|
解決電廠 6 kV 共箱封母絕緣水平低的方法淺析
Upgrade of Insulation Level on 6 kV Case sealed Bus in power plant
蔡傳衛
CAI Chuan w ei
( 廣東省電力設計研究院, 廣東 廣州 510600)
摘 要: 為解決發電廠 6 kV 共箱封母普遍存在絕緣水平低的問題, 對常用的各種提升封母絕緣水平的手段進行淺析, 比較 其中的優缺點, 結合各種解決方案在電廠的應用情況, 提出使用不飽和聚脂玻璃纖維增強模塑料( DM C) 絕緣子作為封母絕緣 子, 解決目前封母絕緣問題的觀點。
關鍵詞: DM C( 不飽和聚脂玻璃纖維增強模塑料) ; 絕緣子; 共箱封母; 絕緣水平
中圖分類號: T M 85 文獻標識碼: B 文章編號: 1671- 8380( 2005) 02- 0049- 02
-
引言
現 代大中型電廠從高壓廠用變壓器及起動/ 備 用變壓器到6 kV 開關柜基本上采用6 kV 電纜母線 或 6 kV 共箱封母連接。目前已建好或正在建設的 電廠中, 由國外總承包及個別國內自己建的電廠, 如 珠海電廠、沙角 C 廠、吳徑八期采用 6 kV 電纜母 線, 而絕大多數電廠則采用6 kV 共箱封母。原因是 電纜母線的造價較高, 是共箱封母的 3~ 5 倍左右, 另一方面是國產電纜彎曲半徑較大, 造成電纜母線 的外形, 特別是換相處尺寸較大, 布置較為困難, 而 采用進口電纜又進一步增加造價, 故多采用共箱母 線。但由于6 kV 共箱封母結構欠佳, 影響其絕緣性 能。本文試就 6 kV 共箱封母存在的缺陷, 結合工程 實例, 提出解決問題的個人見解。
-
6 kV 共箱封母存在的缺陷
共 箱母線內三相母線均采用裸露的矩形母線, 箱體只能起一般的封閉作用, 密封性能不是很好, 無 法有效地防止潮氣、粉塵等進入。以往的6 kV 共箱 封母基本上采用傳統的瓷絕緣子, 瓷絕緣子是一種 硅酸鹽的燒結體, 影響工藝的因素很多, 質量亦難以 保證, 瓷結構的不致密、多晶體共存的都難以避免其 內部存在空隙, 在導體的長期無規律振動下, 空隙逐 漸擴大, 在強電場作用下極易產生擊穿使絕緣下降。 即使是完好的瓷絕緣子, 由于其表面易吸附水膜及 易吸附空氣中的鹽份和灰塵, 形成導電通路, 從而有泄漏電流沿絕緣子表面通過, 產生局部放電, 導致母 線絕緣大幅度降低, 甚至在運行電壓下瓷絕緣子表 面的放電發展為電弧閃絡, 造成事故。對于建在海 邊的大電廠由于濕度大、空氣含鹽量高, 情況最為嚴 重。根據臺山電廠、湛江電廠等多個電廠的記錄, 在 空氣中濕度較大、機組停運時6 kV 共箱封母的絕緣 值均很低, 多在 1 M 以下( 最低合格值應在 6 M 以上) , 必須采取必要措施才能起動機組, 從而延長 了機組啟動時間, 增加了啟動成本。在電網負荷不 飽和, 機組頻繁起動時, 6 kV 共箱封母絕緣已影響 到機組的安全運行。
-
探討解決 6 kV 共箱封母缺陷的方法
臺山發電廠規劃容量為 5 600 MW + 5 1 000 MW機組, 是目前亞洲規劃容量最大的電廠, 1, 2 號機
組 已投產, 3~ 5 號機組正在建設中。1, 2 號機組共箱封母只是按常規定貨, 只是在母線包熱 縮套管, 但在機組試運行和投產后已多次由于 6 kV 共箱封母絕緣水平過低, 影響了機組起動。3~ 5 號 機定貨時, 在母線箱內增加了加熱帶, 由于仍然擔心 無法真正解決絕緣水平低問題, 電廠就此問題作了 一次調研后, 改為最后取消加熱帶, 改為采用不飽和 聚脂玻璃纖維增強模塑料( DMC) 絕緣子。
