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浅析热风保养装置在离相封闭母线运行维护中的利弊
齐文明
《摘要》针对目前离相封闭母线的保护装置---热风保养装置存在的问题做了分析，并对造成问题的原因做了详细的分析和探讨。同时对封闭母线的多种保护方式做了分析与对比，提出了改进建议及方案。并对设备使用中的一些错误观点予以分析更正。仅供参考。
《关键词》封闭母线 热风保养装置 微正压装置 结露 绝缘
随着国内火力发电的发展，各地区都在新上或扩建大型火力发电机组，国内电力紧张的局面得到有效的缓解。同时机组将面临高峰用电与低谷用电的峰谷负荷差拉大问题，发电机组只能通过停炉、待机的方式应对调峰，致使电力设备频繁的面临启停或负荷变化。同时,受季节与极端气候的影响,有些设备也会出现绝缘下降，接地等隐患或故障，严重影响电力设备的安全稳定运行。而封闭母线由于其特殊的建筑结构(一半在室内,一半在室外,易受到强烈的温差效应)在此方面情况尤为严重，机组一旦停机后，母线由于运行状态的改变，会出现结露、绝缘下降、呼吸作用明显等诸多问题。严重时甚至造成无法启机，运行中跳机等重大事故。如何在机组运行中和停机后对封闭母线进行有效的保护，运用那种保护方式效果比较直接和明显，成为多数发电企业面临的问题之一。
一．热风保养装置存在的问题
热风保养装置作为封闭母线的保护装置，在众多发电企业中比较常见。但在使用过程中，普遍存在以下问题。
1.设备老化且安装不规范
国内配置的热风循环保养装置大批量投入使用基本上都是在04、05年，经过四、五年的试用期，目前绝大多数的加热装置都已经不在正常的工作状态。更有甚者，有些电厂的封闭母线热风装置在刚交付使用时，就没有安装完整，均留有不同程度的施工缺陷。
2.充气工艺存在隐患
国内配置的热风循环保养装置其工作压力都设定在0.7MPa左右，充气管路的最大直径也仅有20(内径)毫米，其末端并没有减压装置，在投入使用时，压缩空气直接吹入到封闭母线中，7公斤的工作压力在流过直径20毫米的管路时，压缩空气与充气管路的内壁，及空气与空气之间会产生剧烈的摩擦，产生大量的带点粒子，这些带点粒子进入封闭母线后，游离于母线内部的空间内，当空间内的带电粒子达到一定程度时，引发导体的泄露电流。造成闪络事故。
3.空压机配置不合理
如果采用热风保养工艺，空压机的配置标准应满足：流量在1.02 M³/m¡n，功率 7.5 KW、工作压力0.75Mpa的螺杆式空压机（参考微正压装置的充气标准）。而目前国内热风循环装置所配置的空压机，普遍配置为流量在0.42M³/m¡n。功率4.4KW。工作压力0.75Mpa，其所提供的用气量远远低于封闭母线的需求量。
4.循环工艺过于简陋
部分热风循环保养装置虽然采用了厂内压缩空气作为主要气源，只是简单的将压缩空气加热，并没有将空气中的水份去除，没有自动排水系统。理论上，空气被加热之前，应先将水分过滤掉，再将空气加热，这样加热的空气就是高温的、干燥的不饱和空气。这种高温、干燥的不饱和空气进入母线后，可以大量吸附母线内空气中水分，或游离出来的液态水，从而快速高效的提高封闭母线的绝缘。而现在所应用的热风循环保养装置，只是简单的将压缩空气快速加热，提高了空气的饱和含湿量，使空气相对干燥，但空气中的水份依然保持不变，并不能提高母线内部空气的干燥度。封闭母线依然面临结露的可能性。
5.过滤精度低
压缩空气中普遍含有杂质和油雾，热风循环保养系统中都没有精密过滤系统，杂质和油雾基本上随压缩空气加热后直接被充入到封闭母线中。加大了封闭母线的运行负担。
6.设计工艺不合理
