如何提高国内离相封闭母线的保护

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点击次数:1107 更新时间:2018年11月17日14:18:35 打印此页 关闭

如何提高国内离相封闭母线的保护

1、离相封闭母线所面临的常见问题

离相封闭母线作为一种密闭的管道由于受到外壳的屏蔽,且体积庞大,长时间处于高温、带电、强磁环境之中在运行使用中经常会不可避免的受到客观因素的扰,从而影响到其正常的运行与维护。

一般来讲,离相封闭母线在运行中通常会遇到下列故障:封闭母线结露引发绝缘下降;封闭母线内闪络;导体或外壳过热;封闭母线空间内漏氢;升高座受潮   

 1.1不管是离相封闭母线、还是共箱封闭母线,其明显的特征是外部都有一个屏蔽的外壳,且外壳无论在设计上和施工上都要求具有一定的密封性能,将外壳密封或屏蔽后,其内部环境无形中形成了一个小范围独特的气候特征,这个小气候特征与自然界中自然结露的气候特征高度吻合,这是封闭母线结露的主要原因所在。封闭母线的结露事件,具有非常明显的局域特征,当一个区域内的气候出现明显的温差变化时,封闭母线结露事故往往不仅仅只在单台机组上发生,而是在同一区域内所有的机组都存在不同的结露情况,只不过因每一台机组因受机组负荷情况、母线密封程度等多因素影响,出现结露的程度不同,所表现出的症状也不尽相同。

1.2封闭母线内灰尘过大导致闪络   

封闭母线密封不严,外界含有粉尘、杂质的空气或浓雾及化工气体粒子团侵

入母线,造成母线内部环境脏污,引起导体、绝缘子的绝缘电阻下降,造成封闭母线闪烙跳机。这种闪络通常发生在封闭母线的夹层内由于外壳的屏蔽我们很难看到只有机组检修或母线大修时我们才能看到母线外壳内壁或导体外壁上有电弧灼伤的痕迹类似于电焊的痕迹。母线内的闪络有污闪、雾闪、及爬电、放电、间隙击穿等多种。

1.3封闭母线导体和外壳过热

封闭母线的导体或外壳局部由于受到连接螺栓受力不均匀或导体外壳涡流的影响,出现接合面曲翘,导致接触面接触不良、接触电阻过大。或是母线内部灰尘较大,夹层内频繁出现闪络,导致磁场的紊乱加上在导体电流或外壳感应电流的影响下,导体和外壳上发生强烈的发热或氧化,致使接触面松动或烧熔,引起外壳过热。

1.4封闭母线漏氢

封闭母线内受发电机出口套管老化间隙过大或套管损坏的影响,导致发电机内的氢气外泄,外泄的氢气大部分在发电机出线箱上的排氢孔排出,但仍会有少量氢气透过盘式绝缘子而进入母线内部,这样在壳体内产生了易燃的可能性,如遇到母线内瓷瓶座脏污,出现微弱的放电,造成封闭母线爆炸的重大设备事故。微正压式封闭母线也正是由此而提出的。

1.5升高座受潮

升高座因其既不在封闭母线保护装置的保护范围之内,也不在变压器的保护范围之内,处于无任何保护状态之下。升高座受潮是封闭母线近年来集中体现出来并发现的一种新故障、隐患,之所以说是新发现的故障、隐患,是因为国内发电机组大批量投产、建设多集中在2000年左右,早期的封闭母线无论是母线的密封状态,还是其保护装置的运行规范都有一定的规律可以遵循。但随着运行年限的增加,封闭母线密封条件和保护装置都有出现了一些老化或退化迹象,因此,升高座受潮的问题也逐渐显现出来。如图3-1、3-2所示

 

3-1                             3-2

3-1、3-2  封闭母线升高座受潮示意图

目前,国内因封闭母线升高座受潮而影响到绝缘性能的问题层出不穷,仅2018年5月到9月的一个夏季,笔者就接到了4起封闭母线升高座受潮影响开机甚至跳机的案例。但国内对封闭母线升高座如何防止受潮的问题却没有任何防范办法。只能是将升高座裂解后进行人工清扫和擦拭。工作强度大、施工难度高。

