淺談封閉母線防止凝露的方法

福建福海創石油化工有限公司 席中山

1 封閉母線產生凝露的危害

由于離相封閉母線是一種密閉的管道，當運行條件改變或氣候條件變化時，內部易產生結露現象，從而降低母線絕緣性能。嚴重時可引發單相接地事故，給發電企業的安全運行帶來隱患。

2 封閉母線產生凝露的原因

2.1 運行溫度

機組運行時，母線內導體和外殼的溫度較高。而機組停機后，母線內導體和外殼的溫度將快速下降。正常運行時，母線內空氣溫度為70℃左右，每立方米空氣中飽和水蒸氣密度為196.8克，而機組停機后（以環境溫度20℃為例）母線內的空氣溫度則將為20℃，每立方空氣飽和水蒸氣密度為17.28克。即母線內的空氣溫度有正常運行的70℃下降到20℃時，每立方米空氣中將有179.52克液態水析出。這些水將嚴重的影響母線和外殼之間的絕緣，導致絕緣降低或擊穿。

2.2 潮氣浸入

發電機每次停機檢修或臨修，封閉母線易被空氣中的潮氣、雨水、濃霧等侵入，造成停機受潮，每次開機均需處理封閉母線的絕緣，嚴重時影響按時開機。陰雨天開機時封閉母線的絕緣往往更是不合格，造成開機時間延遲。

2.3 封閉母線密封性差

封閉母線的母線筒是密封的，但很多發電企業封閉母線筒不能做到完全密封。常見原因如下。

2.3.1 封閉母線自身結構的缺陷

每段封閉母線有外殼、導體、絕緣子3部分組成，外殼與導體通過絕緣子將位置相對固定，為達到封閉母線良好密封，絕緣子底座應與底座鋁蓋板之間接觸面緊密，并增加接觸面圓形橡膠墊圈。但橡膠墊圈老化或臟污容易影響其密封性。

2.3.2 封閉母線的焊接質量差

由于封閉母線大部分的連接是通過焊接（包括制造廠的連接），而封閉母線的外殼為鋁材，鋁板易和氧起作用，在其表面生成一層致密而又難熔的氧化膜，且氧化膜的比重也大，不易浮出熔池而形成焊縫夾渣；另外，液態鋁可溶解大量氫氣，固態鋁幾乎不溶解氫，因此熔化的焊縫金屬快速冷卻與凝固時，氫氣來不及析出，容易在焊縫中聚集形成氣孔；焊接環境潮濕等因素也會影響焊接處的密封性能。

2.3.3 長度運輸問題

由于封母很長，不可能在出廠前直接焊接。只能分段運輸到現場焊接組裝。途中顛簸碰撞便會導致封母變形，安裝時無法嚴絲合縫。

2.3.4 現場裝配不到位

受限于安裝單位技術水平和施工位置，在現場安裝時可能出現應該在封母內部打膠的地方不打膠、應該加裝石棉墊的地方不加裝、應該安裝密封圈的地方不安裝等問題。由于個別區域位置較為隱蔽，不便于驗收，可能存在驗收忽略的情況。

2.3.5 不規范的操作

封母組裝完畢后施壓發現處處漏氣，此時已經來不及卸下來重新組裝。大多安裝單位的常規的做法就是在漏氣點外面涂抹大量的密封膠。這種做法可以臨時解決漏氣問題，但時間一長，由于封母內壓力作用、封母殼體受溫度影響變化、密封膠老化與開裂，致使這些漏氣點再次出現[1]。

2.3.6 劣質的密封材料。包括：石棉墊、密封圈、盤套等等，這些材料一定時間后會失去密封效果。

2.3.7 抽頭出線處密封不嚴。應采用絕緣板上加裝接線柱的方法將內外出線相接。

3 封閉母線解決凝露的常用辦法

為防止封閉母線內凝露，結緣低等問題，通常會采用以下幾種方法。

3.1 封閉母線外殼內通自然風

應用此種方式，一般是在機組停機后和在開機前，為解決封閉母線固體絕緣而采取的一種臨時措施。這種方法比較簡單，能有效解決機組開機前封閉母線絕緣電阻較低而影響開機的問題。但這種方法并不能解決封閉母線外殼內空氣相對濕度大的問題。適用性較差，不能使用與特別潮濕的環境情況。如海邊、水電站旁等。

