由污秽引起的绝缘闪络事故目前在电网总事故中已占第二位，占电网事故的21%，仅次于雷害事故。污闪事故往往造成大面积的停电，检修恢复时间长，影响范围大，造成的损失是雷害事故的10 倍2。3 防污闪措施的种类和性能综合比较经过三十余年防污闪工作，我国总结出采用“爬、扫、涂、加”的防污闪经验。调整设备爬距，采用防污型绝缘子或合成绝缘子；清扫设备表面污秽；涂RTV涂料、加装伞裙套。根据多年的运行经验，对各种防污闪措施性能综合比较如下：43.1 调整设备爬距调整设备爬距是防止污闪事故发生的根本措施。瓷绝缘子的使用寿命长，可达3050年，设备绝缘水平一次更换到位，可以保证长期使用的安全性。但调爬措施的广泛使用因以下原因受到限制：一、调爬费用巨大。调爬必须整体更换设备，需要大量的经费。防污闪工作完全基于调爬，所需费用难以承担。更换下来的设备闲置无用，又造成很大的浪费。二、更换结构较高的设备可能会使线路导线和变电设备外部原有引线过长、弧垂增大，造成相间或对地距离减小。现场施工处理难度很大，不进行处理又将给安全运行带来隐患。 三、原有架构基础难以承担大爬距绝缘子的重量。如洛河发电厂220kV升压站，经同济大学检测，220kV升压站高型构架不适合安装重量更重的大爬距设备。基于以上原因限制了输变电设备、特别是变电设备调爬措施的广泛应用。3.2 涂防污涂料或加装伞裙套采用涂防污涂料或加装伞裙套存在的问题：一、费用昂贵。涂料和伞裙套在受气候和电磁场的作用易发生老化现象，出现起皮、开裂、憎水性和憎水迁移性减弱等问题，自然污染环境下一般使用寿命35年，到期伞裙套必须更换，陈旧性涂料必须清除，重新涂刷。因此，涂涂料和加装伞裙套措施的费用是相当昂贵的。而且陈旧性涂料清除十分困难，目前尚未找到较有效的清除措施，同时涂刷后的绝缘子表面长期积污使高压电气设备绝缘子外表面肮脏难看。二、在工业污染环境下防污涂料或伞裙的憎水性难以发挥作用，特别是在化学污染的环境下。从以往洛河发电厂220kV升压站绝缘子涂敷RTV的经验看，涂敷RTV并不能有效解决升压站内绝缘子污闪问题。3.3 设备清扫输变电设备瓷表面污秽清扫干净不仅使设备表面洁净如新，更主要的是恢复设备原有的绝缘水平，是防止污闪事故发生的有效措施。表面清洁的绝缘子能长期耐受住最高工作相电压的要求。因此，即使在严重污秽地区采用普通绝缘子，只要经常性清扫绝缘子、保持设备瓷表面清洁，也能保证安全运行。清扫分为带电清扫和停电清扫两种方式。停电清扫清扫不彻底，存在清扫人员高空坠落和误入间隔的问题，而且耗费巨大的人力和物力，严重影响安全、多发供电。开展带电清扫，能做到应扫必扫、随时清扫。 国内少数人采用带电冲洗和带电气吹的方法，这两种方法在不同的程度上存在一些问题：一、带电冲洗是采用高压水枪将水或清洗剂冲射到设备瓷表面，实现对设备的清扫。带电冲洗作业受到冲洗用的水质、冲洗方法、被冲洗设备表面积污量、周围带电设备安装位置以及环境温度、风向等条件的严格限制。冲洗中常发生被冲设备或临近设备的闪络事故，目前国内较少采用带电冲洗。二、根据国家电网公司电力安全工作规程（变电站和发电厂电气部分）2009版及国家标准GB/T 25098-2010绝缘体带电清洗剂使用导则导则中的相关规定，带电冲洗仅能应用于220kV及以下电压等及的电气设备的清扫。三、二次污染。绝缘清洗剂的使用对大气构成污染，长期使用也会对人身造成严重伤害。带电气吹清扫作业是采用压缩空气机、通过橡胶绝缘管将压缩空气吹到绝缘子表面的污秽上，达到清扫的目的。压缩空气不仅是清扫污秽的动力，而且是构成机具主绝缘的一部分。空气经压缩后温度升高，在通过橡胶绝缘管时，易在管壁上产生凝露，从而降低机具主绝缘的性能，严重影响带电作业的安全性。带电机械干清扫是采用高速旋转的毛刷将设备表面的污秽物清除，完成清扫作业。带电机械干清扫不存在带电水冲洗、带电气吹机具中的问题，绝缘性能优良，操作轻便灵活、清扫效果好，清扫费用低，既经济又有效，是唯一没有出过清扫事故的理想的带电清扫方法。由于带电机械干清扫的应用日益广泛，所以又简称为带电清扫。3 高压带电清扫原理3.1 高压带电清扫的作业方式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2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）；图2 带电清扫的作业方式及等值电路图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。