浅析微正压装置在离相封闭母线维护与运行中的应用

浅析微正压装置在离相封闭母线维护与运行中的应用梁洪军随着电力工业的发展，大容量发电机组被广泛应用。发电机出线的大电流离相封闭母线以其使用方便、运行维护工作量小、钢结构发热少、安全和可靠性高、不受环境和外物的影响等诸多优点被广泛采用。同时，离相封闭母线也存在损耗增大，散热条件差、易被外界潮气侵入影响母线的绝缘等因素，影响着封闭母线的正常运行。一般来讲，离相封闭母线在运行中常会遇到以下隐患。1封闭母线内结露导致绝缘下降2.封闭母线闪烙.3.封闭母线导体和外壳过热，导致火烧损4.封闭母线内漏氢下面就每一隐患的原因及解决措施加以分析1封闭母线内结露导致绝缘下降由于离相封闭母线是一种密闭的管道，当运行条件改变或气候条件变化时，内部易产生结露现象，从而降低母线的绝缘性能。严重时可引发单相接地事故，给发电企业的安全运行带来隐患。造成封闭母线结露的主要因素有；1.1封闭母线结露的原因1.1.1运行温度机组运行时，母线内导体和外壳的温度较高。而机组停机后，母线内导体和外壳的温度将快速下降。正常运行时，母线内空气的温度为70℃左右，每立方米空气中饱和水蒸气密度为196.8克，而机组停机后（以环境温度20℃为例），母线内的空气温度则降为20℃，，每立方米空气饱和水蒸气密度为17.28克。也就是说，母线内的空气温度由正常运行时的70℃下降至20℃时，每立方米空气中将有179.52克液态水析出。这些水将严重的影响母线和外壳之间的绝缘。1.1.2潮气侵入发电机每次停机检修或临修，封闭母线易被空气中的潮气、雨水、浓雾等侵入，造成停机受潮，每次开机均需处理封闭母线的绝缘，严重时影响按时开机。阴雨天开机时封闭母线的绝缘往往更是不合格。严重时会造成开机时间拖延。如不能按时正常开机，每推迟一天，发电企业都将会受到很大的经济损失。为了保护母线和外壳之间的绝缘，在机组运行和停机时要采取相应的措施防止空气结露，造成绝缘下降。1.2防止母线内空气结露，造成母线绝缘下降的措施及分析目前，国内封闭母线防结露主要有以下几种措施1.2.1封闭母线外壳内通自然风应用此种方式，一般是在机组停机后和再开机前，为解决封闭母线固体绝缘而采取的一种临时措施。这种方法比较简单，能有效解决机组开机前封闭母线绝缘电阻较低而影响开机的问题。但是这种方法并不能解决封闭母线外壳内空气相对湿度大的问题。特别是水电站，由于封闭母线完全设置在地下涵洞中，周边环境相对湿度大，需很大的通风量才能提高封闭母线的绝缘电阻。1.2.2封闭母线外壳内充热风这种方法就是在封闭母线的充气管路中加装一热风保养装置，在发电机开机前1-2小时投入热风保养装置，将干燥的热风通入母线夹层，快速的置换出母线内的潮湿空气，50-110分钟后关停热风保养装置启动发电机。这种方法比通自然风有所改进，通入的热风能驱走一部分潮湿空气，还能提高母线内空气的饱和含湿量值，降低相对湿度，使封闭母线的绝缘很快建立起来。但是，由于母线内导体及外壳均为铝制，传热效果好，散热快，故一旦停止加热或沿母线长度方向距加热点较远时会出现降温。随着温度的降低，空气中的水蒸汽将重新凝结成液态水。由此出现的问题是，母线会出现分段绝缘不合格的情况。另一方面，当母线内部湿度很大时，在外部气温降低的过程中，由于内部温度的升高，就会出现外壳内壁表面空气降低到露点温度的逆效应。就是说，母线内壁表面有水滴凝结，严重影响母线的绝缘。1.2.3封闭母线外壳内充微正压干燥空气这种方法在国内比较普及。它的方法是对封闭母线外壳内充入经微正压装置过滤后的干燥、洁净的空气。并使封闭母线外壳内的空气压力略高于外界大气压，一般为300-2500Ра，形成一种气封的作用，这样，外界潮湿的空气及灰尘就不能进入封闭母线外壳，从而保证了封闭母线的绝缘要求。这种方法可有效提高封闭母线绝缘，尤其是在机组停机后，是封闭母线防止绝缘降低的最佳方法之一。