鉆井電氣設(shè)備封閉母線絕緣性影響因素分析與研究

摘 要：以火力發(fā)電企業(yè)和石油鉆井工程中的電氣設(shè)備為研究對象，重點(diǎn)討論環(huán)境污染對封閉母線絕緣性能的影響，以及由此而引發(fā)的閃絡(luò)和結(jié)露等問題，并對鉆井施工現(xiàn)場的電氣設(shè)備防護(hù)措施加以論述提出建議， 對川東北以及海外鉆井電氣設(shè)備或者2018年8月第18號臺風(fēng)"溫比亞"襲擊勝利油田百里油區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨過程預(yù)防管控防潮等具有重大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：環(huán)境污染；絕緣；接地

引言

惡劣環(huán)境污染不僅破壞了生物的生存環(huán)境，影響了人們的正常生產(chǎn)生活，而且直接威脅著人類的健康安全，對鉆井施工現(xiàn)場的電氣設(shè)備而言主要表現(xiàn)為電氣的絕緣性能逐漸下降。

1 概述

在正常的環(huán)境中，對電氣設(shè)備而言，無論設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)還是處于備用狀態(tài)，都要求電氣設(shè)備在內(nèi)部過電壓或長期運(yùn)行條件下可靠運(yùn)行。但由于工業(yè)污染使局部地區(qū)環(huán)境狀態(tài)逐步惡化，并隨著人類活動而逐步擴(kuò)散，其產(chǎn)生的各種各樣固體、液體、氣體和粉塵顆粒等污物，與自然界中的雨、雪、冰、霧等惡劣氣候條件相互作用，對電氣設(shè)備的絕緣性能造成極大的破壞，不僅可能在過電壓的情況下產(chǎn)生“閃絡(luò)”，還可能在長期運(yùn)行電壓下產(chǎn)生“誤會閃絡(luò)”，造成電氣設(shè)備的停機(jī)事故。近年來，由于電氣設(shè)備的絕緣性能下降導(dǎo)致“閃絡(luò)”事故呈逐年上升之勢，為此進(jìn)一步了解環(huán)境污染對電氣設(shè)備的絕緣性能的影響，成為石油鉆井行業(yè)研究的新課題。

2 影響封閉母線絕緣的環(huán)境污染物分析

2.1造成封閉母線絕緣下降的原因

造成封閉母線絕緣下降的原因主要有兩個(gè)，一是封閉母線結(jié)

露，二是封閉母線閃絡(luò)。因此，圍繞這兩個(gè)主要原因進(jìn)行母線絕緣性能下降因素分析。

2.1.1結(jié)露主要是由運(yùn)行溫度造成的

當(dāng)一臺機(jī)組達(dá)到飽和發(fā)電量時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量是最高可達(dá)90℃，其導(dǎo)體周圍空氣的飽和水蒸氣密度是418.3克/每立方米，當(dāng)導(dǎo)體（以導(dǎo)體溫度20℃為例）減小負(fù)荷電流時(shí)其導(dǎo)體周圍空氣的飽和水蒸氣密度是17.28克/每立方米。這就意味著，當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)行溫度由90℃降低至20℃時(shí)，封閉母線內(nèi)空氣的溫度也會相應(yīng)的產(chǎn)生70℃封的溫差，也就是說，在封閉母線內(nèi)的每立方米空氣中，將有（418.3-17.28=）401.02克水被析出，成為結(jié)露水。這些水將嚴(yán)重的影響著封閉母線絕緣。這就可以解釋為什么有些機(jī)組正在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置---三次諧波電壓式定子接地保護(hù)裝置（3W）依然會發(fā)出報(bào)警信號了。在我國南方地區(qū)的發(fā)電企業(yè)雖然常年空氣濕度比較大，但溫度普遍都在0℃以上，溫差比較小，封閉母線真正發(fā)生結(jié)露事件的很少，而北方地區(qū)雖然空氣比較干燥，但由于晝夜空氣溫差大，空氣結(jié)露事件反而更加嚴(yán)重。

2.1.2不明原因的閃絡(luò)則主要與封閉母線的周圍環(huán)境有重要的關(guān)系

眾所周知，石油鉆井設(shè)備所處的自然環(huán)境是比較惡劣的，特別是在南方，比如四川東北部地區(qū)，7、8月氣溫高達(dá)35℃以上，夏季和秋季多綿雨，空氣濕度大。太陽輻射強(qiáng)度大引起電氣設(shè)備的溫度增高，加之長期大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，在氧氣和水存在的條件下，使絕緣材料加速老化，大大縮短了使用壽命。拍攝于2015年8月的照片（圖1，圖2）是川東北地區(qū)某鉆井隊(duì)鉆井泥漿泵（電機(jī)功率1200KW）電源線熱縮膠管處老化情況。

