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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(wèi)
CAI Chuan w ei
( 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院, 廣東 廣州 510600)
摘 要: 為解決發(fā)電廠 6 kV 共箱封母普遍存在絕緣水平低的問(wèn)題, 對(duì)常用的各種提升封母絕緣水平的手段進(jìn)行淺析, 比較 其中的優(yōu)缺點(diǎn), 結(jié)合各種解決方案在電廠的應(yīng)用情況, 提出使用不飽和聚脂玻璃纖維增強(qiáng)模塑料( DM C) 絕緣子作為封母絕緣 子, 解決目前封母絕緣問(wèn)題的觀點(diǎn)。
關(guān)鍵詞: DM C( 不飽和聚脂玻璃纖維增強(qiáng)模塑料) ; 絕緣子; 共箱封母; 絕緣水平
中圖分類(lèi)號(hào): T M 85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 1671- 8380( 2005) 02- 0049- 02
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引言
現(xiàn) 代大中型電廠從高壓廠用變壓器及起動(dòng)/ 備 用變壓器到6 kV 開(kāi)關(guān)柜基本上采用6 kV 電纜母線(xiàn) 或 6 kV 共箱封母連接。目前已建好或正在建設(shè)的 電廠中, 由國(guó)外總承包及個(gè)別國(guó)內(nèi)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(xiàn), 而絕大多數(shù)電廠則采用6 kV 共箱封母。原因是 電纜母線(xiàn)的造價(jià)較高, 是共箱封母的 3~ 5 倍左右, 另一方面是國(guó)產(chǎn)電纜彎曲半徑較大, 造成電纜母線(xiàn) 的外形, 特別是換相處尺寸較大, 布置較為困難, 而 采用進(jìn)口電纜又進(jìn)一步增加造價(jià), 故多采用共箱母 線(xiàn)。但由于6 kV 共箱封母結(jié)構(gòu)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(jié)合工程 實(shí)例, 提出解決問(wèn)題的個(gè)人見(jiàn)解。
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6 kV 共箱封母存在的缺陷
共 箱母線(xiàn)內(nèi)三相母線(xiàn)均采用裸露的矩形母線(xiàn), 箱體只能起一般的封閉作用, 密封性能不是很好, 無(wú) 法有效地防止潮氣、粉塵等進(jìn)入。以往的6 kV 共箱 封母基本上采用傳統(tǒng)的瓷絕緣子, 瓷絕緣子是一種 硅酸鹽的燒結(jié)體, 影響工藝的因素很多, 質(zhì)量亦難以 保證, 瓷結(jié)構(gòu)的不致密、多晶體共存的都難以避免其 內(nèi)部存在空隙, 在導(dǎo)體的長(zhǎng)期無(wú)規(guī)律振動(dòng)下, 空隙逐 漸擴(kuò)大, 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下極易產(chǎn)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(dǎo)電通路, 從而有泄漏電流沿絕緣子表面通過(guò), 產(chǎn)生局部放電, 導(dǎo)致母 線(xiàn)絕緣大幅度降低, 甚至在運(yùn)行電壓下瓷絕緣子表 面的放電發(fā)展為電弧閃絡(luò), 造成事故。對(duì)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(yán) 重。根據(jù)臺(tái)山電廠、湛江電廠等多個(gè)電廠的記錄, 在 空氣中濕度較大、機(jī)組停運(yùn)時(shí)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(yīng)在 6 M 以上) , 必須采取必要措施才能起動(dòng)機(jī)組, 從而延長(zhǎng) 了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間, 增加了啟動(dòng)成本。在電網(wǎng)負(fù)荷不 飽和, 機(jī)組頻繁起動(dòng)時(shí), 6 kV 共箱封母絕緣已影響 到機(jī)組的安全運(yùn)行。
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探討解決 6 kV 共箱封母缺陷的方法
臺(tái)山發(fā)電廠規(guī)劃容量為 5 600 MW + 5 1 000 MW機(jī)組, 是目前亞洲規(guī)劃容量最大的電廠, 1, 2 號(hào)機(jī)
