目前随着输电电压等级和电网容量的不断提高，电力系统输变电设备外绝缘的污闪事故所造成的危害日益严重。国内外采取的防污闪措施主要有“爬、扫、涂、加”4种，即采用合成绝缘子或防污型绝缘子调整电气设备爬电比距、清扫设备表面污秽、涂RTV涂料、加装伞裙套。

清除绝缘子表面的污秽物，对于防止绝缘子发生污闪事故，保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。干冰清洗的介质为固态二氧化碳颗粒(二氧化碳在-78℃呈固态)-干冰颗粒，清洗时升华成为绝缘的二氧化碳气体，因为升华不产生任何水分，故称为“干冰”。将干冰清洗技术应用于电气外绝缘污秽的清洗，可以有效避免污闪事故。

干冰清洗技术于20世纪80年代末开始应用于美国国内工业领域，经过多年迅速发展，目前该项技术已经广泛应用于美国、德国、日本、加拿大等国汽车制造业、航空业、核电工业、食品加工等领域。该技术在我国主要用于铸模、生产线、汽轮机和电路板等精密设备的清洗，具有不损坏被清洗设备、无二次污染等优点。目前未见干冰清洗技术应用于绝缘子清污工作的文献报道，该技术在其他工业领域的应用效果理想，相比其他清洗方法有较大优势，在绝缘子污秽清洗中有较大的发展空间。

为使干冰清洗技术能机械化方式在变电站作业，开发出了一种可用于清洗高约2m、直径约225mm圆柱面垂直排列的伞裙支柱绝缘子的成套装置，并通过试验确定出清洗支柱绝缘子的最佳参数及其除污效果的影响因素。   

本文对绝缘子采用于冰清洗的试验研究进行了分析总结，通过比较分析不同条件下的清洗效果得到最佳清洗参数。

 

1、干冰清洗的特点

干冰清洗技术是利用特定的干冰制造机（干冰造粒机、干冰制粒机）将液态二氧化碳制成一定形状和尺寸的干冰颗粒，通过干冰清洗机（干冰喷射清洗机、干冰喷射器、干冰喷射机、洗模机）将干冰与压缩空气混合后喷射到被清洗物表面。其清洗原理是利用固体干冰颗粒高速运动产生的冲击力，结合干冰本身极低温使污秽龟裂以及升华所产生热力膨胀，迅速剥离清除物体表面的结垢、油污、残留杂质等。

干冰清洗绝缘子表面污秽原理表现在以下3个方面:

（1）固体干冰颗粒以极快的速度冲击到绝缘子表面，产生较大的冲击力F=mv2 /2，其中m、二分别为干冰的质量及速度;

（2）干冰清洗过程中由于“温差效应”或“低温龟裂原理”，垢层的表面急剧降温，垢层和绝缘子表面热膨胀系数不同，其间的粘结力显著下降，更容易达到去污的目的;

（3）一旦干冰颗粒进入垢层裂缝，干冰吸热升华体积膨胀800倍左右，由于裂缝空间体积非常小，裂缝单位面积受到的压力剧增，很容易将污秽剥离。干冰除污过程中的热力学性能和“微爆炸效应”都是其特有的现象。

当干冰与压缩空气混合物被喷射到绝缘子表面冲击垢层后，垢层的表面急剧降温而变脆，此外垢层和绝缘子因表面热膨胀系数不同收缩形变程度存在差异，从而使垢层出现裂缝。干冰颗粒在接触到绝缘子表面的几秒内吸热升华体积膨胀近800倍，一旦干冰颗粒进人垢层裂缝，裂缝单位面积受到的压力剧增而产生气掀将污秽剥离。气流沿绝缘子表面扩散便能带走被剥离的污秽，且由于污秽在低温下的脆性，不会附着到附近其他设备上。

干冰清洗技术具有以下特点:①干冰清洗除污种类多、效果好;②清洗介质干冰颗粒为绝缘介质，不会造成被清洗设备的污闪事故;③干冰在清洗过程中挥发，避免了环境的二次污染;④干冰颗粒不具磨损性，可延长设备使用寿命;⑤干冰清洗对电线、控制元件、开关没有损伤，具有安全性。

 

2、不同参数对干冰清洗效果的影响

采用控制变量法，通过改变干冰清洗过程中一些参数，观察清洗效果变化来判定这些参数对干冰清洗效果是否产生影响、如何影响。对污秽绝缘子进行干冰清洗试验时，通过控制干冰清洗喷头垂直角度及喷头沿绝缘子表面做圆周运动达到清洗绝缘子的目的。清洗后表面洁净、无污秽，用湿纸巾擦拭后纸上无明显污物的部分可判定为十净面，否则为脏污面。

在试验中，不同参数下清洗效果除目前国内表征污秽绝缘子状态的常用特征量等值盐密和等值灰密以外，还针对本试验及项目的特点，提出了新的判据，以干净面的面积Se除以总面积S来表示，即清洗效果可表示为

本试验中采用干净面面积所占比例这种清洗效果的判据的优势在于易于判断和掌握，当操作清洗装置清洗安装在变电站内的支柱绝缘子时，只有干净面的面积才能被全称监控并即时反映。