為尋求最佳的方法, 下面就可能解決 6 kV 共箱 封母絕緣低的幾種方法逐一討論。
3 1 母線表面包熱縮套管
該 方案是在三相裸母線包熱縮套管, 使母線與瓷絕緣子間增加了絕緣層, 從而提高了母線的絕緣。 該方法比較簡單, 成本增加很少, 但無法解決絕緣子 外表形成導電回路的問題, 對提高整個母線箱的絕 緣幫助不大。臺山發電廠 1, 2 號機組就設了熱縮套 管, 但在空氣中濕氣大時絕緣仍然很低就是證明。
3 2 在封閉母線箱內安裝加熱帶
該 方案主要是在母線箱內從頭到尾設一條電加 熱帶, 被動片面地改變共箱封母的運行條件, 機組啟 動時投入使用, 提高箱內溫度, 使箱內干燥, 在瓷絕 緣子表面難以形成導電回路, 從而提高母線的絕緣。 但這種解決方案難以控制加熱帶投入的時間, 同時 增了電能損耗和額外的維護量, 而根本的問題是, 實 際使用中并沒有預期的好, 加熱帶的功率不能太大, 箱內溫度就不會很高, 箱內的潮氣不容易排出, 因此 對提高母線的絕緣同樣幫助不大, 天津盤山電廠就 曾經采用過該方法, 但效果不理想, 最后改用 DM C 絕緣子才解決問題。
3 3 瓷絕緣子表面涂 RTV 涂料
RTV 是一種室溫硫化硅橡膠, 由于其獨特的分 子結構而具有優良的憎水性和憎水遷移性。RTV 的特點如下:
憎水性好。其為非極性固體介質, 分子與其 表面水分子的作用力小于水分子本身的內聚力, 所 以這類介質表面的水份往往成為孤立的水滴, 難以 形成連續的水膜, 其接觸角大于 90!
∀ 憎水遷移性好。RTV 的憎水遷移性是指 RTV 涂層表面積存的親水性灰塵污穢在一定的時 間內也呈現憎水性, 即 RTV 涂層的憎水性遷移到 污層表面。由于 RTV 是由端羥二甲基硅氧烷縮聚 而成, 其基本結構是立體網狀硅氧鍵, 其中包含大量 的小分子基團( 如甲基 - CH3) , 同時包含大量的游 離狀態有機硅低聚物和自由小分子基團。由于硅氧 鏈屬于柔性鏈, 其分子運動大、密度低, 使得分子鏈 段凸起包圍了污層, 并在上面形成游離膜。因而, 表 面為親水性的污穢層變得具有憎水性, 表現出優異 的耐污閃與耐濕閃性能。
# 電壓分布均勻。由于具有很強的憎水性和憎 水遷移性, 難以形成連續的導電通路, 所以不會出現 電壓分布不均, 形成傘裙跳弧現象。在瓷絕緣子表面涂 RT V 涂料后, 基本上防止 瓷瓶表面上水膜的生成, 杜絕了凝露的產生, 從而使
母線經由瓷絕緣子至箱體( 地) 間的電流泄漏通道不 能形成或非常微弱, 大大提高了母線的對地絕緣電
阻 值。而且由于 RTV 涂料還具有優異的憎水遷移 性, 在涂料噴涂后即使瓷瓶表面積塵贓污, 也不會引 起瓷瓶表面濕潤、受潮, 母線的絕緣性能也不會受到 影響。湛江電廠、黃埔電廠等就在6 kV 共箱封母內 瓷絕緣子表面涂 RTV 涂料, 剛涂完后檢測絕緣很 高, 都在 100 G 以上, 效果十分理想。但是該方法 只能算是臨時措施, 一方面涂刷時難以保證均勻, 另 一方面經不起時間的考驗, RTV 涂料壽命只有 3~ 5 年, 甚至短期內開始粉化脫落, 不能從根本上解決 問題, 湛江電廠施工后不夠 3 年, 絕緣性能就下降很 多。
-
4 不飽和聚脂玻璃纖維增強模塑料( DM C) 絕 緣子