組 已投產(chǎn), 3~ 5 號(hào)機(jī)組正在建設(shè)中。1, 2 號(hào)機(jī)組共箱封母只是按常規(guī)定貨, 只是在母線(xiàn)包熱 縮套管, 但在機(jī)組試運(yùn)行和投產(chǎn)后已多次由于 6 kV 共箱封母絕緣水平過(guò)低, 影響了機(jī)組起動(dòng)。3~ 5 號(hào) 機(jī)定貨時(shí), 在母線(xiàn)箱內(nèi)增加了加熱帶, 由于仍然擔(dān)心 無(wú)法真正解決絕緣水平低問(wèn)題, 電廠就此問(wèn)題作了 一次調(diào)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(qiáng)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(xiàn)表面包熱縮套管
該 方案是在三相裸母線(xiàn)包熱縮套管, 使母線(xiàn)與瓷絕緣子間增加了絕緣層, 從而提高了母線(xiàn)的絕緣。 該方法比較簡(jiǎn)單, 成本增加很少, 但無(wú)法解決絕緣子 外表形成導(dǎo)電回路的問(wèn)題, 對(duì)提高整個(gè)母線(xiàn)箱的絕 緣幫助不大。臺(tái)山發(fā)電廠 1, 2 號(hào)機(jī)組就設(shè)了熱縮套 管, 但在空氣中濕氣大時(shí)絕緣仍然很低就是證明。
3 2 在封閉母線(xiàn)箱內(nèi)安裝加熱帶
該 方案主要是在母線(xiàn)箱內(nèi)從頭到尾設(shè)一條電加 熱帶, 被動(dòng)片面地改變共箱封母的運(yùn)行條件, 機(jī)組啟 動(dòng)時(shí)投入使用, 提高箱內(nèi)溫度, 使箱內(nèi)干燥, 在瓷絕 緣子表面難以形成導(dǎo)電回路, 從而提高母線(xiàn)的絕緣。 但這種解決方案難以控制加熱帶投入的時(shí)間, 同時(shí) 增了電能損耗和額外的維護(hù)量, 而根本的問(wèn)題是, 實(shí) 際使用中并沒(méi)有預(yù)期的好, 加熱帶的功率不能太大, 箱內(nèi)溫度就不會(huì)很高, 箱內(nèi)的潮氣不容易排出, 因此 對(duì)提高母線(xiàn)的絕緣同樣幫助不大, 天津盤(pán)山電廠就 曾經(jīng)采用過(guò)該方法, 但效果不理想, 最后改用 DM C 絕緣子才解決問(wèn)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(dú)特的分 子結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良的憎水性和憎水遷移性。RTV 的特點(diǎn)如下:
憎水性好。其為非極性固體介質(zhì), 分子與其 表面水分子的作用力小于水分子本身的內(nèi)聚力, 所 以這類(lèi)介質(zhì)表面的水份往往成為孤立的水滴, 難以 形成連續(xù)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(shí) 間內(nèi)也呈現(xiàn)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(jié)構(gòu)是立體網(wǎng)狀硅氧鍵, 其中包含大量 的小分子基團(tuán)( 如甲基 - CH3) , 同時(shí)包含大量的游 離狀態(tài)有機(jī)硅低聚物和自由小分子基團(tuán)。由于硅氧 鏈屬于柔性鏈, 其分子運(yùn)動(dòng)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(xiàn)出優(yōu)異 的耐污閃與耐濕閃性能。
# 電壓分布均勻。由于具有很強(qiáng)的憎水性和憎 水遷移性, 難以形成連續(xù)的導(dǎo)電通路, 所以不會(huì)出現(xiàn) 電壓分布不均, 形成傘裙跳弧現(xiàn)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(chǎn)生, 從而使
母線(xiàn)經(jīng)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(xiàn)的對(duì)地絕緣電
阻 值。而且由于 RTV 涂料還具有優(yōu)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(huì)引 起瓷瓶表面濕潤(rùn)、受潮, 母線(xiàn)的絕緣性能也不會(huì)受到 影響。湛江電廠、黃埔電廠等就在6 kV 共箱封母內(nèi) 瓷絕緣子表面涂 RTV 涂料, 剛涂完后檢測(cè)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(shí)措施, 一方面涂刷時(shí)難以保證均勻, 另 一方面經(jīng)不起時(shí)間的考驗(yàn), RTV 涂料壽命只有 3~ 5 年, 甚至短期內(nèi)開(kāi)始粉化脫落, 不能從根本上解決 問(wèn)題, 湛江電廠施工后不夠 3 年, 絕緣性能就下降很 多。
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4 不飽和聚脂玻璃纖維增強(qiáng)模塑料( DM C) 絕 緣子
