宋明鈺 王振羽 薄巖 趙卓 陳宏

摘要：水電站的離相母線在使用多年后，用以保持密封狀態(tài)的元器件出現(xiàn)老化現(xiàn)象，從而導致離相母線的密封效果逐漸下降，泄露出較多的氣體。配套微正壓裝置不具備建立標準壓力的條件，設(shè)備故障不斷，除濕效果很不理想。本文通過對多種提高和保持離相封閉母線絕緣水平的方法優(yōu)缺點的比較，得出目前市場上節(jié)能環(huán)保、維護簡單和高效，能提高和保持離相封閉母線絕緣水平的最佳方案。

關(guān)鍵詞：封閉母線;絕緣水平;循環(huán)干燥;除濕裝置

中圖分類號：TM83;TM855

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）12-0145-04

0 引言

隨著大容量的發(fā)機組的廣泛使用，離相封閉母線在電廠中應用的普及，封閉母線在使用中防結(jié)露的措施就顯得尤為重要，因為封母內(nèi)導體對地絕緣情況的好壞直接關(guān)系到發(fā)電機組運行的安全。水電站地下廠房位于地下，相對濕度較大，對離相母線的絕緣要求更高。

1 微正壓充氣設(shè)備原理

微正壓充氣設(shè)備是我國目前采用最多的防結(jié)露方式。它通過向封母內(nèi)充人干空氣，在母線內(nèi)建立約2500Pa的壓力，阻止外部濕空氣的進入，當封母內(nèi)空氣壓力降到500Pa以下時，微正壓裝置重新啟動向封母內(nèi)補充壓力。該方式通常采用空氣壓縮機+儲氣罐形式供氣;儀用微正壓裝置。該方式是微正壓充氣設(shè)備的另一種形式，它取消了空氣壓縮機，而采用集中供應的儀表用氣作為氣源;對絕緣子局部加熱。將加熱器放置于絕緣子于絕緣館陶的周圍，使其溫度超過露點，避免潮濕的空氣在絕緣子與絕緣管套的表面出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，以此實現(xiàn)防止絕緣;設(shè)置空氣加熱器。將空氣加熱器放置于母線內(nèi)合理的位置，保證外部溫度低于內(nèi)部溫度，使絕緣物表面的露點溫度與空氣溫度之間的差值加大，減少絕緣物表面結(jié)露的現(xiàn)象;熱風保養(yǎng)法。當發(fā)電機在停機狀態(tài)時，采用加熱裝置和送風系統(tǒng)把熱風從封母的一端送進，從另一端排出，使得封母內(nèi)的空氣溫度比封母外的空氣溫度高，確保在發(fā)電機組啟動前封母內(nèi)不發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。達到封母內(nèi)不結(jié)露的目的，當發(fā)電機組正常運行時，這套裝置就停止運行。該方法水電廠用得較多。

2 空氣結(jié)露原理

我們了解一下空氣隨溫度、濕度的變化而結(jié)露的原理：

未經(jīng)處理、含有一定量的水蒸汽的空氣稱為濕空氣。不含水蒸汽的空氣叫干空氣。

1m3的濕空氣所含水蒸汽的量稱為絕對濕度X：

Xx V=m3（ kg/m3）

若濕空氣中水蒸汽的分壓達到飽和蒸汽壓，則此時的絕對濕度稱為飽和絕對濕度Xb。

在相同的溫度和壓力下，絕對濕度與飽和絕對濕度之比稱為相對濕度ψ：

ψ=X/Xb×100（%）

封閉母線可以認為是一密閉容器，在沒有人為外部氣體交換的情況下（安裝微正壓充氣設(shè)備或熱風保養(yǎng)裝置等），封母內(nèi)外壓差基本為0，盡管有一定的泄漏，在短時間內(nèi)（如24h）我們可以認為封母內(nèi)含水量不變，也即上面公式中分子絕對濕度X為常數(shù)。隨著溫度的升高，分母飽和絕對濕度Xb也同時增大，同樣含水量的空氣的相對濕度ψ就相應減小。反之，溫度降低，飽和絕對濕度Xb隨著減小，空氣相對濕度就增大。當空氣的飽和絕對濕度Xb降低到等于絕對濕度X時，空氣即開始結(jié)露。