许多电力企业认为，微正压装置的投放使用应在机组停机后和开机前这一期间内，机组开机后，导体的绝缘便可大幅度提高，就可将微正压装置关闭。其实，这是一个错误的观点，这是因为：机组开机后，随着导体的发热，只是封闭母线内部一些固体绝缘件的绝缘有所提高，而封闭母线内的湿度、粉尘、颗粒等杂质的相对环境却没有改变，空气中的粉尘和悬浮颗粒在一定条件下进入封闭母线后，在导体强磁场的干扰下，都会带有一定的荷电性。粉尘荷电后，某些物理性质，如凝聚性、附着性及在气体中的稳定性等发生改变，粉尘进入封闭母线后会稳定的吸附在母线导体、支撑绝缘子或外壳的内表面，或是吸附在封闭母线密封不严处，形成污秽层，增加了闪烙的可能性。而通常热风保养装置只是在开机前的1-2小时内才开始投入使用。
7.封闭母线密封工艺存在缺陷
以热风保养方式保护的封闭母线，其密封性能普遍不良。究其原因，主要是封闭母线厂家在施工过程中没有执行严格的密封工艺。封闭母线厂家在施工安装过程中，将酸性密封胶更换为树脂材料。使封闭母线的导体、盘式绝缘子及外壳被浇筑成一体，破坏了封闭母线整体的协调性。这是封闭母线泄露的主要原因之一。
二．热风保养装置在运行中存在的隐患分析
1.由于封闭母线导体及外壳均为铝制，传热效果好，散热快，故一旦停止加热或沿封闭母线长度方向距加热点较远时会出现降温．随着温度的降低，空气中的水蒸气将重新凝结成液态水，造成母线分段绝缘不合格．
2.空气被加热后,空气内的饱和含湿量值会大幅度增加，在外部气温降低的过程中，由于内部温度的升高，就会出现外壳内壁表面空气降低到露点温度的逆效应．就是说，母线内壁表面有水滴凝结，严重影响着母线的绝缘．
3.由于空气是热的不良导体，在冬季时，由于室内、室外温度存在很大的温差，当两种气流在封闭母线内部交汇时，热量不能及时的传递，会产生强烈的对流，产生大量的水。尤其在室内和室外结合部--A列墙这个部位，结露情况最为严重，这些结露水严重影响封闭母线运行安全．举例来讲，自然界中暴雨、闪电、台风等强对流气候。就是由冷热两种气流相遇而产生。
4. 在自然界中，热能只以三种方式传播，即传导、对流和辐射。热风循环保养装置在投入使用时，加热器会产生大量的热量，利用这些热量将空气加热后充入封闭母线，在封闭母线内以对流的方式迅速散开。同时，加热器自身产生的这些热量（通常在80℃左右，甚至更高），通过充气管路的管壁将热能以传导的方式传至封闭母线外壳，在距离充气口较近的位置，外壳的温度会很高，而在距离充气口较远的封闭母线末端，外壳的温度则主要取决于环境，当外界环境温度过低时，封闭母线的两端就会产生强烈的温差，这种温差会使外壳的金属材料发生不同程度的热胀冷缩，致使封闭母线产生一定程度的变形。例如，在寒冷的冬季，我们打开热风循环保养装置后，有时会听见封闭母线发出微弱的敲击声。其主要原因就是封闭母线受到强烈的温差效应后，产生一定的内应力，这种内应力在释放时，会发出剧烈的震动并伴有一定的声响。值得一提的是，这种内应力在释放时产生的震动对封闭母线的密封结构具有一定的破坏性。
5. 过多的热量对封闭母线的密封结构，如橡胶密封垫、橡胶伸缩套、法兰密封胶圈和导体密封胶圈等产生影响。加速了橡胶结构的老化过程。对封闭母线的密封性能产生一定的影响。从大量的资料文献中我们可以得知，封闭母线的最佳密封时间为30分钟左右，但据笔者调查，国内使用热风保养装置的封闭母线，其密封结构普遍不良，密封时间普遍为0，这与封闭母线内的温差变化不均匀不无关系。
6.从微观学的角度将，一些非吸水性材料如金属、玻璃和塑料等，都有在极细微的裂隙内捕捉水分子的特性。因此，有可能在这些材料的表面上形成不可见的且不连续的表面膜层，膜层的密度随着温度和空气相对湿度的增加而增大。因此金属可能被腐蚀，绝缘材料的电阻会相当显著的下降。母线内的空气受热后，在母线的导体、外壳和支撑绝缘子上同样会发生这种微观变化，导致母线的整体绝缘下降。
三．国内几种封闭母线保护装置的比较分析
