对共箱封闭母线结露事故的防范措施及改造方案

梁洪军对共箱封闭母线结露事故的防范措施及改造方案摘要：本文对共箱封闭母线的绝缘降低及结露事故做了简要的分析，并对防止事故的发生提出了改造方案，供大家参考。关键词：共箱封闭母线绝缘结露微正压装置引言：共箱封闭母线广泛应用于75MW以下发电机引出线与主变压器低压侧之间或75MW及以上机组厂用变压器与高压配电装置之间的电流传输。可消除外界潮气、灰尘以及杂物引起的接地故障。外壳采用铝板制成，防腐性能良好，且避免了附加涡流损耗。外壳电气上全部连通并多点接地，杜绝了人身触电危险，简化了对土建的要求。但随着使用年限的增加，很多弊端逐渐显现出来。其中A列墙处的隔板绝缘下降甚至结露便是常见的故障之一。一.事情的经过2007年3月3日8时37分，某电厂#1机组跳闸引发非计划停机。经检查发现，#1厂高变6KV共箱封闭母线A分支母线箱在汽机房西墙段盖板有部分中间翘起变形，尤其以穿墙转弯处最为严重，并伴有轻微的焦糊味。经检查后发现；二次设备：08：37：34：027，发变组保护厂变差动动作；08：37：34：030，发变组保护发变组差动动作；08：37：34：042，220KV＃1机21201断路器跳开；一次设备：＃1厂高变A分支共箱母线盖板有四块变形，凸起；出墙角处母线短路，隔板烧焦，套管室外部分烧胶，母线箱体上部铝壳烧熔，面积达200*500mm，箱体内有大量铝渣熔块；室外部分箱体内有5只绝缘子表面有大量炭黑，母线上有多处烧伤痕迹；母线绝缘检查：A分支母线，断开故障点后母线绝缘三相对地0MΩ/2500V,断开变压器检A、B相1MΩ/2500V,C相5MΩ/2500V；变压器绝缘检查A分支低压侧绝缘电阻三相对地：300MΩ/2500V；B分支母线，三相对地绝缘电阻5MΩ/2500V；处理情况：将变形盖板进行了整形；更换绝缘子2只，母线箱体上部铝壳烧熔处，采用环氧树脂板进行了封堵（内加密封垫，铆钉铆接）；考虑到隔板内外温差较大，易引起凝露，将中间隔板，套管拆除，套管支撑铝框拆除。处理完毕，连接母线，对汽机房到厂高变段所有绝缘子进行了清扫，对表面炭黑采用丙酮进行了清洗；清扫完毕，测试A分支绝缘上到10MΩ/2500V；对B分支也进行了清扫，清扫后绝缘仅为5MΩ/2500V；抢修工作于18时完工，机组于20时并网发电。2004年12月24日9时，山西某热电厂大修结束后，维护人员对电气设备进行巡视，发现#13机厂高变6KV共箱封闭母线C相接地。绝缘值为0MΩ/2500V。经检查发现，位于A列墙处的隔板（环氧树脂板）由于变形下沉，将C导体相卡住。由于在冬季，该隔板表面有一层厚厚的结露水，在隔板的表面形成一层导电膜，导致C相接地。维护人员将A列墙处的隔板拆除，对附近的绝缘子进行清扫，并引用#13号机微正压装置处气源加强了该处的强制风循环，使C相的绝缘显著提高，从而避免了一起电气设备绝缘事故。二.原因分析由以上两起事故我们可以看出，造成共箱封闭母线绝缘低的主要原因是由于共箱封闭母线内的绝缘部件表面污秽并吸附潮气或结露，在伴随着特殊及恶劣条件时，绝缘子表面的尘埃中可容性盐类被水份溶解，形成导电膜。使绝缘子表面的绝缘电阻下降，泄漏电流增大，产生局部爬行放电。当绝缘子的电阻下降到不能承受线路的运行电压时，在绝缘子的表面就要发生闪烙。进而造成相间短路。类似的事故，多发生在A列墙处的隔板处。由多起绝缘事故的原因我们可以分析出，造成故障的原因多是由于：1.共箱封闭母线的密封结构不严共箱封闭母线只有普通的封闭作用，可防止较大的异物进入，密封性能并不好。对于风沙、灰尘并不能有效的分隔，而外界空气中的潮气就更容易进入。运行一段时间后，支持绝缘子的表面会因沙尘进入而积污。在雨雪天或其他异常气候条件下，外部潮湿的空气会进入箱内，当母线停运或夜晚支持绝缘子因辐射冷却，其温度低于周围空气温度时，支持绝缘子的表面会吸附潮气或结露。而结露很容易在支持绝缘子的各个部位形成充分湿润的条件。