將空氣溫度進行提高的辦法雖然能在一定程度上利用較高的飽和濕度來降低并控制相對濕度ψ，但卻是以連續(xù)提供熱能為代價的。如果我們換個思路，通過降低公式中分子絕對濕度X，將離相封閉母線中空氣的絕對濕度X進行降低，確保絕對濕度比相同溫度下的飽和絕對濕度低，以此達成母線內(nèi)部不結(jié)露的要求。

3 空氣循環(huán)干燥法解決封母內(nèi)結(jié)露

我們通過互聯(lián)網(wǎng)搜索國內(nèi)外關(guān)于母線干燥的相關(guān)內(nèi)容，并且在專利技術(shù)網(wǎng)站搜尋到江蘇鎮(zhèn)江某電力設(shè)備制造廠家有關(guān)母線空氣循環(huán)干燥裝置的專利。該廠家為國內(nèi)知名封閉母線生產(chǎn)廠家，他們從1999年就對當時離相封閉母線存在的除濕隱患進行研究，并且開始了封母空氣干燥技術(shù)的研究與裝置的設(shè)計開發(fā)。他們對封閉母線內(nèi)空氣進行干燥處理的方法較為特殊。干燥裝置的優(yōu)勢特征如下：①干燥裝置是在封閉的母線內(nèi)通過大流量干燥空氣的循環(huán)，來保證內(nèi)部環(huán)境的干燥，降低并控制母線內(nèi)部的濕度。同時，空氣循環(huán)的方法對母線密封堵沒有較高的要求，可以對新老電廠的離相母線進行有效的防結(jié)露處理。②干燥裝飾所使用的是精密濕度傳感器，此類傳感器能夠?qū)δ妇€內(nèi)部的濕度進行實況監(jiān)測，并將濕度值顯示出來，便于技術(shù)人員觀察母線狀況，在此基礎(chǔ)上設(shè)置了內(nèi)部濕度的上限與下限，實現(xiàn)控制裝置的自動化啟停。③此類干燥裝置采取精密溫度傳感器，實時監(jiān)測加熱桶內(nèi)以及排濕氣口的溫度，并在觸摸屏上顯示，便于工作人員檢查。通過設(shè)置溫度的上限與下限，實現(xiàn)加熱器的自動化控制。④干燥裝置通過邏輯控制器與觸摸屏相結(jié)合的控制方式，保證運行穩(wěn)定性，在加上電動三通球閥的配合，能夠達成全自動化無人值守的設(shè)計目標。⑤干燥裝置集成度高，現(xiàn)場施工方便。⑥干燥裝置采用分子篩作吸附劑，吸濕能力強，使用壽命長?？諝庋h(huán)干燥裝置組成如圖1所示，其工作原理就是通過羅茨風機降封閉母線內(nèi)部的空氣進行抽出，然后將周圍空氣進行干燥裝置的過濾，并將干燥過后的空氣進行線內(nèi)補充，過濾空氣中的水分，將其重新填充至母線內(nèi)，以此循環(huán)更替，實現(xiàn)母線內(nèi)部不結(jié)露的目的。將離相母線均勻劃分成三段空氣流通管道，降低附加管道的通氣難度。為實現(xiàn)各主變、廠變的有效循環(huán)以及空氣的均勻流通分配，將主變、廠變與發(fā)電機相連，在節(jié)流裝置的基礎(chǔ)上，完成計算、調(diào)度等任務。

到目前為止，已有該廠生產(chǎn)的上百套母線干燥裝置投入火電、水電以及核電機組的封閉母線運行。我們咨詢和實地考察了東北地區(qū)和華北地區(qū)使用該廠產(chǎn)品的電廠，反饋效果都很好。

