淺談環(huán)境污染對(duì)電廠(chǎng)電氣設(shè)備絕緣的影響

1、淺談環(huán)境污染對(duì)發(fā)電企業(yè)離相封閉母線(xiàn)絕緣的影響梁洪軍【摘要】 介紹環(huán)境污染對(duì)封閉母線(xiàn)絕緣性能的影響，簡(jiǎn)述封閉母線(xiàn)在絕緣性能方面發(fā)生 事故的幾種形式， 并結(jié)合實(shí)際事例， 初步找出因火電廠(chǎng)周邊環(huán)境污染而影響封閉母線(xiàn)絕緣的 一些規(guī)律?！娟P(guān)鍵詞】 環(huán)境污染 離相封閉母線(xiàn) 絕緣 閃絡(luò) 結(jié)露 微正壓裝置 結(jié)露 一概述隨著人類(lèi)文明的開(kāi)展與進(jìn)步， 能源的消耗也越來(lái)越大， 隨之造成的負(fù)面影響是， 人類(lèi)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(lèi)的健康。在正常的環(huán)境中，對(duì)電廠(chǎng)電氣設(shè)備而言，無(wú)論設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)還是處于備用狀態(tài)或 主要輔助設(shè)備

2、處于聯(lián)動(dòng)備用狀態(tài)， 要求電氣設(shè)備在內(nèi)部過(guò)電壓或長(zhǎng)期運(yùn)行條件下， 設(shè)備均能 可靠運(yùn)行。 但由于人類(lèi)活動(dòng)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(lèi) 的活動(dòng)而逐步擴(kuò)散。所產(chǎn)生的各種個(gè)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(duì)電氣設(shè)備的外絕緣造成極大的影響，導(dǎo)致其絕緣 強(qiáng)度大大降低， 不僅可能在過(guò)電壓的情況下產(chǎn)生閃絡(luò)， 還可能在長(zhǎng)期運(yùn)行電壓下產(chǎn)生 “誤會(huì) 閃絡(luò) ，造成電氣設(shè)備的停機(jī)事故。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 由于電氣設(shè)備的絕緣下降引發(fā)的絕緣下降閃絡(luò) 事故呈逐年上升之勢(shì)， 為此， 進(jìn)一步了解環(huán)境污染對(duì)電氣設(shè)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(xiàn)為研究對(duì)象， 重點(diǎn)討論環(huán)境污染對(duì) 封閉母線(xiàn)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(wèn)題。 之所以選擇離相封閉母線(xiàn) 作為研究對(duì)象， 主要是因?yàn)槠溆兄厥獾慕ㄖY(jié)構(gòu) ( 一半在室內(nèi)、 一半在室外 , 具有室內(nèi)和 室外電氣設(shè)備的典型特征。二事故的發(fā)生1. 2022年 1月21日14時(shí) 04分，河北某熱電廠(chǎng) #10機(jī)組封閉母線(xiàn)接地，發(fā)電機(jī)定子接 地保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)掉閘，大聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組停運(yùn)。定子接地保護(hù)動(dòng)作后，根據(jù)保護(hù)裝 置動(dòng)作記錄及發(fā)電機(jī)故障錄波器報(bào)告顯示，確定發(fā)電機(jī)-變壓器組一次局部存在 B相接地故障。拆開(kāi)發(fā)電機(jī)出口伸縮節(jié)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)封閉母線(xiàn)側(cè)

4、 B相絕緣為零，進(jìn)一步檢查確定故障點(diǎn)在B相主變位置封閉母線(xiàn)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(duì)故障部位處理后， 1月 23日 4時(shí)，機(jī)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(chǎng)#3機(jī)組故障錄波器頻繁啟動(dòng)報(bào)警，發(fā)電機(jī)零序電壓超限 8V 報(bào)警， 15V 動(dòng)作跳閘， 初步疑心 C 相封閉母線(xiàn)和出線(xiàn)存在絕緣薄弱點(diǎn)。 在撤除廠(chǎng)變高壓側(cè)升高座蓋板時(shí)，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(xiàn)內(nèi)積存的水份最多，向封閉母線(xiàn)筒內(nèi)觀(guān)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(jī)零序電壓超限的主要原因是發(fā)電機(jī)封閉母

5、線(xiàn)B、C相受潮嚴(yán)重所致。圖1河北某熱電廠(chǎng)10號(hào)機(jī)組B相主變位置封閉母線(xiàn)盆式絕緣子非方案停運(yùn)事故部位圖片以上兩起事故并非單個(gè)的案例，近年來(lái)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(xiàn)絕緣下降而引發(fā)的無(wú)法起機(jī)和非方案停機(jī)等事故。因此，認(rèn)真分析研究造成封閉母線(xiàn)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(dāng)務(wù)之急。三離相封閉母線(xiàn)絕緣下降的原因分析筆者認(rèn)為，造成封閉母線(xiàn)絕緣下降的因素主要有兩個(gè)；1.封閉母線(xiàn)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(gè)概念引入到運(yùn)行的封閉母線(xiàn)中國(guó)標(biāo)GB/T 8349 2000中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?金屬 封閉母 線(xiàn)?S, 5.6條，金屬封閉

