电力系统防污闪现状与技术政策分析.doc

电力系统防污闪现状与技术政策分析 规范防污闪涂料行业全面提高RTV综合性能（华北电力科学研究院有限责任公司，国家电网公司华北电力集团公司，北京供电公司，唐山供电公司，河北硅谷化工研究院）摘要：回顾中国电力系统防污闪工作的发展历史，分析防污闪现状及相关的技术政策，提出现行的源自国外的防污闪技术政策不完全适合中国国情，有必要发展符合国情的“一步到位”的防污闪技术政策；提出在今后较长一段时期内防污闪涂料将成为电力设备特别是变电设备日益重要的防污闪产品，当务之急是应尽快规范防污闪涂料行业全面提高涂料综合性能，使之由临时性补救性产品RTV 升级为正式性持久性产品PRTV。关键词：防污闪；涂料；RTV；PRTV；规范；综合性能1 电力系统防污闪历史回顾及现状分析1.1防污闪发展简史(1) 20世纪50年代，中国沿海等相对发达地区的电力设备开始出现污闪。(2) 20世纪80年代以前，中国的电力设备外绝缘主要采用瓷质绝缘子，其中变电设备外绝缘包括盘形悬式绝缘子支柱绝缘子瓷套及套管；线路除大量使用悬式瓷绝缘子外，还少量使用钢化玻璃绝缘子。无论是瓷绝缘子还是玻璃绝缘子均属于无机材质，其最大特点是材料具有超强的耐老化性，使用寿命号称可达50年。此外，硅油地蜡也作为防污闪措施少量使用。(3) 80年代起，随着中国经济的发展，环境污染日趋严重，电力设备过去大量使用的零级一级外绝缘配置已难以满足防污闪的要求，一年一清扫成为抑制污闪的主要技术政策。在加强清扫的同时，线路开始做小规模调爬（包括加大串长更换大爬距绝缘子）；变电站因更换设备不便，使用硅油地蜡，防污闪效果显著，但有效期过短，仅3-6个月，且严重粘附污秽，清洗困难。(4) 80年代中后期，线路开始试用合成绝缘子（北京供电公司及天津电力公司于1986年分别试用了少量35kV合成绝缘子）；变电站开始使用RTV涂料。(5) 进入90年代特别是90年代中后期，随着技术的不断完善，合成绝缘子已做为备受设计基建及运行单位欢迎的正式性外绝缘产品大批量用于线路，例如：天津电力公司85%以上的线路直线串为合成绝缘子。而RTV涂料由于仅强调防污闪的单项性能，综合性能普遍偏低，特别是有效期偏短（3-5年），因此一直作为变电设备的补救性临时性反污措施，难以被电力设计和基建部门所接受，这种现象一直持续至今。(6) 近年来，环境污染未见好转（大中城市的环境污染有所遏止，广大中小城市及乡村地区则未见好转甚至日趋恶化），而不断增加的输变电设备与“减员增效”构成的矛盾导致“一年一清扫”的防污闪措施的执行越来越困难，过去一年仅需几个月的检修清扫工作现在甚至需要横跨全年来完成。为此，国电公司于2001年提出“按饱和盐密配置设备外绝缘”的技术政策，目前该项工作正处于紧张的准备和实施当中。1.2 防污闪现状 目前，电力系统除使用传统的瓷和玻璃绝缘子，相对新型的由有机材料制成的硅橡胶类外绝缘产品（包括合成绝缘子RTV涂料及增爬裙）也在一定程度上被接受，且正在发挥瓷及玻璃绝缘子无法替代的防污闪作用。合成绝缘子作为正式性产品，一般认为使用寿命为2030年，与线路及变电站的设计寿命（30年）相当；而瓷绝缘子表面涂覆RTV涂料由于材料性能施工工艺等诸多原因，到目前为止仍仅作为补救性或临时性措施使用，调网1997130号文防污闪RTV涂料使用指导性意见仅要求涂料“防污闪的稳定有效期”不应短于3年，DL/T627-1997电力系统用常温固化硅橡胶防污闪涂料技术条件的期限也仅为5年，这样就导致了防污闪工作的下述矛盾： 一方面，架空输电线路可以采用正式性产品合成绝缘子以获得良好的耐污闪性能，同时免除繁重的清扫工作。