4 某電廠封閉母線安裝空氣循環(huán)干燥裝置實例

1）國電寶慶電廠位于自然環(huán)境比較濕潤的地區(qū)，尤其是在雨季，環(huán)境相對濕度比較大。當母線由運行狀態(tài)轉(zhuǎn)入非帶電運行狀態(tài)時，由于溫度很快下降，母線外殼內(nèi)空氣的相對濕度會明顯提高。此時，周圍自然環(huán)境的變化，特別是晝夜溫差較大時，如果沒有很好的母線干燥除濕設(shè)備相配套，很容易造成母線內(nèi)部的濕空氣在和溫度相對較低的物體（比如金屬的母線導體外表面、母線外殼內(nèi)表面、絕緣子表面）接觸過程中達到飽和并凝露。這些凝露的出現(xiàn)會嚴重影響母線的整體絕緣水平。當凝露比較嚴重時，水滴還可能沿著母線內(nèi)表面匯集到比較低的位置，例如和設(shè)備的接口位置，形成積水，從而對絕緣的不利影響進一步加劇。

2）母線微正壓充氣裝置的局限性。國電寶慶電廠整套母線所應用的充氣裝置就是微正壓充氣裝置。此類充氣裝置的工作原理是將干燥的壓縮空氣向母線外殼內(nèi)進行填充，以此來保證母線內(nèi)部維持一定的正壓力。正壓力建立以后，外部的水蒸氣不容易通過擴散和呼吸作用進入母線內(nèi)部，從而抑制母線內(nèi)的相對濕度，達到保持絕緣水平的目的。在實際使用過程中，微正壓系統(tǒng)會出現(xiàn)很多問題導致效果不理想。母線外殼上大量的密封元件一般是橡膠密封墊，在使用較長時間后，密封墊的自然老化會導致密封效果變差，使離相母線的內(nèi)部不不具備較長周期的正壓力保持功能，直接影響正壓裝置的啟發(fā)狀態(tài)，導致裝置內(nèi)部的空氣干燥裝置與空壓裝置在較長的使用周期中處于超負荷運行狀態(tài)。最終導致微正壓裝置故障率和檢修工作量的迅速增加。即使裝置處于工作狀態(tài)，其輸送至母線內(nèi)空氣的干燥程度往往很不理想，實際效果很可能是往母線內(nèi)送人濕度較大的空氣。由于微正壓裝置一般不配備出口氣體濕度監(jiān)測設(shè)備，這一情況很容易被忽略。即使能發(fā)現(xiàn)，也很難在短時間內(nèi)從根本上解決。

5 封閉母線空氣循環(huán)干燥系統(tǒng)的優(yōu)化與組裝

5.1 裝置本體的組裝

離相母線空氣循環(huán)干燥法共分為3部分，其中包括裝置本體的組裝、進出口空氣的組裝以及連通管路的喲花與組裝。

針對國電寶慶電廠的實際情況，建議將干燥裝置本體安裝于主廠房6.9m層，具體位置大致在原先放置微正壓充氣裝置的位置附近，即靠近CCB和l/A排墻的位置。該位置也為引入AC380V 4.OkW的電源提供了方便。具體布置位置和固定方式待用戶提供相關(guān)正式資料后協(xié)商確定。為裝置通入AC380V 3P4.0KW的電源。接線端子位于裝置本體控制箱內(nèi)下方的端子排。裝置的本體出氣管需要同時向A相和C相的母線的外殼內(nèi)送干燥后的空氣，因此需要在母線A相和C相外殼上打孔并焊接管路接口法蘭。然后利用現(xiàn)場焊接的鍍鋅鋼管將裝置本體出氣口和相應的接口法蘭連接起來。裝置本體的進氣管需要通過B相母線外殼回流來的空氣。因此也需要在母線B相外殼上打孔并焊接管路接口法蘭。然后利用現(xiàn)場焊接的鍍鋅鋼管將裝置本體進氣口和相應的B相外殼接口法蘭連接起來。裝置配置了濕度傳感器。該傳感器需要安裝在母線外殼的內(nèi)側(cè)，因此也需要在B相母線外殼上的適當位置開孔并焊接一個接口。需要說明的是將傳感器固定于B相附近回氣口的地方，放置于此只考慮到此處為整套母線的空氣循環(huán)終端，此處是整套封閉母線中濕度最高的地方，此處數(shù)值的高低直接代表系統(tǒng)運行的實際成效。