經(jīng)驗(yàn)表明，電氣設(shè)備長時(shí)間在濕度超過70%以上的環(huán)境中運(yùn)行，有可能導(dǎo)致固體絕緣物表面不斷吸收潮氣并形成水膜，而水中含有的離子在電場中沿絕緣物表面運(yùn)動，并在電極附近形成積聚，使得局部電場強(qiáng)度增加發(fā)生放電，并引起沿面閃絡(luò)電壓下降，吸潮越嚴(yán)重，沿面閃絡(luò)電壓則降低越多，這種沿絕緣物表面放電會使得絕緣物表面過熱至碳化，并伴有強(qiáng)烈的放電聲和弧臭氣味，其最終可造成相間或相對地短路故障，從而發(fā)生重大電氣事故。

當(dāng)鉆井設(shè)備以大功率運(yùn)行時(shí)，高溫、高濕的環(huán)境不利于電氣設(shè)備的散熱與安全。從某種程度講，環(huán)境溫濕度過高對電氣設(shè)備的影響，輕則停電更換設(shè)備，重責(zé)引發(fā)重大電氣事故。

2.1.3環(huán)境污染對封閉母線以及其他一些小功率電氣設(shè)備的絕緣性能同樣有著很大的影響

通常，設(shè)備接地處的電位不超過10V，但當(dāng)有電流通過接地體流入大地時(shí)，設(shè)備接地處的電位可能很大。例如，在大接地短路接地系統(tǒng)中，接地電位可能達(dá)2Kv及以上。在沙特鉆井項(xiàng)目東部某鉆井隊(duì)，有一臺專為駐軍房提供生活用水的小功率電機(jī)（220v，0.75Kw），需要一個(gè)壓力開關(guān)進(jìn)行控制。當(dāng)環(huán)境濕度達(dá)到80%時(shí)，此壓力開關(guān)穩(wěn)壓電容被燒損，測量對地絕緣電阻為35Ω。經(jīng)分析認(rèn)為：由于空氣濕度大導(dǎo)致對地絕緣電阻減小，使接地電位升高，將穩(wěn)壓電容擊穿。換新的壓力開關(guān)，將接地線重新做好，測量接地電阻阻值正常，上電運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2.2造成封閉母線絕緣下降的其它環(huán)境污染物

造成封閉母線絕緣下降的其它環(huán)境污染物主要還有大氣污染物、水質(zhì)污染物、固體廢棄污染物、磁污染等。

3 結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

積極的預(yù)防環(huán)境污染對石油鉆井電氣設(shè)備絕緣性能影響，可有效的提高電氣設(shè)備的使用質(zhì)量，延長電氣設(shè)備的使用壽命，加快鉆井進(jìn)尺，縮短單井鉆井周期，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2結(jié)合鉆井工作實(shí)際情況，要盡量減少高溫高濕環(huán)境條件對鉆井電氣設(shè)備運(yùn)行的影響，提出幾點(diǎn)建議。

3.2.1防爆材料封堵。現(xiàn)在大部分電動鉆機(jī)的VFD房接線室的門為對開式的，出線端為開放式的，其弊端顯而易見，室內(nèi)溫濕度與外界基本一致。建議將出線端固定，中部開矩形孔（圖3），在電纜連接完畢后將其四周用防爆材料封堵，這樣可以有效防止潮氣進(jìn)入室內(nèi)。

3.2.2降溫通風(fēng)。VFD房接線室內(nèi)加裝空調(diào)或引入空調(diào)風(fēng)道，可以達(dá)到降溫除濕的目的，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫濕度變化區(qū)間。

3.2.3制定抗洪防澇洪澇風(fēng)險(xiǎn)措施。2018年第18號臺風(fēng)“溫比亞”于8月19日襲擊勝利油田百里油區(qū)，出現(xiàn)強(qiáng)降雨過程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，18日12時(shí)至19日22時(shí)，平均降水量212.1毫米。由此想到在任何時(shí)候都要杜絕VFD房周圍積水，做到積水即排，嚴(yán)防潮氣進(jìn)入室內(nèi)，最大限度減輕洪澇災(zāi)害給油田鉆井設(shè)備造成的損失。

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作者簡介：

溫超（1979——），男，山東東營人，電氣工程師，從事機(jī)電維修工作。