2、离相封闭母线常见的保护方式

2.1国内封闭母线运行的现状

从一些国内相关的文献资料上,我们可以得知,封闭母线存在三种不同的密封状态。参见表1

1   封闭母线密封状态表


密封良好

密封微漏

密封泄漏

密封时间

30分钟以上

10~30分钟

10分钟以下

保护装置

显示状态

充气时间短

保压时间长

充气保压时间均匀稳定

充气时间长

保压时间短

 

国内使用的封闭母线虽然在名义上被称为封闭母线,但其密封结构绝大多数处于“相对密封状态”而非“绝对密封状态”,国内能够达到绝对密封状态的封闭母线也是少之又少,而且这种绝对的密封状态也是极不稳定的,随着机组运行年限的增加,绝对密封也会逐渐演变为相对密封。也就是说我们现在运行的封闭母线都存在着不同程度的泄漏情况。可以说,泄露的的封闭母线在国内占据着绝对的主流,也是属于国内封闭母线的普遍现状。因此,对封闭母线的保护就显得至关重要。

2.2封闭母线保护装置使用现状

当我们提及到封闭母线的保护装置,大家都会不约而同的想到微正压装置,其实,微正压装置只是众多封闭母线保护装置中的一种。据统计,国内用于封闭母线保护方面的配套装置,就有8种之多,例如;吸附式微正压装置;冷凝式微正压装置;热风保养装置;强制通风装置;防结露闪络装置;开放式微风吹拂装置等等…,这些都是我们常见的一些保护装置。但上述保护装置都存在一些无法忽视的设计缺陷。即绝大多数保护装置在设计上都只是针对密封良好的封闭母线而设计,而对于存在泄漏的封闭母线,大多数保护装置都要面临着频繁启动或长时间启动的现象。虽然有些保护装置在宣传上都声称可对泄漏的封闭母线也可以起到保护作用,但一般都存在夸大宣传的成分较多。这一点我们可以从绝大多数保护装置的设计原理和结构上可以看出。

国内所有正在使用的封闭母线保护装置,绝大多数都是以吸附式微正压装置为主,或者是在吸附式微正压装置的基础上改造而成的。举例来讲,我们常见的保护装置里面,最为常见的有吸附式微正压装置;热风保养装置;强制通风装置;智能防结露、闪络装置等,这些装置的主要特征就是都采用了吸附式干燥器作为主要脱水装置,用以滤除压缩空气中的水分。众所周知,吸附式干燥,根据吸附剂的再生方式、再生温度的不同,大致可分为:无热再生式、加热再生式、微热再生式干燥器三种。国内大量使用的封闭母线保护装置的核心部件-吸附式干燥器全部采用的是无热再生的干燥方式。干燥器内部填充5A分子筛,分子式3/4CaO·1/4Na2O·Al2O3·2 SiO2·9/2H2O5A分子筛是一种合成颗粒,其主要成分是三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)等有效成分,CaO在充分吸收水分后,就会有潮解现象,即便采用高质量的压缩空气对其进行还原反应,也不可能将氧化钙(CaO)完全还原,只能是带走一部分微量的潮气。氧化钙(CaO)的还原反应是一个吸热的过程,还原需要吸收大量的热量。因此,对吸附剂的再生,不能仅仅只局限于用压缩空气将水分带走。同时,无热再生吸附式干燥器普遍设计体积较小,设计流量最大不于1M3/min,加之吸附剂层层叠加、阻塞,会产生很大的压力降,损失大量的压缩空气气源。以无热再生吸附式干燥器为主的保护装置,在充气量上,要远远小于实际的需求量,这是导致这类保护装置频繁出现故障的原因所在。因此,个人建议在选用这种无热再生的保护装置时,应谨慎考虑。而国内目前正在使用的吸附式保护装置,设计上全部采用的是无热再生的工作方式,其产生气源的质量和使用周期都会有很大的折扣。甚至在有些电厂,分子筛更换仅一个月,就出现露点指示剂变色、潮解等异常现现象。有些机组甚至在充气管路中出现滴出水珠的现象。这种设计上的缺陷,必然会影响封闭母线内空气的质量。有些生产供应商,将吸附剂分子筛的使用年限通常说成4年以上。其实,严格地讲,如果单纯的采用无热再生技术,分子筛最多只能使用半年就需要更换,使用4年的说法,存在明显的夸大和误导成分。更有甚者,有些单位加装了吸附式保护装置后,反而将水和油充入到了封闭母线内,造成了机组的结露、闪络、跳机等重特大事故。名义上的保护装置反而成为了影响封闭母线正常运行的制约装置。例如;新疆的乌苏热电,石河子天富热电、天山铝业自备电厂,都是因为微正压装置误将水和油充入到了封闭母线内部而造成的跳机。如图2(a)(b)(c)(d)(e)(f)所示。尤其是有些配套的保护装置,其配置非常低,往往只是为了应付简单的168实验。

