淺析極寒地區離相封閉母線絕緣電阻值過低處理方法

劉喜軍 趙海龍(內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司,內蒙古呼倫貝爾 021025)

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淺析極寒地區離相封閉母線絕緣電阻值過低處理方法

劉喜軍 趙海龍
(內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司,內蒙古呼倫貝爾 021025)

【摘 要】內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司地處內蒙古自治區東北部,約東經119°、北緯49°,極寒地區,年平均氣溫-2℃,我廠單機容量600MW,機組選用全連式離相封閉母線,額定電壓20kv,主回路額定電流25000A,廠用分支回路額定電流4000A;全連式離相封閉母線停機時投用微正壓裝置作為保護措施,冬季停機時由于環境溫度較低,導致內部結露受潮母線室外部分溫差較低,導致內部結露受潮,由于全連式離相封閉母線密封較好,潮氣無法排除,致使母線絕緣電阻值下降,嚴重時會造成機組啟機延遲。為此,本文對如何處理全連式離相封閉母線絕緣電阻進行了研究,提高母線絕緣性能,保障發電機組安全穩定運行。

【關鍵詞】離相封閉母線 絕緣電阻 措施 研究

內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司地處內蒙古自治區東北部,極寒地區,發電機出口選用全連式離相封閉母線,全連式離相封閉母線停機時投用微正壓裝置作為保護措施,全連式離相封閉母線停運時,微正壓裝置保壓壓力在0.3-2KPa,保壓時間在20min,母線密封較好,但由于冬季室外溫度低,運行中的母線內部發熱,母線內外部溫差較大,導致母線內壁結露受潮,由于母線密封較好,潮氣無法排出,致使母線絕緣電阻值下降,影響發電機組運行的可靠性;我公司1號機組在2015年2月21日啟機前測量發電機絕緣電阻值為4MΩ,發電機絕緣電阻值為歷次最低,經分段查找發現離相封閉母線三相整體絕緣電阻值為3.5MΩ,分相測量A相25MΩ、B相3.5MΩ,C相3.5MΩ,母線經過交流耐壓合格后正常投用;3月21日停機后再次測量發電機絕緣電阻值為4MΩ;下面就全連式離相封閉母線絕緣處理方法進行研究,以便能快速提高母線絕緣電阻值和降低母線故障率。

1 封閉母線的類型及相關要求

一般來說封閉母線分為普通型和加強型兩種類型,普通型母線是嚴格按照施工規范加支架;加強型母線以母線外殼起支架作用,母線外殼強度是根據現場的實際情況以及支架間距來確定的。在產品定貨過程中要明確以下幾點要求:第一,母線的外觀及載流量要符合設計要求;第二,應根據設計圖紙確定母線的位置及標高;第三,插接箱的位置和尺寸要正確;第四,補償裝置的具體位置要根據施工規范來確定;第五,根據現場的實際情況確定上下翻彎的位置;第六,根據實測數據由廠商完善后編號。

2 離相封閉母線主要存在的問題

封閉母線絕緣是由絕緣子及密封隔斷裝置構成。封閉母線隨著長期運行,支持瓷瓶、觀察孔、蓋板等處密封條老化,導致封閉母線密封性下降,給其絕緣電阻帶來三方面不利影響。

2.1 出現結露現象

結露指的是空氣中的水蒸氣遇冷凝成小水滴。封閉母線運行過程中,由于發電機負載電流變化,其內部導體發熱程度也隨之變化不同,溫度自然也不同。根據空氣動力學原理,當溫度在90℃時,空氣的飽和水蒸氣密度可達418.3g。不同溫度,空氣的飽和水蒸氣密度不同。溫度升高,封母內部空氣的飽和水蒸氣密度變大,由于密封性不佳,會繼續吸收封母外部周圍空氣中的水分,成為飽和空氣。但是隨著發電機負荷降低,電流減小,封母內部溫度降低,空氣的飽和水蒸氣密度變小,內部過量水分被析出,形成結露水。尤其是冬季氣候較極端,溫度變化較大,封閉母線中會析出更多的水分,嚴重影響封閉母線絕緣。

2.2 潮氣易侵入

封閉母線運行過程中內部溫度較高,當空氣被加熱時,熱空氣吸收空氣中的水分使自身成為飽和空氣,當封閉母線導體發熱時,封閉母線內的空氣因受熱而吸收周圍空氣中的水分,形成飽和氣體,封閉母線內的空氣被加熱后,由于封閉母線密封不嚴,潮氣會從封閉母線的各個密封不好的地方進入封閉母線內部,機組在運行期間潮氣會逐步蒸發掉,當機組停運后潮氣蒸發速度慢,造成封母絕緣能力降低。

