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浅谈环境污染对发电企业离相封闭母线绝缘的影响梁洪军【摘要】介绍环境污染对封闭母线绝缘性能的影响，简述封闭母线在绝缘性能方面发生事故的几种形式，并结合实际事例，初步找出因火电厂周边环境污染而影响封闭母线绝缘的一些规律。【关键词】环境污染封闭母线绝缘微正压装置结露一．概述随着人类文明的发展与进步，能源的消耗也越来越大，随之造成的负面影响是，人类生产和生活的环境逐步恶化与污染。环境污染不仅破坏了生物的生存环境，影响了人们正常的生产、生活，而且直接威胁着人类的健康。在正常的环境中，对电厂电气设备而言，无论设备处于运行状态还是处于备用状态或主要辅助设备处于联动备用状态，要求电气设备在内部过电压或长期运行条件下，设备均能可靠运行。但由于人类活动所产生的工业污染，使局部地区环境状态逐渐恶化，并随着人类的活动而逐步扩散。所产生的各种个样固体、液体、气体和粉尘、颗粒等物，与自然界中的雨、雪、雾、冰等恶劣气候条件相作用，对电气设备的外绝缘造成极大的影响，导致其绝缘强度大大降低，不仅可能在过电压的情况下产生闪络，还可能在长期运行电压下产生“误会闪络”，造成电气设备的停机事故。据统计，由于电气设备的绝缘下降引发的绝缘下降闪络事故呈逐年上升之势，为此，进一步了解环境污染对电气设备的绝缘影响，成为许多电力企业的研究课题。本文主要以火力发电企业的离相封闭母线为研究对象，重点讨论环境污染对封闭母线绝缘性能的影响，以及由此而引发的闪络和结露等问题。之所以选择离相封闭母线作为研究对象，主要是因为其有着特殊的建筑结构(一半在室内、一半在室外）,具有室内和室外电气设备的典型特征。二．事故的发生1.2009年1月21日14时04分，河北某热电厂#10机组封闭母线接地，发电机定子接地保护动作，发电机掉闸，大联锁保护动作，机组停运。定子接地保护动作后，根据保护装置动作记录及发电机故障录波器报告显示，确定发电机-变压器组一次部分存在B相接地故障。拆开发电机出口伸缩节检查，发现发电机封闭母线侧B相绝缘为零，进一步检查确定故障点在B相主变位置封闭母线密封绝缘子处，其上面存在结冰现象，造成B相接地短路故障。对故障部位处理后，1月23日4时，机组与系统并列。其发生事故部位图片如图1所示2.2006年8～9月期间，河北另一发电厂#3机组故障录波器频繁启动报警，发电机零序电压超限（8V报警，15V动作跳闸），初步怀疑C相封闭母线和出线存在绝缘薄弱点。在拆除厂变高压侧升高座盖板时，发现B、C相盖板缝隙处有少量水向外流出，彻底拆除后发现C相封闭母线内积存的水份最多，向封闭母线筒内观察，支持绝缘子表面均附着大量水滴。从而得出结论：此次发电机零序电压超限的主要原因是发电机封闭母线B、C相受潮严重所致。图1河北某热电厂10号机组B相主变位置封闭母线盆式绝缘子非计划停运事故部位图片以上两起事故并非单个的案例，近年来在河北、内蒙、河南、天津等省份，相继出现因离相封闭母线绝缘下降而引发的无法起机和非计划停机等事故。因此，认真分析研究造成封闭母线绝缘下降的原因，并避免事故的频繁发生，成为许多电力企业的当务之急。三．离相封闭母线绝缘下降的原因分析笔者认为，造成封闭母线绝缘下降的因素主要有两个；1.封闭母线结露结露的物理概念就是水蒸气遇冷变成小水滴，我们将这个概念引入到运行的封闭母线中国标GB/T8349—2000中华人民共和国国家标准《金属封闭母线》[S]，5.6条，金属封闭母线各部位的允许温度和温升：金属封闭母线在正常使用条件下运行时，各部位的温度和温升应符合表1的要求表1金属封闭母线最热点的温度和温升的允许值金属封闭母线的部件最高允许温度℃最高允许温升.K导体9050螺栓紧固的导体或外壳的接触面镀银10565不镀7030外壳7030外壳支持结构7030绝缘件按GB/T11021由绝缘材料种类确定注：金属封闭母线用螺栓紧固的导体或外壳的接触面不应用不同的金属或金属镀层构成。