高污穢環境對風力發電電氣設備的影響

倪彬彬 王鑫

摘 要：近年來，我國經濟快速發展，工業污染越來越嚴重，高污穢環境對風電場的安全運行產生極大的影響，文章研究了高污穢環境對風電場電氣設備的影響，并提出相應的設計制造改進措施，以提高風電場的安全性能。

關鍵詞：高污穢環境；風力發電；電氣設備；影響

概述

隨著經濟的快速發展，工業企業的污染物排放量逐年增加，空氣污染程度越來越大。大力發展風能等清潔能源是治理環境問題的有效手段，而環境的污染對電氣設備的安全運行及清潔能源項目的發展構成了嚴重的阻礙，因此研究高污穢環境對電氣設備的影響，從而在設計制造上做出相應的改進，對于清潔能源事業有著重要意義。

1 高污穢環境分析

1.1 高腐蝕性污染

鹽霧指大氣中由含鹽微小液滴所構成的彌散系統。它的形成主要是海水激烈擾動、海浪拍岸、風浪破碎等產生微小的水滴，而后隨氣流升入空中并隨風流動形成鹽霧。近年來，隨著近海風電場及海上風電的大力發展，鹽霧的電氣腐蝕問題將會日益凸顯。

酸堿類污染主要來自于人類在生產和生活過程中向大氣排放的污染物，特別是交通與工業廢氣的排放，這些污染物經過擴散、遷移和轉化，最終形成了具有酸堿性的降水。

1.2 粉塵污染

粉塵主要指粒徑小于75μm的固體懸浮物粒子。主要來源有以下兩個方面：（1）自然因素形成：火山爆發、自然風化、森林火災、沙塵暴等，具有偶然性、不可控性、局部性。（2）人類活動形成：工業生產及礦石燃料燃燒向大氣中排放大量粉塵，是造成粉塵污染最主要的來源；交通工具排放的尾氣；采暖鍋爐、生活爐灶等。

1.3 高溫高濕污染

中國地域遼闊，緯度跨度大，由此帶來溫度和濕度的變化也是巨大的。我國東南沿海地區屬于亞熱帶季風氣候，夏季有持續35℃以上的高溫悶熱天氣，并且有較長的梅雨季節與臺風季節，平均每月空氣濕度達到85%。通常，當相對濕度大于80%時，稱為高濕。

2 對電氣設備的影響

2.1 高腐蝕性環境對電氣設備的影響

酸、堿、鹽等腐蝕性物質在潮濕環境中，能轉化為強腐蝕性電解質，而電氣內部回路常見的鍍銀或裸銅連接等處理工藝，對腐蝕性電解質非常敏感，其腐蝕性能引起化學腐蝕加速、金屬電腐蝕，從而改變內部導線的物理性質和化學性質、觸點的傳導性等。而對于吸附在電氣設備表面的腐蝕性電解質，如絕緣子的污穢層，受潮后其電導率會急劇增大，容易引發閃絡事故[1]。

2.2 粉塵環境對電氣設備的影響

風力發電電氣設備需長時間在外面運行，空氣中的粉塵經過長時間的積累會在其表面形成污穢層，當污穢層較為干燥時，其電阻較大，電氣設備表面絕緣性能不變，當污穢層受潮時，其電解質溶解增加了表面電導率，導致泄漏電流增加，絕緣性能下降，最終導致絕緣子表面出現閃絡放電。

粉塵堆積于電磁鐵芯之間、電氣開關的觸頭之間都會造成開關接觸不良故障，導致電氣控制系統不能穩定動作，從而引起單相運行觸頭粘連等現象，最終造成電氣設備事故的發生。

電氣設備的冷卻是由風扇強迫冷卻、通風道的排熱以及機殼散熱所完成的，而粉塵會造成通風道堵塞或在機殼上堆積，會使電氣設備的溫升比平常情況下高出10℃以上，造成電氣設備運行溫度過高，承載能力下降。

2.3 高溫濕度環境對電氣設備的影響

當空氣相對濕度大于80%時，電氣設備中的無機和有機材料構件由于受潮將會膨脹、增重、變形，加速腐蝕。如果絕緣材料選型或工藝處理不當，則絕緣電阻會快速下降，以致被擊穿，為保證電氣設備運行的可靠性與安全性，防潮濕設計顯得特別重要。