1.2.4封闭母线外壳加装恒温加热装置这种方法就是在封闭母线外壳上加装电加热装置，由于封闭母线是从发电机连至变压器等设备，因此，电加热装置需沿封闭母线布置方向依次加装。这样，在开机前为保证封闭母线绝缘电阻达到规定值，先接通电加热装置，给封闭母线加热，以提高封闭母线的绝缘电阻。由此看来，一方面这种方法只能降低外壳内空气的相对湿度，从而提高封闭母线的绝缘电阻，但空气中的水分并没有去除，成本也较高，布置也较困难。另一方面，这种方法对封闭母线漏氢有一定的安全隐患。1.2.5风循环式空气干燥、净化装置这种方法就是将封闭母线在适当的位置连通，使干燥、净化的空气在封闭母线中形成闭路循环，在空气循环过程中，母线内的空气被连续干燥、净化，不断的除湿。当母线内空气达到一定洁净度时，设备停止循环。这种方法可有效除湿，但运行成本较高，并且在制造、生产和现场安装中必须保证封闭母线外壳的气密性。可适用于各种大型临界、超临界、超超临界机组的封闭母线保护中。1.2.6憎水性绝缘子这种方法就是将母线与外壳之间的绝缘子采用具有憎水性能的绝缘子。当外壳内的空气结露时，绝缘子的绝缘性能不受影响。，但由于该绝缘子是采用有机材料制成，在高温下容易被老化，使用寿命将受到影响。目前，国内只有极少数发电企业采用此方法，封闭母线绝缘值可达1500MΩ以上。这种方法只是提高了母线内绝缘子的固体绝缘。但并不能解决母线内空气相对湿度大的问题。如遇到阴雨天开机时，此方法效果便不明显。1.3关于防止主变升高座、厂变升高座、PT间绝缘降低的改造方案有些发电企业，与封闭母线相连的主变升高座、厂变升高座和PT间等侧下部每相均留有一排污孔，通过该孔上述几处与外界大气相通。潮气易由排污孔进入，造成停机时受潮，开机前须处理上述几处的绝缘，严重时影响按时开机。阴雨天开机时绝缘更是不合格，严重的会拖延开机时间。封闭母线的绝缘性能受微正压装置的保护有很大的提高，而主变升高座、厂变升高座和PT间座等处因不在微正压装置的保护范围之内，所以无法起到保护功能。为有效的解决主变升高座、厂变升高座和PT间座等处的绝缘降低的问题，可对微正压装置和母线进行小范围改造。其具体步骤为（参见封闭母线整体结构示意图）1.3.1更换主变升高座、厂变升高座和PT间处新的橡胶伸缩套以保证此处的气密性。1.3.2在主变升高座、厂变升高座和PT间处的外壳上焊接与外壳相同材质3/8”的短丝，每相对称2个。在其中一个短丝上加装一KA-L15单向阀，此单向阀可承受与母线报警压力相同的气压，便于此处的保护。1.3.3改造微正压装置的充气管路，将充气管路延伸至上述几处的3/8”短丝处，用特殊管件将充气管路与短丝连接。此方案的优点在于，当发电机停机后，投入微正压装置，经微正压装置处理的洁净空气便充入主变升高座、厂变升高座等处，以对流的形式将此处的潮气排出。同时形成气封，防止外界的潮气进入此处，从而达到防止绝缘降低的目的。综上所述，由以上几种方法的可靠性、实用性、制造成本和运行成本、自动控制与简化管理等方面进行综合比对和分析后，推荐防止母线结露，造成绝缘下降的最佳方案为封闭母线外壳内充微正压干燥空气。目前，国内的微正压装置主要有吸附式、冷冻式和高分子膜式三种型号。吸附式微正压装置因其分子筛易失效、配置低、故障率高等原因，已不能符合现阶段大容量封闭母线对气源的要求。而冷冻式微正压装置和高分子膜式微正压装置以其运行指标稳定、维护量低、控制精度高、工艺流程合理等诸多优点，逐步为广大使用者所接受。特别是冷冻式微正压装置，以其压力露点低、流量大等特点，特别适合于各种气密性较差的封闭母线。2封闭母线闪烙在一些大型火力发电企业，封闭母线由于长时间运行或缺乏正常的维护，致使封闭母线有些部件老化或变形。如密封垫受力不均匀、法兰盖材质软、法兰漏气、焊缝开裂、母线变形等诸多原因使母线密封不严，外界的灰尘、杂质和潮气便通过各种缝隙进入母线，引起母线闪烙。封闭母线闪烙主要包括污闪和雾闪两种。2.1造成封闭母线闪烙的原因有；2.1.1封闭母线污闪的原因污闪主要是因为封闭母线密封不严，导致外界灰尘和杂质进入母线，并在母线内逐渐沉积下来，久之形成较厚的积灰层，这些灰尘在遇到敲击、震动等特殊情况时易引发污闪事故。