水電站封閉母線微正壓裝置運行情況與改造研究

任冬

摘 要：現階段，我國大部分水力發電站的發電機組，離相封閉母線采用微正壓裝置給母線內供氣。然而由于某些微正壓裝置設計的不科學，設備配置相對偏低等原因，經常造成微正壓裝置運行時出現各種故障，嚴重影響電站運行的安全性與穩定性。因此，通過分析電站封閉母線微正壓裝置的運行狀況，對其實施改造，從而確保電站安全穩定運行。

關鍵詞：電站；封閉母線；微正壓裝置；改造

近幾年，隨著大型機組的投運，發電機離相封閉母線微正壓裝置的應用越來越普遍。由于離相封閉母線是相對密閉的，在外界溫度降低或負荷電流減小導致母線的溫度下降時，封閉母線內部氣壓會隨之降低，相對密閉的離相封閉母線就會吸入空氣。而空氣中可能含有水分或者灰塵等，從而導致封閉母線整體對地絕緣降低，嚴重影響封閉母線運行的穩定性與安全性。為了能夠避免外界空氣等進入到封閉母線內，通常給封閉母線配備微正壓裝置。微正壓裝置是向封閉母線的內部供入純凈合格的壓縮空氣，并利用自動控制裝置進行調壓，使封閉母線內的空氣壓力略微高于外界大氣壓形成氣封，從而確保封閉母線的整體絕緣水平，但是如果封閉母線微正壓裝置在運行中存在問題，就會直接影響電站機組的穩定運行，因此，應該對微正壓裝置進行改進與完善。

1 概述

某電站安裝了數臺水輪發電機組，主接線采用單機單變通過全連式離相封閉母線連接構成聯合單元接線。封母主母線從發電機的出線端引出至主變壓器低壓側，封母分支母線連接相關設備如勵磁變壓器、制動開關、廠用變壓器等。為了防止外界空氣或者灰塵等進入母線內導致母線整體絕緣水平降低，每臺機組都在發電機出口處配備了一套獨立的微正壓裝置給封閉母線內部供氣。供氣氣源為技術供氣，與機組強迫補氣系統設計為同一氣源。微正壓裝置對氣源進行過濾、干燥、兩級減壓處理后將高于大氣500-1500Pa、露點為-40℃（常壓）的氣體送入母線內，維持母線內微正壓，阻止母線外部空氣進入母線。

2 微正壓裝置功能簡介

微正壓裝置將高壓的工業用氣，通過減壓、過濾、干燥等處理，變成略高于大氣壓的干燥氣體，并送入母線內。有效防止溫差引起母線的支撐絕緣子結露及外界灰塵進入導致母線整體絕緣水平降低。微正壓裝置是由氣路系統和控制系統組成，氣體首先通過微正壓裝置前端的過濾調壓閥將0.4-0.7MPa壓力的氣體送入空氣凈化器，然后由空氣凈化裝置對氣體進行過濾和干燥，獲得符合要求的氣體。然后再通過兩級減壓（壓力約300-1500Pa）和安全釋放閥向母線供氣，維持母線內為微正壓狀態。當母線內壓力低于300Pa時，低壓控制開關吸合，微正壓系統啟動，燈光指示低壓信號；當母線內壓力超過1500Pa時，高壓控制開關吸合，微正壓裝置停止供氣，燈光指示高壓信號；當高壓控制開關出現故障時，母線內空氣壓力超過1800Pa時，安全閥啟動自動釋放壓力。

3 封閉母線微正壓裝置運行存在的問題

該電站每臺機組都配備了封閉母線微正壓裝置，但微正壓裝置在運行過程中，始終存在一些問題。首先，微正壓設備的干燥塔采用焊接密封，不能更換干燥劑，只能整體更換干燥塔，拆除不便，維護成本高，同時也造成了不必要的浪費。其次，氣源質量較差，微正壓設備中多次發生積水積油現象，導致干燥塔中干燥劑污染失效，從而造成微正壓裝置不能正常運行。