2.3 內部形成污穢層

由于密封性差,空氣中的雜質包括一些粉塵進入封閉母線后會穩定的吸附在母線導體、支撐絕緣子、密封隔斷裝置或外殼的內表面,或是吸附在封閉母線密封不嚴處,形成污穢層。由于封母內部空氣狹小,平時無法處理,一旦受潮氣影響,污穢層中的可溶性鹽類被水份溶解,形成導電水膜,加劇絕緣子表面的絕緣電阻下降,泄漏電流增大,可能產生局部爬行放電。當絕緣子的電阻下降到不能承受導體運行電壓時,在污穢層的表面就要發生閃烙,封閉母線閃烙的可能性大為增加。

3 離相母線絕緣電阻下降原因

3.1 母線內外溫差較大

機組運行期間母線溫度明顯高于環境溫度,冬季停機后母線溫度會迅速下降至環境溫度,此時母線內部飽和水蒸氣密度也隨著溫度的變化而急劇下降,形成液態水,流于母線外殼下發,冬季期間結霜或形成冰帶,嚴重影響母線絕緣;內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司2015年2月13日停機,室外環境溫度零下25℃,機組停機后第5天測量發電機絕緣電阻為4MΩ,經3月20日檢查發現封母部分段有嚴重水漬現象。

3.2 支撐絕緣子損壞

內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司2015年3月份對1號機組離相封閉母線支撐絕緣子進行檢查和更換工作,發現母線室外部分絕緣子有損壞現象,室外絕緣子348個,發現損壞絕緣子11個,損壞率3%,室內部分絕緣子未發現損壞現象,絕緣子損壞后母線絕緣將受到嚴重影響,機組運行期間甚至會引發單相接地故障。

3.3 封母維護工作缺失及空氣循環干燥裝置的長期停用

內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司#1、#2發電機的封閉母線自2010年末投產以來,歷次機組檢修均未重視其密封情況,未進行有效維護,僅通過高壓試驗數據來判斷其狀況。同時,封閉母線配套采用的GZ45型封母空氣循環干燥裝置,雖然與一般微正壓裝置相比,對封閉母線的密封要求不是很高,同時由于維護工作的忽視和缺失,造成其處于長期停用檢修狀態,沒有發揮出應有的干燥除濕作用。這是造成封閉母線絕緣電阻值過低的主要原因之一。

4 防止母線絕緣下降措施

4.1 微正壓裝置的正確投用

封閉母線在運行時由于自身發熱,其中的絕緣不會受潮。但是停運時間長了,母線外面的潮氣會侵入并影響絕緣強度。所以設置了微正壓裝置,向封閉母線的外殼內加入略微大于外部大氣壓的壓縮空氣,并不斷補氣以保持微正壓,使得大氣中的潮氣因為壓力低于母線內的空氣壓力而不能侵入。按照廠家說明的要求,調整裝置的進氣,使得母線外殼內的氣壓保持在要求的正壓值就可以了。新的母線微正壓裝置開始運行一般都沒有問題,但是母線檢修后,其外殼的密封被破壞,造成正壓漏氣,無法在母線外殼內建立為正壓。這是國內微正壓母線的通病,一般來講,封閉母線的微正壓裝置在發電機組投運前就應當投入運行,以保證外部潮濕空氣不能進入母線外殼內部。不過從節約能源出發,在我國一般地區,在發電機運行時可以不投,因為運行時的母線發熱量已經可以保證不會發生母線結露的情況。可以在發電機即將停下來前投入運行,一直到下次發電機再投入運行時結束。

4.2 使用憎水性支撐絕緣子

我公司兩臺機組發電機出口離相封閉母線均使用呈120°均勻分布的傳統瓷質絕緣子支撐,但是瓷質緣子表面易吸附潮氣形成水膜及易吸附鹽份和灰塵,使爬電比距變小從而使電氣絕緣下降,易發生爬電污閃使絕緣破壞導致電氣短路事故。亦或極易發生絕緣子受潮造成的絕緣值降低掩蓋真正的絕緣故障,極大影響發變組的安全穩定運行。為消除上述缺點帶給機組的危害,我公司選定具有憎水性強,冷熱膨脹系數低等優點的高分子聚合物DMC絕緣子,用來替換原先瓷質絕緣子。不飽和聚脂玻璃纖維增強團狀模塑料,簡稱DMC,其玻璃纖維長度為8～13mm,適用于模塑結構件、鑲嵌件,具有機械強度高、電氣性能優良、收縮率低、阻燃、耐電弧、高耐電起痕性、憎水性強、耐熱等特性,制品可在155℃情況下長期使用。

4.3 修復并正確使用空氣循環干燥裝置

采用GZ45型封母空氣循環干燥裝置,該裝置應用強迫風冷封閉母線密閉空氣循環的工作原理和再生除濕工作原理,采用大流量空氣閉式循環干燥方式,使用大流量風機把離相封閉母線殼內空氣整體閉式循環到離相封閉母線殼外干燥裝置中進行干燥再生處理后再送回離相封閉母線外殼內部,密閉循環,往復使用。裝置用分子篩作吸附劑,吸濕能力強,使用壽命長。