测量绝缘子表面的等值盐密时，用毛刷清洗绝缘子表面的污秽，将污液收集在洁净的烧杯中充分搅拌，用电导率测量仪测出污液电导率δ。则绝缘子表面的盐密值可以表示为

式中，к为换算指数，根据污液电导率δ的不同查表得到;S为绝缘子的表面积。

测量绝缘子表面的等值灰密，将污液采用滤纸过滤并干燥，用天平称量质量，绝缘子表面的灰密值可以表示为

式中，m₂为干燥条件下含污秽的过滤纸质量；m₁为干燥条件下的过滤纸自身质量；

干冰清洗效果由多个参数确定，其中任何一个参数改变都能影响干冰清洗的效果。清洗参数大致可分为3类：第1类是清洗装置的参数，如干冰清洗机（干冰喷射清洗机、干冰喷射器、干冰喷射机、洗模机、模具清洗机）排气量与压力、干冰流量等;第2类是被清洗物本身的参数，如绝缘子种类、绝缘子表面污秽情况等;第3类是过程参数，如干冰清洗机喷嘴相对于被清洗面的清洗角度、清洗距离以及喷头移动速度等参数。过程参数的优化控制是干冰清洗研究中的重要问题之一。

 

2. 1绝缘子表面盐密对清洗效果的影响

在我国目前的防污闪工作中，绝缘子表面盐密是表征污秽度最为重要的基本参数之一，它是指绝缘子表面每cm²上附着的污秽物中导电物质质量所相当的NaCI的质量，用以表征污层中可溶性物质导电率的大小，直观地反映绝缘子的污秽程度。

采用等量涂刷法分别涂刷4组盘形悬式瓷绝缘子，用硅藻土混合物采用固体层法涂刷，使其污秽等级分别达到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ度4个污秽等级，相对应的等值盐密分别为0.05、0.1、0.2、0.3mg/cm²，并分别编号为A1、A2、A3、A4。涂刷时，绝缘子表面的灰密值为1 mg/cm2。此外，为增强污秽层的粘结力，使不同盐密绝缘子清洗效果的区别更加明显，在每组绝缘子上都涂刷0. 5mg/cm²的糊精。

通过调节清洗试验平台的清洗喷头支架及转盘，使得清洗角度、距离、转速等参数处于最佳范围，调节空气压缩机及干冰清洗机（干冰喷射清洗机、干冰喷射器、干冰喷射机、洗模机、模具清洗机）使得空气压力、干冰质量流量等其他清洗参数见表1，试验结果见表2。

由表2可知，在不同污秽等级下，绝缘子的清洗效果基本相同，因为表面涂刷的糊精大大增强了污秽层的粘结力，干净面的面积都在40%左右，在绝缘子表面的盐密对干冰清洗效果影响不明显。

2. 2绝缘子表面灰密对清洗效果的影响

绝缘子表面灰密主要反映不溶污秽物的影响。大量试验结果及其分析表明，污秽绝缘子的闪络电压既与等值附盐密度有关，也与不溶于水的惰性物质的密度即灰密有关。

用硅藻土混合物采用固体层法涂刷5组盘形悬式瓷绝缘子，使其等值灰密分别达到0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/cm²，盐密值均为0. 1 mg/cm²。并分别编号为B1、B2、B3、B4、B5。其他清洗参数见表1,试验结果见表3。

由表3可知，随着绝缘子表面灰密的增大，干净面的面积逐渐减小，清洗效果逐渐变差，绝缘子表面的灰密大小对干冰清洗效果有较大影响。

 

2. 3粘结力对绝缘子清洗效果的影响

在相同的污秽等级和灰密下的绝缘子，由于表面污秽的种类和性质不同，绝缘子表面污秽层的粘结力不同，干冰清洗的效果也可能存在很大差异，本试验中通过在硅藻土混合物中添加不同比例的糊精来模拟不同粘结力的污秽层。

按照糊精与硅藻土的质量比n分别为2:1、1:1、1:2、1:3和1:4涂刷5组绝缘子并分别编号为C1、C2、C3、C4、C5，盐密值为0. 1 mg/cm²，灰密值为1 mg/ cm²。其他清洗参数见表1，试验结果见表4。

由表4可知，随着糊精与硅藻土混合比例的减小，干净面的面积逐渐增大，清洗效果逐渐变好，污秽层的粘结力对干冰清洗的效果有较大影响。

 

2. 4喷头移动速度对绝缘子清洗效果的影响

在干冰清洗试验平台上，通过调节转盘的转速可以调节喷头的移动速度。在实际清洗中，清洗装置喷头移动速度直接影响到清洗效果和费用，若喷头移动速度过大，可能造成重污秽难以清洗干净，若喷头移动速度过小，则会造成干冰的浪费造成清洗费用过高。

为通过试验判断喷头移动速度的最佳范围，用水泥和泥土质量比1:15混合物模拟粘结力很强的污秽，涂刷5组悬式绝缘子，按表5中的喷头移动速度加以清洗，分别编号为D1,D2,D3,D4,D5。除喷头移动速度外其他参数见表1，试验结果见表5。

由表5结果可知，随着喷头移动速度的增大，绝缘子干净面的面积逐渐减小，清洗效果逐渐变差，喷头移动速度对干冰清洗效果有较大影响。

 

2. 5干冰质量流量对绝缘子清洗效果的影响

通过调节干冰清洗机（干冰喷射清洗机、干冰喷射器、干冰喷射机、洗模机、模具清洗机）的质量流量控制可以改变喷头喷出干冰空气混合物中干冰的流量，由干冰清洗技术的原理可知，固体干冰颗粒是完成绝缘子表面清洗的关键，干冰质量流量可能会对绝缘子清洗效果造成较大影响。

用水泥和泥土质量比为1:15的混合物涂刷5组悬式绝缘子，在0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 kg/min不同干冰质量流量下观测清洗效果，并分别编号为E1、E2、E3、E4、E5。除干冰质量流量外其他参数见表1，试验结果见表6。

由表6可知，随着干冰质量流量的增大，绝缘子干净面的面积逐渐增大，清洗效果逐渐变好，干冰质量流量对干冰清洗效果有较大影响;当干冰质量流量在≤1. 0 kg/min时，清洗效果很不明显。