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目前隨著輸電電壓等級(jí)和電網(wǎng)容量的不斷提高，電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備外絕緣的污閃事故所造成的危害日益嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外采取的防污閃措施主要有“爬、掃、涂、加”4種，即采用合成絕緣子或防污型絕緣子調(diào)整電氣設(shè)備爬電比距、清掃設(shè)備表面污穢、涂RTV涂料、加裝傘裙套。
清除絕緣子表面的污穢物，對(duì)于防止絕緣子發(fā)生污閃事故，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。 干冰清洗的介質(zhì)為固態(tài)二氧化碳顆粒(二氧化碳在-78℃呈固態(tài))-干冰顆粒，清洗時(shí)升華成為絕緣的二氧化碳?xì)怏w，因?yàn)樯A不產(chǎn)生任何水分，故稱為“干冰”。將 干冰清洗技術(shù)應(yīng)用于電氣外絕緣污穢的清洗，可以有效避免污閃事故。
干冰清洗技術(shù)于20世紀(jì)80年代末開(kāi)始應(yīng)用于美國(guó)國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年迅速發(fā)展，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、日本、加拿大等國(guó)汽車制造業(yè)、航空業(yè)、核電工業(yè)、食品加工等領(lǐng)域。該技術(shù)在我國(guó)主要用于鑄模、生產(chǎn)線、汽輪機(jī)和電路板等精密設(shè)備的清洗，具有不損壞被清洗設(shè)備、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。目前未見(jiàn)干冰清洗技術(shù)應(yīng)用于絕緣子清污工作的文獻(xiàn)報(bào)道，該技術(shù)在其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果理想，相比其他清洗方法有較大優(yōu)勢(shì)，在絕緣子污穢清洗中有較大的發(fā)展空間。
為使干冰清洗技術(shù)能機(jī)械化方式在變電站作業(yè)，開(kāi)發(fā)出了一種可用于清洗高約2m、直徑約225mm圓柱面垂直排列的傘裙支柱絕緣子的成套裝置，并通過(guò)試驗(yàn)確定出清洗支柱絕緣子的最佳參數(shù)及其除污效果的影響因素。
本文對(duì)絕緣子采用于冰清洗的試驗(yàn)研究進(jìn)行了分析總結(jié)，通過(guò)比較分析不同條件下的清洗效果得到最佳清洗參數(shù)。
1、干冰清洗的特點(diǎn)
干冰清洗技術(shù)是利用特定的 干冰制造機(jī)（干冰造粒機(jī)、 干冰制粒機(jī)）將液態(tài)二氧化碳制成一定形狀和尺寸的干冰顆粒，通過(guò) 干冰清洗機(jī)（干冰噴射清洗機(jī)、干冰噴射器、 干冰噴射機(jī)、洗模機(jī)）將干冰與壓縮空氣混合后噴射到被清洗物表面。其清洗原理是利用固體干冰顆粒高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力，結(jié)合干冰本身極低溫使污穢龜裂以及升華所產(chǎn)生熱力膨脹，迅速剝離清除物體表面的結(jié)垢、油污、殘留雜質(zhì)等。
干冰清洗絕緣子表面污穢原理表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:
（1）固體干冰顆粒以極快的速度沖擊到絕緣子表面，產(chǎn)生較大的沖擊力F=mv2 /2，其中m、二分別為干冰的質(zhì)量及速度;
（2）干冰清洗過(guò)程中由于“溫差效應(yīng)”或“低溫龜裂原理”，垢層的表面急劇降溫，垢層和絕緣子表面熱膨脹系數(shù)不同，其間的粘結(jié)力顯著下降，更容易達(dá)到去污的目的;
（3）一旦干冰顆粒進(jìn)入垢層裂縫，干冰吸熱升華體積膨脹800倍左右，由于裂縫空間體積非常小，裂縫單位面積受到的壓力劇增，很容易將污穢剝離。干冰除污過(guò)程中的熱力學(xué)性能和“微爆炸效應(yīng)”都是其特有的現(xiàn)象。
當(dāng)干冰與壓縮空氣混合物被噴射到絕緣子表面沖擊垢層后，垢層的表面急劇降溫而變脆，此外垢層和絕緣子因表面熱膨脹系數(shù)不同收縮形變程度存在差異，從而使垢層出現(xiàn)裂縫。干冰顆粒在接觸到絕緣子表面的幾秒內(nèi)吸熱升華體積膨脹近800倍，一旦干冰顆粒進(jìn)人垢層裂縫，裂縫單位面積受到的壓力劇增而產(chǎn)生氣掀將污穢剝離。氣流沿絕緣子表面擴(kuò)散便能帶走被剝離的污穢，且由于污穢在低溫下的脆性，不會(huì)附著到附近其他設(shè)備上。
