带电清洗、清扫技术-曹博文

带电水冲洗一、概述随着我国工业生产的飞速发展，我国大气环境污染日趋严重,而且环境质量在一个较长时期内还有劣化趋势，引起电网设备污闪事故突增，造成国民经济重大损失。采取有效措施防止电网大面积污闪事故的发生,降低污闪跳闸率,是提高电网供电可靠性重要内容之一。定期进行设备清扫（洗）是保持设备原有绝缘水平、防止污闪事故的发生、保证电网可靠运行的有效手段。带电水冲洗是利用一股流速很高的水柱对绝缘子进行冲洗，能够实现带电冲洗，主要利用水柱的两个特性：1．冲击力2．绝缘性能

1．冲击力水柱离开水枪喷口后有足够高的速度，当它射到绝缘子表面时仍具有足够的动能，从而产生一定的冲击力，把沉积在绝缘子表面的污秽物质冲刷掉。2．绝缘性能在带电水冲洗中应用的水满足一定的电阻率要求，水柱具有一定的绝缘性能，可以作为冲洗系统中的主绝缘或组合绝缘的一部分，保证作业人员的人身安全和设备安全。1.运行电压污闪都是在工频运行电压长时间作用下发生的，这是污闪的一大特点。2.污秽物质污秽物质的种类繁多,各种工矿企业、海滨、盐碱池、公路等都是污染源。其中由化工厂排放出的酸碱性气体、冶金厂飞扬出的金属粉尘、海滨的盐雾等，因为它们含有高导电率的成分，是最严重的污秽物质。3.潮湿气候当空气中的湿度过大时，污秽物质（除金属微尘与碳黑微粒外）中的电解质成分遇到水分便会溶解，形成导电离子。污秽物质中的电解质成分越多容水后的导电离子也越多，在运行电压下的泄漏电流也越大，发展成污闪的可能也越大。最容易发生污闪的气候条件是大雾、凝露、毛毛雨和雪。污闪还有明显的季节性，时间性和气象条件等特征。一年中，以冬末春初的季节最容易发生污闪。三、带电水冲洗分类按带电水冲洗的设备，分为移动式与固定式两大类。我国目前在线路上使用较多的有个人携带型的长水柱短水枪、短水柱长水枪以及车载型的冲洗装置，在有些变电站内采用了固定式喷水装置。在使用长水柱短水枪进行水冲洗时，水枪喷口接地，水柱承受全部运行电压，起主绝缘作用。使用短水柱长水枪进行水冲洗时，水柱、绝缘水枪以及绝缘引水管形成组合绝缘。按用水量的多少分为小水、中水和大水三种冲洗方式。水冲洗方式喷口直径（mm）喷口水压（MPa）特点小水冲≤30.3～0.5耗水量小，冲洗效果一般。中水冲4～80.4～1.0耗水量多，冲洗效果较好。大水冲9～120.5～1.2耗水量大，冲洗效果理想。1.小型水冲冲洗效果一般，冲洗速度中等，耗水量较小，特别适宜地处山区和稻田区的送电线使用。若使用便携式机动泵，可提高冲洗效果和速度，较适合水源方便的南方水乡地区使用。2.中型水冲冲洗效果和速度比大型稍差一些，但耗水量小的多。由于中型水冲也需配备机动泵和小型车载水箱，因此适用于交通方便的市区或郊区线路及变电所。3.大型水冲冲洗的效果和速度比较理想，但耗水量大，需用机动泵和大型载水箱等设备才能实现,所以这种方法只适用于水源充足、交通方便地区的郊区线路及变电所使用。四、水柱物理特性1．水枪喷口直径与水压

