淺談環(huán)境污染對電廠電氣設備絕緣的影響

1、淺談環(huán)境污染對發(fā)電企業(yè)離相封閉母線絕緣的影響梁洪軍【摘要】 介紹環(huán)境污染對封閉母線絕緣性能的影響，簡述封閉母線在絕緣性能方面發(fā)生 事故的幾種形式， 并結(jié)合實際事例， 初步找出因火電廠周邊環(huán)境污染而影響封閉母線絕緣的 一些規(guī)律?！娟P鍵詞】 環(huán)境污染 離相封閉母線 絕緣 閃絡 結(jié)露 微正壓裝置 結(jié)露 一概述隨著人類文明的開展與進步， 能源的消耗也越來越大， 隨之造成的負面影響是， 人類生 產(chǎn)和生活的環(huán)境逐步惡化與污染。 環(huán)境污染不僅破壞了生物的生存環(huán)境， 影響了人們正常的 生產(chǎn)、生活，而且直接威脅著人類的健康。在正常的環(huán)境中，對電廠電氣設備而言，無論設備處于運行狀態(tài)還是處于備用狀態(tài)或 主要輔助設備

2、處于聯(lián)動備用狀態(tài)， 要求電氣設備在內(nèi)部過電壓或長期運行條件下， 設備均能 可靠運行。 但由于人類活動所產(chǎn)生的工業(yè)污染， 使局部地區(qū)環(huán)境狀態(tài)逐漸惡化， 并隨著人類 的活動而逐步擴散。所產(chǎn)生的各種個樣固體、液體、氣體和粉塵、顆粒等物，與自然界中的 雨、雪、霧、冰等惡劣氣候條件相作用，對電氣設備的外絕緣造成極大的影響，導致其絕緣 強度大大降低， 不僅可能在過電壓的情況下產(chǎn)生閃絡， 還可能在長期運行電壓下產(chǎn)生 “誤會 閃絡 ，造成電氣設備的停機事故。 據(jù)統(tǒng)計， 由于電氣設備的絕緣下降引發(fā)的絕緣下降閃絡 事故呈逐年上升之勢， 為此， 進一步了解環(huán)境污染對電氣設備的絕緣影響， 成為許多電力企 業(yè)的研究課題

3、。 本文主要以火力發(fā)電企業(yè)的離相封閉母線為研究對象， 重點討論環(huán)境污染對 封閉母線絕緣性能的影響， 以及由此而引發(fā)的閃絡和結(jié)露等問題。 之所以選擇離相封閉母線 作為研究對象， 主要是因為其有著特殊的建筑結(jié)構 ( 一半在室內(nèi)、 一半在室外 , 具有室內(nèi)和 室外電氣設備的典型特征。二事故的發(fā)生1. 2022年 1月21日14時 04分，河北某熱電廠 #10機組封閉母線接地，發(fā)電機定子接 地保護動作，發(fā)電機掉閘，大聯(lián)鎖保護動作，機組停運。定子接地保護動作后，根據(jù)保護裝 置動作記錄及發(fā)電機故障錄波器報告顯示，確定發(fā)電機-變壓器組一次局部存在 B相接地故障。拆開發(fā)電機出口伸縮節(jié)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機封閉母線側(cè)

4、 B相絕緣為零，進一步檢查確定故障點在B相主變位置封閉母線密封絕緣子處，其上面存在結(jié)冰現(xiàn)象，造成B相接地短路故障。對故障部位處理后， 1月 23日 4時，機組與系統(tǒng)并列。其發(fā)生事故部位圖片如圖 1所示2. 2006年89月期間，河北另一發(fā)電廠#3機組故障錄波器頻繁啟動報警，發(fā)電機零序電壓超限 8V 報警， 15V 動作跳閘， 初步疑心 C 相封閉母線和出線存在絕緣薄弱點。 在撤除廠變高壓側(cè)升高座蓋板時，發(fā)現(xiàn)B、C 相蓋板縫隙處有少量水向外流出，徹底撤除后現(xiàn)C相封閉母線內(nèi)積存的水份最多，向封閉母線筒內(nèi)觀察，支持絕緣子外表均附著大量水滴。從而得出結(jié)論：此次發(fā)電機零序電壓超限的主要原因是發(fā)電機封閉母