 

a)                           (b)

 

c)                          (d)

 

e)                             (f)

2(a)(b)(c)(d)(e)(f)改造中原微正压装置发现的问题图片

国内虽然有一些冷凝式工艺的保护装置也在使用,但这类保护装置适用范围较小,通常适用于密封良好的封闭母线,如果封闭母线存在一定的泄漏,会导致冷干机长时间运行,可靠性会有所降低,压缩空气质量差;如混入大量灰尘和油雾,这些脏物会粘附在冷干机的热交换器上,降低其冷干机的工作效率,同时排水也易失效。冷媒易泄露,导致冷干机无法正常工作,直接将水注入封闭母线。冷干机的大气压露点只能达到-17℃,,而冬季北方地区普遍温度都在-15℃~-30℃左右,普遍大于冷干机的-17℃的温度,这种温度上的差别,依然可以造成封闭母线内空气的二次结露。因此,在封闭母线保护方面存在一定的局限性。

3、国内封闭母线保护的现状

我们知道,封闭母线大多有三种密封状态,密封良好;密封微漏;严重泄漏。但这三种密封状态并不是一层不变的,母线的密封状态是随着机组的运行年限不断发生变化的,即密封良好逐渐向密封微露过度,密封微漏向严重泄漏过度。如果封闭母线的密封性能良好,那么用任何一种保护装置都可以达到一定的保护意义。如果是针对存在泄漏的封闭母线,一些保护装置则普遍面临着频繁启动或长时间运行的技术缺陷。究其原因,是因为我们在运行的保护理念上存在一定的偏差。

我们对封闭母线的保护,通常以GB/T 83492000中华人民共和国国家标准《金     线》[S],国家质量技术监督局20000403批准20001201实施为准,即封闭母线内部充入300~2500Pa的空气,其泄漏量每小时不允许超过总体积的6%,这个标准完全是针对密封良好的封闭母线而提出并设定的。而国内占据绝对主流的封闭母线大多是微漏或严重泄漏的封闭母线,为了向国标靠拢,企业只能在封闭母线的密封性能上多下功夫,频繁的动用人力和物力对封闭母线进行密封检修和维护,要求母线密封的越严越好、保压时间越长越好。同时,对母线的保护装置上也一味的强调如何采用微正压装置去保护封闭母线。这样做,最大的弊端就是,封闭母线密封的严密,虽然可以有效的预防外界水源进入封闭母线内部,但一旦有不明水源侵入到封闭母线内部,会严重影响封闭母线的绝缘性能。由于封闭母线密封的过于严密,如何快速的将不明水源释放出母线,又是一个棘手的问题。从另一个方面讲,如果微正压装置性能低下、配置低端,当过量的或过饱和的水和油无法有效滤除时,也会随着压缩空气直接进入到封闭母线内部,这些过量的水和油会在母线内逐渐积累,再而进一步影响到封闭母线的绝缘性能。例如;中电投新疆乌苏某热电;天富集团某热电厂所发生的跳机事件,都是因微正压装置误将水充入到封闭母线内部而引发。这种因微正压装置误将水充入封闭母线而引发结露和闪络的隐患目前正在呈逐年上升之势。而对于密封微漏或严重泄漏的封闭母线,微正压装置因无法达到区间压力的上限而会频繁的工作或长时间工作。对微正压装置的运行可靠性也是一种考验。