干冰清洗技術(shù)具有以下特點(diǎn):①干冰清洗除污種類多、效果好;②清洗介質(zhì)干冰顆粒為絕緣介質(zhì)，不會(huì)造成被清洗設(shè)備的污閃事故;③干冰在清洗過(guò)程中揮發(fā)，避免了環(huán)境的二次污染;④干冰顆粒不具磨損性，可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命;⑤干冰清洗對(duì)電線、控制元件、開(kāi)關(guān)沒(méi)有損傷，具有安全性。
2、不同參數(shù)對(duì)干冰清洗效果的影響
采用控制變量法，通過(guò)改變干冰清洗過(guò)程中一些參數(shù)，觀察清洗效果變化來(lái)判定這些參數(shù)對(duì)干冰清洗效果是否產(chǎn)生影響、如何影響。對(duì)污穢絕緣子進(jìn)行干冰清洗試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)控制干冰清洗噴頭垂直角度及噴頭沿絕緣子表面做圓周運(yùn)動(dòng)達(dá)到清洗絕緣子的目的。清洗后表面潔凈、無(wú)污穢，用濕紙巾擦拭后紙上無(wú)明顯污物的部分可判定為十凈面，否則為臟污面。
在試驗(yàn)中，不同參數(shù)下清洗效果除目前國(guó)內(nèi)表征污穢絕緣子狀態(tài)的常用特征量等值鹽密和等值灰密以外，還針對(duì)本試驗(yàn)及項(xiàng)目的特點(diǎn)，提出了新的判據(jù)，以干凈面的面積Se除以總面積S來(lái)表示，即清洗效果可表示為
本試驗(yàn)中采用干凈面面積所占比例這種清洗效果的判據(jù)的優(yōu)勢(shì)在于易于判斷和掌握，當(dāng)操作清洗裝置清洗安裝在變電站內(nèi)的支柱絕緣子時(shí)，只有干凈面的面積才能被全稱監(jiān)控并即時(shí)反映。
測(cè)量絕緣子表面的等值鹽密時(shí)，用毛刷清洗絕緣子表面的污穢，將污液收集在潔凈的燒杯中充分?jǐn)嚢�，用電�?dǎo)率測(cè)量?jī)x測(cè)出污液電導(dǎo)率δ。則絕緣子表面的鹽密值可以表示為
式中，к為換算指數(shù)，根據(jù)污液電導(dǎo)率δ的不同查表得到;S為絕緣子的表面積。
測(cè)量絕緣子表面的等值灰密，將污液采用濾紙過(guò)濾并干燥，用天平稱量質(zhì)量，絕緣子表面的灰密值可以表示為
式中，m2為干燥條件下含污穢的過(guò)濾紙質(zhì)量；m1為干燥條件下的過(guò)濾紙自身質(zhì)量；
干冰清洗效果由多個(gè)參數(shù)確定，其中任何一個(gè)參數(shù)改變都能影響干冰清洗的效果。清洗參數(shù)大致可分為3類：第1類是清洗裝置的參數(shù)，如干冰清洗機(jī)（干冰噴射清洗機(jī)、干冰噴射器、干冰噴射機(jī)、洗模機(jī)、 模具清洗機(jī)）排氣量與壓力、干冰流量等;第2類是被清洗物本身的參數(shù)，如絕緣子種類、絕緣子表面污穢情況等;第3類是過(guò)程參數(shù)，如干冰清洗機(jī)噴嘴相對(duì)于被清洗面的清洗角度、清洗距離以及噴頭移動(dòng)速度等參數(shù)。過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化控制是干冰清洗研究中的重要問(wèn)題之一。
2. 1絕緣子表面鹽密對(duì)清洗效果的影響
在我國(guó)目前的防污閃工作中，絕緣子表面鹽密是表征污穢度最為重要的基本參數(shù)之一，它是指絕緣子表面每cm2上附著的污穢物中導(dǎo)電物質(zhì)質(zhì)量所相當(dāng)?shù)腘aCI的質(zhì)量，用以表征污層中可溶性物質(zhì)導(dǎo)電率的大小，直觀地反映絕緣子的污穢程度。
采用等量涂刷法分別涂刷4組盤(pán)形懸式瓷絕緣子，用硅藻土混合物采用固體層法涂刷，使其污穢等級(jí)分別達(dá)到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ度4個(gè)污穢等級(jí)，相對(duì)應(yīng)的等值鹽密分別為0.05、0.1、0.2、0.3mg/cm2，并分別編號(hào)為A1、A2、A3、A4。涂刷時(shí)，絕緣子表面的灰密值為1 mg/cm2。此外，為增強(qiáng)污穢層的粘結(jié)力，使不同鹽密絕緣子清洗效果的區(qū)別更加明顯，在每組絕緣子上都涂刷0. 5mg/cm2的糊精。
通過(guò)調(diào)節(jié)清洗試驗(yàn)平臺(tái)的清洗噴頭支架及轉(zhuǎn)盤(pán)，使得清洗角度、距離、轉(zhuǎn)速等參數(shù)處于最佳范圍，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)及干冰清洗機(jī)（干冰噴射清洗機(jī)、干冰噴射器、干冰噴射機(jī)、洗模機(jī)、模具清洗機(jī)）使得空氣壓力、干冰質(zhì)量流量等其他清洗參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