而且作为正式的反污产品，合成绝缘子不仅用于老旧线路的调爬，更可以从设计和基建阶段直接采用，使架空线路的外绝缘配置一步到位。 另一方面，变电设备的重要性在一定意义上高于输电线路，GB/T16434-1996规定：在同污级条件下，变电设备的爬距下限约比输电线路高半级。目前，电网存在大量基本爬距不足的变电设备，完全进行设备更换或外绝缘部件更换耗资耗时巨大，是不现实的，但因除去瓷绝缘子再无可供选择的正式性产品，上述重要的变电设备只能采用补救性措施以提高防污闪水平。特别是新上变电站，仍然只能采用传统的瓷绝缘配置，将繁重的调爬和清扫工作留给运行单位，甚至一些新站址已到了难以选取的地步。 此外，随着今后“按饱和盐密配置外绝缘”技术政策(详见国电公司文件国电发2001560号文及发输电输2002168号文)的实施，完全依靠大爬距瓷绝缘来达到变电设备所需配置将更为困难，同时瓷绝缘的清扫问题也与当前“减员增效”的政策相悖，这势必导致矛盾进一步尖锐。 综上所述，目前电力系统防污闪工作存在一项紧迫问题：变电设备缺少具有优良防污闪性能的通用型的正式性（或持久性）的外绝缘产品。1.3 RTV涂料简介 RTV涂料是20世纪80年代引入国内的，引入的目的是为了缓解当时电力系统日趋严重的污闪问题，之所以是为了缓解不是为了比较彻底地解决污闪问题，换言之，是以补救性或临时性产品的面貌引入而不是作为持久性或正式性产品出现，这种现象持续至今，原因如下：（1）RTV涂料属有机材料，而有机材料的耐环境老化性先天弱于瓷与玻璃等无机材料。（2）合成绝缘子的伞裙护套材料是在高温下硫化制成（HTV），而RTV是在常温下硫化制成，因此尽管二者的主要成分均为硅橡胶，但前者易被接受为正式性产品。（3）在引入RTV涂料之前，曾将绝缘子上涂覆硅油作为防污闪措施，但有效期过短，且吸附污秽严重，未被电力系统广泛接受；RTV涂料在一定意义上可以看作硅油的继续，因此难以被运行单位看好，直至目前仍有运行人员称RTV涂料为硅油。（4）RTV属于有机合成材料中处于前沿地带的新材料，早期的RTV研制者受当时的工艺水平限制，开发的产品均为仅具备个别性能的初级产品，而非具备较高综合性能的高档产品。（5）现场施工的特点也是RTV涂料明显区别于其它正式性产品且难以被运行单位接受的原因之一。此外需要强调的是：正是补救性（临时性）产品的地位使得RTV涂料的质量长期以来裹足不前，综合性能普遍偏低。一方面，一些生产厂家对于这种临时性产品缺少科技投入，安于现状（事实上，目前国内相当部分的RTV涂料厂家的生产属于小作坊式甚至是一口大锅式的生产）；另一方面，根据早期的认识制订的有关RTV的标准或文件在当时的历史条件下发挥了巨大作用，但因受早期制造水平及认识的限制，这些标准或文件的内容并不成熟，一些指标定得过低，一些指标引用漆膜标准不甚恰当，一些实验条件规定不严格，一些必要的性能指标未予考虑，根据上述标准或文件所做试验难以区分不同厂家产品质量的差异。因此，用户在无合适依据的前提下不可能对这种临时性产品进行严格把关。导致多年来RTV涂料的生产与使用均处于半混乱状态。相对来讲，国外比较重视RTV产品的综合性能，其产品综合性能普遍高于国内，但与合成绝缘子的伞裙护套材料（HTV）相比，性能仍然偏低。此外，发达国家因整体环境状况较好，对于防污闪问题的重视程度远比不上国内，相应地对防污闪涂料的重视程度也比不上国内，因此未将该产品作为一个重要方向来发展。综上所述，尽管RTV涂料具有优良的防污闪性能且常温硫化的特点使其在使用上具有较大的灵活性和通用性，但偏低的综合性能及半混乱的生产和使用状况使现有RTV涂料仅适合作为补救性或临时性产品而不能作为正式性或持久性产品使用。