4.4 定期維護

封閉母線的本身不需要進行定期的維修檢查,運行一段時間后,可利用發電機的檢修間隔做下列檢查:

(1)檢查封閉母線所有緊固部分(如絕緣子支撐,外殼底座及支、吊件,導體及外殼接頭與設備連接處等)的緊固件有無松動,如有松動應進行緊固,特別是導體和外殼導電螺栓連接部分須緊固。

(2)運行日久或安裝不當也可能造成外殼個別地方密封不良,導致絕緣子或導體等表面積灰臟塵,檢查時應將母線與其它設備相連的伸縮節拆開,測量母線導體和外殼之間的絕緣電阻,如果所測的電阻值有顯著的降低時(與以前測得的電阻值比較),可能是絕緣子有臟污或損傷,需進行清掃或更換之后再測量,其電阻值應與前次測量相近。

(3)發現有漏水的痕跡,應檢查該部分安裝情況和外殼的密封性能,找出漏水的原因并進行修理,修理后進行淋水試驗,合格后方可投入運行。

(4)檢查密封件是否老化,漆層有否脫落,接地線是否可靠等。(5)有關漏氫檢測儀及探頭的維護請詳見廠家提供的說明書。(6)空壓機運行日久也要進行維護,如空壓機電機內部進行清掃、軸承加潤滑油潤滑等。

(7)為防止發電機封母再次受潮,大修中,我們聯系制造廠家,到廠指導,同時制定詳細的檢修作業指導書,認真檢查封母密封情況,將封閉母線上所有的密封墊予以統一更換,包括密封盤套(盤式絕緣子)、母線支撐絕緣子底座的密封膠墊、窺視窗密封膠墊。并將整個封閉母線進行擦拭清掃,工作完成后進行檢漏試驗,確保密封性符合要求。

(8)發電機停機檢修后,離相母線在投入運行前其絕緣電阻一般較低,尤其在潮濕地區更是如此。這是因為停機后,封閉母線外殼內空氣結露,絕緣子、金具、導體受潮所致。因此在機組再一次啟動前,應提前測量母線的絕緣電阻,如電阻值很低,應臨時拆除部分絕緣子及其支撐板,使外殼內潮濕空氣流出,必要時殼內應通風干燥,待絕緣電阻達到要求后方可投運。

5 母線絕緣電阻恢復方法

(1)我廠在主變低壓側、高廠變高壓側封閉母線盤式絕緣子上方裝設了排氣孔,在母線因受潮而導致的絕緣低時可在投入封閉母線微正壓裝置的同時打開排氣孔,這樣更有利于潮氣散出。經過反復測試,在安裝排氣孔后,母線絕緣恢復速度大大提高。

(2)為保證各接合面間能緊密接觸,需要調整各接合面加工平整,可以在接合面上涂上導電膏,這樣可以減少接觸電阻。

(3)用鋁制密封墊替代封閉母線外殼連接處和斷路器外殼兩側的橡膠密封墊,減小電流密度,增加導電面積。

(4)檢查處理平整短路條與封閉母線外殼間、短路條與壓緊墊片間的接觸面進行,為盡量減小接觸電阻,在各接合面上涂上導電膏。

(5)盡量消除因運行中振動導致的螺栓壓緊墊片變形、螺栓松動等可能引起的局部過熱現象。

(6)根據要求和力矩重新檢查緊固好緊固螺栓,處理局部翹曲的接合面,減少局部區域接觸電阻過大。

6 結語

經以上論述,發電機封閉母線絕緣低直接影響機組啟機和安全穩定運行,將封閉母線絕緣子改為DMC材質可提高絕緣子的機械強度和憎水性,同時也是保證封母絕緣的有效措施。對封母的及時維護和微正壓裝置的有效投用也可降低封母絕緣低的風險,當封母絕緣低時進行及時有效的通風可保證封母快速的恢復絕緣水平。

參考文獻:

[1]羅俊華,邱毓昌,楊黎明.10kV及以上電力電纜運行故障統計分析[J].高電壓技術,2003,29(6):14-16.

[2]徐丙垠,李京,陳平,等.現代行波測距技術及其應用[J].電力系統自動化,2001,25(23):62-65.

[3]覃劍,陳祥訓,鄭建超.行波在輸電線上傳播的色散研究[J].中國電機工程學報,1999,19(9):27-30.

[4]葛耀中.新型繼電保護與故障測距原理與技術[M].西安:西安交通大學出版社,1998.

[5]李俊,范春菊.基于小波分析的電力電纜行波故障測距[J].繼電器, 2005,33(14):15-18.

[6]王征.小波分析檢測線纜故障的應用研究[J].高電壓技術,2007,33 (5):155-157.

[7]何正友,錢清泉.電力系統暫態信號的小波分析方法及其應用(一)小波變換在電力系統暫態信號分析中的應用綜述[J].電力系統及其自動化學報,2002,14(4):1-5.