從電廠運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)看, 造成吸潮、凝露和爬電污 閃的主要原因是絕緣子的問(wèn)題, 因?yàn)橹挥薪^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(shù), 將不飽和聚脂玻璃纖維增強(qiáng)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(wú)汽泡 裂紋。DM C 絕緣子與 RTV 涂料一樣同為非極性 固體介質(zhì), 具有優(yōu)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(yōu)點(diǎn):
機(jī)械強(qiáng)度高。瓷是脆性材料, 抗壓強(qiáng)度好, 抗 彎、抗拉強(qiáng)度則較低, 瓷絕緣子會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)喪失 機(jī)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(qiáng)度 ∃30 kJ/ m2, 彎曲強(qiáng)度 ∃
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MPa, 較瓷絕緣子優(yōu)越得多。
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絕緣電阻高。在常態(tài)和浸水 24 h 后, R ∃1 01012 , 不會(huì)因?yàn)槌睗穸苡绊憽?/li>
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# 阻燃、耐電弧、高耐漏電起痕性、耐熱, 可在 155 !C 下長(zhǎng)期使用。
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%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(guī)的瓷絕緣子爬電比距約為 27 m/ MV, 而 DM C 絕緣子達(dá)到 38 m/ MV。
& 長(zhǎng)效性。RT V 涂料本身壽命就不長(zhǎng), 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?xún)簟⒃魉⒃魉w移性的材料, 壽命很 長(zhǎng), 從 2000 年開(kāi)始在國(guó)內(nèi)使用, 至今效果都較理想, 未發(fā)現(xiàn)絕緣降低的現(xiàn)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(chǎn)生的多條微小截面迎面先導(dǎo)支路組成消雷迎 面先導(dǎo), 在雷電下行先導(dǎo)與消雷迎面先導(dǎo)之間的近 距離空氣間階段, 大大加快雷電下行先導(dǎo)的雷云電 荷的泄漏消散速度, 大幅度降低雷電下行先導(dǎo)的電 位, 以終止雷電下行先導(dǎo)與消雷迎面先導(dǎo)的發(fā)展, 消 除雷擊現(xiàn)象。
應(yīng)該指出, 消雷針只能在有限的保護(hù)范圍內(nèi)消 雷。消雷針的地面保護(hù)范圍半徑可按 0. 707 hr 估 算[ 1~ 4] 。其中, hr 為雷電擊距, 對(duì)于一、二、三類(lèi)防 雷建筑, hr 可分別取 30 m, 45 m, 60 m。對(duì)于輸電 線(xiàn)路防雷, 可在全線(xiàn)路、局部線(xiàn)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(shè)置 1~ 2 支消雷針( 單避雷線(xiàn)桿塔 1 支, 雙避雷線(xiàn) 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(shí)產(chǎn)權(quán), 設(shè)計(jì)合理, 制 造、施工簡(jiǎn)便, 價(jià)格低廉, 防雷效果好, 極為適合大面 積推廣應(yīng)用, 將是現(xiàn)有避雷針的替代產(chǎn)品。
從 近期的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看, 采用 DM C 絕緣子初 步收到理想的效果。內(nèi)蒙古達(dá)期電廠、天津大唐盤(pán) 山電廠等多個(gè)電廠 6 kV 共箱封母內(nèi)絕緣子均改用 DMC 絕緣子, 效果理想。該產(chǎn)品在廣東地區(qū)得到了 進(jìn)一步推廣應(yīng)用: 臺(tái)山 3~ 5 號(hào)機(jī)組在定貨時(shí)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。
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結(jié)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。雖方案初期 投資較大, 但從根本上解決了絕緣低的問(wèn)題, 從投入 使用到絕緣子壽命結(jié)束, 絕緣電阻基本上不會(huì)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(méi)有安全隱患的解決6 kV 共箱封母絕緣低的根 本辦法。
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