1.4 中国电力系统实施“一步到位”防污闪技术政策的必要性国内电力系统的反污工作采取的主要步骤为：（1）污秽度测量；（2）根据污秽度制定，修订污区分布图；（3）根据污区分布图配置或调整设备外绝缘配置。这与发达国家的防污闪操作方式是一致的，但与发达国家又存在着一个重大差异，即发达国家的环境状况已基本定型，除第一次制定污区图调整外绝缘配置须耗费大量人力物力外，以后只须保留个别污秽度测量点做少量监测，防污闪工作量很小，基本做到外绝缘配置一步到位（例如：日本）。而国内的环境污染基本上处在不断变化不断恶化中（例如：东北华北联网线间的500kV姜家营站基建之前污秽度为2级，建成后上升为4级），第一次污区图制定后须不断做修订，污秽监测点一增再增，外绝缘一调再调一扫再扫，运行人员工作量巨大；同时因人员素质的差异工作量大等原因难以完全确保清扫质量。这就是为什么中国采用与发达国家相同的防污闪技术政策的前提下，国外能够作到外绝缘配置一步到位而中国的配置却须一调再调一扫再扫的原因。 上述分析表明：中国现行的源自发达国家的防污闪技术政策不适合中国的国情，中国有必要发展实施符合国情的“一步到位”的防污闪技术政策。2 PRTV防污闪解决方案的论证2.1 PRTV解决方案的提出（1）持久性就地成型防污闪复合涂料（PRTV）： 上述分析表明：应当尽快为变电设备（兼顾输电线路）提供一种具有优良防污闪性能的正式性或持久性的外绝缘产品。RTV涂料如果能够在目前状况下全面提高产品综合性能，规范其生产检验选用验收施工等各个环节，使之由临时性补救性产品升级为正式性持久性产品，则最适合担当这一重任。我们为这种产品命名为“电力设备外绝缘用持久性就地成型防污闪复合涂料（PRTVPermanent-Room-Temperature-Vulcanized anti-contamination flashover composite coating）”。一方面该产品应保留现有RTV室温硫化能够现场施工的特点，同时又具有合成绝缘子所用高温硫化硅橡胶性能的长期稳定性（注：设计寿命不低于20年）。研制开发PRTV产品的主要目的是为了比较彻底地解决变电设备的重要性与变电设备缺少性能优良的正式性防污闪产品之间的矛盾，同时促进防污闪涂料行业的整体规范和提高。（2）（准）标准化的变电设备外绝缘配置 PRTV思路的提出始于2001年，详见2001年8月的华北电力科学研究院技术报告“尝试以RTV涂料作为变电设备永久性防污闪措施的建议”。以PRTV为基础，进一步提出下述“（准）标准化的变电设备外绝缘配置方案：以国电公司“按饱和盐密配置设备外绝缘”的技术政策为依据，以三级爬距的瓷绝缘子（含支柱瓷套及套管）与上述PRTV防污闪产品构成一种（准）标准化的变电设备外绝缘配置方式，为今后从设计基建阶段使新上变电设备的外绝缘配置实现“一步到位”奠定理论和技术基础，确保设备投运后的防污闪效果，同时免除无休止的清扫调爬等维护工作。这种配置方式也可称做“一步到位”的外绝缘配置方式。2.2 PRTV的性能设计PRTV产品的性能指标是根据电力设备运行的实际需要并结合有机硅氟材料的发展水平设计的，要求PRTV在保证设备长期的防污闪性能的前提下，能够最大限度地不增加设备在运行维护方面的要求及限制。具体要求如下： 基本性能指标(1) PRTV以现有RTV的有关标准或文件作为最基本的要求。(2) 达到或超过合成绝缘子伞裙护套材料（HTV）的性能指标a）在确保较高的综合性能前提下，应确保PRTV涂层的憎水迁移性不低于现有RTV，且在憎水迁移性的均衡持续性方面做到与合成绝缘子伞裙护套材料相当（设计使用寿命不低于20年）。