由上表我们可以看出，离相封闭母线在正常运行时，导体的温度最高可达到90℃，外壳的温度也相应能达到70℃。根据空气动力学的定律；当温度在90℃时，空气的饱和水蒸气密度(ρЬ/g/m³)可达418.3克。即每立方米饱和空气中就含有418.3克水。当导体的负载电流发生变化，导体产生的温度也会变化。空气的饱和水蒸气密度也会相应的产生变化。当温度升高时，会继续吸收周围空气中的水份，成为饱和空气。反之将析出过量的水份，成为结露水，进而影响到封闭母线的绝缘性能，举例来讲；当一台机组达到饱和发电量时，导体产生的热量是最高可达90℃，其导体周围空气的饱和水蒸气密度是418.3克/每立方米，当导体减小负荷电流时，以导体温度20℃为例，其导体周围空气的饱和水蒸气密度是17.28克/每立方米.这就意味着，当导体的运行温度由90℃降低至20℃时，封闭母线内空气的温度也会相应的产生70℃封的温差，也就是说，在封闭母线内的每立方米空气中，将有（418.3-17.28=）401.02克水被析出，成为结露水。这些水将严重的影响着封闭母线绝缘。这就可以解释为什么有些机组正在运行中发电机保护装置---三次谐波电压式定子接地保护装置（3W）依然会发出报警信号了。如果机组由运行状态到停机状态，导体的温度会迅速降至与周围大气环境相同，如果是冬季，则封闭母线中析出的水会更多。也许有人会问，封闭母线中的水份是从何而来呢？这主要是由空气的性质来决定的。当空气被加热时，热空气自然而然的会吸收空气中的水分子使自身成为饱和空气。当封闭母线导体发热时，封闭母线内的空气会因受热而大量的吸收周围空气中的水份，而当导体的温度降低时，封闭母线内空气的温度也会相应降低，空气中过量的水份也就被析出。所以封闭母线内出现水也就不足为奇了。另外，很多人认为，封闭母线一旦运行起来后，依靠本身产生的热量，会将封闭母线内的一些固体绝缘件加热，从而提高封闭母线的整体绝缘。其实这种观点是错误的，这是因为，封闭母线一旦运行起来以后，封闭母线的导体和外壳都会产生大量的热量，母线内部的空气也会被随之加热，封闭母线内部空气被加热后，就会吸收封闭母线外部的水份（封闭母线普遍存在泄露现象），使自己尽量达到饱和，所以，封闭母线内部热空气的相对湿度要远比封闭母线外部空气的湿度大得多。当导体的负载电流减小时，增大的温差就会使热空气中的饱和水成为过量水而析出。本文所提到的张家口电厂#3机组、河北保定热电厂#10机组能在运行中报警，就是对这种观点的有力驳斥。由此，我们可以得到一个结论：结露事件受空气湿度的影响是很小的，而主要取决于空气的温度。例如，我们会经常发现，南方地区的发电企业虽然常年空气湿度比较大，但温度普遍都在0℃以上，温差比较小，封闭母线真正发生结露事件的很少，而北方地区虽然空气比较干燥，但由于昼夜空气温差大，空气结露事件反而更加严重。（以上数据由饱和空气湿度表查处）2.封闭母线闪络封闭母线闪络主要包括：1.污闪；2.雾闪；3.不明原因闪络。对于前两项闪络，按照《电气设备预防试验规程》、《电气运行规程》等相关文献的规定，都有相应的研究、预防和应对措施。而不明原因闪络问题，在闪络事故中占有很大的比例。业内称“不明闪络”。这些闪络的试品，大都经过实验室的试验证明无质量问题，污秽等级也没有超标，事故前设备运行也正常，无雷击和过电压等状况发生。众所周知，封闭母线直接接触面积最大的是周边的环境，周围的环境对封闭母线的外绝缘也起着较为主要的作用。研究发现，封闭母线的外绝缘强度除本身材料及尺寸外，还与周围环境中的污秽度、温度、湿度、磁场及周边空气的洁净度有关，当封闭母线接触周围环境洁净、空气质量好且离污染源较远时，空气的导电率相对较低，相反，当电气设备处于污染较为严重的地区时，空气的导电率就相对较高。随着社会的发展、污染的加剧，使得母线周边环境中的导电物质和不导电物质的含量相对增加，尤其是导电物质成分的增大，使得周边环境的导电率也相对增大。此时对封闭母线的绝缘强度也影响很大，绝缘会随之下降，威胁封闭母线的正常运行。