從電廠運行的經驗看, 造成吸潮、凝露和爬電污 閃的主要原因是絕緣子的問題, 因為只有絕緣子與 外殼相連, 其余都是空間絕緣, 不可能空間放電造成 事故。要想從根本上解決共箱封母絕緣低, 只能采 用新型的絕緣子, 避免瓷絕緣子存在的缺陷。
DM C 絕緣子是采用高溫、高壓一次成型技術, 將不飽和聚脂玻璃纖維增強模塑料與銅排卡座、合 金鋁緊固件一次成型, 成型后表面平整光滑, 無汽泡 裂紋。DM C 絕緣子與 RTV 涂料一樣同為非極性 固體介質, 具有優良的憎水性和憎水遷移性, 較涂 RTV 涂料的瓷絕緣子有以下優點:
機械強度高。瓷是脆性材料, 抗壓強度好, 抗 彎、抗拉強度則較低, 瓷絕緣子會隨時間的增長喪失 機械支撐能力, 即所謂的絕緣子老化或劣化。而 DM C 絕緣子的沖擊強度 ∃30 kJ/ m2, 彎曲強度 ∃
-
MPa, 較瓷絕緣子優越得多。
-
絕緣電阻高。在常態和浸水 24 h 后, R ∃1 01012 , 不會因為潮濕而受影響。
-
# 阻燃、耐電弧、高耐漏電起痕性、耐熱, 可在 155 !C 下長期使用。
-
%爬電比距大。用于6 kV 共箱封母中, 在安裝 尺寸不變的情況下, 爬電比距增大 40% ~ 60%, 常 規的瓷絕緣子爬電比距約為 27 m/ MV, 而 DM C 絕緣子達到 38 m/ MV。
& 長效性。RT V 涂料本身壽命就不長, 加上施 工的原因, 可能壽命更短, 老化后清理非常困難, 基 本上要重新更換絕緣子。而 DM C 絕緣子本身就是 具有很好的自凈、憎水、憎水遷移性的材料, 壽命很 長, 從 2000 年開始在國內使用, 至今效果都較理想, 未發現絕緣降低的現象。
避雷針相反, 它利用其頭部中心針、頭部分裂均壓針 等所產生的多條微小截面迎面先導支路組成消雷迎 面先導, 在雷電下行先導與消雷迎面先導之間的近 距離空氣間階段, 大大加快雷電下行先導的雷云電 荷的泄漏消散速度, 大幅度降低雷電下行先導的電 位, 以終止雷電下行先導與消雷迎面先導的發展, 消 除雷擊現象。
應該指出, 消雷針只能在有限的保護范圍內消 雷。消雷針的地面保護范圍半徑可按 0. 707 hr 估 算[ 1~ 4] 。其中, hr 為雷電擊距, 對于一、二、三類防 雷建筑, hr 可分別取 30 m, 45 m, 60 m。對于輸電 線路防雷, 可在全線路、局部線路段、易擊桿塔、跨越 塔( 跨越高速公路、鐵路、河流) 、配變終端桿塔等的 每基桿塔頂部設置 1~ 2 支消雷針( 單避雷線桿塔 1 支, 雙避雷線 2 支) 配合 1 套多層短針散流式集中接 地裝置即可。
消雷針擁有完全自主知識產權, 設計合理, 制 造、施工簡便, 價格低廉, 防雷效果好, 極為適合大面 積推廣應用, 將是現有避雷針的替代產品。
從 近期的工程經驗來看, 采用 DM C 絕緣子初 步收到理想的效果。內蒙古達期電廠、天津大唐盤 山電廠等多個電廠 6 kV 共箱封母內絕緣子均改用 DMC 絕緣子, 效果理想。該產品在廣東地區得到了 進一步推廣應用: 臺山 3~ 5 號機組在定貨時就采用 DMC 絕緣子, 隨后定貨的珠海電廠、惠州 LNG 電廠 均也采用了 DMC 絕緣子。
-
結論
綜上所述, 采用 DM C 絕緣子較其它提高封母 絕緣水平的手段具有無可比擬的優勢。雖方案初期 投資較大, 但從根本上解決了絕緣低的問題, 從投入 使用到絕緣子壽命結束, 絕緣電阻基本上不會降低, 都保持在 1 000 M 以上, 另一方面不用停電清掃,
增加了效益。所以采用 DMC 絕緣子才是最可靠 的、沒有安全隱患的解決6 kV 共箱封母絕緣低的根 本辦法。
|