6、母線(xiàn)各部位的允許溫度和溫升：金屬封閉母線(xiàn)在正常使用條件下運(yùn)行時(shí)，各部位的溫度和溫升應(yīng)符合表1的要求表1金屬封閉母線(xiàn)最熱點(diǎn)的溫度和溫升的允許值金屬封閉母線(xiàn)的部件最高允許溫度°C最高允許溫升.K導(dǎo)體9050螺栓緊固的導(dǎo)體鍍銀10565或外殼的接觸面不鍍7030外殼7030外殼支持結(jié)構(gòu)7030絕緣件按GB/T 11021由絕緣材料種類(lèi)確定注：金屬封閉母線(xiàn)用螺栓緊固的導(dǎo)體或外殼的接觸面不應(yīng)用不同的金屬或金屬鍍層構(gòu)成。由上表我們可以看出，離相封閉母線(xiàn)在正常運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)體的溫度最高可到達(dá)90C,外殼的溫度也相應(yīng)能到達(dá) 70C。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的定律；當(dāng)溫度在90C時(shí)，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(dāng)導(dǎo)體的負(fù)載電流發(fā)生變化， 導(dǎo)體產(chǎn)生的溫度也會(huì)變化?？諝獾娘柡退魵饷芏纫矔?huì)相應(yīng)的產(chǎn)生變化。 當(dāng)溫度升高時(shí)，會(huì)繼續(xù)吸收周?chē)諝庵械乃?，成為飽和空氣。反之將析出過(guò)量的水份，成為結(jié)露水， 進(jìn)而影響到封閉母線(xiàn)的絕緣性能，舉例來(lái)講； 當(dāng)一臺(tái)機(jī)組到達(dá)飽和發(fā)電量時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量是最高可達(dá)90C,其導(dǎo)體周?chē)諝獾娘柡退魵饷芏仁?18.3克/每立方米，當(dāng)導(dǎo)體減小負(fù)荷電流時(shí)，以導(dǎo)體溫度 20C為例，其導(dǎo)體周?chē)諝獾娘柡退魵饷芏仁?7.28克/每立方米.這就意味著，當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)行溫度由 90C降低至20C時(shí)，封閉母線(xiàn)內(nèi)空氣的溫度也會(huì)相應(yīng) 的產(chǎn)生70C封的

8、溫差，也就是說(shuō)，在封閉母線(xiàn)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(xiàn)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(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)了。 如果機(jī)組由運(yùn)行狀態(tài)到停機(jī)狀態(tài)， 導(dǎo)體的溫度會(huì)迅速降至與周?chē)髿猸h(huán) 境相同，如果是冬季，那么封閉母線(xiàn)中析出的水會(huì)更多。也許有人會(huì)問(wèn)，封閉母線(xiàn)中的水份是從何而來(lái)呢？這主要是由空氣的性質(zhì)來(lái)決定的。 當(dāng)空氣被加熱時(shí)， 熱空氣自然而然的會(huì)吸 收空氣中的水分子使自身成為飽和空氣。 當(dāng)封閉母線(xiàn)導(dǎo)體發(fā)熱時(shí)， 封閉母線(xiàn)內(nèi)的空氣會(huì)因受 熱而大量的吸收周?chē)諝?/p>

9、中的水份， 而當(dāng)導(dǎo)體的溫度降低時(shí)， 封閉母線(xiàn)內(nèi)空氣的溫度也會(huì)相 應(yīng)降低，空氣中過(guò)量的水份也就被析出。 所以封閉母線(xiàn)內(nèi)出現(xiàn)水也就缺乏為奇了。 另外，很 多人認(rèn)為， 封閉母線(xiàn)一旦運(yùn)行起來(lái)后， 依靠本身產(chǎn)生的熱量， 會(huì)將封閉母線(xiàn)內(nèi)的一些固體絕 緣件加熱， 從而提高封閉母線(xiàn)的整體絕緣。其實(shí)這種觀(guān)點(diǎn)是錯(cuò)誤的，這是因?yàn)?，封閉母線(xiàn)一 旦運(yùn)行起來(lái)以后， 封閉母線(xiàn)的導(dǎo)體和外殼都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量， 母線(xiàn)內(nèi)部的空氣也會(huì)被隨之 加熱， 封閉母線(xiàn)內(nèi)部空氣被加熱后， 就會(huì)吸收封閉母線(xiàn)外部的水份 封閉母線(xiàn)普遍存在泄露 現(xiàn)象，使自己盡量到達(dá)飽和，所以，封閉母線(xiàn)內(nèi)部熱空氣的相對(duì)濕度要遠(yuǎn)比封閉母線(xiàn)外部 空氣的濕度大得多。 當(dāng)導(dǎo)體