在潮湿的环境下，污秽的绝缘子的秽物层中的可离子化物质会逐渐溶于水中。在绝缘子的表面形成一层导电水膜。污物中的可离子化物质决定了水膜的导电率，污物中的不溶物质可起到吸附水份的作用。此水膜构成了沿绝缘子表面的导电通路，从而有泄露电流在绝缘子表面穿过，从而导致母线绝缘大幅度降低。2.A列墙处的隔板（环氧树脂板）处置不当许多人认为，在A列墙处的隔板会起到防止共箱封闭母线内部冷热气流的交换，避免此处出现大量的结露水，不会引起支持绝缘子的脏污、受潮，进而影响母线的绝缘性能。但大量的事实结果证明。共箱封闭母线内位于A列墙处的隔板正是造成结露水凝结的根源所在。这是因为，该隔板为环氧树脂板，主要是由环氧玻璃丝构成，具有不阻燃，材质坚硬，易吸潮等特点。特别是安装在A列墙处的共箱母线内的隔板，由于室内外纯在一定的温差，当母线运行条件发生变化、机组停机，或异常天气变化时，便会在隔板表面凝聚大量的结露水。这种结露严重影响着母线的运行。举例来讲，在寒冷的冬季，室外温度以－15℃为例，空气中每立方米饱和水蒸气密度为1.73g/M³，而发电机厂房内的温度多以20℃左右为标准。厂房内空气中每立方米饱和水蒸气密度为17.28g/M³。也就是说，在室内外存在35℃的温差时，共箱封闭母线内A列墙处的隔板表面，每立方米空气中将有15.55克水被结露分离出来，变成结露水吸附在隔板的表面，由于结露水聚集的比较集中，这使隔板成为整个共箱封闭母线绝缘的最薄弱点，这些水将严重的影响着母线的绝缘。（以上数据由饱和湿空气表查得）。3.共箱封闭母线密封性能差共箱封闭母线大部分连接是通过焊接连接的，外壳一般为铝材（有些厂家是低碳钢钢板），铝板易和氧起作用，在其表面生成一种致密而又难熔的氧化膜，在焊接过程中，由于氧化膜的比重大，不易浮出熔池而形成焊缝夹渣；另外液态铝可溶解大量的氢气，固态铝几乎不溶解氢气，因此融化的焊缝金属快速冷却与凝固时，氢气来不及析出，容易在焊缝中聚集形成气孔；焊接环境受雨、雪、霜、冻等自然环境因素限制；母线施工完成后，受土建基础变形、下沉影响或长时间运行后局部金属疲劳造成母线轻微变形、扭曲也会影响母线的密封性能。根据某电厂对几台机组的母线泄露情况的数据进行统计后发现，由于装配不严引起的泄露占60%左右，而焊接质量不好引起的泄露约占30%。4.母线内的支持绝缘子的爬距小，易污闪在众多的发电企业中，共箱封闭母线的绝缘子均采用的是普通的绝缘子，无论从憎水性、耐漏电起痕性、耐电腐蚀性、抗弯强度、机械强度、抗冲击性能、防震和防脆断性能方面都存在着不同的等级差异。另外，对绝缘子进行清扫，需要在停电时进行，且耗时较多。同时，在污秽严重的地区，有效期极短，难以收到理想的效果。5.导体绝缘层老化在共箱封闭母线内的每一相导体上，都有一层绝缘漆，其目的就是提高导体与支持绝缘子之间的绝缘等级。但随着使用年限的增加，绝缘层逐渐老化或氧化，与导体出现剥离，导致导体漏电。在遇到特殊特殊气候环境变化时，极易引发运行事故。三．处理方案为了有效提高共箱封闭母线的运行效率，降低母线的事故概率，可对母线采用以下处理方案1.拆除A列墙处的隔板（环氧树脂板），A列墙处的隔板大多为环氧树脂板，这种材料的缺点就是易吸潮。再加上该隔板所处的特殊位置，在运行条件改变或遇到特殊气候变化时，极易引发结露事故，造成该处的绝缘下降，进而影响到整个共箱封闭母线的运行。根据众多发电企业的运行经验，应拆除A列墙处的隔板；根据空气动力学的有关理论，当隔板拆除后，厂房内的热气流和厂房外的冷气流在A列墙处的共箱母线内形成一种涡流旋风，当温差较大时，空气中的冷热气流交汇就会形成雾气。如在冬季，当你打开房间的房门时，房间里的热空气涌出来，在冷热空气交汇的地方，可以清楚地看到变形的空气（即雾气）在丝丝缕缕地袅袅上升。如果雾气凝结到支持绝缘子或隔板上就会变成结露水，这种结露水会影响到母线的绝缘。但母线内产生的气旋波会将这些结露水汽化、蒸发，有些结露水则直接固化、蒸发。气旋波（空气的流动）越大，露滴蒸发的越快。