b）PRTV涂层应能够耐受强风沙气候侵蚀（例如：处于风口的地区电力机车等）满足设备检修蹬踏的要求在污秽特殊严重情况下（例如：由于大量粉尘性污秽的覆盖，尽管涂料未失效，但憎水性难以迁移至污秽外层）允许进行必要的水冲洗或清扫，因此要求PRTV的机械性能达到或超过合成绝缘子的伞裙护套材料（详见GB5892-2003及DL/T810-2002）。 c）PRTV涂层不仅应使设备污闪掉闸率大大降低，还应达到或接近合成绝缘子伞裙护套材料的阻燃性耐电蚀损性，使得在发生闪络（包括任何形式的闪络）时涂层在一定程度上能够起到对设备瓷件的保护作用，该点对于变电设备尤为重要（注：瓷件表面的压缩釉可以有效提高瓷件的机械强度，提高幅度达20-30%）。(3) 其它补充修改的性能指标PRTV的其它性能特别是仅针对涂层材料的性能在此做了补充或修改。a）附着力：附着力是RTV涂料的一项重要指标， DLT627-1997推荐的测试方法难以检测出涂料的实际附着力。推荐对PRTV采用涂层与玻璃或上釉瓷面的拉伸剪切强度作为附着力的主要测试方法。b）耐化学腐蚀性：PRTV的硅氟共聚结构使其耐老化性及耐化学腐蚀性显著提高，该点对于严重的化工污染地区十分重要。c）自洁性及外观：变电站的美观或视觉污染问题在发达国家已成为一项课题，在国内亦逐渐受到重视。现有RTV涂层易积灰，显脏污，造成变电站的视觉污染，部分单位甚至以此为理由，拒绝使用RTV涂料；PRTV涂层应具有较好的“自洁性能”，与优良的施工工艺相结合，应确保达到较好的外观效果。同时，自洁性也是确保PRTV更充分地发挥其防污闪性能的一项有利条件。4施工工艺的规范 与现有RTV相似，PRTV涂料也只有经过现场施工环节才能成为完整的防污闪产品。到目前为止，RTV的施工仍然易成为该产品的一项薄弱环节，个别产品质量较好的厂家也在近年来的施工中出现过失误，甚至在重要的招投标场合提供的涂层样品上出现失误。在现有RTV涂料施工工艺的基础上应对PRTV涂料的施工做全面规范，这里列举几项应注意改进的问题：a）预处理：设备瓷件表面的预处理与涂层附着力密切相关，例如：严重的煤焦油污秽表面活性剂类清洗剂等均会降低涂层附着力。在某些情况下如果预先不做严格处理将严重影响施工质量，而目前RTV涂料施工的预处理是较为随意和不规范的。b）涂层厚度：全面考虑风沙气候的侵蚀设备检修蹬踏的磨损粉尘性污秽特殊严重情况下的清扫以及发生闪络时涂层对设备瓷件的保护作用等因素，确定合适的PRTV涂层厚度。c）喷涂施工：RTV涂料的早期施工方式为刷涂，造成涂层表面不光洁，易于积灰，影响变电站美观。PRTV涂料应采用喷涂施工工艺并与材料的自洁性能相结合，确保达到较理想的自洁效果。2.3 PRTV与其它防污闪解决方案的比较目前，可用于防止变电设备污闪的产品或措施包括：(1) 清扫与带电水冲洗；(2) RTV涂料与硅橡胶增爬裙；(3) 瓷绝缘子；(4) 玻璃绝缘子；(5) 合成绝缘子；(6) 室内变电站与SF6全封闭组合电器（GIS站）；(7) 改换站址。其中：（1）清扫与带电水冲洗清扫与带电水冲洗是变电设备长期使用的传统防污闪措施。目前处于重污区的变电站大多使用防污闪涂料而无须清扫，但仍有较多的中轻污区设备仍需进行定期（一年一次）清扫或水冲洗。该类措施需要定期耗费大量人力物力，且清扫受停电时间限制，带电水冲洗对人员和设备的安全要求较高。减员增效”及不断增加的设备量考虑，从以人为本、减轻工人劳动强度的角度考虑，从追求最佳防污闪效果考虑，今后“清扫”不宜再作为电力系统的主要防污闪措施。（2）RTV涂料和硅橡胶增爬裙由于综合性能低下（无论是现有防污闪涂料和增爬裙的标准或文件还是实际的产品，对涂料和增爬裙综合性能的要求均大大低于对合成绝缘子伞裙护套材料等正式性产品的要求）及施工等方面原因仅作为补救性或临时性措施用于运行设备。