有机涂料RTV在电力设备防污闪应用中的效果分析

1有机涂料RTV在电力设备防污闪应用中的效果分析黄剑斌,李树山（广东电网公司肇庆供电局，广东肇庆526060）摘要：电力设备发生绝缘故障主要是由于设备自身绝缘下降或电压过负荷而引起。污闪事故的发生往往不仅仅影响输变电设备的正常运行，而且还可能引发大面积的停电事故，后果十分严重，而外绝缘脏污和湿润是造成电气设备污闪的2个基本条件。对比试验分析表明，有机防污涂料（RTV）良好的憎水性和憎水迁移性，使受涂设备的外绝缘电阻及耐闪能力都得到了显著提高，其长效性、良好的适应性以及经济性使其在众多的防污闪措施中具有一定的优势。关键词：绝缘；污闪；防污涂料；RTVAnEffectAnalysisoftheApplicationofOrganicDopeRTVInPreventingPollutionInducedFlashoversofPowerDevicesHUANGJian-bin,LIShu-shan（ZhaoqingPowerSupplyBureauofGuangdongPowerGridCorporation,Zhaoqing526060，China）Abstract:Insulationdeteriorationandovervoltagearethecausesleadtopowerdevicesinsulationmalfunction.PollutionInduceFlashoversarenotonlythreateningthepowertransmission&distributiondevices’performance,butalsotheymayleadtoablackoutinalargeareawhichcanbeveryserious.AndpollutionanddamparethebasicconditionswhichwouldmakePollutionInduceFlashovershappentopowerdevices.Analysisofexperimentationresultsshowsthatthepollution-preventedorganicdopeRTVwhichhasagoodhydrophobicityandhydrophobicitytransferproperty,canimprovethepowerdevices’surfaceresistanceandwithstandingflashoversperformancegreatly.AndRTVcanlastlonger,havebetteradaptabilityandcheaper,whichmakeusingRTVhavecertainadvantageoverothersolutionswhichhavebeenusedtopreventPollutionInduceFlashovers.Keywords:insulation;pollutioninducedflashovers;pollution-preventeddope;RTV20前言输变电设备外绝缘的自然清洁，主要依靠风力的作用和大雨的冲刷。但每年的冬季，气候干燥，中等以上的降雨次数较其它季节明显减少，不利于电力设备外绝缘自然清洁，在这个季节里，电力设备受局部地区重污秽的环境影响，外绝缘表面积污也相对严重，其防污闪性能大幅度下降。运行经验表明，在这种积污条件下，一旦遇到毛毛雨或连续浓雾的天气，将易于发生污闪事故。污闪事故的发生往往不仅仅影响输变电设备的正常运行，而且还可能引发大面积的停电事故，后果十分严重。因此，防止输变电设备污闪事故是整个电网安全运行管理中一项非常重要的工作，是非常值得加以重视和解决的课题。1电气设备发生绝缘故障的主要原因电气设备绝缘故障的发生有2种情况:一是电气设备在正常工作电压下，由于设备自身绝缘下降而发生故障；另一种情况是电气设备绝缘正常，但由于各种原因使其承受的电压超过其最高运行电压（电压过负荷）而发生故障。