10、的負(fù)載電流減小時(shí)， 增大的溫差就會(huì)使熱空氣中的飽和水成為過(guò) 量水而析出。本文所提到的張家口電廠(chǎng) #3機(jī)組、河北保定熱電廠(chǎng) #10機(jī)組能在運(yùn)行中報(bào)警， 就是對(duì)這種觀(guān)點(diǎn)的有力駁斥。 由此， 我們可以得到一個(gè)結(jié)論： 結(jié)露事件受空氣濕度的影響是例如，我們會(huì)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(xiàn)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(yán)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(xiàn)閃絡(luò)主要包括：2. 封閉母線(xiàn)閃絡(luò)1.污閃 ；2.霧閃 ；。對(duì)于前兩項(xiàng)閃絡(luò)，按照?電氣

11、設(shè)備預(yù)防 試驗(yàn)規(guī)程?、 ?電氣運(yùn)行規(guī)程?等相關(guān)文獻(xiàn)的規(guī)定，都有相應(yīng)的研究、預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施。而不明原因閃絡(luò)問(wèn)題，在閃絡(luò)事故中占有很大的比例。業(yè)內(nèi)稱(chēng)“不明閃絡(luò)。這些閃絡(luò)的試品，大都經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)證明無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，污穢等級(jí)也沒(méi)有超標(biāo)，事故前設(shè)備運(yùn)行也正常，無(wú)雷擊和過(guò)電壓等狀況發(fā)生。 眾所周知，封閉母線(xiàn)直接接觸面積最大的是周邊的環(huán)境，周?chē)沫h(huán)境對(duì)封閉母線(xiàn)的外絕緣也起著較為主要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，封閉母線(xiàn)的外絕緣強(qiáng)度除本身材料及尺寸外，還與周?chē)h(huán)境中的污穢度、溫度、濕度、磁場(chǎng)及周邊空氣的潔凈度有關(guān)， 當(dāng)封閉母線(xiàn)接觸周?chē)h(huán)境潔凈、空氣質(zhì)量好且離污染源較遠(yuǎn)時(shí)，空氣的導(dǎo)電率相對(duì)較低，相反，當(dāng)電氣設(shè)備處于污染較為

12、嚴(yán)重的地區(qū)時(shí)，空氣的導(dǎo)電率就相對(duì)較高。隨著社會(huì)的開(kāi)展、 污染的加劇，使得母線(xiàn)周邊環(huán)境中的導(dǎo)電物質(zhì)和不導(dǎo)電物質(zhì)的含量相對(duì)增加，尤其是導(dǎo)電物質(zhì)成分的增大，使得周邊環(huán)境的導(dǎo)電率也相對(duì)增大。此時(shí)對(duì)封閉母線(xiàn)的絕緣強(qiáng)度也影響很大， 絕緣會(huì)隨之下降，威脅封閉母線(xiàn)的正常運(yùn)行。 因此，了解電力企業(yè)周?chē)h(huán)境對(duì)封閉母線(xiàn)絕緣 的影響就顯得尤為重要。四影響封閉母線(xiàn)絕緣的環(huán)境污染物分析由以上觀(guān)點(diǎn)我們可以看出， 造成封閉母線(xiàn)絕緣下降的原因一般有結(jié)露和不明原因的閃絡(luò) 兩種原因。結(jié)露主要是由運(yùn)行溫度造成的，而不明原因的閃絡(luò)那么主要與封閉母線(xiàn)的周?chē)h(huán)境有重要的關(guān)系。造成封閉母線(xiàn)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(duì)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(xué)性污染，大氣中化學(xué)性污染物的種類(lèi)很多，我國(guó)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(jì)的開(kāi)展，人類(lèi)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(chǎng)，每小時(shí)的燃煤量常以百?lài)?、千噸?jì)算。一天產(chǎn) 生的煙塵和二氧化硫就到達(dá)成百?lài)?。所以，在以電廠(chǎng)為核心的周邊地區(qū)，二氧化硫的濃度會(huì)很高，當(dāng)二氧化硫隨氣流侵入到封閉母線(xiàn)后，會(huì)被母線(xiàn)中的水份捕捉吸收， 就會(huì)形成硫酸和硝酸小滴，使封閉母線(xiàn)內(nèi)的環(huán)境酸化。這就是人們常說(shuō)