高濕的環境也會使金屬更易生銹，電器元件的生銹會造成電路開路和電氣參數改變等故障，機械部分生銹會使運轉不靈活，機件強度下降，增加設備負荷，引起故障。

在高溫環境下，電氣設備工作溫度較高且又難于散熱，容易導致絕緣材料老化，嚴重時發生漏電短路或觸電事故，造成安全隱患。

3 風電場實例及原因分析

2013年2月18日，龍里草原風電場某箱變高壓室35kV電纜頭A相銅屏蔽層同B相避雷器閃絡放電，造成草原升壓站內保護動作，全場失電。分析認為：龍里草原風電場地處貴州省龍里縣草原鄉，海拔高度1600米左右，平均濕度83%；事發當晚為雷陣雨天氣，空氣濕度95%以上；箱變的整體防護等級不低于IP56，35kV避雷器型號HY5WZ-51/134，為普通敞開式避雷器；避雷器、35母排、35kV電纜頭安裝距離均滿足規范要求；但因當地空氣濕度很大，加上當晚雷電天氣，35kV線路或風機遭受雷擊，高壓、潮濕空氣造成避雷器裸露部分同35kV電纜頭銅屏蔽層放電閃絡。改進措施：針對龍里地區高海拔、常年空氣濕度大、季節性雷雨多發等氣候特點將箱變高壓側35kV避雷器設為全封閉型，并注意避雷器與電纜的距離。由此可見，高污穢造成的電氣設備故障可能造成嚴重損失，因此只有在電氣設備制造過程中針對其使用環境的特征進行合理設計才能防范故障事件的發生。

4 針對高污穢環境的設計制造關鍵點

4.1 防腐蝕設計

對于高污穢環境下的電氣設備的防腐蝕設計，是高污穢環境下產品設計的重點和難點。其涉及涂敷工藝的選擇、導體連接防蝕、絕緣方法的選擇等制造工藝范疇。（1）電氣設備盡可能安裝在室內，對于室外的電氣設備，外殼應采用不銹鋼板或熱鍍鋅板。（2）電氣機柜達到IP54以上的防護標準，對于大功率的電氣設備，盡可能采用水冷方式，避免因通風設計造成的防護等級的降低，為減少鹽霧的侵蝕，使電氣設備在密封的柜體中工作。（3）在電氣設備安裝時，通過在導電端子搭接處的接觸面涂敷導電膏，起到抗鹽霧腐蝕的作用。（4）采用復合材料絕緣子，相比于瓷絕緣子具有重量輕、體積小、耐污性等優點[2]。

4.2 防粉塵設計

粉塵對電氣設備的影響主要體現在降低其絕緣性能，因此防粉塵設計主要從增加絕緣距離考慮。（1）加裝爬距增長器，其原理是采用新型熱縮材料，加裝于絕緣子表面，從而增大絕緣爬距，阻斷污物的連接來達到防閃絡的效果。（2）采用復合材料絕緣子，其所需的爬距比玻璃和瓷絕緣子所需要的爬距平均減小30%。（3）合理配置爬距，對于粉塵污染比較嚴重的地區，其外絕緣爬距取中、上限，只有外絕緣爬距與污染等級相適應，才能有效地預防絕緣閃絡跳閘事故[3]。

4.3 防潮濕設計

由于風電場所處環境通常屬于季節性雷雨多、常年空氣濕度大的地區，而潮濕帶來的絕緣擊穿造成的短路事故往往后果嚴重，因此防潮濕設計也極為重要。（1）采用吸濕性較低的電子元器件和結構材料。（2）對局部防潮要求高的器件（如避雷器）采用密封結構。（3）改善整機使用環境，如采用安裝加熱去濕裝置、空調等。（4）對于不經常使用的設備，應在電氣設備機柜內放置適量干燥劑，然后用防塵罩套好。

5 結束語

在開發利用清潔能源時，首先應充分了解并掌握當地的地理氣象資料，并在設計過程中綜合考慮環境因素對電氣設備安全運行的不利影響，由于各地環境因素各不相同，防止出現設計上照辦與套用，做好技術經濟比較，合理選型，實現經濟性與安全性的平衡，才能從根本上保證清潔能源事業的良好發展。

參考文獻

[1]王朝旭.沿海絕緣子污閃特點及防范措施[J].電磁避雷器，1999（1）：15-18.

[2]張國光.輸配電線路防止鹽霧腐蝕方法[J].大眾用電，2009（1）：30-31.

[3]石世峰.變電站絕緣設備的污閃及防治措施[J].山西電力，2004（2）：47-49.

作者簡介：倪彬彬（1989，10-），男，籍貫：江蘇省張家港市，現職稱：助理工程師，學歷：碩士，研究方向：電氣設備檢驗與監理。