1.1外绝缘强度降低的主要原因（1）带电部分相互之间的距离或带电部分对地距离减少和短接。如由于雨水造成的闪络和倒下来的树木等所带来的短路。（2）绝缘材料的击穿强度降低，如：外来的机械作用使绝缘3受到损伤；绝缘表面负荷电流增大，使其局部过热而加剧绝缘材料的老化等。（3）外绝缘耐闪络强度的降低，如：由于环境的变化，现有的外绝缘配置不能满足污区变化的要求。（4）绝缘表面的腐蚀，如：化学污染源对附近输变电设备造成的化学腐蚀。1.2造成电压过负荷的主要原因（1）雷暴（大气过电压）所产生的过电压作用。（2）来自工作电压较高的电网电压作用。（3）由电网中的开关分合状态的变动所引起的操作过电压。从以上几点可以看出：排除来自设备自身的电气和自然灾害等方面的因素，由于环境的变化，设备现有的外绝缘配置不满足污区变化的要求，设备表面积污而造成外绝缘强度下降，是发生设备绝缘故障的最主要原因。电力设备外绝缘表面的积污，在干燥状态下，污层电阻很大，流过污层的泄漏电流很小，对绝缘强度影响不显著。但在雾、露、毛毛雨、溶冰、溶雪等气候条件下，污层受潮湿润，污层中的电解质溶解，使得污层中表面电导增加，泄漏电流明显增加。泄漏电流的热效应，在电流密度较大处出现干区，干区部分的污层电阻骤增，当干区承受较高电压，若干区表面场强超过空气击穿场强，干区便击穿，出现跨越干区的小电弧。随着湿润程度的增加，4泄漏电流幅值增大，局部电弧长度增加，当电弧长度达到临界值时，绝缘表面发生污闪。绝缘子污闪放电最大的特点是闪络电压低。如一片标准的悬式绝缘子在洁净干燥的条件下的闪络电压为75kV，而在潮湿脏污的状态下的闪络电压可能不到10kV。闪络放电从宏观上可分为4个阶段：绝缘表面的积污；绝缘表面的湿润；局部放电的产生；局部放电的发展并导致闪络。在干燥的气候条件下，绝缘表面的污秽物并不能明显降低绝缘子的闪络电压，脏污和湿润是构成污闪的2个基本条件。上述分析和运行经验表明，提高设备的外绝缘的耐污闪水平是解决设备污闪问题的关键。2RTV的防污闪原理及其应用2.1RTV防污性能分析RTV是室温硫化(RoomTemperatureVulcanizing)硅橡胶的简称，是20世纪60年代问世的有机硅弹性体,如高温硫化硅橡胶（硅橡胶复合绝缘子、硅橡胶陶管）、室温硫化硅橡胶（RTV）等。有机硅单体具有优良的热稳定性、电绝缘性、耐侯性、耐臭氧和透气性、无毒无味。同时，由于有机硅材料其非极性固体分子之间的作用力（吸引力）要小于水分子间的内聚力，使其表面具有憎水性。另外，由于有机材料内含有大量的游离态有机硅低聚物和小分子基质，并逐渐向污秽扩散，从而使污秽层也具有憎5水性，即有机材料具有憎水迁移性。有机硅材料在电力设备防污领域的应用主是利用其上述2种特性。由于脏污和潮湿是发生污闪必不可少的2个条件。对于喷涂RTV的电气设备，在上述有机硅材料2种特性的作用下，一方面，设备绝缘表面不易受潮，且自洁性大大提高，积污性能得到改善。另一方面，在雾、露、毛毛雨等潮湿气象条件下，污秽层很难湿润，即使吸附些水分，也仅以不连续的小水珠的形式存在，不会形成连接的水膜，有效抑制了泄漏电流及局部电弧的产生和发展，从而提高了绝缘子的耐污闪电压。2方面作用的共同效果使得设备外绝缘的防污闪能力显著提高。2005年8月温度为27℃、相对湿度86%时现场实做10kVRTV涂料与无涂料瓷瓶击穿场强对比试验，结果如表1。表1喷涂RTV涂料与无涂料瓷瓶击穿场强对比试验项目未涂RTV涂料的洁净绝缘子涂RTV涂料的洁净绝缘子击穿电压/kV6573绝缘电阻/MΩ110200000施加击穿电压/kV1020253010202530405054喷盐水后的泄漏电流/mA11.83击穿00.40.60.81.042击穿喷盐水后施加击穿电压前的绝缘电阻/MΩ18110000喷盐水后施加击穿电压后的绝缘电阻/MΩ20104000注：支柱瓷瓶爬距为2350mm，洁净瓷瓶喷盐水（在27.4℃测得）电导率为3814μS/cm试验表明：洁净绝缘子涂RTV前后，其绝缘电阻分别为110MΩ和200000MΩ，相差巨大，而对于人工脏污绝缘子则差值更大。