国内的封闭母线保护装置主要有以下几种1．微正压装置；2.热风保养装置；3电加热装置；4强制风冷装置；5.其他装置，下面对每种装置的利弊加以分析。
1.微正压装置
微正压装置是向母线内部充入干燥、洁净的气体，使封闭母线内的空气压力保持在一个
略高于大气压的微正压状态，以避免外界潮湿的空气、浮沉、颗粒等杂质侵入母线。
其工作原理为：以空压机或厂内压缩空气为气源向母线内充入气体，当封闭母线内的压力低于300PA时，该装置开始充气，当封闭母线内的压力达到2500PA时则停止充气，使封闭母线始终保持一个区间压力。
微正压装置对封闭母线密封性能要求很高，各回路母线末端一般均设置绝缘密封结构，变压器升高座无法纳入微正压系统，在实际运行过程中，变压器升高座内经常由于结露而产生凝结水影响母线的安全运行。另外，机组投入运行后，密封原件由于经常受到高温、震动等因素的影响，母线密封性能下降，导致母线内部保压时间过短，微正压装置启动频繁，设备故障率增大，设备检修维护量增大。
2.热风保保养装置
热风保养装置一般用于机组启机前，用于去除母线内部的潮气，提高母线内部的温度，提高母线内部空气的饱和含湿量，起到保养作用。
其工作原理：高压离心风机吸入空气，经简单过滤、加压后，在经过电加热装置加热，提高空气的饱和含湿量，送入母线内部，最后经过母线的热风出口排出。该装置在母线停运时投入使用，利用空气加热后的物理性质，防止母线内发生结露及潮气聚集。
该装置只是相对提高了母线内部的固体绝缘，不能提高母线内部空气的干燥度，在母线运行时，由于环境温度和机组负荷的变化，母线仍存在结露的可能。当母线长度较长时，距加热点较远母线内部空气中的水蒸气将重新凝结成液态水，造成母线分段绝缘不合格．
3.电加热器
电加热器一般装设于母线内部的绝缘子附近，维持母线内部的空气温度，避免机组启停期间 母线内部空气温差过大导致结露。
加热器数量较多，降低了母线的密封性能，运行损耗大，同热风保养装置一样，该装置仅通过提高母线内部的空气温度而降低相对湿度，并不能提高母线内部空气的干燥度。另外，该装置在安装过程中，一定要注意牢固性，否则，一旦出现松动或脱落，极易引发母线导体与外壳之间的放电。
4.强制风冷装置
国内目前封闭母线的保护方式一般采取自然冷却的方式，当机组容量大到一定程度后，就需要采用强制风冷的冷却方式。
采用强制风冷，母线导体的载流量可增加0. 5~1倍，母线的导体和外壳、外径等大为减小，从而节省大量的有色金属和方便施工安装。国外的情况是；加拿大认为额定电流为8000A以上时可考虑强制风冷方式；日本自冷方式一般不超过16000A，长度不超过20~25米，西德到25000A才考虑；美国是从600MW机开始考虑，但也有750 MW机仍然采用自冷方式的情况。
当采用强制冷却时，冷空气进入封闭母线的方式一般有两种，一是“B相进，A、C相出”； 一是“A、C相进，B相出”,都是闭式循环，还可以采用一种“单项双风”的冷却方式，冷空气先进入每相导体，到达终端后经导体与外壳之间的环形通道而返回，热空气经热交换器冷却后，从新进入母线，相与相之间不设联箱。
但由于增加了风机、冷却器、滤离子装置，增加了运行费和维护工作量。具体工程应根据母线长度、回路工作电流大小等条件，进行综合技术经济论证。另外，在制造、生产和现场安装中必须保证封闭母线外壳的气密性。降温设备的布置也需要较大的面积。
5.其他装置
目前，国内除以上4种保护装置外，还有憎水性绝缘子、外壳内通自然风、空气干燥循环等相关设备及工艺。但从总体来讲，无非只是将上述4种装置的工艺从新排列组合，并没有什么实质性的跨越。
四．对封闭母线保护装置的改造
当前，国内封闭母线因运行时间过长，普遍存在泄露现象，而微正压装置和热风保养装置因频繁启动或长时间启动，也普遍存在设备损坏现象。如果选择对封闭母线从新进行密封，不仅存在工作量大，工作周期长，施工手续繁琐等诸多问题，而且费用昂贵。最简单可行的办法，就是利用封闭母线现有的结构和特点，对微正压装置和热风保养装置做一些结构调整和技术改造。其步骤主要包括：