有些电力企业一味的追求封闭母线的密封效果甚至要求封闭母线密封时间越长越好其实,这种观点值得商榷,母线密封的过于严密固然是好,但一旦保护系统误将含有大量灰尘、水分、油雾的空气误充入封闭母线内部,也会影响母线的绝缘性能,如何将这些灰尘、杂质、水分再释放出来,又是一个难题。这种案例,在国内也不止一次的发生过。同时,母线密封的越严内部空气凝滞的效果就会越明显,在海边城市,密封严密的封闭母线其内部也是最容易析出盐分的,因为内部空气滞留时间太长,使封闭母线形成了烘干箱效应。如果母线内部的空间环境不洁净,空气还会发生明显的放电现象,在热、磁、湿度、灰尘达到一定值时,母线内就会发生小范围的爬、放电现象,母线内发生闪络事故的概率也就越高。如果频繁的发生放电、闪络,又会导致母线内空气进一步恶化,再次增加绝缘子闪络和空气电离的概率。如此,会形成恶性循环,进而影响机组的正常运行。准确的说,密封良好的封闭母线固然符合中华人民共和国国家标准《金属封闭母线》的要求,但对其保护装置的工艺、原理及气源质量则提出了更高的要求。正确的方法,是将母线内空气保持一定的洁净度,并进行一定方式的流通、置换,从而在根源上彻底杜绝母线内结露、闪络、积灰、空气过热、漏氢等事故、隐患的发生。

4、封闭母线的正确保护

我们知道,离相封闭母线运行中有五大常见故障和隐患,即母线内因湿度过大而结露;母线内因灰尘过大而闪络;母线内因导体散发热量导致空气过热;漏氢;升高座受潮。而运行中的离相封闭母线,又分为密封良好;密封微漏;密封泄漏三种情况。因此,对封闭母线保护也不能统一概论。

目前国内通用的封闭母线保护装置主要有两大类,一类是静压力扩散模式运行的保护装置;一类是以动压力扩散模式运行的保护装置。不论哪一类保护装置,几乎都是针对密封良好的封闭母线而设计。设计的目的也大多只针对母线结露的隐患。并没有针对封闭母线的所有隐患而全面考虑。

4.1静压力扩散模式运行的保护装置

国内早期对离相封闭母线的保护最认可的是微正压装置保护技术,大家对微正压装置耳熟能详。吸附式微正压装置、冷凝式微正压装置、高分子膜微正压装置是国内早期配套常见的几种母线保护装置,但随着国内机组数量的增加以及机组容量的增大,微正压保护技术已逐渐不能满足机组的正常使用要求和技术规范。而且,微正压装置的使用范围比较狭窄,只能针对密封良好的封闭母线适用,保护范围也仅限于对封闭母线结露这一常见故障有效。因此,在使用范围上会受到一定的限制。

4.2动压力扩散模式运行的保护装置

随着对大型机组维护经验和使用技术的逐渐完善,以动压力扩散保护模式的保护理念逐渐被运行、维护人员接受并认可。开放式微风型循环正压装置、强迫空气循环装置、强制风循环装置、智能防结露装置同属于动压力扩散设计,但在风的流动方式上又有明显的不同。一部分主张 “内循环”,一部分主张 “外释放”。强迫空气循环装置、智能防结露装置、强制风循环装置都是以内循环方式为主,即由“B”相进气,“A、C”相回气,或由“A、C”相进气,再由 “B”相回气,这在设计上最大程度的确保了母线内部空气的质量。避免了外界空气对内部空气的干扰。但这几种保护装置也是多适用于密封良好或密封微漏的封闭母线,封闭母线密封越严,循环效果越好。但内循环工作方式对封闭母线内漏氢具有一定的隐患。而对于严重泄漏的封闭母线,则循环效果不佳,容易产生循环的盲点。对母线常见故障中的结露预防效果比较明显,而对闪络、置换热空气、除去母线内的灰尘、漏氢等隐患的预防效果不佳。开放式微风循环正压装置则以“外释放”为主,即空气以一定的压力同时充入封闭母线的A、B、C三相中,利用源源不断地持续压力,形成涡流扩散 ,当封闭母线密封良好时,可当做微正压装置使用。当母线微漏或严重泄漏时,快速将母线内的湿气、灰尘、杂质等物质吹动或清扫,利用母线自身的泄漏量或固定排气孔迅速排出母线至外部空间,从而保证母线的内部洁净。这种保护方式对母线的结露、闪络、置换热空气、漏氢等常见故障和隐患都有极佳的预防作用。是保护比较全面的设备。在面对母线密封良好、密封微漏、密封严重泄漏、厂内仪用气断气、母线内湿度过大等,均有良好的应对方案。在设备选型时,具有很大的优越性。