（3）瓷绝缘子（包括支柱绝缘子瓷套及套管）是变电站使用最广泛的外绝缘产品，具有超强的耐老化性，既可以用于运行设备调爬，又可以用于新上变电站。缺点如下：瓷绝缘子的防污闪性能大大弱于RTV等硅橡胶类产品，不适合于三四级重污区；用于旧站调爬的工作量大费用高（由于变电站的瓷绝缘子大多不是独立设备，更换时为整台设备更换；即使对于某些大设备仅需更换套管，费用也极可观）；到目前为止，考虑到有关的国标及行标尚未将所有变电设备的四级瓷件列入其中（主要指大部分500kV设备及部分220kV设备瓷件），即使厂家根据一些用户的要求生产了一些非标准的四级瓷件，价格增幅较大且在其次，这些瓷件在一定程度上是通过加密伞裙及增大伞径以满足用户对爬距的要求，忽略了爬距的有效性问题，因此616 中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国.海南 这些瓷件的真正防污闪效果尚有待进一步验证，这使得四级污区变电站特别是新上变电站已到了无法配置的地步，而实施按饱和盐密配置外绝缘的技术政策后，矛盾将更加突出。此外，即使使用了四级瓷绝缘，仍然需要进行一年一次繁重的例行清扫以确保反污效果，这在设备不断增加而人员增加有限的条件下是困难的甚至是不现实的。（4）玻璃绝缘子：目前已有厂家开发玻璃支柱绝缘子。据介绍与支柱瓷绝缘子相比，玻璃支柱绝缘子具有较好的抗根部折断性能，但其防污闪性能并不优于瓷质绝缘子。（5）合成套变电设备：目前已出现合成支柱绝缘子及合成套CT等变电设备，但产品种类少，且在今后一定时期内存在如下不利因素：变电合成设备使用环氧玻璃纤维筒或大直径芯棒，而环氧玻璃纤维筒或大直径芯棒与合成绝缘子所用小直径芯棒相比质量保证相对困难；芯棒抗拉伸性能强而抗弯扭性能相对偏弱，用于线路绝缘子是发挥其强项，而用于变电设备在一定意义上是利用其弱项。目前，线路合成绝缘子发生了少量内击穿及脆断事故，引起了一些运行单位的不满。在前述两个不利因素存在的情况下，此类事故发生在变电设备上的比例是否会更大无法确定，但一旦发生事故，影响及破坏力相对可能会更大一些。此外，部分现有合成套设备仅考虑相应设备的有关试验，而忽略了针对外绝缘用硅橡胶材料性能的试验，这在一定程度上造成了运行隐患，例如：某厂生产的合成套CT仅仅运行几年就出现了明显的电蚀损，严重的蚀损痕迹甚至达到环氧玻璃纤维筒。（6）室内变电站与SF6全封闭组合电器（GIS站）是能够有效防止变电设备污闪的，但投资与户外站相比增加过大。（7）改换站址：对于新上变电站，以负荷站为例：站址应当选在最有利于供电的位置，即负荷中心。如果因为该地区污秽等级高而远迁站址，采用低电压等级线路送电，则存在压降过大等问题，失去了就近建站的优势及便利。2.4 以PRTV为基础的“一步到位”防污闪技术政策的可行性持久性就地成型防污闪复合涂料（PRTV）与三级爬距的瓷绝缘子结合作为一种（准）标准化的一步到位式的变电设备外绝缘配置方式的可行性在于：1）PRTV是在现有RTV涂料的基础上开发的，RTV涂料的优良防污闪性能已通过在大量重污区的使用得到验证，这为PRTV的使用奠定了坚实的基础。事实上，目前公认的做法是允许防污闪涂料替代两级爬距，简单的计算表明：三级爬距的瓷绝缘子与PRTV结合可以安全运行于五级污区，而现有标准规定的最高污级仅为四级，这是因绝缘子表面的积污存在饱和趋势，使得污染状况能够超过四级上限的污区很少。因此，PRTV外绝缘解决方案首先在污秽等级上可做到“一步到位”。2)PRTV的综合性能大大超过普通RTV涂料而达到甚至超过合成绝缘子高温硫化硅橡胶的性能特别是具有不短于20年的憎水迁移性的持续性，这些均使PRTV具备了成为变电设备正式性防污闪产品的条件。3)与现有RTV相似，PRTV涂料只有经过现场施工环