带人工脏污并且潮湿的绝缘子，在10～15kV电压作用下瓷瓶表面就开始出现严重的电弧性爬电，施加30kV电压绝缘击穿，6其击穿电压只达到洁净状态下的35%左右。而对于涂有RTV涂料的带人工脏污并且潮湿的绝缘子，在整个加压过程中瓷瓶表面无电弧性爬电出现，击穿电压可达到54kV，为洁净状态下的75%以上。试验表明，防污闪涂料RTV能显著提高电瓷外绝缘电阻及其耐闪能力，是一条行之有效的防污闪措施。2.2防污闪技术措施分类及综合比较目前应用较多且效果确切的防污闪技术措施主要有以下几种：（1）调整绝缘子的爬电距离，或更换成抗污闪性能良好的绝缘子，如更换防污型绝缘子、硅橡胶合成绝缘子等；（2）净化绝缘子，如，定期停电清扫、带电水冲洗、气吹等；（3）设备外绝缘应用各种防污涂料，如，RTV、PRTV等涂料；（4）应用各种防雨罩及硅橡胶增爬裙以增加绝缘爬距。上述不同措施的综合对比见表2。表2各种防污闪技术措施综合对比对比更换绝缘子或设备净化绝缘子喷涂防污闪涂料RTV、PRTV加增爬裙长效性是否是是投资大小小小施工时间长短短短受安装环境限制是否否否维护工作量大大免小缺点改造投资及工作量大，工期长，玻璃和瓷瓶绝缘子需要清扫，复合绝缘子需要进行红外测温。逢停必扫，消耗大量的人力，并且人工清洁容易漏扫或清洁不彻底。RTV5～10年需复涂（厂家不同、技术不同、有效年限不同），PRTV20年需复涂。增爬裙下的积污严重，自洁能力差。通过上述比较分析可见：在上述4种防污闪技术措施中，喷7涂防污闪涂料措施具有投资小、效能时间长、施工方便且日后维护工作量小等优点，与其他措施相比具有较大的优势。2.3防污闪涂料的应用效果分析归纳起来，防污闪涂料应用在电力设备提高耐污闪能力方面有以下几大优点：（1）长效可靠：在附盐密度相同的情况下，试验表明，应用RTV防污闪涂料的输变电设备，其外绝缘污闪电压幅值可提高到200%，起始放电电压可提高100%以上。我省实际应用RTV防污闪涂料的多年运行经验表明，经历历次恶劣的自然气候条件（如：连续多天的大雾、毛毛雨、沿海的重盐雾区等）的考验，喷涂防污闪涂料的设备未发生过污闪事故，效果显著。另有省内外的运行经验表明，应用RTV防污闪涂料的电力设备，在10年内不做任何清扫和水冲洗的情况下，其RTV涂料仍长期具有良好的憎水性和憎水迁延性，若再复涂一层RTV涂料，其各项电气性能可达到新喷涂层同等的效果。（2）良好的适应性：RTV防污闪涂料层能广泛适应自然污秽和工业污秽，适用于各种不同类型的绝缘表面。我局十多座处于不同自然环境下的变电站，不同类型的设备爬电比距不足，在采用了RTV防污闪涂料的喷涂后，运行1年,多次经受了连续多天的浓雾天气考验，未发生污闪或严重爬电的现象。（3）减轻维护工作量：电力设备外绝缘喷涂RTV防污闪涂8料后，设备可不用再进行外绝缘的人工清扫和水清洗等维护，绝缘表面的防污闪涂料层仍有较高的抗污能力，有效免除了大量的周期性维护工作。（4）经济效益明显：与其他防污技术措施相比较，喷涂RTV防污闪涂料具有工期短、投资少、事故概率低、效果好的特点。以涂代调，应用RTV防污闪涂料技术措施取代调整电力设备外绝缘爬电比距，可节省巨大的调爬费用，特别是有效解决了常规定型输变电设备，如各种套管和支柱瓷瓶等电瓷外绝缘爬距未能满足绝缘配置要求的问题，因而可节省大量的设备更新费用。以涂代扫，应用RTV防污闪涂料技术措施，取代设备外绝缘周期性人工停电清扫，可降低或减少周期性的人力维护工作量，减少不必要的停电时间，从而给电网少停电多供电带来直接的经济效益和社会效益。由于RTV防污闪涂料具有以上的优越特性，我局从2004年开始在设备调爬工作中使用该涂料。到目前为止，对所属的4座220kV变电站和20座110kV变电站部分爬电比距不满足要求的设备（4