14、的酸雨，酸雨對(duì)封閉母線(xiàn)的導(dǎo)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(chǎng)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(lèi)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(huì)變成水蒸氣，這種中水的水蒸氣對(duì)機(jī)電、配電、電氣設(shè)備金屬部件產(chǎn)生氧化腐蝕無(wú)疑會(huì)明顯降低其使用壽命，致使觸點(diǎn)絕緣電阻上升，加速設(shè)備老化，引起觸點(diǎn)溫度升高等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起跳火造成斷路或短路，破壞整套設(shè)備線(xiàn)路的運(yùn)行，甚至引起火災(zāi)事故。當(dāng)中水水蒸氣一旦侵入到 封閉母線(xiàn)后，會(huì)附著在導(dǎo)體、支撐絕緣子和外殼的

15、外外表，對(duì)封閉母線(xiàn)的外絕緣造成一定的影響；污染物固體廢棄物指的是人類(lèi)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(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，在陽(yáng)光、雨、風(fēng)等自然 因素作用下，有些物質(zhì)例如熟石灰、粉煤灰等會(huì)粉化。粉塵、顆粒會(huì)隨風(fēng)漂流，當(dāng)落到 電氣設(shè)備的外外表時(shí)， 在外表形成污穢層， 當(dāng)污穢到達(dá)一定程度時(shí)， 造成電氣設(shè)備外表絕緣 下降。在有些火力發(fā)電廠(chǎng)，電廠(chǎng)周邊有很多的化工廠(chǎng)、石灰廠(chǎng)、煉焦廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)和電廠(chǎng)的儲(chǔ) 灰廠(chǎng)等， 這些廠(chǎng)礦每天都要產(chǎn)生大量的粉塵或固體顆粒漂浮物。當(dāng)粉

16、塵和固體顆粒漂浮物侵入進(jìn)封閉母線(xiàn)后， 當(dāng)封閉母線(xiàn)內(nèi)空氣濕度很大時(shí)， 這些粉塵或固體顆粒漂浮物中的可離子化 物質(zhì)會(huì)逐漸溶于水中， 在導(dǎo)體和絕緣子外表形成一層導(dǎo)電水膜。 污物中的可離子化物質(zhì)決定 了水膜的導(dǎo)電率，此水膜構(gòu)成了沿導(dǎo)體和絕緣子外表的導(dǎo)電通路 , 從而有泄漏電流沿絕緣子 外表穿過(guò) , 即導(dǎo)致母線(xiàn)絕緣大幅度降低；磁污染已成為公認(rèn)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(shè)備 運(yùn)行過(guò)程中， 每一臺(tái)電氣設(shè)備， 都可以形成一個(gè)電磁場(chǎng)。 每個(gè)磁場(chǎng)都會(huì)產(chǎn)生一定的電磁輻射。 當(dāng)多臺(tái)電氣設(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁相互干擾，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)磁場(chǎng)紊亂。 磁場(chǎng)紊亂后，導(dǎo) 體中的運(yùn)行電流受磁場(chǎng)變化

17、干擾， 也會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)。 當(dāng)波動(dòng)電流變化較大時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生 一定的泄露電流，破壞電氣設(shè)備的絕緣層，導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生閃絡(luò)。我們知道，每個(gè)電廠(chǎng)的 封閉母線(xiàn)其密封效果都不是很?chē)?yán)， 都存在多多少少的泄漏量， 因此封閉母線(xiàn)內(nèi)都有一定的灰 塵和懸浮顆粒， 當(dāng)封閉母線(xiàn)的導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)， 會(huì)在整個(gè)封閉母線(xiàn)內(nèi)形成一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)， 這些 灰塵和懸浮顆粒在這種強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾下， 形成帶電粒子。 這些帶電粒子隨著氣流的流動(dòng)在封 閉母線(xiàn)內(nèi)形成空間電荷， 當(dāng)電荷密度到達(dá)一定值時(shí)， 會(huì)引起母線(xiàn)的擊穿或閃絡(luò)， 從而造成封 閉母線(xiàn)的嚴(yán)重危害。以上幾種污染，嚴(yán)重威脅著封閉母線(xiàn)及其他電氣設(shè)備的平安運(yùn)行與絕緣指標(biāo)。四總結(jié)在眾多的發(fā)電企業(yè)中，運(yùn)行人員會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論是輸出電流 還是電壓， 經(jīng)常會(huì)有很大的波動(dòng)，這種現(xiàn)象， 在特殊天氣或大修結(jié)束后起機(jī)時(shí)尤為嚴(yán)重。雖 然有勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行勵(lì)磁， 但這種波動(dòng)卻時(shí)常發(fā)生。 其主要原因就是電流在輸出過(guò)程中， 負(fù)載 導(dǎo)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(qiáng)度降低， 在絕緣子外表形成放電 回路， 使泄漏電流增大， 當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，造成外表?yè)舸┓烹??；蛴捎陔娏ο到y(tǒng)中發(fā)生某種 過(guò)電壓， 在過(guò)電壓