220kV设备使用f32f281.800规范的3640绝缘杆，其绝缘电阻为Rm91010（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4.410-122210-12法拉，在220kV时，取C1=4.410-12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Uf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2.4kV/cm；（3） 保证可能导致对人身放电的那段空气距离足够大。3.2 带电清扫作业时流过人体的电流计算根据上述等效电路计算带电清扫作业时流经作业人员的人体电流。在220kV变电站内，假定绝缘操作杆的顶端接触到带电体，绝缘操作杆在相电压（127kV）作用下的泄漏电流IR为：在相同相电压（127 kV）作用下，通过等效电容C1的电容电流IC为：通过人体的总电流为Ir=IR+IC（即IR与IC的向量相加），通过计算，Ir的最大值不会超过200微安，大大低于人体的感知电流水平。上述计算还可看出，流过人体的电流主要取决于空间电容产生的电容电流，而流经绝缘操作杆的泄漏电流很小。由此可见：尽管导线电位与人的电位（地电位）之差约达127kV，但是流过人体的电流却非常小，以致人体毫无感觉。3.3 变电站工频电场强度分布表1 列出了国内某500kV变电站地面附近空间工频电场强度统计分布。5 表1 500kV变电站地面附近空间工频电场强度统计分布 表2 列出了500kV升压变电站内距地面1.5m高度空间工频电场强度分布统计。表2 500kV升压变电站内距地面1.5m高度空间工频电场强度分布统计500kV变电站内在断路器和电流互感器旁的电场强度相对较高。这主要是由于断路器（无论是SF6、空气或少油式）的端部（灭弧室、均压电容、合闸电阻等），比其他电器设备的高压带电部分尺寸大；而电流互感器则因其一次线组将高电压在瓷套内向下延伸，导致地面电场强度增大。图3给出了断路器电流互感器区域附近的地面电场强度E沿M-M断面及沿N-N断面的分布。图3 500kV变电站内断路器电流互感器区域电场强度分布(a)断路器电流互感器；（b）沿M-M断面的空间场强；(c)沿N-N断面的空间场强高压变电站内的高压配电装置区域是典型的“受控区域”。在有严格工程和管理措施的变电站高场强区域内，10kV/m左右的实际电场强度水平，无论从体内生物学影响或防止火花放电（非直接有害影响）的角度看，都是安全、可接受的。进入上述场所的个人，并不需要采取任何个人防护措施。有关单位实测数据表明：在220kV及以下设备上的地电位带电作业时，人体的体表最大场强1.5kV/cm，小于人的感知场强水平2.4 kV/cm，因而电场对人体无影响。上述这些就是人为什么站在地面用绝缘操作杆进行带电清扫作业能保证安全的原因，也是大唐淮南洛河发电厂220kV/500 kV升压站电气设备外绝缘带电清项目评审组最终选择带电机械清扫工艺的重要原因。4 高压带电清扫的清扫效果高压带电清扫的施工必须要有严格的的安全管理制度、科学的施工方案。大唐淮南洛河发电厂 ；西安淏宇电气防污工程有限公司在施工过程中严格执行三措一案，坚持“安全、质量、进度“三原则，施工有序进行，为工程的顺利完成打下坚实的基础。图4是220kV升压站1#高备变变压器套管清扫效果对比图。1#高备变是站内8台变压器中唯一未更换套管的变压器，瓷套管上积垢很厚，基本遮盖了整个瓷表面，曾经采用人工清扫的方法清扫，但清扫效果不好，人工不能轻扫掉套管上常年积累的污垢层。 图片4中瓷套管的左侧及上端是已清扫过的部位，右侧下端是待清扫的部位。从图片上可以清晰的看到右侧下端待清扫部位已被积垢所覆盖，看不到瓷表面的本色；套管上被清扫的部分已清除掉了积垢，不仅露出了瓷表面的本色，也可以清晰地看到瓷釉的光泽。 图4 220kV变压器套管清扫效果对比图图5是从500kV升压站支柱瓷瓶上清扫下来的污垢碎片。500kV升压站自从1987年投运以来一直没有进行过清扫工作，加上近年来脱硫飘浆的污染，瓷瓶污染严重，给设备的运行带来严重的安全隐患。图5 500kV升压站支柱瓷瓶上的污垢碎片由于500kV支柱瓷瓶污染情况严重，清扫时瓷瓶上的污垢被清扫成碎片如雪花般飘落下来，碎片的大小不一，图5是用较大的碎片拍出来的相片。从图5中可以看出较大的碎片大多数是从瓷群根部扫下来的污垢，污垢碎片保留着瓷群根部的圆弧形态，说明污秽物更容易在瓷群根部积累。碎片的厚度约在0.1毫米左右