决定水柱有效射程的基本参数是喷口直径与水压，根据理论计算，在较低水压下（P≤7MPa）下，水柱的射程与喷口直径的平方根和水压的平方根成正比，但在高压下（P≥10MPa），水柱射程不再与水压的平方根保持线性关系，而呈饱和现象，喷口直径越小，越易饱和。对于喷口直径一定的水柱，在初始阶段，水压增高，水柱射程增大，当水压达到相应的临界值时，提高水压就不能使射程继续增加，而这部分能量将全部转为使水进一步雾化，射出的水滴更细。当喷口直径增大时，临界水压将相对提高。但此时耗水量也随之增加，在实际的作业时将会受到很大限制，特别是在线路上冲洗，使用大直径喷口是不现实的。

2．水柱散射角高压水柱从喷口射出后以一定角度向外散射，图中两条散射线的夹角叫散射角。散射角越大，表示水柱的散射越严重，有效射程也越短，在带电水冲洗时，水柱也容易溅到邻近绝缘子表面，使其泄漏电流增大，导致闪络。减小散射角的方法：（1）改善水枪的结构设计，特别是喷嘴的设计，提高内表面加工精度；（2）合理选择水压与水流量；（3）尽量减少引水管的弯曲；（4）避免引水管与水枪连接头内横断面的急剧变化。3．水柱参数选择喷口直径和水压决定了水柱的流速和有效射程，也决定了水柱对绝缘子表面污垢的冲刷能力，增加喷口直径和水压能提高冲洗能力，相反也带来几个不利因素：（1）增大耗水量；（2）由于水压太大，冲击产生的水滴容易溅到邻近绝缘子表面，导致其闪络（溅闪效应）。

美国关于带电水冲洗的参数标准推荐值(IEEEStd957-1995)电压等级（kV）水柱长度（m）水电阻率（Ω·cm）喷嘴压力（kPa）喷嘴直径(mm)131.82130027584.76132.74130027586.351627634.52.44130027586.3534.52.44130027584.76692.74130027584.76693.66130027586.351153.05130027584.761153.96130027586.352303.66130027584.762304.57130027586.355004.275000055166.355006.10300037927.94400(dc)6.105000055166.35五、水柱电气性能1．水柱的泄漏电流图1水柱沿轴向的纵断面结构图中可以看出，在流动的水柱中，由于存在大量的空气气泡，水柱的电阻是由水的电阻与空气泡的电阻的混合串、并联的结果。对于同样电阻率的水，流动的水柱电阻比静止的水柱电阻要大很多，其等效电阻增加几十乃至上百倍。图2水柱电阻的等值电路

试验结果表明，水柱泄漏电流与施加的电压呈线性关系，施加的电压越高水柱泄漏电流也越大。而水电阻率对水柱泄漏电流影响不太明显，当水电阻率大于2500Ω·cm后，泄漏电流几乎不再与水电阻率有关。在工频电压与水电阻率相同的条件下，水柱的泄漏电流随着水柱长度的增加而减小，随着水柱直径的增大而增大。

《电业安全工作规程》规定，在进行带电水冲洗时，流经人体的泄漏电流不能大于1mA。在工程上防护水柱泄漏电流过大最简单可靠的措施是在喷抢握手部分前面加一条接地线,它与人体组成一并联电路,达到旁路分流的目的。

2．水柱的工频放电电压水柱的工频放电电压大致与水柱的长度呈线性关系，但当喷口直径增大，水柱长度相应增大，工频放电电压随着水柱长度的增加略呈饱和趋势。水电阻率对水柱的工频放电电压影响不大，随着水电阻率的增高，水柱工频放电电压略有升高。随着喷口直径的增大，水柱电阻降低，水柱的工频放电电压有下降的趋势，而水压对水柱的工频放电电压影响不大。因此当增大喷嘴直径时必须加长水柱长度才能保证带电水冲洗的安全。3．水柱的操作冲击放电电压试验表明水柱的操作冲击放电电压与水柱的长度基本保持线性的关系，对比水柱的工频放电电压试验结果可得出：水柱安全长度的决定因素是操作冲击放电电压。在喷口直径与水柱长度相同的条件下，当水的电阻率增高时，水柱的操作冲击放电电压也相应增高。《电业安全工作规程》规定，带电水冲洗用水的电阻率一般不低1500Ω·cm，冲洗220kV变电设备时，水的电阻率不应低于3000Ω·cm。如果绝缘子泄漏电流很大，应用50000Ω·cm以上的水，或用电阻率更高的去离子水。六、带电水冲洗的安全距离在以水柱为主绝缘的冲洗方式中，为确保作业人员的人身安全，水柱的绝缘应满足两个安全技术条件，并以此确定相应的水柱的最小长度。（1）在最大工作电压下，通过水柱流经人体的泄漏电流不能大于1mA。（2）当系统发生操作过电压时，水柱应不发生闪络。《电业安全工作规程》关于水柱长度的规定