4 微正壓裝置的改造分析

4.1 更換微正壓裝置干燥塔內的干燥劑

更換干燥塔中的干燥劑，干燥劑是分子篩或活性氧化鋁，根據干燥劑的使用規定，干燥劑根據現場氣源的情況，運行的年限通常在5至10年之間。因為該電站的氣源質量相對不穩定，尤其是微正壓裝置經常發生積水和積油問題，所以應該對干燥劑進行及時和有效更換。

4.2 對微正壓裝置的干燥塔進行改造

由于微正壓設備的干燥塔采用焊接密封，不能更換干燥劑，只能整體更換干燥塔，拆除不便，維護起來也復雜。因此，為了能夠便于進行維護，針對微正壓裝置的干燥塔實施了改造，即把焊接密封的干燥塔更換成可拆卸式的干燥塔并與管路采用活接頭連接，從而便于運行中更換干燥劑。

4.3 微正壓裝置配置獨立氣源

該電站封閉母線微正壓供氣系統與機組強迫補氣系統設計由同一氣源（噴油潤滑螺桿空壓機）供氣，而油潤滑螺桿空壓機提供的氣體含油量一般為3ppm左右（油潤滑空壓機的固有特性），即使在微正壓儲氣罐出口設有冷凍干燥機和除油過濾器，但仍不能完全濾除壓縮空氣中的油霧和水份，從而使微正壓干燥塔內分子篩遇油后在短時間內失去干燥除水功能，導致含油、含水氣體進入封閉母線內，影響封閉母線安全穩定運行。為確保封閉母線長期安全穩定運行，徹底消除安全隱患，便對該電站機組封閉母線微正壓裝置氣源實施了優化改造。即在微正壓儲氣罐進口管道上加裝一臺水冷式無油潤滑螺桿空壓機，作為主供氣源單獨為微正壓供氣系統儲氣罐供氣，在強迫補氣供氣總管與微正壓儲氣罐進口管之間加裝一套除油精度為0.005ppm的高精度濾過器（備用氣源），當無油空壓機故障或檢修時，通過強迫補氣系統為微正壓供氣系統儲氣罐供氣。

4.4 對微正壓裝置進行整體更換

由于該電站所使用的微正壓裝置比較陳舊，且經過多年的運行之后，零部件有不同程度的損壞，從而造成性能的不穩定。因此將損壞的舊設備進行更換，采用性能良好的新型設備。現該電站已將原有的老舊干燥設備更換為新型的HAD無熱再生吸附式干燥機。這種干燥機是一種利用多孔性固體物質表面的分子力來吸取氣體中的水分，從而獲得較低露點溫度、干燥、潔凈氣體的凈化設備。它采用孔徑與水分子直徑相近的活性氧化鋁為吸附劑，采用國際上最先進的變壓吸附原理，在常溫下吸附時，空氣中水分子的分壓力大于吸附劑中水分子的分壓力，水分子進入吸附劑內部，在吸附劑的表面冷凝成水滴，并放出冷凝熱，將此熱量蓄于吸附塔的上部。再生時，大約15%左右的干燥空氣經針閥進入常壓下的再生筒，使吸附劑中的水分子逸出，同時蓄于吸附塔內的熱量有助于解析。吸附劑經過吸附、再生、吸附循環使用，對壓縮空氣進行連續不斷的吸附干燥處理從而獲得深度干燥的氣體，該產品的主要技術指標，已達到國外同類機型水平，因此是希望獲得-23℃以下壓力露點氣源用戶的首選設備。

4.5 改造效果

封閉母線的微正壓系統穩定與安全運行作為電站出口封閉母線絕緣的關鍵保障。老舊吸附方式的微正壓設備因為系統設計不科學，設備的配置相對偏低等原因，導致運行故障經常發生，從而嚴重影響封閉母線的性能，還在一定程度上加大了封閉母線的運行和維護成本。經過對封閉母線微正壓裝置的更換、優化和改造后，電站運行的可靠性與安全性以及穩定性都得到了明顯提升。因此，要重視微正壓裝置的優化改造。

5 結束語

該電站在使用微正壓裝置的過程中，由于受到設備陳舊、設計不合理、氣源質量差等的影響，遇到設備運行時故障頻繁的問題，但在經過優化改造后，設備的安全穩定性能都得到了非常好的提高。因此對電站微正壓裝置進行優化改造研究有著重要意義。

參考文獻

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