5、線B、C相受潮嚴重所致。圖1河北某熱電廠10號機組B相主變位置封閉母線盆式絕緣子非方案停運事故部位圖片以上兩起事故并非單個的案例，近年來在河北、內(nèi)蒙、河南、天津等省份，相繼出現(xiàn)因離相封閉母線絕緣下降而引發(fā)的無法起機和非方案停機等事故。因此，認真分析研究造成封閉母線絕緣下降的原因，并防止事故的頻繁發(fā)生，成為許多電力企業(yè)的當務之急。三離相封閉母線絕緣下降的原因分析筆者認為，造成封閉母線絕緣下降的因素主要有兩個；1.封閉母線結(jié)露結(jié)露的物理概念就是水蒸氣遇冷變成小水滴，我們將這個概念引入到運行的封閉母線中國標GB/T 8349 2000中華人民共和國國家標準?金屬 封閉母 線?S, 5.6條，金屬封閉

6、母線各部位的允許溫度和溫升：金屬封閉母線在正常使用條件下運行時，各部位的溫度和溫升應符合表1的要求表1金屬封閉母線最熱點的溫度和溫升的允許值金屬封閉母線的部件最高允許溫度°C最高允許溫升.K導體9050螺栓緊固的導體鍍銀10565或外殼的接觸面不鍍7030外殼7030外殼支持結(jié)構7030絕緣件按GB/T 11021由絕緣材料種類確定注：金屬封閉母線用螺栓緊固的導體或外殼的接觸面不應用不同的金屬或金屬鍍層構成。由上表我們可以看出，離相封閉母線在正常運行時，導體的溫度最高可到達90C,外殼的溫度也相應能到達 70C。根據(jù)空氣動力學的定律；當溫度在90C時，空氣的飽和水蒸氣密度pb / g

7、/m 3克。即每立方米飽和空氣中就含有418.3克水。當導體的負載電流發(fā)生變化， 導體產(chǎn)生的溫度也會變化?？諝獾娘柡退魵饷芏纫矔鄳漠a(chǎn)生變化。 當溫度升高時，會繼續(xù)吸收周圍空氣中的水份，成為飽和空氣。反之將析出過量的水份，成為結(jié)露水， 進而影響到封閉母線的絕緣性能，舉例來講； 當一臺機組到達飽和發(fā)電量時，導體產(chǎn)生的熱量是最高可達90C,其導體周圍空氣的飽和水蒸氣密度是418.3克/每立方米，當導體減小負荷電流時，以導體溫度 20C為例，其導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，當導體的運行溫度由 90C降低至20C時，封閉母線內(nèi)空氣的溫度也會相應 的產(chǎn)生70C封的

8、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。這些水將嚴重的影響著封閉母線絕緣。這就可以解釋為 什么有些機組正在運行中發(fā)電機保護裝置-三次諧波電壓式定子接地保護裝置 3W依然會發(fā)出報警信號了。 如果機組由運行狀態(tài)到停機狀態(tài)， 導體的溫度會迅速降至與周圍大氣環(huán) 境相同，如果是冬季，那么封閉母線中析出的水會更多。也許有人會問，封閉母線中的水份是從何而來呢？這主要是由空氣的性質(zhì)來決定的。 當空氣被加熱時， 熱空氣自然而然的會吸 收空氣中的水分子使自身成為飽和空氣。 當封閉母線導體發(fā)熱時， 封閉母線內(nèi)的空氣會因受 熱而大量的吸收周圍空氣

9、中的水份， 而當導體的溫度降低時， 封閉母線內(nèi)空氣的溫度也會相 應降低，空氣中過量的水份也就被析出。 所以封閉母線內(nèi)出現(xiàn)水也就缺乏為奇了。 另外，很 多人認為， 封閉母線一旦運行起來后， 依靠本身產(chǎn)生的熱量， 會將封閉母線內(nèi)的一些固體絕 緣件加熱， 從而提高封閉母線的整體絕緣。其實這種觀點是錯誤的，這是因為，封閉母線一 旦運行起來以后， 封閉母線的導體和外殼都會產(chǎn)生大量的熱量， 母線內(nèi)部的空氣也會被隨之 加熱， 封閉母線內(nèi)部空氣被加熱后， 就會吸收封閉母線外部的水份 封閉母線普遍存在泄露 現(xiàn)象，使自己盡量到達飽和，所以，封閉母線內(nèi)部熱空氣的相對濕度要遠比封閉母線外部 空氣的濕度大得多。 當導體