4.3两者的比对

离相封闭母线在运行状态上一般分为三种,即密封良好;密封合格;密封泄漏。当母线密封良好时,无论是采用静压力扩散保护模式还是采用动压力扩散保护模式,只要在保证空气质量的前提下,无论哪一种保护模式理论上都能满足母线运行的需要。但静压力扩散保护模式缺乏持久性,会随着母线的泄漏产生不稳定变化。如果空气质量无法保证,反而就会制约母线的正常运行;当封闭母线密封微漏时,以微正压装置为代表的静压力保护模式,其适应性有所减弱,会出现频繁启动的现象。而以风循环装置为代表的动压力模式运行的保护装置,在运行上则占有一定的优越性,可充分利用封闭母线相对的密封性能,对空气进行循环净化、干燥,使之达到防止结露、闪络的目的;当封闭母线严重泄漏时,以微正压装置为代表的静压力保护模式,则完全不能适应这种情况,会出现设备的频繁启动或长时间启动,久之,造成保护装置电器元件烧毁,气动元件负荷过重、失效,最终导致设备频繁报警或出现异常情况。而以风循环装置为代表的动压力模式运行的保护装置,在使用上,也是有一定的区分的。由于泄漏点较多,使用内循环的保护装置,在使用中会有一定的局限性,容易产生循环的盲点,或者误将母线外的空气吸入母线内。而以开放式微风循环正压装置为代表的“外释放”的保护装置,则占有明显的优势。在向母线外吹出气流的同时,也将母线内的湿气、灰尘、杂质、热量同时排出,有效保护了母线内部环境的洁净。在泄漏点处形成向外吹出的气流,防止外界气流逆行进入母线。即便封闭母线在运行中因突发因素导致封闭母线发生严重泄漏,可以相应增加送风量,在一定程度上,也可以起到防范外界潮气、灰尘、杂质侵入到母线内部的作用,使母线内部保持相对的洁净。并一直坚持到机组停机检修阶段,再利用机组检修时间对母线进行快速修复。因此,总结来说,采用动压力“外释放”保护模式为主的保护装置,在应对任何一种封闭母线时,都有着一定的优势。

因此,严格的说,采用动压力保护模式为主的保护系统是封闭母线最理想的工作方式。这种说法,与国内目前正在使用的封闭母线中华人民共和国国家标准《金属封闭母线》或一些其他相关的规范和文件存在一定的抵触,甚至提出了挑战。但在实际使用中,密封微漏和动压力“外释放”保护模式组合运行的封闭母线是目前运行效率最高的一种母线运行模式。笔者对国内上百台机组的封闭母线和保护系统做过认真、细致的调查、研究和分析,发现采用静压力扩散保护模式运行的封闭母线,其发生结露、闪络的事故概率明显要高于采用动压力扩散保护模式运行的封闭母线。这一点,从国内大量的文献资料中就可得知,无需过多的解释。采用静压力扩散保护模式运行的封闭母线,必须注重于封闭母线的密封性能,机组每运行一个大修周期(4年),都要对母线进行一定的维护或修缮,以防止封闭母线发生再次泄漏,影响保护系统的运行。这在工程上造成了大量人力和物力资源的重复浪费。而采用动压力扩散保护模式运行的封闭母线,其安全运行周期则明显要长得多,母线的维护、修缮记录长达2~3个大修周期,国内有很多将静压力保护模式改造为动压力保护模式的电力企业,都有着这种深刻的体会。与事实巧合的是,微漏的封闭母线在国内的运行机组中,也是大量存在的,属于我国的基本国情。因此,我们在选择封闭母线保护装置时,应尽量采用动压力保护模式的保护装置,根据机组的实际运行情况,再选定具体的保护功能即可。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5、

下图4(a)(b)(c)(d)为国内最为常见的几种吸附式微正压装置 。

 

 

a)                            (b)                     

 

 

 (c)                                  (d)

 

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