喷嘴直径（mm）3及以下4～89～1213～18电压等级（kV）63（66）及以下0.82461101.23572201.8468美国关于带电水冲洗的参数标准推荐值(IEEEStd957-1995)电压等级（kV）水柱长度（m）水电阻率（Ω·cm）喷嘴压力（kPa）喷嘴直径(mm)131.82130027584.76132.74130027586.351627634.52.44130027586.3534.52.44130027584.76692.74130027584.76693.66130027586.351153.05130027584.761153.96130027586.352303.66130027584.762304.57130027586.355004.275000055166.355006.10300037927.94400(dc)6.105000055166.35七、带电水冲洗设备水冲洗设备由水枪、水泵和水箱组成。其中，水枪是最重要的部件，一般由水枪本体、引水管和绝缘操作杆组成。水枪喷嘴的结构设计与加工质量直接决定了高压水柱的有效射程，当喷嘴结构合理、喷孔内壁加工光洁度高时，射出的水柱就能保持较长的柱状而不散花。水泵有许多型式和规格，须按所选的冲洗方式、水流量与水压等参数来选择。水箱应该用不影响水质的材料制作。另外，在进行带电水冲洗时，应该适时对用水进行电阻率测量，必须配备便携式水电阻率测试仪，并从水枪出口取样进行测试。

在国外，今年来发展了一些新技术，例如美国、日本、加拿大在线路上采用带有绝缘斗，由机械手遥控喷头的带电水冲洗车以及利用直升飞机进行带电水冲洗。国内外的带电水冲洗设备拖车式绝缘子清洗设备可拆卸式车载清洗设备适用于输电线路绝缘子清洗的高压车载清洗设备车载伸缩绝缘臂式清洗设备八、带电水冲洗几点注意的问题1．气象条件带电水冲洗应在良好的天气时进行，风力大于4级、气温低于-3℃，雨雪、雾及雷电天气不宜进行带电水冲洗。2．作业方式为保证作业人员的人身安全和设备安全，带电水冲洗应掌握正确的作业方式。对于相邻布置的设备应先冲洗下风侧，再冲洗上风侧。对上下层布置的绝缘子应先冲下层，后冲上层。对于悬垂绝缘子串、瓷横担及耐张绝缘子串等应从导线侧向横担侧冲洗。作业中还要注意冲洗角度，防止水雾溅射到邻近绝缘子发生闪络。3.绝缘子临界盐密值合理地控制冲洗的周期,以保证冲洗周期内绝缘子积秽物量不超过允许的附盐密度值。为防止冲洗过程中绝缘子发生闪络，进行带电水冲洗作业前应掌握较脏污的绝缘子的盐密值，如低于以下表格中的数值，可进行带电水冲洗，若超过临界盐密值，应用增大水电阻率等方式解决。发电厂、变电站支柱绝缘子水冲洗推荐值泄漏比距（mm/kV）14.8～16(普通型)20～31（防污型）水电阻率（Ω·cm）150030001000050000及以上150030001000050000及以上临界盐密(mg/cm2)0.020.040.080.120.080.120.160.2线路悬式绝缘子水冲洗推荐值泄漏比距（mm/kV）14.8～16(普通型)20～31（防污型）水电阻率（Ω·cm）150030001000050000及以上150030001000050000及以上临界盐密(mg/cm2)0.050.070.120.150.120.150.20.224．安全注意事项