10、的負載電流減小時， 增大的溫差就會使熱空氣中的飽和水成為過 量水而析出。本文所提到的張家口電廠 #3機組、河北保定熱電廠 #10機組能在運行中報警， 就是對這種觀點的有力駁斥。 由此， 我們可以得到一個結(jié)論： 結(jié)露事件受空氣濕度的影響是例如，我們會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，南方地區(qū)的發(fā)電企業(yè)雖然常0C以上，溫差比擬小，封閉母線真正發(fā)生結(jié)露事件的但由于晝夜空氣溫差大， 空氣結(jié)露事件反而更加嚴重。很小的，而主要取決于空氣的溫度。年空氣濕度比擬大，但溫度普遍都在 很少，而北方地區(qū)雖然空氣比擬枯燥，以上數(shù)據(jù)由飽和空氣濕度表查處封閉母線閃絡主要包括：2. 封閉母線閃絡1.污閃 ；2.霧閃 ；。對于前兩項閃絡，按照?電氣

11、設備預防 試驗規(guī)程?、 ?電氣運行規(guī)程?等相關文獻的規(guī)定，都有相應的研究、預防和應對措施。而不明原因閃絡問題，在閃絡事故中占有很大的比例。業(yè)內(nèi)稱“不明閃絡。這些閃絡的試品，大都經(jīng)過實驗室的試驗證明無質(zhì)量問題，污穢等級也沒有超標，事故前設備運行也正常，無雷擊和過電壓等狀況發(fā)生。 眾所周知，封閉母線直接接觸面積最大的是周邊的環(huán)境，周圍的環(huán)境對封閉母線的外絕緣也起著較為主要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，封閉母線的外絕緣強度除本身材料及尺寸外，還與周圍環(huán)境中的污穢度、溫度、濕度、磁場及周邊空氣的潔凈度有關， 當封閉母線接觸周圍環(huán)境潔凈、空氣質(zhì)量好且離污染源較遠時，空氣的導電率相對較低，相反，當電氣設備處于污染較為

12、嚴重的地區(qū)時，空氣的導電率就相對較高。隨著社會的開展、 污染的加劇，使得母線周邊環(huán)境中的導電物質(zhì)和不導電物質(zhì)的含量相對增加，尤其是導電物質(zhì)成分的增大，使得周邊環(huán)境的導電率也相對增大。此時對封閉母線的絕緣強度也影響很大， 絕緣會隨之下降，威脅封閉母線的正常運行。 因此，了解電力企業(yè)周圍環(huán)境對封閉母線絕緣 的影響就顯得尤為重要。四影響封閉母線絕緣的環(huán)境污染物分析由以上觀點我們可以看出， 造成封閉母線絕緣下降的原因一般有結(jié)露和不明原因的閃絡 兩種原因。結(jié)露主要是由運行溫度造成的，而不明原因的閃絡那么主要與封閉母線的周圍環(huán)境有重要的關系。造成封閉母線絕緣下降的環(huán)境污染物主要有大氣污染物、水質(zhì)污染物、固

13、體廢棄污染物、磁污染等，下面對每種污染物加以分析和研究；1.大氣污染物大氣污染主要是指大氣的化學性污染，大氣中化學性污染物的種類很多，我國的大氣污染屬于煤炭型污染，主要的污染物是煙塵和二氧化硫，此外，還有氮氧化物和一氧化碳等。 二氧化硫是形成酸雨的主要污染物之一。隨著經(jīng)濟的開展，人類將燃燒更多的煤炭，產(chǎn)生更多的二氧化硫等污染物。尤其是火力發(fā)電廠，每小時的燃煤量常以百噸、千噸計算。一天產(chǎn) 生的煙塵和二氧化硫就到達成百噸。所以，在以電廠為核心的周邊地區(qū)，二氧化硫的濃度會很高，當二氧化硫隨氣流侵入到封閉母線后，會被母線中的水份捕捉吸收， 就會形成硫酸和硝酸小滴，使封閉母線內(nèi)的環(huán)境酸化。這就是人們常說

