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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