每次作业前应检查确认冲洗设备工作正常，水泵应可靠接地。作业人员最好穿戴全套绝缘防护用具（包括绝缘服、绝缘帽、绝缘手套以及绝缘靴）。绝缘操作杆的使用、保管以及预防性试验均应按带电作业工具的有关规定执行。

带电水冲洗前要与调度部门联系，调度部门事先掌握情况,制定事故处理预案,考虑带电水冲洗时的继电保护措施。同时在整个冲洗过程中应尽量避免倒闸操作,以防止在操作过电压下冲洗设备造成闪络,当小电流接地系统有单相接地时,亦应尽量避免进行带电水冲洗。

在使用组合绝缘的小水冲工具时应注意：在冲洗的全过程中冲洗工具严禁触及带电体；操作杆的引水管在有效绝缘范围内严禁触及接地体。

掌握绝缘子的运行情况,绝缘子应在冲洗前进行检测。被冲绝缘子串中不应有零、低值绝缘子；被冲的支柱绝缘子和套管不应有裂纹；对于单个针式绝缘子发现一层不合格即不能冲洗。

当被冲洗的绝缘子没有全部冲洗干净时，不允许中断冲洗。避雷器以及密闭不良的变电所设备，不宜进行带电水冲洗。带电清扫

清扫刷清扫1.手动单片清扫刷2.手动多片清扫刷3.电动旋转清扫刷4.气动旋转清扫刷图1电动旋转清扫刷清扫图2叉车型带电自动清扫机图3带电清扫等效电路

在带电清扫中，对作业人员形成安全威胁的是通过绝缘传动杆的泄漏电流。

《电业安全工作规程》规定，在进行带电作业时，流经人体的泄漏电流不能大于1mA。为保证带电作业人员的安全，带电清扫时应注意：1.绝缘传动杆（操作杆）应定期进行预防性试验，试验不合格的设备严禁用于带电清扫。电压等级Un（kV）1035110220330500试验长度L（m）0.40.61.01.82.83.71分钟工频耐压U1（kV）型式、出厂试验100150250450//预防性试验4595220440//电压等级Un（kV）1035110220330500试验长度L（m）0.40.61.01.82.83.75分钟工频耐压U1（kV）型式、出厂试验////420640预防性试验////38058015次操作冲击耐压U15（kV）型式、出厂试验////9001175预防性试验////8001050绝缘操作杆试验参数2.清扫作业时，绝缘传动杆（操作杆）应保持足够的安全长度，电动机（气泵）等设备应可靠接地。绝缘操作杆最小有效绝缘长度电压等级（kV）有效绝缘长度（m）100.7350.963（66）1.01101.32202.13303.15004.03.作业人员应穿戴全套安全防护用具，并与带电体保持足够的安全距离。人与带电体安全距离电压等级（kV）安全距离（m）100.4350.663（66）0.71101.02201.83302.65003.6带电化学清洗

国内电气设备的的带电清扫作业目前主要采用带电水冲洗和带电机械清扫等方法。但这些方法在不同的程度上还存在一些问题。带电水冲洗受到冲洗所用水质、被冲洗绝缘子表面积污量、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。而现有的带电机械清扫工具又存在重量大,振动大,清扫力量小,易损部件多等许多问题,使得变电站设备瓷柱清扫有一定困难。随着化学清洗剂在电力设备清洗方面的深入研究,各种绝缘性能良好的清洗剂不断开发出来。用化学清洗剂取代水，对电力设备进行带电清洗成为电力设备防污的一种新手段。图1化学清洗示意图目前有一些比较成熟的清洗剂,它们的主要特点有:(1)击穿电压高（>20kV），绝缘电阻大(>1010Ω);(2)不会导致电瓷设备表面以及金属部分受到任何腐蚀,清洗后电瓷表面不会留下任何残留物;(3)清洗剂在自身沸点不会起火燃烧,

带电情况下清洗电力设备时无电火花或电弧;(4)蒸发速度和残留量试验证明清洗剂挥发性能良好。和水冲洗相比,采用化学清洗