3.2 封閉母線外殼內充熱風

這種方法是在封閉母線的充氣管路中加裝熱風保養裝置，在發電機開機前1-2小時投入熱風保養裝置，將干燥的熱風通入母線夾層，快速的置換出母線內的潮濕空氣，50-110分鐘后關停熱風保養裝置啟動發電機。這種方法比自然通風有所改進，通入的熱風能驅走部分潮濕空氣，還能提高母線內空調的飽和含濕值，降低相對濕度，使封閉母線的絕緣很快建立起來。但是，由于母線內導體及外殼均為鋁制，傳熱效果好，散熱快。故一旦停止加熱或沿母線方向距離加熱點較遠時會出現降溫。隨著溫度的降低，空氣中的水蒸氣將重新凝結成液態水，從而產生母線分段絕緣不合格的情況。另一方面，當母線內部濕度很大時，在外部氣溫降低的過程中，由于內部溫度的升高，就會出現外殼內壁表面空氣降低到露點溫度的逆效應。母線內壁表面產生水滴凝結，嚴重影響母線的絕緣。

3.3 封閉母線外殼內充微正壓干燥空氣

這種方法在國內比較常用，是對封閉母線外殼內充入經微正壓裝置過濾后的干燥、清潔空氣。并使封閉母線外殼內的空氣壓力略高于外界大氣壓，一般為 300-2500Pa，形成氣封的作用。這樣，外界潮濕空氣及灰塵就不能進入封閉母線外殼，從而保證了封閉母線的絕緣要求。

現國內微正壓裝置按干燥方式大體分為冷凍干燥式與高效分子篩干燥式。冷凍干燥式輸出氣體干燥度露點為-15℃，適用于南方發電企業選配。高效分子篩干燥式輸出氣體干燥度露點：最高可達-70℃。

3.3.1 冷凍干燥式微正壓裝置

壓縮空氣中水蒸氣的量是由壓縮空氣的溫度決定的：在保持壓縮空氣壓力基本不變的情況下，降低壓縮空氣的溫度可減少壓縮空氣中的水蒸氣含量，而多余的水蒸氣會凝結成液體。冷凍凈化干燥方式就是利用這一原理采用制冷技術干燥壓縮空氣的[2]。

冷凍凈化干燥方式的制冷系統屬于壓縮式制冷，由制冷壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥等四個基本部件組成。它們之間用管道依次連接，形成一個密閉的系統，制冷劑在系統中不斷地循環流動，發生狀態變化并與壓縮空氣和冷卻介質進行熱量交換。工作過程如下（圖1）。

圖1 冷凍干燥裝置制冷系統流程圖

制冷壓縮機將蒸發器內的低壓（低溫）制冷劑吸入壓縮機汽缸內，制冷劑蒸汽經過壓縮，壓力、溫度同時升高；高壓高溫的制冷劑蒸汽被壓至冷凝器，在冷凝器內，溫度較高的制冷劑蒸汽與溫度比較低的冷卻水或空氣進行熱交換，制冷劑的熱量被水或空氣帶走而冷凝下來，制冷劑蒸汽變成了液體。這部分液體再被輸送至膨脹閥，經過膨脹閥節流成了低溫低壓的液體并進入蒸發器；在蒸發器內低溫、低壓的制冷劑液體吸收壓縮空氣的熱量而汽化（俗稱“蒸發”），而壓縮空氣得到冷卻后凝結出大量的液體水；蒸發器中的制冷劑蒸汽又被壓縮機吸走，這樣制冷劑便在系統中經過壓縮、冷凝、節流、蒸發這樣四個過程，從而完成了一個循環。

在冷凍干燥裝置的制冷系統中，蒸發器是輸送冷量的設備，制冷劑在其中吸收壓縮空氣的熱量，實現脫水干燥的目的。壓縮機是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放出熱量的設備，將蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機輸入功率轉化的熱量一起傳遞給冷卻介質（如水或空氣）帶走。膨脹閥/節流閥對制冷劑起節流降壓作用、同時控制和調節流入蒸發器中制冷劑液體的數量，并將系統分為高壓側和低壓側兩大部分。冷凍凈化干燥方式裝置還包含能量調節閥、高低壓保護器、自動排污閥、控制系統等部件。