由表2可知，在不同污穢等級(jí)下，絕緣子的清洗效果基本相同，因?yàn)楸砻嫱克⒌暮蟠笤鰪?qiáng)了污穢層的粘結(jié)力，干凈面的面積都在40%左右，在絕緣子表面的鹽密對(duì)干冰清洗效果影響不明顯。
2. 2絕緣子表面灰密對(duì)清洗效果的影響
絕緣子表面灰密主要反映不溶污穢物的影響。大量試驗(yàn)結(jié)果及其分析表明，污穢絕緣子的閃絡(luò)電壓既與等值附鹽密度有關(guān)，也與不溶于水的惰性物質(zhì)的密度即灰密有關(guān)。
用硅藻土混合物采用固體層法涂刷5組盤(pán)形懸式瓷絕緣子，使其等值灰密分別達(dá)到0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/cm2，鹽密值均為0. 1 mg/cm2。并分別編號(hào)為B1、B2、B3、B4、B5。其他清洗參數(shù)見(jiàn)表1,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
由表3可知，隨著絕緣子表面灰密的增大，干凈面的面積逐漸減小，清洗效果逐漸變差，絕緣子表面的灰密大小對(duì)干冰清洗效果有較大影響。
2. 3粘結(jié)力對(duì)絕緣子清洗效果的影響
在相同的污穢等級(jí)和灰密下的絕緣子，由于表面污穢的種類和性質(zhì)不同，絕緣子表面污穢層的粘結(jié)力不同，干冰清洗的效果也可能存在很大差異，本試驗(yàn)中通過(guò)在硅藻土混合物中添加不同比例的糊精來(lái)模擬不同粘結(jié)力的污穢層。
按照糊精與硅藻土的質(zhì)量比n分別為2:1、1:1、1:2、1:3和1:4涂刷5組絕緣子并分別編號(hào)為C1、C2、C3、C4、C5，鹽密值為0. 1 mg/cm2，灰密值為1 mg/ cm2。其他清洗參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4可知，隨著糊精與硅藻土混合比例的減小，干凈面的面積逐漸增大，清洗效果逐漸變好，污穢層的粘結(jié)力對(duì)干冰清洗的效果有較大影響。
2. 4噴頭移動(dòng)速度對(duì)絕緣子清洗效果的影響
在干冰清洗試驗(yàn)平臺(tái)上，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)噴頭的移動(dòng)速度。在實(shí)際清洗中，清洗裝置噴頭移動(dòng)速度直接影響到清洗效果和費(fèi)用，若噴頭移動(dòng)速度過(guò)大，可能造成重污穢難以清洗干凈，若噴頭移動(dòng)速度過(guò)小，則會(huì)造成干冰的浪費(fèi)造成清洗費(fèi)用過(guò)高。
為通過(guò)試驗(yàn)判斷噴頭移動(dòng)速度的最佳范圍，用水泥和泥土質(zhì)量比1:15混合物模擬粘結(jié)力很強(qiáng)的污穢，涂刷5組懸式絕緣子，按表5中的噴頭移動(dòng)速度加以清洗，分別編號(hào)為D1,D2,D3,D4,D5。除噴頭移動(dòng)速度外其他參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。
由表5結(jié)果可知，隨著噴頭移動(dòng)速度的增大，絕緣子干凈面的面積逐漸減小，清洗效果逐漸變差，噴頭移動(dòng)速度對(duì)干冰清洗效果有較大影響。
2. 5干冰質(zhì)量流量對(duì)絕緣子清洗效果的影響
通過(guò)調(diào)節(jié)干冰清洗機(jī)（干冰噴射清洗機(jī)、干冰噴射器、干冰噴射機(jī)、洗模機(jī)、模具清洗機(jī)）的質(zhì)量流量控制可以改變噴頭噴出干冰空氣混合物中干冰的流量，由干冰清洗技術(shù)的原理可知，固體干冰顆粒是完成絕緣子表面清洗的關(guān)鍵，干冰質(zhì)量流量可能會(huì)對(duì)絕緣子清洗效果造成較大影響。
用水泥和泥土質(zhì)量比為1:15的混合物涂刷5組懸式絕緣子，在0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 kg/min不同干冰質(zhì)量流量下觀測(cè)清洗效果，并分別編號(hào)為E1、E2、E3、E4、E5。除干冰質(zhì)量流量外其他參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。
由表6可知，隨著干冰質(zhì)量流量的增大，絕緣子干凈面的面積逐漸增大，清洗效果逐漸變好，干冰質(zhì)量流量對(duì)干冰清洗效果有較大影響;當(dāng)干冰質(zhì)量流量在≤1. 0 kg/min時(shí)，清洗效果很不明顯。
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