14、的酸雨，酸雨對封閉母線的導體、 支撐絕緣子和外殼的外絕緣有著很大的破壞作用；2:水質(zhì)污染主要發(fā)生在城郊及城市生活密集區(qū)，由工廠和生活區(qū)排放的廢水及生活污 染造成的，污染物主要是酸類化合物、氫化物等，這些物質(zhì)溶解在水中，使水質(zhì)呈現(xiàn)出弱酸性，在火力發(fā)電企業(yè)大量使用的水中，大多是以循環(huán)利用的中水為主，局部中水會變成水蒸氣，這種中水的水蒸氣對機電、配電、電氣設備金屬部件產(chǎn)生氧化腐蝕無疑會明顯降低其使用壽命，致使觸點絕緣電阻上升，加速設備老化，引起觸點溫度升高等，嚴重時會引起跳火造成斷路或短路，破壞整套設備線路的運行，甚至引起火災事故。當中水水蒸氣一旦侵入到 封閉母線后，會附著在導體、支撐絕緣子和外殼的

15、外外表，對封閉母線的外絕緣造成一定的影響；污染物固體廢棄物指的是人類在生產(chǎn)和生活中丟棄的固體和泥狀物，如采礦業(yè)的廢石、尾礦、 煤矸石；工業(yè)生產(chǎn)中的高爐渣、鋼渣；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的秸稈、人畜糞便；核工業(yè)及某些醫(yī)療單 位的放射性廢料；城市垃圾等等。這些廢棄物長時間暴露在空氣中，在陽光、雨、風等自然 因素作用下，有些物質(zhì)例如熟石灰、粉煤灰等會粉化。粉塵、顆粒會隨風漂流，當落到 電氣設備的外外表時， 在外表形成污穢層， 當污穢到達一定程度時， 造成電氣設備外表絕緣 下降。在有些火力發(fā)電廠，電廠周邊有很多的化工廠、石灰廠、煉焦廠、水泥廠和電廠的儲 灰廠等， 這些廠礦每天都要產(chǎn)生大量的粉塵或固體顆粒漂浮物。當粉

16、塵和固體顆粒漂浮物侵入進封閉母線后， 當封閉母線內(nèi)空氣濕度很大時， 這些粉塵或固體顆粒漂浮物中的可離子化 物質(zhì)會逐漸溶于水中， 在導體和絕緣子外表形成一層導電水膜。 污物中的可離子化物質(zhì)決定 了水膜的導電率，此水膜構成了沿導體和絕緣子外表的導電通路 , 從而有泄漏電流沿絕緣子 外表穿過 , 即導致母線絕緣大幅度降低；磁污染已成為公認的繼大氣污染、 水質(zhì)污染、 土壤污染之后的第四大污染， 在電氣設備 運行過程中， 每一臺電氣設備， 都可以形成一個電磁場。 每個磁場都會產(chǎn)生一定的電磁輻射。 當多臺電氣設備同時運行時，就會產(chǎn)生電磁相互干擾，導致現(xiàn)場磁場紊亂。 磁場紊亂后，導 體中的運行電流受磁場變化

17、干擾， 也會產(chǎn)生一定的波動。 當波動電流變化較大時， 就會產(chǎn)生 一定的泄露電流，破壞電氣設備的絕緣層，導致電氣設備發(fā)生閃絡。我們知道，每個電廠的 封閉母線其密封效果都不是很嚴， 都存在多多少少的泄漏量， 因此封閉母線內(nèi)都有一定的灰 塵和懸浮顆粒， 當封閉母線的導體通過電流時， 會在整個封閉母線內(nèi)形成一個強磁場， 這些 灰塵和懸浮顆粒在這種強磁場的干擾下， 形成帶電粒子。 這些帶電粒子隨著氣流的流動在封 閉母線內(nèi)形成空間電荷， 當電荷密度到達一定值時， 會引起母線的擊穿或閃絡， 從而造成封 閉母線的嚴重危害。以上幾種污染，嚴重威脅著封閉母線及其他電氣設備的平安運行與絕緣指標。四總結(jié)在眾多的發(fā)電企業(yè)中，運行人員會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機在運行過程中，無論是輸出電流 還是電壓， 經(jīng)常會有很大的波動，這種現(xiàn)象， 在特殊天氣或大修結(jié)束后起機時尤為嚴重。雖 然有勵磁系統(tǒng)進行勵磁， 但這種波動卻時常發(fā)生。 其主要原因就是電流在輸出過程中， 負載 導體外表或絕緣子外表和瓷裙內(nèi)落有污穢， 受潮以后耐壓強度降低， 在絕緣子外表形成放電 回路， 使泄漏電流增大， 當?shù)竭_一定值時，造成外表擊穿放電?；蛴捎陔娏ο到y(tǒng)中發(fā)生某種 過電壓， 在過電壓