考慮到空氣循環(huán)通道的建設(shè)標準，應在離相母線中與相關(guān)設(shè)施連接處安裝“E”型連通管組件。安裝完畢后，離相母線中的A相與B相傳輸而來的空氣就能夠在連通組件處進行匯集，之后一定傳輸至母線B相中，為管道內(nèi)部空氣循環(huán)提供必要的基礎(chǔ)條件。

根據(jù)國電寶慶電廠的實際情況，考慮在5個位置的母線外殼上安裝三相連通管組件，具體是：靠近發(fā)電機出線箱的母線處、勵磁變與母線接口處、高廠變高壓側(cè)與母線接口處、公用變高壓側(cè)與母線接口處、主變低壓側(cè)與母線接口處。安裝時需要事先在母線上打孔并焊接鋁制接口法蘭。至于PT柜和母線接口由于位于勵磁變和主母線之間，且距離較近，考慮到整個系統(tǒng)運行的效果，不考慮設(shè)置三相連通管組件。三相連通管組件中焊接于母線上的接口法蘭和“E”型管路本體上的法蘭之間在電氣上是絕緣的，從而避免了由該連通管造成母線外殼的三相短路的情況。在安裝調(diào)試階段，考慮到流量分配均勻的需要，在B相和“E”型管連接的接口位置還需根據(jù)實際需要裝入配套供貨的截留孔板。由于高廠變、主變低壓及高壓側(cè)與離線母線的銜接處暴露在戶外環(huán)境中，運行條件相對較差。離相母線一旦出現(xiàn)嚴重凝露的想象，則極易在升高座中產(chǎn)生大量積水。為了最大程度地解決這一問題，考慮將這部分空間也納入空氣循環(huán)的通道中去。由于接口部位安裝有絕緣套管（盆式絕緣子）將母線分成上下分開的兩部分，所以就有必要設(shè)置鋁制連通管，將上下兩部分連通起來。這樣下方的接口空間也可處于循環(huán)干燥的范圍。

5.2 改造后離相母線使用情況

參照改造方法進行安裝后，于2015年5月30日14時，進行干燥裝置的啟動工作，用過凝露監(jiān)測裝備檢測出母線B向處的空氣濕度達到87.3%RH，此數(shù)值代表當前離相母線內(nèi)部空氣濕度較高。通過24h空氣干燥循環(huán)裝置的工作，與2015年5月30日時再次展開空氣濕度檢測，此時的內(nèi)部空氣濕度為0.5%RH。此數(shù)值標志離相封閉母線中的空氣濕度已經(jīng)降至較低水平，空氣狀態(tài)較為干燥。

以上數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖2所示。

圖2直觀的顯示了封母內(nèi)空氣相對濕度的變化情況。由此表明，封母空氣循環(huán)干燥裝置在短時間內(nèi)對干燥封母空氣起到了很好效果。在安裝了封母空氣循環(huán)干燥裝置后，該廠到目前為止，封母內(nèi)相對濕度一直控制在設(shè)定安全范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

空氣循環(huán)干燥法在離相封閉母線中的應用具有以下優(yōu)勢特征：首先，考慮到日常檢修與密封器件老化的原因，設(shè)備密封效果變差，直接影響了微正壓充氣裝置的正常工作，降低了裝置的實際使用成效?？紤]到離相封閉母線的空氣干燥裝置需建立在大流量干燥空氣的基礎(chǔ)上，因此，就算某段離相母線出現(xiàn)空氣泄漏的狀況，進入的濕空氣也會在大流量干燥空氣的稀釋下被干燥處理。封母空氣干燥裝置對封母的密封性要求相對較低，而用羅茨風機替代空壓機其可靠性更好。

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