使绝缘子、导体和隔板表面的结露水逐渐变成孤立的水滴，难以形成连续的水膜，从而提高了共箱封闭母线的绝缘等级。举例来讲，我们将两件湿衣服同时放置在窗口和室内墙角两处不同的位置，一段时间后，放置在窗口的湿衣服明显要比放置在室内湿衣服要干的快。就是这个原因。2.提高共箱封闭母线的密封质量共箱封闭母线的密封性能与厂家对产品的设计、施工过程有着密切关系。根据母线的结构，厂方应改善设计，努力使其更合理。例如，母线的密封盖板（或法兰）应多加螺丝，并加装橡胶密封条（或O型密封圈）以提高母线的密封性能；对母线箱体上的焊缝、焊渣进行补焊；同时，企业一方应作到，端正工作态度，明确质量要求；技术人员应分析母线的结构，找出母线可能泄露的原因，制定相应的措施；质检人员应把好工程控制这一关，不给母线泄露留下隐患。3.对微正压装置进行改造，使其起到局部风循环的作用微正压装置主要应用于离相封闭母线的保护，随着发电企业对微正压装置的逐步重视，微正压装置的许多潜在的功能被开发应用出来，对于共箱封闭母线空气流动性差，不能及时消除局部空气湿度大而造成空气击穿的问题，通过对微正压装置充气管路的改造，使其也归纳在微正压装置的保护之下。其方法为：在共箱封闭母线A列墙处的室外部分，在母线箱体的下部焊接两个3/8”的底座，一个连接一气动管接头，一个接一KL单相阀；在原微正压装置的充气管路中，加装一充气分支，该分支穿过A列墙上的穿墙板，至共箱封闭母线的气动管接头处，并逐相与之连接，在连接的过程中应注意该部位的绝缘、减震问题，值得一提的是，在微正压装置的充气管路中，在室内部分靠近微正压装置处，应加装一手动阀门，其目的是便于人为控制充气时间（一般是在发电机停机后和开机前的这段时间）。发电机启机后，便可关闭手动法门，依靠导体的发热使绝缘子干燥、绝缘。更节省了大量的气源。此方案的优点在于；当发电机停机后，投入微正压装置，并打开充气分支管路中的手动阀门，经微正压装置处理的干燥、洁净的空气经充气分支管路直接充入到在共箱封闭母线A列墙处的室外部分，在此区间内形成强制通风循环，使湿空气不能滞留在这段区间内，以对流的形式将湿空气排出。同时，形成一种气封，防止外界的空气继续进入该处。从而达到防止结露和闪烙的目的。当此区间的压力大于封闭母线本体的保护压力时，单相阀将自动开启，将过高的压力释放掉。另外，从空气物理学的角度讲，经微正压装置处理的干燥、洁净的不饱和空气还可以将共箱封闭母线内已经饱和分离出来的结露水继续吸附饱和，加速了该处结露水的蒸发进程，提高了空气的干燥度。4.提高绝缘子的绝缘性能共箱封闭母线绝缘低的直接原因是绝缘子表面污秽并吸附潮气或结露，形成了电流的泄露通道而引起的。因此要解决该问题，必须保持绝缘子表面的清洁和干燥，或增加母线导体与绝缘子之间的绝缘层。但由于设计原因，该型封闭母线要保持全封闭而完全防止沙、尘等污物的进入具有一定的难度，且工程量特别大。提高绝缘子的爬距，改善绝缘子受污和受潮条件，改变绝缘子的放电路径，切断结露水桥接短路，是防止绝缘下降的有效方法。因此，可对绝缘子做一些小的技该措施。例如，对于爬距不够的绝缘子，可调整爬距，可加装硅橡胶增爬裙以提高绝缘子的爬距。或涂刷长效防污闪涂料于绝缘子表面，固化后形成一层胶膜，具有较强的憎水性和憎水迁移性，在浓雾、雨、雪、霜等恶劣条件下，凝聚细小的水珠，而不形成连续的水膜，从而抑制泄露电流，提高绝缘子的绝缘等级。5.对导体上的绝缘漆定期检查，发现有绝缘漆老化、剥离现象时，立即对导体进行补喷绝缘漆。6.对于共箱封闭母线其他易结露或重点保护绝缘的部位（如启备变等），可按照3中微正压装置的改造，对母线的重点结露部位逐步连接，使其统统归纳在微正压装置的保护之下。以提高母线的运行效率四.经济对比对于任何一家发电企业来讲发提高设备的监测和预防工作的费用对成本或投资影响很小，而事故的发生会造成极大的损失，任何事故对企业来讲都是不能接受的。举例来讲：一台单机装机容量为300MW的机组，因非计划停机事故引发24小时停机，按网局每度电最低收购价