1.改造微正压装置
国内设计制造的封闭母线，主要是以微正压式封闭母线为主，虽然保护方式多种多样，但全部强调封闭母线的密封性能，其保护装置主要也是以微正压装置和热风保养装置为主（热风保养装置是在微正压装置的基础上改造而成）。如果随意更换其他性能的保护装置，必然面临着母线结构的调整；运行参数的匹配；安装方式的变更等一系列问题，手续复杂而繁琐。所以，最好的方式就是恢复封闭母线固有的保护模式。但在恢复过程中，一定要注意以下问题：
1)恢复后的微正压装置性能一定要先进，可靠性一定要高。
2)恢复后的微正压装置一定要具备微风吹拂功能，这主要是针对封闭母线的散热而提出。当封闭母线运行时，导体和外壳均产生大量的热量，这种微风吹拂能及时的将热量吹送出封闭母线，使母线内保持相对的恒温。
3)恢复后的微正压装置应能具备24小时不间断充气功能，这主要是针对封闭母线目前均存在泄露的情况而提出。
2.对封闭母线进行简单检漏、补漏
对封闭母线进行简单检漏、补漏 。主要内容包括：在发电机出口、主变、厂变、PT、励磁等封闭母线末端连接的盘式绝缘子处进行从新密封，之所以在以上这些部位进行密封，是因为这些部位的橡胶密封垫、“O” 型圈、密封胶层受导体发热及自然环境因素影响较大。老化严重。出现泄露的概率远远大于母线的其他部位。其密封方法就是将原来老化的密封胶清除，从新涂抹酸性密封胶即可。值得一提的是，在密封过程中，封闭母线密封时间保持在30分钟左右时间为最佳。如时间过长，则不利于母线内气体的置换；时间过短，则不利于保护装置的正常运行。
注：在发电机出口、主变、厂变、PT、励磁等封闭母线末端连接的盘式绝缘子处进行密封和封闭母线密封时间保持在30分钟左右时间为最佳两个结论是笔者十年来工作的总结，并非空穴来风。
五．总结
也许有人会提出疑问，在一些相关单位中，热风循环保养装置在运行中并没有出现上述章节中所分析的情况。针对这种情况，笔者在走访、调研了大量的发电企业的封闭母线保护装置后得到一个明确的结论；
1.许多电力企业的热风保养装置并非长期投运，只是在开机前的1~2小时内才投入使用，且热风保养装置的大批量投入使用也只是在近几年的事情，许多企业对这方面的隐患估计不足。
2.许多电力企业的封闭母线保护装置基本上都没有投运，设备只是保持在一个带电状态，更有甚者，还有部分发电企业，其封闭母线的保护装置都已经严重的老化、损坏，但却依然没有退出运行。据不完全统计，仅内蒙古地区热风保养装置的配有量就占全省装机台数的60%左右，但能正常投入使用的设备却寥寥无几。究其原因，主要是因为对封闭母线的保护观念比较淡薄。
在很多电力企业，普遍存在着一种观念，认为该区域或局域气候比较干燥，空气湿度比较小，发生封闭母线结露事故的概率很低，所以封闭母线投不投入保护装置都无所谓。况且封闭母线一旦运行起来以后，依靠自身产生的热量就可以驱赶母线内的潮气，达到一定的绝缘。从结露的物理学概念上讲，结露必须具备2个条件，1.空气的湿度；2.空气的温度。在上述观念中，只是强调了空气中的湿度，而忽视了空气的温度，其结果必然会导致事故的产生。近年在甘肃的靖远电厂；内蒙古的海神电厂、上都电厂；宁夏的石嘴山电厂；河北的保定电厂、张家口电厂；河南的安阳电厂等北方地区频繁发生的封闭母线结露事故就是一个个有力的证明。
认真分析封闭母线在运行中的每一个隐患，进一步提高封闭母线的安全系数，为企业的安全稳定运行提供保障，可为发电企业创造出更多的经济效益。
齐文明 18610959919 18610959919@
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