利用冷凍凈化干燥方式原理生產出的封母微正壓裝置，輸出干燥氣體露點可達-15℃（加壓露點2～10℃〔進氣溫度＜50℃〕），但由于其沒有壓縮空氣損耗也被廣泛采用。

3.3.2 高效分子篩干燥式微正壓裝置

高效分子篩干燥方式是通過“壓力變化”來達到干燥效果。由于空氣容納水汽的能力與壓力呈反比。其干燥后的一部分干燥空氣（稱為再生氣）減壓膨脹至大氣壓，這種壓力變化使膨脹空氣變得更加干燥，然后讓它流過未接通氣流的需再生的干燥劑層（即已吸收足夠水汽的干燥塔），干燥的再生氣吸出干燥劑里的水分，將其帶出干燥劑來達到脫濕干燥的目的。高效分子篩干燥方式是利用無熱再生，變壓吸附的原理工作的。這種干燥方式一般要消耗15%左右的再生壓縮空氣。但由于其輸出干燥氣體露點很高最高可達：－70℃，實用度高。

3.4 封閉母線外殼加裝恒溫加熱裝置

這種方法是在封閉母線外殼上加裝電加熱裝置。由于封閉母線是從發電機連至變壓器等設備，電加熱器裝置需要沿封閉母線布置方向依次加裝。在開機前先通電加熱裝置，給封閉母線加熱，以提高封閉母線的絕緣電阻。但空氣中的水分并沒有去除，成較高，布置較為困難，故采用較少。

3.5 風循環式空氣干燥、凈化裝置

將封閉母線在適當的位置連通，使干燥、凈化的空氣在封閉母線中行程閉路循環，在空氣循環過程中，母線內的空氣被連續干燥、凈化，不斷的除濕。當母線內空氣達到一定潔凈程度時，設備停止循環。這種方法可有效除濕，但運行成本高，且制造、生產和現場安裝中對母線外殼的氣密性要求苛刻。一般用于大型臨界、超臨界、超超臨界機組的封閉母線保護中。

3.6 采用憎水性絕緣子

即將母線與外殼之間的絕緣子采用具有憎水性能的絕緣子。當外殼內的空氣結露時，絕緣子的絕緣性能不受影響。但由于該絕緣子采用有機材料制成，在高溫下容易老化，使用壽命經受影響。該種方法只是提高了母線內絕緣子的固體絕緣，不能解決母線內空氣相對濕度大的問題。如遇陰雨天開機，此方法效果不明顯，目前國內只有極少數企業采用。

4 新技術

眾所周知，封閉母線筒的構造由屋內、屋外兩大部分構成，屋內與屋外由穿墻擱板隔離，屋內、外封母筒內縫隙很小（注：微正壓裝置必須對屋內屋外封母分別供氣）。由于封閉母線材質為鋁，加之我國氣候的特殊性，屋外部分極易受溫度影響。溫度的變化（尤其北方冬季）加之充入封閉母線筒內的氣體干燥度不合格勢必造成封母外殼內壁結露、盤套積水等，造成屋外部分封閉母線筒內相對濕度降低，給封閉母線運行安全帶來隱患。由于屋外封閉母線筒內的氣體干燥情況看不見、摸不著，故封母防結露在線監測裝置孕育而生。

母防結露在線監測裝置是專門針對國內外發電企業封閉母線最新研發生產的智能型監測裝置。該裝置可大大降低封母閃烙、結露等情況的發生，是所有發電企業封閉母線不可或缺的新型智能監測裝置。本裝置可分別對A、B、C 三相封閉母線筒內的氣體干燥度情況實時監測、獨立顯示；并具有聲光告警功能、數據遠傳功能、自動排氣功能。本裝置是通過分別安裝在A、B、C 三相封母筒末端上的三個進口精密探頭對各相封母筒內的干燥度情況進行實時監測，并通過三塊精密儀表單獨就地顯示與控制。例如：當A 相封母監測儀表檢測到A 相封母內的氣體干燥度低于設定值時，A 相告警指示燈、蜂鳴器開啟，安裝在A 相末端的泄壓閥自動打開，將超標氣體排出，氣體達標后，聲光告警停止，泄壓閥自動關閉。

5 結語

綜上所述，我們應在了解封閉母線凝露的原因，分析出結果，采用針對性的防凝露裝置才能有效的減少母線凝露造成的危害。配上合適的監控設備，能進一步完善母線的保養保護，為安全生產提供更好的條件。