或由于母线内导体运行温度下降，致使外界含有粉尘、杂质的空气进入封闭母线，维持了母线内的预置剩余压力。另外，随着我国近年来环境及大气污染的加剧，空气中的粉尘和悬浮颗粒含量也严重超标。特别是一些大型火力发电企业，情况更为严重，空气中的粉尘和悬浮颗粒进入母线，也会加剧母线内空气污秽程度，引发闪烙。上述情况在高温、干燥地区和大气污染严重地区尤为常见。2.1.2封闭母线雾闪的原因雾闪主要是因为封闭母线外壳由于自身原因或外力作用产生裂缝，或母线外壳上软连接处的防雨密封胶套密封不严，导致雨水、盐雾、化工气体或浓雾进入母线外壳。当机组运行时，母线内导体的温度较高，雨滴进入母线后，首先会汽化成水蒸汽，当母线内水蒸气或其他气体达到一定百分比浓度时，就易引发雾闪现象。这种情况在南方沿海地区或空气湿度大的地区尤为常见。2.2解决方案无论是污闪还是雾闪，其主要原因均是因为封闭母线外壳密封不严，导致外界气体或污物进入母线，引发母线放电现象。解决母线闪烙的措施有；2.2.1对封闭母线的密封性能进行改造这种方法就是对封闭母线的上的所有密封垫予以统一更换，如更换密封盘套（盘式绝缘子）、更换母线支持绝缘子底座密封胶垫、更换窥视窗密封胶垫、查找母线本体上的沙眼进行补焊……等。工作完成后做捡漏实验。这种方法工作量大，要求高，工作周期长，但可有效的防止外界气体或杂质进入母线而引发闪烙。2.2.2投入使用微正压装置微正压装置的主要作用是向三相封闭母线提供干燥、洁净的空气，使封闭母线内部气压始终保持在微正压状态，当外界温度下降或负荷电流降低引起母线温度下降时，会引起封闭母线内气压降低。微正压装置将提供干燥、洁净的空气以维持当温度降低时的预置剩余压力，完全起到了气封的作用。从而阻止了潮气及杂质的进入。针对不同的情况，相对的投入微正压装置，可起到不同的效果。当空气中污物或灰尘较多时，投入使用微正压装置，母线内充满了干燥、洁净的空气，这些洁净空气填补了母线内的预置剩余压力，起到了气封的作用。可防止外界的污物或灰尘继续进入母线。从而起到了预防母线污闪的作用。当空气中的雨雾或其它气体较浓时，投入使用微正压装置，经微正压装置处理的干燥、洁净的空气首先会稀释母线中的气体，并经由母线自身的一些缝隙排出，随着洁净空气源源不断地充入母线，母线中的气体被全部稀释、排出。最终，母线内完全被洁净的空气所取代，避免了母线发生雾闪的可能。3封闭母线火烧损华电国际电力股份有限公司《火力发电企业安全性综合评价标准》第2.3.1.1.8中明确规定；封闭母线导体或外壳运行温度超过允许值扣10分。水力电力部电力规划设计院颁发《导体和电器选择设计技术规定》第2.4.5中明确规定；在进行封闭母线的热平衡计算时，导体最高允许温度不宜大于+90℃，外壳最高允许温度不应大于+70℃。随着大容量发电机的普遍应用，发电机出线的大电流全连式离相封闭母线也被广泛应用。但从设计、制造和运行都较少考虑母线本身的发热和损耗。因此，采用全连式离相封闭母线后虽具有磁屏蔽、防止发电机出口短路、提高母线的动动稳定能力和防止发生母线绝缘子污闪事故等很多优点，但也存在母线损耗增大，发电机出线箱在正常运行中温度较高的问题。由于当前现有的母线热故障测试技术有限，特别是出线箱和封闭母线内温度超限点更不容易被人发现。随着时间的推移，温度超限处将因发热而加速氧化，进而造成烧毁母线或接点的更大事故。这种情况在夏天时更为严重。3.1封闭母线发热的原因引起封闭母线发热的因素有3.1.1铝制的封闭母线外壳处在导体所产生的交变磁场中，产生电流，引起发热3.1.2封闭母线导体上大电流产生的热量以辐射、空气对流的方式传递到母线的外壳，导致其温度逐渐升高根据电磁学的有关理论，流经每相母线的交流电流在其周围空间产生呈正弦规律变化的磁场，该磁场在铝制的封闭母线外壳上产生感应电动势。该感应电动势在封闭母线外壳上产生感应电流，其大小基本上与发电机负荷电流相当