因此，了解电力企业周围环境对封闭母线绝缘的影响就显得尤为重要。四．影响封闭母线绝缘的环境污染物分析由以上观点我们可以看出，造成封闭母线绝缘下降的原因一般有结露和不明原因的闪络两种原因。结露主要是由运行温度造成的，而不明原因的闪络则主要与封闭母线的周围环境有重要的关系。造成封闭母线绝缘下降的环境污染物主要有大气污染物、水质污染物、固体废弃污染物、磁污染等，下面对每种污染物加以分析和研究；1.大气污染物大气污染主要是指大气的化学性污染，大气中化学性污染物的种类很多，我国的大气污染属于煤炭型污染，主要的污染物是烟尘和二氧化硫，此外，还有氮氧化物和一氧化碳等。二氧化硫是形成酸雨的主要污染物之一。随着经济的发展，人类将燃烧更多的煤炭，产生更多的二氧化硫等污染物。尤其是火力发电厂，每小时的燃煤量常以百吨、千吨计算。一天产生的烟尘和二氧化硫就达到成百吨。.所以，在以电厂为核心的周边地区，二氧化硫的浓度会很高，当二氧化硫随气流侵入到封闭母线后，会被母线中的水份捕捉吸收，就会形成硫酸和硝酸小滴，使封闭母线内的环境酸化。这就是人们常说的酸雨，酸雨对封闭母线的导体、支撑绝缘子和外壳的外绝缘有着很大的破坏作用；2：水质污染主要发生在城郊及城市生活密集区，由工厂和生活区排放的废水及生活污染造成的，污染物主要是酸类化合物、氢化物等，这些物质溶解在水中，使水质呈现出弱酸性，在火力发电企业大量使用的水中，大多是以循环利用的中水为主，部分中水会变成水蒸气，这种中水的水蒸气对机电、配电、电气设备金属部件产生氧化腐蚀无疑会明显降低其使用寿命，致使触点绝缘电阻上升，加速设备老化，引起触点温度升高等，严重时会引起跳火造成断路或短路，破坏整套设备线路的运行，甚至引起火灾事故。当中水水蒸气一旦侵入到封闭母线后，会附着在导体、支撑绝缘子和外壳的外表面，对封闭母线的外绝缘造成一定的影响；3.固体废弃污染物固体废弃物指的是人类在生产和生活中丢弃的固体和泥状物，如采矿业的废石、尾矿、煤矸石；工业生产中的高炉渣、钢渣；农业生产中的秸秆、人畜粪便；核工业及某些医疗单位的放射性废料；城市垃圾等等。这些废弃物长时间暴露在空气中，在阳光、雨、风等自然因素作用下，有些物质（例如熟石灰、粉煤灰等）会粉化。粉尘、颗粒会随风漂流，当落到电气设备的外表面时，在表面形成污秽层，当污秽达到一定程度时，造成电气设备表面绝缘下降。在有些火力发电厂，电厂周边有很多的化工厂、石灰厂、炼焦厂、水泥厂和电厂的储灰厂等，这些厂矿每天都要产生大量的粉尘或固体颗粒漂浮物。当粉尘和固体颗粒漂浮物侵入进封闭母线后，当封闭母线内空气湿度很大时，这些粉尘或固体颗粒漂浮物中的可离子化物质会逐渐溶于水中，在导体和绝缘子表面形成一层导电水膜。污物中的可离子化物质决定了水膜的导电率，此水膜构成了沿导体和绝缘子表面的导电通路,从而有泄漏电流沿绝缘子表面穿过,即导致母线绝缘大幅度降低；4.磁污染磁污染已成为公认的继大气污染、水质污染、土壤污染之后的第四大污染，在电气设备运行过程中，每一台电气设备，都可以形成一个电磁场。每个磁场都会产生一定的电磁辐射。当多台电气设备同时运行时，就会产生电磁相互干扰，导致现场磁场紊乱。磁场紊乱后，导体中的运行电流受磁场变化干扰，也会产生一定的波动。当波动电流变化较大时，就会产生一定的泄露电流，破坏电气设备的绝缘层，导致电气设备发生闪络。我们知道，每个电厂的封闭母线其密封效果都不是很严，都存在多多少少的泄漏量，因此封闭母线内都有一定的灰尘和悬浮颗粒，当封闭母线的导体通过电流时，会在整个封闭母线内形成一个强磁场，这些灰尘和悬浮颗粒在这种强磁场的干扰下，形成带电粒子。这些带电粒子随着气流的流动在封闭母线内形成空间电荷，当电荷密度达到一定值时，会引起母线的击穿或闪络，从而造成封闭母线的严重危害。以上几种污染，严重威胁着封闭母线及其他电气设备的安全运行与绝缘指标。四．总结在众多的发电企业中，运行人员会经常发现，发电机在运行过程中，无论是输出电流还是电压，经常会有很大的波动，这种现象，在特殊天气或大修结束后起机时